WO2018077569A1 - Fallturm-magazin mit wirbelstrombremse - Google Patents

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WO2018077569A1
WO2018077569A1 PCT/EP2017/074735 EP2017074735W WO2018077569A1 WO 2018077569 A1 WO2018077569 A1 WO 2018077569A1 EP 2017074735 W EP2017074735 W EP 2017074735W WO 2018077569 A1 WO2018077569 A1 WO 2018077569A1
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WO
WIPO (PCT)
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tower magazine
drop tower
magazine
drop
fall
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/074735
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English (en)
French (fr)
Inventor
Arne Runkel
Malte Avenhaus
Christian MÜNZENMAYER
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO2018077569A1 publication Critical patent/WO2018077569A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L9/00—Supporting devices; Holding devices
    • B01L9/52—Supports specially adapted for flat sample carriers, e.g. for plates, slides, chips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
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    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0822—Slides
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00089—Magazines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00138—Slides

Definitions

  • the invention relates to a device with a drop tower magazine having the features of claim 1 and to a microscope device comprising such a device according to claim 17.
  • a microscope device comprising such a device according to claim 17.
  • tissues, cells and body fluids are examined daily under the microscope.
  • several thousand slides may be required.
  • the slides are no longer placed under the microscope manually, but sequentially and automatically imaged by scanning systems through a microscope optics on a camera, scanned and digitized over a large area by screening.
  • a first step is the frequent use of bundling multiple slides in one cassette. This cassette is placed in the scanner and thus has a reservoir of multiple slides for digitization.
  • a cassette feeding system allows the autonomous change of cassettes to provide an even larger reservoir of sample material on slides.
  • the Fraunhofer has a microscopy platform called SCube® with such a cassette feed system.
  • SCube® microscopy platform
  • the cassettes must be manually inserted from above into a storage tower in the form of a chute.
  • the cassettes are then removed from the wells by a gripper from below and fed to the scanner.
  • the cassettes could fall at different depths.
  • the cassettes In order to prevent possible glass breakage or generally a mechanical impact on impact, the cassettes must not be dropped, but must be manually lowered down to the end position.
  • this delivery system has disadvantages. In the long term, for example, the user will not be able to accept the above-described manual loading process of the cassettes. Therefore, it requires an improvement in serviceability, also to avoid unintentional errors in the operation.
  • the disadvantage here is the increased mechanical effort during rotation and access to cartridges in the roundel, both in the supply and removal of the operator perspective, as well as the scanner side who wants to load a particular cartridge.
  • Another disadvantage is that the processing status is not directly recognizable.
  • the device according to the invention also uses the above-mentioned drop tower principle.
  • the apparatus comprises a drop tower magazine for receiving an object storable therein.
  • the drop tower magazine has a cavity extending along the extension direction of the drop tower magazine, in which the object can be received.
  • the drop tower magazine has at least one first opening, through which the object can be inserted into the fall tower magazine, and at least one second opening, through which the object can be removed from the fall tower magazine, on.
  • the first opening of the drop tower is Magazine arranged spaced from the second opening of the drop tower magazine, so that the object falls when inserting gravity within the cavity of the drop tower magazine towards the second opening.
  • the first opening may therefore also be referred to as an insertion opening and the second opening as a removal opening.
  • the invention provides an eddy current brake having a magnet arrangement and an electrical conductor to reduce the falling speed of the falling object.
  • the drop tower magazine will be arranged such that an object introduced into the upper insertion opening slides downwards, ie in the direction of the removal opening. That is, the insertion opening is arranged in the direction of fall of the object above the removal opening.
  • the fall tower magazine can be completely filled with such objects.
  • the objects can in turn be removed individually from the removal opening, wherein the respective lowest object is accessible at the removal opening.
  • the overlying objects slip, and if necessary, a new object can be inserted through the insertion opening.
  • slip in this removal process the overlying objects, also due to gravity.
  • the eddy current brake according to the invention also acts here on the objects in order to avoid an excessive impact on the bottom of the drop tower magazine and thus possible damage to the object and / or its contents even during this slipping.
  • the object storable in the fall tower magazine is a container.
  • the container may be, for example, a cassette that can be equipped with one or more microscopy slides.
  • the microscope slides are used to carry samples to be examined. Such microscopy slides are usually glass slides, which are accordingly sensitive to mechanical stress.
  • the use of an eddy current brake in Faliturm magazines for cassettes which can be equipped with microscope slides is not known.
  • the object may comprise the magnet arrangement of the eddy current brake and the drop tower magazine the electrical conductor of the turbulence brake. sen.
  • the magnet assembly may include one or more magnets.
  • the magnet arrangement may, for example, be a magnet arrangement arranged on the object.
  • the object itself can also be made of a magnetic material and thus form the magnet arrangement itself.
  • the electrical conductor has an electrically conductive material in which the eddy currents can be generated.
  • the electrical conductor can be formed for example in the form of a plate, which in turn is arranged on the drop tower magazine. Alternatively or additionally, it would be conceivable that the fall tower magazine itself is electrically conductive.
  • the electrical conductor along the extension direction of the drop tower magazine is arranged on this.
  • the electrical conductor extends from the first opening, i. from the insertion opening to the second opening, i. up to the removal opening.
  • the electrical conductor preferably has no ferromagnetic properties. This ensures that the object stored in the fall tower magazine falls in free fall through the drop tower shaft, without being attracted to the wall of the fall tower shaft due to ferromagnetism.
  • the drop tower magazine may be made, at least in part, of an electrically conductive material (e.g., aluminum) such that the drop tower magazine itself may form the electrical conductor of the eddy current brake.
  • an electrically conductive material e.g., aluminum
  • a drop tower of e.g. Aluminum would be simple and relatively inexpensive to produce and it has a low weight and high stability.
  • aluminum has a good electrical conductivity and at the same time no ferromagnetic properties.
  • the drop tower magazine may include the magnet assembly, and the object may comprise the electrical conductor.
  • the object may comprise the electrical conductor.
  • the object may comprise the electrical conductor.
  • the object may comprise the electrical conductor.
  • the object may be made of an electrically conductive material or has an electrically conductive material.
  • the magnet assembly may include one or more magnets disposed on the drop tower magazine.
  • the fall tower magazine can also be made of a magnetic material itself.
  • the magnet arrangement has a magnet with a north pole and a south pole, wherein the magnet is arranged on the drop tower magazine such that the magnet Magnet orientation is preferably polarized perpendicular to the extension direction of the drop tower magazine.
  • the magnet arrangement is arranged along the direction of extension of the drop tower magazine, the magnet arrangement being polarized perpendicular to the direction of extent.
  • One or more such magnets may be arranged along the extension direction of the drop tower magazine or along the gravity-related drop direction of the container on the drop tower magazine, in such a way that the polarization of the magnet assembly is formed perpendicular to the extension direction or fall direction.
  • a south pole and a north pole are arranged along the extending direction and falling direction, respectively, so that north pole and south pole are adjacent along the extending direction and falling direction, respectively, and the magnetic fields of the magnets are preferably in the region of the cavity.
  • the magnet arrangement can be arranged on the inside, ie in the area of the cavity, and / or outside, ie on the side of the drop tower magazine facing away from the cavity.
  • the magnet arrangement comprises a plurality of magnets each having a north pole and a south pole, wherein the magnets along the extension direction of the drop tower magazine successively arranged on the drop tower magazine such that the individual poles alternate.
  • the magnet arrangement can thus have a plurality of magnets which are arranged with respective opposite polarity along the extension direction of the drop tower magazine at this.
  • the individual magnets of the magnet arrangement are arranged so to speak alternately on the drop tower magazine. That is, the individual magnets of the magnet assembly are arranged on the drop tower magazine that in the extension direction of the drop tower magazine a south pole of a first magnet is always opposite to a north pole of an adjacent second magnet.
  • the magnet arrangement has at least two magnets, each with a magnetic pole, wherein the at least two magnets are arranged directly after one another or at a spacing from one another in the extension direction of the drop tower magazine.
  • the magnets can therefore each point with a north pole and a south pole into the interior of the fall tower magazine.
  • the magnets can also point with exactly the same polarity in the interior of the drop tower magazine.
  • the object If the falling object then moves past the magnet in the case, the object first enters the magnetic field of the first magnet in the direction of fall, then exits from this magnetic field again (enters the gap) and then enters the magnetic field of the magnet enter following magnet and then exit from this again. This changes the magnetic field, resulting in a current induction in the conductor provided on the object, so that an opposite magnetic field builds up that slows down the object.
  • the magnet arrangement has a variable magnetic field strength perpendicular to the extension or fall direction along the extension direction of the drop tower magazine.
  • the magnetic field strength perpendicular to the direction of fall can increase, decrease or change in extension direction.
  • a strongly changing magnetic field strength would be preferred, since this increases the braking effect in the fall direction of the object.
  • the magnet arrangement may comprise one or more permanent magnets.
  • Permanent magnets are inexpensive and are well suited for the production of an eddy current brake. A big advantage here is that no electrical or electronic components are needed.
  • the magnet arrangement may have one or more electromagnets.
  • the electromagnets can be selectively controlled, for example, to influence the falling speed of the falling object.
  • the device according to the invention has a control which is designed to regulate the current flowing through the electromagnets in order to regulate the magnetic flux caused by the induction current and thus the effect on the falling speed of the falling object.
  • the device has a controller which is designed to control the electromagnetic magnet arrangement so that one or more electromagnets can be individually activated and deactivated along the extension direction of the drop tower magazine. That is, individual electromagnets arranged along the fall path of the object can be switched on and off individually. This can be used, for example, to save energy for generating the electromagnets along the fall distance. For example, if the drop tower magazine has a holding capacity of 20 objects, but only two objects are loaded in the fall tower magazine, then the drop distance to be traveled by an imported third object is 18 objects long. The free fall of the object does not have to be braked over the entire fall distance. It may be sufficient, for example, to slow down the free-falling object only from half. Accordingly, the braking effect of the eddy current brake would have to be provided only from half of the fall distance. Thus, it would be sufficient if only the electromagnets are activated in the lower half.
  • the controller is designed to deactivate one or more electromagnets arranged around the second opening. If one or more Rere active electromagnets are arranged around the discharge opening, then they counteract the applied force to remove the object, ie they would slow the removal movement. In order to enable an unimpeded removal of the object from the removal opening, the electromagnets arranged around the removal opening can be deactivated, at least during a removal operation.
  • the controller is configured to determine the induction voltage generated due to the free fall of the object in the fall tower magazine, and based thereon to determine the fill level of the drop tower magazine.
  • an induction voltage is induced in the magnet arrangement.
  • the amount of induced voltage depends inter alia on the distance traveled by the object. The fall distance shortens with each object already inserted in the fall tower magazine. Thus, the height of the induced voltage can be considered as a measure of the level of the drop tower magazine.
  • the induction current can also be measured and used as an indicator for the filling level of the drop tower magazine.
  • the invention also relates to a microscope device with a microscope and a device according to one of the preceding claims.
  • the drop tower magazine can be used for storing objects storable in the drop tower magazine. If the objects are containers, the drop tower magazine could thus be used, for example, for storing samples arranged in these containers.
  • the microscopy apparatus may be a fully automated microscopy apparatus in which the objects or containers are automated, e.g. by means of a sequence-controlled robot, taken from the fall tower magazine and can also be returned to the fall tower magazine.
  • FIG. 1 is a perspective view of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows an isolated perspective view of a part of a device according to the invention according to an embodiment
  • FIG. 3 shows an isolated perspective view of a part of a device according to the invention according to a further embodiment
  • 4 is a side sectional view of a device according to the invention according to another embodiment, 5 is a diagram illustrating the distance traveled by a falling object as a function of time;
  • Fig. 6 is a graph showing the falling speed of a falling object as a function of time
  • Fig. 7 is a graph showing the falling acceleration of a falling object as a function of time.
  • the device 100 has a drop tower magazine 102 for receiving an object 101 which can be stored therein.
  • the drop tower magazine 102 has a cavity 103 extending along the extension direction L of the drop tower magazine 102.
  • the drop tower magazine 102 also has a first opening 104, through which the object 101 can be introduced into the fall tower magazine 102.
  • the drop tower magazine 102 further has a second opening 105, through which the object 101 can be removed from the drop tower magazine 102.
  • the first opening 104 is spaced from the second opening 105. As a result, the object 101 falls down in the direction of the second opening 105 within the cavity 103 of the drop tower magazine 102 during insertion due to gravity.
  • the device 100 according to the invention also has an eddy current brake for reducing the falling speed of the free-falling object 101.
  • the eddy current brake has a magnet arrangement 106 and an electrical conductor 107.
  • the drop tower magazine 102 is a magazine for receiving a single object 101 or multiple objects 101.
  • the drop tower magazine 102 is hollow with the one or more objects 101 stored in this cavity 103.
  • the drop tower magazine 102 has a first opening 104 arranged at the top and a second opening 105 arranged at the bottom in the direction of fall of the object 101, or in the extension direction L of the drop tower magazine 102.
  • a recess 111 can optionally be provided in the wall of the drop tower magazine 102 between the two openings 104, 105. This recess 111 can extend transversely to the direction of extension L of the drop tower magazine 102 over part of the wall of the drop tower magazine 102 (see FIG. 1), or else extend over the entire width of the wall of the drop tower magazine 102 (see, for example, FIG 2).
  • the objects 101 can be successively inserted into the fall tower magazine 102 through the first opening 104, which is also referred to below as the insertion opening.
  • the fall tower magazine 102 can also have an opening 108 on an upper side 109 opposite the free-fall direction of the object 101, through which an object 101 is inserted from above into the drop tower magazine 102. That is, the upper-side opening 108 may also be referred to as the first opening or as an insertion opening.
  • the object 101 in the cavity 103 of the drop tower magazine 102 falls downwards due to the gravity acting on the object 101, i.e., in the fall tower magazine 102. in the direction of the second opening 105.
  • the second opening 105 is designed so that a bottom object 101 which is stored in the fall tower magazine 102 can be removed from the fall tower magazine 102 through this opening 105.
  • This second opening 105 is therefore also referred to below as a removal opening.
  • the removal opening 105 is spaced from the floor, i. Between the bottom of the removal opening 105 and the bottom, which faces the floor, there is a part of the drop tower magazine 102 in the form of an optional web 110. However, it would also be conceivable that this web 1 10 is not present and the removal opening 105 extends continuously or without interruption to the bottom (see, for example, Figure 2).
  • the device 100 In order to avoid destruction of the object 101, or possibly of the contents of the object 101, the device 100 according to the invention has the aforementioned eddy current brake.
  • the eddy current brake includes an electrical conductor 107 and a magnet assembly 106 that interact with each other to reduce the falling speed of the object 101. Therefore, it is appropriate that one of the two components of the eddy current brake is provided on the object 101 and the respective other of the two components of the eddy current brake on the drop tower magazine 102.
  • the magnet arrangement 106 is arranged on the object 101, and the electrical conductor 107 is arranged on the fail tower magazine 102. But it would also be conceivable to the other way round, i. E. the electrical conductor 107 would be arranged on the object 101 and the magnet arrangement 106 on the fail tower magazine 102.
  • FIG. 2 shows an insulated cross-sectional view of a device 100 according to the invention in a conceivable embodiment.
  • a section of Fallturm magazine 102 to be seen. hen, for better visibility, the observer facing side of the drop tower magazine 102 is omitted.
  • FIG. 2 it can be seen that an object 101 is located in the cavity 103 of the drop tower magazine 102.
  • the object 101 to be stored in the fall tower magazine 102 will be described by way of example as a container.
  • the fall tower magazine 102 has the electrical conductor in this embodiment.
  • the drop tower magazine 102 is made of a material having electrical conductivity, i.
  • the drop tower magazine 102 itself forms the electrical conductor 107 of the eddy current brake.
  • the electrical conductor 107 would be disposed on an inner side of the drop tower magazine 102 facing the cavity 103, preferably on an inner side of the drop tower magazine 102, which is opposite the magnetic structure 106 arranged on the container 101.
  • exemplary embodiments of the invention provide for the electrical conductor 107 to extend along the direction of extension of the drop tower Magazine 102, or along the direction of fall of the container 101 in the drop tower magazine 102 extends.
  • the electrical conductor 107 preferably has no ferromagnetic properties. Suitable materials for the electrical conductor 107 would be, for example, copper, aluminum, gold and the like.
  • the drop tower magazine 102 may be made of one of these materials to form the electrical conductor of the eddy current brake.
  • the drop tower magazine 102 may also be made of alloys containing at least one non-ferromagnetic electrically conductive material, such as e.g. Aluminum, gold or copper.
  • the container 101 in the embodiment depicted in FIG. 2 has the magnet arrangement 106 of the eddy current brake.
  • the magnet assembly 106 may comprise a single magnet having a north pole and a south pole. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, however, the magnet arrangement 106 has a plurality of individual magnets 106a to 106e.
  • the individual magnets 106a to 106e are disposed on the container 101 so as to have alternating polarization in a direction L along the extending direction of the drop tower magazine 102, or along the falling direction of the container 101, respectively.
  • the magnet 106a shown at the top in the direction of fall L has a north pole.
  • the next magnet 106b immediately adjacent in the direction of fall L has a south pole.
  • the next magnet 106c immediately adjacent to this magnet 106b in the direction of the fall then again has a north pole, and so on.
  • five individual magnets 106a to 106e are arranged on each of two sides of the container 101. According to the invention, however, any number of individual magnets can be arranged on the container 101.
  • the individual magnets may be arranged on the container 101 such that their respective polarization alternates along the extension direction L of the drop tower magazine 102, or along the direction of fall of the container 101.
  • the individual poles alternate as often as possible, as this frequent magnetic field changes are generated during the relative movement of the container 101 relative to the drop tower magazine 102, which increase the effectiveness of the eddy current brake.
  • This can be achieved, for example, by making the individual magnets 106a to 106e of the magnet assembly 106 relatively thin, i. a width B extending along the extension direction L of the drop tower magazine 102, which is smaller than the length L of the drop tower magazine.
  • the individual magnets 106a to 106f may be arranged immediately one after the other, so that there is virtually no gap between them. It would also be conceivable, however, for the individual magnets 106 to 106f to be spaced apart from each other, i. between the magnets 106a to 106f would be a gap.
  • a magnet arrangement 106 faces an inside of the drop tower magazine 102.
  • two magnet arrangements 106 each having a plurality of individual magnets 106a to 106e are arranged on the left and the right side of the container 101.
  • all sides of the container 101 each have a magnet arrangement 106.
  • the outer dimensions of the container 101 are smaller than the inner dimensions of the drop tower. Magazine 102. Thus, so the container 101 is spaced from the walls or inner sides of the drop tower magazine 102.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a device 100 according to the invention.
  • the components of the eddy current brake are reversed, i. here the drop tower magazine 102 now has the magnet assembly 106 and the container 101 has the electrical conductor 107.
  • Everything that has been mentioned above with reference to FIG. 2 also applies to the exemplary embodiment depicted in FIG.
  • the container 101 is made of a material having electrical conductivity, i. the container 101 itself forms the electrical conductor 107 of the eddy current brake.
  • an electrical conductor 107 to be arranged on the container 101. This could be realized for example by an electrically conductive plate, which is preferably arranged on one or more sides of the container 101. More specifically, the electrical conductor 107 would be disposed on an outside of the container 101 facing the cavity 103.
  • embodiments of the invention provide that the electrical conductor 107 on the outer sides of the container 101 along the extension direction of the drop tower magazine 102, or along the falling direction of the container 101 within the drop tower magazine 102 extends.
  • the electrical conductor 107 preferably has no ferromagnetic properties. Suitable materials for the electrical conductor 107 would be, for example, copper, aluminum, gold and the like.
  • the container 101 may be made of one of these materials to form the electrical conductor of the eddy current brake.
  • the container 101 may also consist of alloys which have at least one non-ferromagnetic electrically conductive material, such as aluminum, gold or copper.
  • the drop tower magazine 102 in the exemplary embodiment depicted in FIG. 3 has the magnet arrangement 106 of the eddy current brake.
  • the magnet assembly 106 may comprise a single dual polarized magnet having a north pole and a south pole. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, however, the magnet arrangement 106 has a plurality of individual magnets 106a to 106f. More precisely, the magnet arrangement 106 has a plurality of magnets 106a to 106f which are arranged alternately along the direction of extension L of the drop tower magazine 02, each with alternating polarization.
  • the individual magnets 106a to 106f are thus arranged on the drop tower magazine 102 in such a way that they have alternating polarization in a direction L along the extension direction of the drop tower magazine 102 or along the direction of fall of the container 101.
  • the magnet 106a shown at the top in the direction of fall L has a north pole.
  • the next magnet 106b immediately adjacent in the direction of fall L has a south pole.
  • the next magnet 106c immediately adjacent to this magnet 106b in the direction of the fall then again has a north pole, and so on.
  • each individual magnet 06a to 106f are arranged on an inner side of the drop tower magazine 102.
  • any number of individual magnets can be arranged on the drop tower magazine 102.
  • the individual magnets can be arranged on the drop tower magazine 102 such that their respective polarization alternates perpendicular to the extension direction L of the drop tower magazine 102 along the direction of fall of the container 101.
  • the individual poles alternate as often as possible, as this frequent magnetic field changes are generated during the relative movement of the container 101 relative to the falling tower magazine 102, which increase the efficiency of the eddy current brake.
  • This can be achieved, for example, by making the individual magnets 106a to 106f of the magnet assembly 106 relatively thin, i. a width B extending along the extension direction L of the drop tower magazine 102, which is many times smaller than the length L of the drop tower magazine 102.
  • one or more magnet arrangements 106 may also be arranged on two or more inner sides of the drop tower magazine 102.
  • one or more magnet arrangements 106, optionally with individual magnets 106a to 106f may also be arranged on the outer sides of the drop tower magazine 102, provided that the magnetic field strength of the one or more magnet arrangements 106 is large enough that the wall thickness of the drop tower magazine 102 can be traversed by the magnetic field lines.
  • a magnet arrangement 106 has only one dual-polarized magnet, in this case the magnet arrangement 106 would be arranged on the drop tower magazine 102 in such a way that it is polarized substantially perpendicular to the extension direction L of the drop tower magazine 102. That is, the magnet assembly 106 faces along Fall direction of the container 101 at least one pole. The other pole of the magnet could also be used to align its pole secondly in the fall direction perpendicular to this.
  • the magnet assembly 106 may include one or more permanent magnets. Alternatively or additionally, however, the magnet arrangement 106 can also have one or more electromagnets.
  • An electromagnetic magnet arrangement 106 can be realized, for example, by means of coils, which are preferably arranged on the drop tower magazine 102.
  • the one or more coils then extend in the extension direction L of the drop tower magazine 102 or in the direction of fall of the container 101.
  • one or more externally supplied current-carrying coils can be used, which build up a magnetic field due to the current flow.
  • the respective current flow direction of two adjacent coils would be the same, so that each form a magnetic north pole and a magnetic south pole in each coil, and then the magnetic poles of each coil then alternately opposite each other.
  • the electrical conductor would then be arranged on the container.
  • the coils are not current-carrying and thus form the electrical conductor.
  • permanent magnets can then be arranged on the container 101. Due to the movement of the container 101, which passes by the coils, an induction voltage is induced in the coils. The induction current in turn builds up a magnetic field in the coils, which decelerates the falling container 101.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the device 100 depicted in FIG. 1.
  • the drop tower magazine 102 has a first opening 104, through which the container 101 can be introduced into the cavity 103 of the drop tower magazine 102. After insertion of the container 101 it falls within the cavity 103 down, i. in the direction of the second opening 105, through which a container 101 can be removed from the drop tower magazine 102.
  • the drop tower magazine 102 has a plurality of magnet arrangements 106 ', 106 "on its insides, both the first magnet arrangement 106 facing the viewer and the second magnet arrangement 106" shown laterally and thus sectioned by the viewer each having a plurality of individual magnets 106'a to 106 ⁇ and 106 "a to 106" l.
  • the individual magnets 106'a to 106 ⁇ and 106 "a to 106"! are arranged one after the other with alternating polarization.
  • Such magnet arrangements can also be arranged on all (four) sides (inside and / or outside) of the drop tower magazine 102, or also have several rows along at least one side.
  • the magnet arrangements 106 ', 106 are each electromagnetic magnet arrangements, ie the individual magnets 106'a to 106 ⁇ and 106" a to 106 ⁇ are electromagnets.
  • the device 100 shown in FIG. 4 also has a controller 400.
  • the controller 400 is designed to control one or more of the electromagnetic magnet arrangements 106 ', 106 ", so that one or more of the aforementioned electromagnets 106'a to 106 ⁇ and 106" a to 106' ⁇ can be individually activated and deactivated, and Although along the extension direction L of the drop tower magazine 102 and along the falling direction L of the container 101.
  • the braking effect of the eddy current brake can be regulated.
  • the controller 400 is further configured to provide one or more electromagnets 106'a to 106 ⁇ and 106 "a to 106" disposed around the second opening 105. individually disable. In the exemplary embodiment depicted in FIG. 4, for example, the individual electromagnets 106'k, 106 ⁇ and 106 "k, 106"! be deactivated.
  • a further embodiment of the invention provides that the controller 400 is designed to determine the induction voltage that is generated due to the free fall of the container 101 within the drop tower magazine 102 in the one or more coils and based thereon the level of the Fallturm magazine 102 to determine. For example, if the falling tower magazine 102 is empty, an inserted container 101 will fall all the way down. In this case, the falling-down container 101 induces an induction voltage along its drop path in the coils arranged on the drop tower magazine 102. The magnitude of the induced voltage depends on the fall distance traveled in the case of the container 101. Thus, the controller 400 can determine the distance traveled by the container 101 on the basis of the induction voltage, and based thereon determine the level of the drop tower magazine 102.
  • thin neodymium magnets 106 were attached to the sides of a container 101 and a cartridge 101, respectively.
  • the magnets 106 had a dimension (I x b x h) of 40 mm x 12 mm x 1 mm (the length I extending transversely to the direction of fall and the width b extending along the direction of fall).
  • each three magnets stacked on each other ie radially or in a direction perpendicular to the direction of fall.
  • the distance of the radially outermost magnet to the tower wall was about 0.7 mm.
  • the stacked magnets were fixed to the cartridge 101 alternately side by side (ie along the direction of fall). As a result, the temporal change of the magnetic field in the case of the tower 102 is higher and thus also the braking effect.
  • FIG. 5 shows a first diagram in which the distance traveled is plotted over time.
  • the diagram thus shows that of the container 101, i. Cassette 101, path traveled in the tower tower 102 as a function of time.
  • the container 101 without eddy current brake, represented by the curves 501 and 502 arrives after about 0.25 seconds on the ground.
  • eddy current brake, represented by the curves 503 and 504 however, the container 101 falls much slower, i. he only reaches the ground after about 0.72 seconds.
  • Figure 6 shows a second diagram in which the velocity is plotted over time. The diagram thus shows that of the container 101, i. Cartridge 101, in the fall tower magazine 102 reached speed as a function of time.
  • Figure 7 shows a third diagram in which the acceleration is plotted over time.
  • the diagram thus shows the acceleration achieved by the container 101, ie cassette 101, in the fall tower magazine 102 as a function of time.
  • the container 101 without eddy current brake, represented by the curve 701 experiences no deceleration of the acceleration.
  • eddy current brake, represented by the curve 702 the container 101, however, undergoes a significant delay, ie after only 0.1 seconds, the acceleration of gravity of the container 101 has been reduced to about 1 m / s 2 .
  • the invention will be described again in other words.
  • the invention solves the described problem of free fall in a proposed storage and supply of cassettes 101 in a drop tower 102.
  • a force is opposed to the free fall, so that the falling object 101 does not continue after a short time accelerated.
  • the early achievement of the terminal velocity limits the energy released during the impact of the falling cassette 101 of the largely observed inelastic collision.
  • the limited fall speed and impact energy gives a number of advantages in the assembly of storage systems 100.
  • the storage towers 102 can be built arbitrarily high.
  • the usability increases with the introduction of cartridges 101, which no longer have to be carefully guided manually to the bottom of the storage tower 102. Errors in the assembly can be avoided, which could charge the slides mechanically too much during free fall.
  • An exemplary example! provides for the falling object 101 (ie the container or a cassette) to be equipped with permanent magnets 106 (see FIG. 2) and to realize a conductive surface 107 in the drop tower 102.
  • Another embodiment provides to provide the cassette 101 with a conductive surface 107 and the permanent magnet 106 in the drop tower 102 to accommodate (see Figure 3).
  • Advantageous for the braking effect is:
  • An advantage of the present invention is the simplified ability to manually populate a cassette feeder system 100 in the form of storage towers 102 with cartridges 101. Without limitation of generality, this method could generally be applied to the placement of objects 101 in storage towers 102.
  • both the drop tower magazine 102 and the object 101 which can be stored therein have been described or depicted as quadrangular. In principle, any geometric shapes are conceivable both for the drop tower magazine 102 and for the object 101 which can be stored therein. Although it is advantageous if the tower tower magazine 102 and the object 101 which can be stored therein each have the same geometric shape. However, the shapes of the drop tower magazine 102 and the object 101 storable therein may also differ from each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) mit einem Fallturm-Magazin (102) zum Aufnehmen eines darin lagerbaren Objekts (101). Das Fallturm-Magazin (102) weist einen sich entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins (102) erstreckenden Hohlraum (103) auf. Außerdem weist das Fallturm-Magazin (102) eine erste Öffnung (104), durch die das Objekt (101) in das Fallturm-Magazin (102) einbringbar ist, und eine zweite Öffnung (105), durch die das Objekt (101) aus dem Fallturm-Magazin (102) entnehmbar ist, auf. Die erste Öffnung (104) des Fallturm-Magazins (102) ist von der zweiten Öffnung (105) des Fallturm-Magazins (102) beabstandet angeordnet, sodass das Objekt (101) beim Einlegen Schwerkraftbedingt innerhalb des Hohlraums (103) des Fallturm-Magazins (102) in Richtung der zweiten Öffnung fällt (105). Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung (100) außerdem eine Wirbelstrombremse mit einer Magnetanordnung (106) und einem elektrischen Leiter (107) auf, um die Fallgeschwindigkeit des fallenden Objekts (101) zu reduzieren.

Description

FALLTURM-MAGAZIN MIT WIRBELSTROMBREMSE
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Fallturm-Magazin mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Mikroskopiervorrichtung mit einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 17. In klinischen Laboren und in der Pathologie werden täglich Gewebe, Zellen und Körperflüssigkeiten unter dem Mikroskop untersucht. Je nach Größe des Labors können mehrere tausend Objektträger anfallen. Zunehmend werden die Objektträger nicht mehr manuell unter das Mikroskop gelegt, sondern sequentiell und automatisch von Scanningsystemen durch eine Mikroskopoptik auf eine Kamera abgebildet, großflächig durch Rasterung abgescannt und digitalisiert.
Dabei ist es wünschenswert, einen weitgehend automatisierten Ablauf zu schaffen, bei möglichst geringem Erfordernis für manuelle Eingriffe durch Bedienpersonal. Hierfür sollte es ermöglicht werden, dem Scanner effizient neue Objektträger für seine Arbeit zur Verfügung zu stellen. Ein erster Schritt stellt die häufig genutzte Bündelung mehrerer Objektträger in einer Kassette dar. Diese Kassette wird in den Scanner eingelegt, und ihm steht somit ein Reservoir mehrerer Objektträger für die Digitalisierung zur Verfügung.
In einer nächsten Ausbaustufe mancher Hersteller ermöglicht ein Kassettenzuführungssystem den autonomen Wechsel von Kassetten, um ein noch größeres Reservoir an Probenmaterial auf Objektträgern zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise gibt es von der Fraunhofer eine SCube® genannte Mikroskopieplattform mit einem solchen Kassettenzuführungssystem. In diesem Zuführungssystem gibt es vier Lagertürme für Kassetten. Die Kassetten müssen manuell von oben in einen Lagerturm in Form eines Fallschachts eingeführt werden. Die Kassetten werden dann durch einen Greifer von unten aus den Schächten entnommen und dem Scanner zugeführt. Je nach Füllstand des Lagerturms könnten die Kassetten unterschiedlich tief fallen. Um möglichem Glasbruch oder generell einer mechanischen Belastung beim Aufprall vorzubeugen, dürfen die Kassetten nicht fallen gelassen werden, sondern müssen händisch bis in die Endlage heruntergeführt werden. Dieses Zuführungssystem weist jedoch Nachteile auf. Langfristig ist beispielsweise dem Benutzer dieser eben beschriebene manuelle Einlege-Vorgang der Kassetten nicht zu- mutbar. Daher bedarf es einer Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit, auch um unbeabsichtigte Fehler in der Bedienung zu vermeiden.
Viele Firmen haben derzeit unterschiedliche Ansätze zur Lösung dieses Problems auf dem Markt. Beispielsweise sind Produkte bekannt, in denen Kassetten in einem Rondell aufbewahrt werden. Durch Drehung des Rondells wird dem Nutzer durch eine Tür bzw. einen Schlitz Zugang zu jedem Kassettenaufnahmefach ermöglicht.
Nachteilig hierbei ist jedoch der erhöhte mechanische Aufwand bei Drehung und Zugriff auf Kassetten im Rondell, sowohl bei der Zufuhr und Entnahme von der Bedienerperspektive, als auch von der Scannerseite, der eine bestimmte Kassette laden möchte. Nachteilig ist ebenfalls, dass der Abarbeitungsstand nicht direkt erkennbar ist.
Ein anderer bekannter Ansatz sieht die Bestückung eines Regalsystems vor, um ein Reservoir an Kassetten zugänglich zu machen. Auch hierfür sind Systeme am freien Markt erhält- lieh, bei denen der Nutzer die freien Slots des Regalsystems mit Kassetten bestücken kann. Hier entnimmt ein Greifer einen Objektträger direkt aus einer Kassette im Regal und führt sie dem Mikroskop zu.
Bei anderen bekannten Systemen werden nicht direkt Kassetten eingesetzt, sondern ein Halter (Tray), in dem nebeneinander bis zu vier Objektträger Platz haben. Es existiert ein Regalsystem mit mehreren Schächten für je ein Tray. Ein Greifer der Zuführungsvorrichtung entnimmt in diesem Fall einen ganzen Tray und führt es dem Mikroskopiersystem zu. Nach dem Scan wird der Tray wieder in seinen ursprünglichen Lagerschacht zurückgefahren.
Nachteile sind im ersten Fall eine längere Wegstrecke der Objektträger zur Optik des Mikroskops und somit eine potentiell langsamere Zuführung. Verbunden in beiden Fällen ist ein erhöhter mechanischer Aufwand, der Abarbeitungsstatus ist, wie bei der Rondell-Lösung, nicht direkt ersichtlich.
Demnach besteht immer noch Bedarf an Vorrichtungen, die es ermöglichen, Behälter auf sichere, d.h. beschädigungsfreie, Art aufzunehmen und zu lagern, und zwar unter Vermeidung der oben genannten Nachteile. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt ebenfalls das oben erwähnte Fallturm-Prinzip. Die Vorrichtung weist ein Fallturm-Magazin zum Aufnehmen eines darin lagerbaren Objekts auf. Das Fallturm-Magazin weist einen sich entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm- Magazins erstreckenden Hohlraum auf, in dem das Objekt aufnehmbar ist. Außerdem weist das Fallturm-Magazin mindestens eine erste Öffnung, durch die das Objekt in das Fallturm- Magazin einlegbar ist, und mindestens eine zweite Öffnung, durch die das Objekt aus dem Fallturm-Magazin entnehmbar ist, auf. Erfindungsgemäß ist die erste Öffnung des Fallturm- Magazins von der zweiten Öffnung des Fallturm-Magazins beabstandet angeordnet, sodass das Objekt beim Einlegen schwerkraftbedingt innerhalb des Hohlraums des Fallturm- Magazins in Richtung der zweiten Öffnung fällt. Die erste Öffnung kann daher auch als eine Einschuböffnung und die zweite Öffnung als eine Entnahmeöffnung bezeichnet werden. Ein eingeschobenes Objekt würde nun allerdings aufgrund der Schwerkraft ungebremst bis zum Boden des Fallturms herunterfallen. Je nach Fragilität des Objekts, oder aber auch z.B. je nach Inhalt des Objekts, sowie in Abhängigkeit der Länge der Fallstrecke ist die Wahrscheinlichkeit doch eher hoch, dass beim Aufprall des Objekts auf dem Boden des Fallturm- Magazins das Objekt oder dessen Inhalt zu Bruch geht. Um dieses Problem zu lösen, sieht die Erfindung vor, eine eine Magnetanordnung und einen elektrischen Leiter aufweisende Wirbelstrombremse bereitzustellen, um die Fallgeschwindigkeit des fallenden Objekts zu reduzieren. Das Fallturm-Magazin wird in der Regel so angeordnet sein, dass ein in die obere Einschuböffnung eingeführtes Objekt nach unten, d.h. in Richtung der Entnahmeöffnung, rutscht. Das heißt, die Einschuböffnung ist in Fallrichtung des Objekts oberhalb von der Ent- nahmeöffnung angeordnet. Natürlich können in das Failturm-Magazin auch mehrere darin zu lagernde Objekte eingelegt werden, die nacheinander eingelegt werden und sich dementsprechend übereinander in dem Hohlraum des Fallturm-Magazins stapeln. Auf diese Weise kann das Fallturm-Magazin vollständig mit solchen Objekten befüllt werden. Die Objekte können wiederum einzeln aus der Entnahmeöffnung entnommen werden, wobei das jeweils unterste Objekt an der Entnahmeöffnung zugänglich ist. Sobald das unterste Objekt entnommen wird, rutschen die darüber liegenden Objekte nach, und es kann bei Bedarf wieder ein neues Objekt durch die Einschuböffnung eingeführt werden. Wie soeben erwähnt, rutschen bei diesem Entnahmevorgang die darüber liegenden Objekte nach, und zwar ebenfalls schwerkraftbedingt. Die erfindungsgemäße Wirbelstrombremse wirkt auch hierbei auf die Objekte, um auch bei diesem Nachrutschen einen zu heftigen Aufprall auf dem Boden des Fallturm-Magazins und somit eine mögliche Beschädigung des Objekts und/oder dessen Inhalts zu vermeiden.
Es ist denkbar, dass das in dem Fallturm-Magazin lagerbare Objekt ein Behälter ist.
Der Behälter kann beispielsweise eine Kassette sein, die mit einem oder mehreren Mikro- skopieobjektträgern bestückbar ist. Die Mikroskopieobjektträger dienen zum Tragen von zu untersuchenden Proben. Derartige Mikroskopieobjektträger sind in der Regel Glasträger, die dementsprechend empfindlich auf mechanische Belastung reagieren. Der Einsatz einer Wirbelstrombremse bei Faliturm-Magazinen für mit Mikroskopieobjektträgern bestückbaren Kassetten ist nicht bekannt. Gemäß einer Ausführungsform kann das Objekt die Magnetanordnung der Wirbelstrombremse und das Fallturm-Magazin den elektrischen Leiter der Wirbeistrombremse aufwei- sen. Die Magnetanordnung kann einen oder mehrere Magnete aufweisen. Die Magnetanordnung kann beispielsweise eine an dem Objekt angeordnete Magnetanordnung sein. Das Objekt selbst kann aber auch aus einem magnetischen Material hergestellt sein und somit selbst die Magnetanordnung bilden. Der elektrische Leiter weist ein elektrisch leitfähiges Material auf, in dem die Wirbelströme erzeugbar sind. Der elektrische Leiter kann beispielsweise in Form einer Platte ausgebildet sein, die wiederum an dem Fallturm-Magazin angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich wäre es denkbar, dass das Fallturm-Magazin selbst elektrisch leitend ist.
Es wäre denkbar, dass der elektrische Leiter entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm- Magazins an diesem angeordnet ist. Beispielsweise erstreckt sich der elektrische Leiter von der ersten Öffnung, d.h. von der Einschuböffnung, bis zu der zweiten Öffnung, d.h. bis zu der Entnahmeöffnung. Somit setzt die Wirkung der Wirbelstrombremse bereits direkt nach dem Einschieben des Objekts ein und bremst dieses gegen das schwerkraftbedingte Herunterfallen ab. Der elektrische Leiter weist vorzugsweise keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Dadurch wird erreicht, dass das in dem Fallturm-Magazin lagernde Objekt im freien Fall durch den Fallturmschacht fällt, ohne von der Wandung des Fallturmschachts aufgrund von Ferromagnetismus angezogen zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Fallturm-Magazin zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material (z.B. Aluminium) hergestellt sein, sodass das Fallturm-Magazin selbst den elektrischen Leiter der Wirbelstrombremse bilden kann. Ein Fallturm aus z.B. Aluminum wäre einfach und verhältnismäßig kostengünstig herstellbar und er weist ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität auf. Außerdem weist Aluminium eine gute elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. In einer alternativen Ausführungsform kann das Fallturm-Magazin die Magnetanordnung aufweisen, und das Objekt kann den elektrischen Leiter aufweisen. Beispielsweise können Platten, Spulen, Drähte und dergleichen aus elektrisch leitfähigem Material an dem Objekt bzw. um das Objekt herum angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Objekt selbst aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist bzw. ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Die Magnetanordnung kann beispielsweise einen oder mehrere Magnete aufweisen, die an dem Fallturm-Magazin angeordnet sind. Das Fallturm-Magazin kann aber selbst auch aus einem magnetischen Material hergestellt sein.
Es ist denkbar, dass die Magnetanordnung einen Magneten mit einem Nordpol und einem Südpol aufweist, wobei der Magnet derart an dem Fallturm-Magazin angeordnet ist, dass die Magnetausrichtung vorzugsweise senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins polarisiert ist. die Magnetanordnung entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm- Magazins an diesem angeordnet ist, wobei die Magnetanordnung senkrecht zur Erstreckungsrichtung polarisiert ist. Ein oder mehrere solcher Magnete können entlang der Erstre- ckungsrichtung des Fallturm-Magazins bzw. entlang der schwerkraftbedingten Fallrichtung des Behälters an dem Fallturm-Magazin angeordnet sein, und zwar derart, dass sich die Polarisierung der Magnetanordnung senkrecht zur Erstreckungsrichtung bzw. Fallrichtung ausbildet. Das heißt, ein Südpol und ein Nordpol sind entlang der Erstreckungsrichtung bzw. Fallrichtung angeordnet, sodass sich Nordpol und Südpol entlang der Erstreckungsrichtung bzw. Fallrichtung benachbart sind und die Magnetfelder der Magnete vorzugsweise in den Bereich des Holraums weisen. Die Magnetanordnung kann innen, d.h. im Bereich des Hohlraums, und/oder außen, d.h. auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des Fallturm- Magazins, an diesem angeordnet sein.
Es ist vorstellbar, dass die Magnetanordnung mehrere Magnete mit jeweils einem Nordpol und einem Südpol aufweist, wobei die Magnete entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins nacheinander an dem Fallturm-Magazin derart angeordnet sind, dass sich die einzelnen Pole abwechseln. Die Magnetanordnung kann also mehrere Magnete aufweisen, die mit jeweils entgegengesetzter Polung entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins an diesem angeordnet sind. Die einzelnen Magnete der Magnetanordnung sind sozusagen alternierend an dem Fallturm-Magazin angeordnet. Das heißt, die einzelnen Magnete der Magnetanordnung sind derart an dem Fallturm-Magazin angeordnet, dass in Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins ein Südpol eines ersten Magneten stets einem Nordpol eines benachbarten zweiten Magneten gegenüberliegt.
Es ist denkbar, dass die Magnetanordnung mindestens zwei Magnete mit jeweils einem magnetischen Pol aufweist, wobei die mindestens zwei Magnete unmittelbar nacheinander oder mit einer Beabstandung zueinander in Erstreckunsgrichtung des Fallturm-Magazins an diesem angeordnet sind. Die Magnete können demnach also jeweils mit einem Nordpol und einem Südpol in das Innere des Fallturm-Magazins weisen. Die Magnete können aber auch mit genau gleicher Polung in das Innere des Fallturm-Magazins weisen. Wenn also diese Magnete in Erstreckungsrichtung des Fallturm -Magazins derart an dem Fallturm-Magazin angeordnet sind, dass sie zueinander in Erstreckunsgrichtung beabstandet ist, bildet sich sozusagen eine Lücke zwischen den beiden Magneten. Wenn sich nun das fallende Objekt im Fall an den Magneten vorbeibewegt, so tritt das Objekt zunächst in das Magnetfeld des in Fallrichtung ersten Magneten ein, tritt dann wieder aus diesem Magnetfeld aus (tritt also in die Lücke ein), um anschließend in das Magnetfeld des nachfolgenden Magneten einzutreten und aus diesem anschließend wieder auszutreten. Hierdurch ändert sich das Magnetfeld, was zu einer Strominduktion in dem am Objekt vorgesehenen Leiter führt, sodass sich ein entgegengesetztes Magnetfeld aufbaut, dass das Objekt abbremst.
Es wäre auch vorstellbar, dass die Magnetanordnung entlang der Erstreckunsgrichtung des Fallturm-Magazins eine veränderliche Magnetfeldstärke senkrecht zur Erstreckungs- bzw. Fallrichtung aufweist. Die Magnetfeldstärke senkrecht zur Fallrichtung kann in Erstreckunsgrichtung zunehmen, abnehmen oder wechseln. Eine stark wechselnde Magnetfeldstärke wäre präferiert, da sich so die Bremswirkung in Fallrichtung des Objekts erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Magnetanordnung einen oder mehrere Permanentmagnete aufweisen. Permanentmagnete sind günstig und eignen sich gut für die Herstellung einer Wirbelstrombremse. Ein großer Vorteil hierbei ist, dass keine elektrischen bzw. elektronischen Komponenten benötigt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Magnetanordnung einen oder mehrere Elektromagnete aufweisen. Der Vorteil hierbei besteht darin, dass die Elektromagnete selektiv angesteuert werden können, um beispielsweise die Fallgeschwindigkeit des fallenden Objekts zu beein- flussen. Es ist beispielsweise denkbar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist, um den durch die Elektromagnete fließenden Strom zu regulieren, um den durch den Induktionsstrom bedingten Magnetfluss und somit die Wirkung auf die Fallgeschwindigkeit des fallenden Objekts zu regeln.
Außerdem wäre es denkbar, dass die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist, um die elektromagnetische Magnetanordnung anzusteuern, sodass ein oder mehrere Elektromagnete entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins einzeln aktivierbar und deaktivierbar sind. Das heißt, einzelne entlang der Fallstrecke des Objekts angeordnete Elektromagnete können einzeln zu- bzw. abgeschaltet werden. Dies kann beispielsweise eingesetzt werden, um Energie zum Erzeugen der Elektromagnete entlang der Fallstrecke zu sparen. Wenn beispielsweise das Fallturm-Magazin eine Aufnahmekapazität von 20 Objekten hat, aber lediglich zwei Objekte in dem Fallturm-Magazin eingelegt sind, dann entspricht die von einem eingeführten dritten Objekt zurückzulegende Fallstrecke einer Länge von 18 Objekten. Der freie Fall des Objekts muss nicht über die gesamte Fallstrecke gebremst werden. Es kann ausreichend sein, das freifallende Objekt beispielsweise erst ab der Hälfte abzubremsen. Demnach müsste die Bremswirkung der Wirbelstrombremse erst ab der Hälfte der Fallstrecke bereitgestellt werden. Somit wäre es ausreichend, wenn lediglich die Elektromagnete in der unteren Hälfte aktiviert sind.
Es wäre aber auch denkbar, dass die Steuerung ausgebildet ist, um einen oder mehrere um die zweite Öffnung herum angeordnete Elektromagnete zu deaktivieren. Wenn ein oder meh- rere aktive Elektromagnete um die Entnahmeöffnung herum angeordnet sind, dann wirken diese der zum Entnehmen des Objekts aufgebrachten Kraft entgegen, d.h. sie würden die Entnahmebewegung abbremsen. Um ein ungebremstes Entnehmen des Objekts aus der Entnahmeöffnung zu ermöglichen, können die um die Entnahmeöffnung herum angeordne- ten Elektromagnete, zumindest während eines Entnahmevorgangs, deaktiviert werden.
Außerdem ist es vorstellbar, dass die Steuerung ausgebildet ist, um die Induktionsspannung, die aufgrund des freien Falls des Objekts in dem Fallturm-Magazin erzeugt wird, zu ermitteln und basierend darauf den Füllstand des Fallturm-Magazins zu bestimmen. Bei der Bewegung des Objekts relativ zu der elektromagnetischen Magnetanordnung wird eine indukti- onsspannung in der Magnetanordnung induziert. Der Betrag der induzierten Spannung hängt unter anderem von dem zurückgelegten Weg des Objekts ab. Die Fallstrecke verkürzt sich mit jedem in dem Fallturm-Magazin bereits eingelegten Objekt. Somit kann die Höhe der induzierten Spannung als Maß für den Füllstand des Fallturm-Magazins betrachtet werden. Anstelle der Induktionsspannung kann natürlich auch der Induktionsstrom gemessen und als Indikator für den Füllstand des Fallturm-Magazins herangezogen werden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Mikroskopiervorrichtung mit einem Mikroskop und einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Hierbei kann das Fallturm-Magazin zum Aufbewahren von in dem Fallturm-Magazin lagerbaren Objekten eingesetzt werden. Sofern es sich bei den Objekten um Behälter handelt, könnte das Fallturm-Magazin somit beispielsweise zum Aufbewahren von in diesen Behältern angeordneten Proben eingesetzt werden. Die Mikroskopiervorrichtung kann eine vollautomatisierte Mikroskopiervorrichtung sein, bei der die Objekte bzw. Behälter automatisiert, z.B. mittels eines ablaufgesteuerten Roboters, aus dem Fallturm-Magazin entnommen und auch wieder in das Fallturm-Magazin zurückgelegt werden können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine isolierte Perspektivansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels, Fig. 3 eine isolierte Perspektivansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, Fig. 5 ein Diagramm, das die von einem fallenden Objekt zurückgelegte Strecke als Funktion der Zeit darstellt,
Fig. 6 ein Diagramm, das die Fallgeschwindigkeit eines fallenden Objekts als Funktion der Zeit darstellt, und Fig. 7 ein Diagramm, das die Fallbeschleunigung eines fallenden Objekts als Funktion der Zeit darstellt.
Figur 1 zeigt eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 weist ein Fallturm-Magazin 102 zum Aufnehmen eines darin lagerbaren Objekts 101 auf, Das Fallturm-Magazin 102 weist einen sich entlang der Erstreckungsrichtung L des Fallturm- Magazins 102 erstreckenden Hohlraum 103 auf. Das Fallturm-Magazin 102 weist außerdem eine erste Öffnung 104, durch die das Objekt 101 in das Fallturm-Magazin 102 einbringbar ist, auf. Das Fallturm-Magazin 102 weist ferner eine zweite Öffnung 105, durch die das Objekt 101 aus dem Fallturm-Magazin 102 entnehmbar ist, auf. Die erste Öffnung 104 ist von der zweiten Öffnung 105 beabstandet angeordnet. Somit fällt das Objekt 101 beim Einlegen schwerkraftbedingt innerhalb des Hohlraums 103 des Fallturm-Magazins 102 in Richtung der zweiten Öffnung 105 hinunter.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist außerdem eine Wirbelstrombremse zum Reduzieren der Fallgeschwindigkeit des freifailenden Objekts 101 auf. Die Wirbelstrombremse weist eine Magnetanordnung 106 und einen elektrischen Leiter 107 auf.
Das Fallturm-Magazin 102 ist ein Magazin zum Aufnehmen eines einzelnen Objekts 101 oder mehrerer Objekte 101. Das Fallturm-Magazin 102 ist hohl, wobei die ein oder mehreren Objekte 101 in diesem Hohlraum 103 gelagert werden.
Das Fallturm-Magazin 102 weist eine in Fallrichtung des Objekts 101 , bzw. in Erstreckungs- richtung L des Fallturm-Magazins 102, oben angeordnete erste Öffnung 104 und eine unten angeordnete zweite Öffnung 105 auf. Wie in Figur 1 zu erkennen ist, kann zwischen den beiden Öffnungen 104, 105 optional eine Ausnehmung 111 in der Wand des Fallturm- Magazins 102 vorgesehen sein. Diese Ausnehmung 111 kann sich quer zur Erstreckungsrichtung L des Fallturm-Magazins 102 über einen Teil der Wand des Fallturm-Magazins 102 erstrecken (siehe Figur 1), oder aber auch über die gesamte Breite der Wand des Fallturm- Magazins 102 erstrecken (siehe z.B. Figur 2). Die Objekte 101 können nacheinander durch die erste Öffnung 104, die im Folgenden auch als Einschuböffnung bezeichnet wird, in das Fallturm-Magazin 102 eingeschoben werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Fallturm-Magazin 102 auch auf einer der Freifallrichtung des Objekts 101 gegenüberliegenden Oberseite 109 eine Öffnung 108 aufweisen, durch die ein Objekt 101 von oben in das Fallturm-Magazin 102 eingeworfen wird. Das heißt, auch die oberseitige Öffnung 108 kann als die erste Öffnung bzw. Einschuböffnung oder als eine Einwurföffnung bezeichnet werden.
Nach dem Einbringen, d.h. Einwerfen oder Einschieben, des Objekts 101 in das Fallturm- Magazin 102 fällt das Objekt 101 in dem Hohlraum 103 des Fallturm-Magazins 102 aufgrund der auf das Objekt 101 wirkenden Schwerkraft nach unten, d.h. in Richtung der zweiten Öffnung 105.
Die zweite Öffnung 105 ist so ausgebildet, dass ein in dem Fallturm-Magazin 102 lagerndes unterstes Objekt 101 durch diese Öffnung 105 aus dem Fallturm-Magazin 102 herausgenommen werden kann. Diese zweite Öffnung 105 wird daher im Folgenden auch als eine Entnahmeöffnung bezeichnet.
In Figur 1 ist die Entnahmeöffnung 105 von dem Boden beabstandet, d.h. zwischen der dem Boden zugewandten Unterseite der Entnahmeöffnung 105 und dem Boden ist ein Teil des Fallturm-Magazins 102 in Form eines optionalen Stegs 110 vorhanden. Es wäre aber ebenso denkbar, dass dieser Steg 1 10 nicht vorhanden ist und die Entnahmeöffnung 105 sich durchgehend bzw. unterbrechungsfrei bis zu dem Boden hin erstreckt (siehe z.B. Figur 2).
Um eine Zerstörung des Objekts 101 , oder gegebenenfalls des Inhalts des Objekts 101 , zu vermeiden, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 die zuvor erwähnte Wirbelstrombremse auf. Die Wirbelstrombremse beinhaltet einen elektrischen Leiter 107 und eine Magnetanordnung 106, die miteinander wechselwirken, um die Fallgeschwindigkeit des Objekts 101 zu reduzieren. Daher bietet es sich an, dass eine der beiden Komponenten der Wirbelstrombremse an dem Objekt 101 und die jeweils andere der beiden Komponenten der Wirbelstrombremse an dem Fallturm-Magazin 102 vorgesehen ist.
In dem in Figur 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Magnetanordnung 106 an dem Objekt 101 angeordnet, und der elektrische Leiter 107 ist an dem Failturm-Magazin 102 an- geordnet. Es wäre aber ebensogut anders herum denkbar, d.h. dass der elekrtische Leiter 107 an dem Objekt 101 und die Magnetanordnung 106 an dem Failturm-Magazin 102 angeordnet wäre.
Figur 2 zeigt eine isolierte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in einer denkbaren Ausführungsform. Es ist ein Ausschnitt des Fallturm-Magazins 102 zu se- hen, wobei zur besseren Erkennbarkeit die dem Betrachter zugewandte Seite des Fallturm- Magazins 102 weggelassen ist.
In Figur 2 ist zu erkennen, dass sich ein Objekt 101 in dem Hohlraum 103 des Fallturm- Magazins 102 befindet. In diesem sowie in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird das in dem Fallturm-Magazin 102 zu lagernde Objekt 101 beispielhaft als ein Behälter beschrieben.
Das Fallturm-Magazin 102 weist in diesem Ausführungsbeispiel den elektrischen Leiter auf. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist das Fallturm-Magazin 102 aus einem Material hergestellt, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, d.h. das Fallturm-Magazin 102 selbst bildet den elektrischen Leiter 107 der Wirbelstrombremse.
Es wäre aber ebenso denkbar, dass ein elektrischer Leiter 107 an dem Fallturm-Magazin
102 angeordnet ist. Dies könnte beispielsweise durch eine elektrisch leitfähige Platte realisiert werden, die vorzugsweise innerhalb des Hohlraums 103 angeordnet ist. Genauer gesagt wäre der elektrische Leiter 107 an einer dem Hohlraum 103 zugewandten Innenseite des Fallturm-Magazins 102 angeordnet, und zwar vorzugsweise an einer Innenseite des Fallturm-Magazins 102, die der an dem Behälter 101 angeordneten Magnetstruktur 106 gegenüberliegt.
Unabhängig davon, ob das Fallturm-Magazin 102 nun selbst den elektrischen Leiter ausbildet oder ein elektrischer Leiter 107 an dem Fallturm-Magazin 102 angeordnet ist, sehen Aus- führungsbeispiele der Erfindung vor, dass sich der elektrische Leiter 107 entlang der Erstre- ckungsrichtung des Fallturm-Magazins 102, bzw. entlang der Fallrichtung des Behälters 101 in dem Fallturm-Magazin 102, erstreckt.
Ebenfalls unabhängig davon, ob das Fallturm-Magazin 102 nun selbst den elektrischen Leiter ausbildet oder ein elektrischer Leiter 107 an dem Fallturm-Magazin 102 angeordnet ist, weist der elektrische Leiter 107 vorzugsweise keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Geeignete Materialien für den elektrischen Leiter 107 wären beispielsweise Kupfer, Aluminium, Gold und dergleichen. So kann beispielsweise das Fallturm-Magazin 102 aus einem dieser Materialien hergestellt sein, um den elektrischen Leiter der Wirbelstrombremse zu bilden. Das Fallturm-Magazin 102 kann aber auch aus Legierungen bestehen, die zumindest einen nicht-ferromagnetischen elektrisch leitfähigen Werkstoff, wie z.B. Aluminium, Gold o- der Kupfer aufweisen.
Wie zuvor bereits erwähnt, weist also der Behälter 101 in dem in Figur 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel die Magnetanordnung 106 der Wirbelstrombremse auf. Die Magnetanordnung 106 kann einen einzelnen Magneten mit einem Nordpol und einem Südpol aufweisen. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Magnetanordnung 106 jedoch mehrere einzelne Magnete 106a bis 106e auf.
Die einzelnen Magnete 106a bis 106e sind derart an dem Behälter 101 angeordnet, dass sie in einer Richtung L entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins 102, bzw. ent- lang der Fallrichtung des Behälters 101 , abwechselnde Polarisierung aufweisen. So weist beispielsweise der in Fallrichtung L oberste abgebildete Magnet 106a einen Nordpol auf. Der in Fallrichtung L unmittelbar benachbarte nächste Magnet 106b weist einen Südpol auf. Der zu diesem Magneten 106b in Fallrichtung unmittelbar benachbarte nächste Magnet 106c weist dann wiederum einen Nordpol auf, und so weiter. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auf je einer von zwei Seiten des Behälters 101 jeweils fünf einzelne Magnete 106a bis 106e angeordnet. Erfindungsgemäß können jedoch beliebig viele Einzelmagnete an dem Behälter 101 angeordnet sein. Die Einzelmagnete können derart an dem Behälter 101 angeordnet sein, dass sich deren jeweilige Polarisierung entlang der Erstreckungsrichtung L des Fallturm-Magazins 102, bzw. entlang der Fallrichtung des Behälters 101 , abwechselt.
Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn sich die einzelnen Pole möglichst häufig abwechseln, denn dadurch werden häufige Magnetfeldwechsel während der Relativbewegung des Behälters 101 relativ zu dem Fallturm-Magazin 102 erzeugt, die die Wirksamkeit der Wirbelstrombremse erhöhen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die ein- zelnen Magnete 106a bis 106e der Magnetanordnung 106 relativ dünn sind, d.h. eine sich entlang der Erstreckungsrichtung L des Fallturm-Magazins 102 erstreckende Breite B aufweisen, die geringer ist als die Länge L des Fallturm-Magazins.
Die einzelnen Magnete 106a bis 106f können, wie in Figur 2 gezeigt ist, unmittelbar nacheinander angeordnet sein, so dass sich quasi kein Spalt zwischen ihnen befindet. Es wäre aber ebenso denkbar, dass die einzelnen Magnete 106 bis 106f zueinander beanstandet angeordnet sind, d.h. zwischen den Magneten 106a bis 106f wäre eine Lücke.
Wie eingangs erwähnt, liegt jeweils eine Magnetanordnung 106 einer Innenseite des Fallturm-Magazins 102 gegenüber. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Magnetanordnungen 106 mit jeweils mehreren Einzelmagneten 106a bis 106e auf der linken und der rechten Seite des Behälters 101 angeordnet. Natürlich ist es ebenso denkbar, dass alle Seiten des Behälters 101 jeweils eine Magnetanordnung 106 aufweisen.
Damit der Behälter 101 in dem Hohlraum 103 des Fallturm-Magazins 102 im Freifall hinunterfallen kann, sind die äußeren Abmessungen des Behälters 101 einschließlich der daran angeordneten Magnetstrukturen 106 kleiner als die inneren Abmessungen des Fallturm- Magazins 102. Somit ist also der Behälter 101 von den Wänden bzw. Innenseiten des Fallturm-Magazins 102 beabstandet.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 gezeigt. Hier sind im Vergleich zu dem zuvor mit Bezug auf Figur 2 diskutierten Ausfüh- rungsbeispiel die Komponenten der Wirbelstrombremse vertauscht, d.h. das Fallturm- Magazin 102 weist hier nun die Magnetanordnung 106 auf und der Behälter 101 weist den elektrischen Leiter 107 auf. Alles was zuvor mit Bezug auf Figur 2 erwähnt wurde, gilt auch für das in Figur 3 abgebildete Ausführungsbeispiel.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist der Behälter 101 aus einem Material hergestellt, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, d.h. der Behälter 101 selbst bildet den elektrischen Leiter 107 der Wirbelstrom bremse.
Es wäre aber ebenso denkbar, dass ein elektrischer Leiter 107 an dem Behälter 101 angeordnet ist. Dies könnte beispielsweise durch eine elektrisch leitfähige Platte realisiert werden, die vorzugsweise auf einer oder mehreren Seiten des Behälters 101 angeordnet ist. Genauer gesagt wäre der elektrische Leiter 107 an einer dem Hohlraum 103 zugewandten Außenseite des Behälters 101 angeordnet.
Unabhängig davon, ob der Behälter 101 nun selbst den elektrischen Leiter ausbildet oder ein elektrischer Leiter 107 an dem Behälter 101 angeordnet ist, sehen Ausführungsbeispiele der Erfindung vor, dass sich der elektrische Leiter 107 an den Außenseiten des Behälters 101 entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins 102, bzw. entlang der Fallrichtung des Behälters 101 innerhalb des Fallturm-Magazins 102, erstreckt.
Ebenfalls unabhängig davon, ob der Behälter 101 nun selbst den elektrischen Leiter ausbildet oder ein elektrischer Leiter 107 an dem Behälter 101 angeordnet ist, weist der elektrische Leiter 107 vorzugsweise keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Geeignete Materialien für den elektrischen Leiter 107 wären beispielsweise Kupfer, Aluminium, Gold und dergleichen. So kann beispielsweise der Behälter 101 aus einem dieser Materialien hergestellt sein, um den elektrischen Leiter der Wirbelstrombremse zu bilden. Der Behälter 101 kann aber auch aus Legierungen bestehen, die zumindest einen nicht-ferromagnetischen elektrisch leitfähigen Werkstoff, wie z.B. Aluminium, Gold oder Kupfer aufweisen. Wie zuvor bereits erwähnt, weist also das Fallturm-Magazin 102 in dem in Figur 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel die Magnetanordnung 106 der Wirbelstrombremse auf. Die Magnetanordnung 106 kann einen einzelnen dual polarisierten Magneten mit einem Nordpol und einem Südpol aufweisen. In dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Magnetanordnung 106 jedoch mehrere einzelne Magnete 106a bis 106f auf. Genauer gesagt weist die Magnetanordnung 106 mehrere Magnete 106a bis 106f auf, die mit jeweils abwechselnder Polarisierung abwechselnd entlang der Erstreckungsrichtung L des Fallturm- Magazins 02 an diesem angeordnet sind.
Die einzelnen Magnete 106a bis 106f sind also derart an dem Fallturm-Magazin 102 ange- ordnet, dass sie in einer Richtung L entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins 102, bzw. entlang der Fallrichtung des Behälters 101 , abwechselnde Polarisierung aufweisen. So weist beispielsweise der in Fallrichtung L oberste abgebildete Magnet 106a einen Nordpol auf. Der in Fallrichtung L unmittelbar benachbarte nächste Magnet 106b weist einen Südpol auf. Der zu diesem Magneten 106b in Fallrichtung unmittelbar benachbarte nächste Magnet 106c weist dann wiederum einen Nordpol auf, und so weiter.
In dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind lediglich beispielhaft auf einer Innenseite des Fallturm-Magazins 102 sechs einzelne Magnete 06a bis 106f angeordnet. Erfindungsgemäß können jedoch beliebig viele Einzelmagnete an dem Fallturm-Magazin 102 angeordnet sein. Die Einzelmagnete können derart an dem Fallturm-Magazin 102 angeord- net sein, dass sich deren jeweilige Polarisierung senkrecht zur Erstreckungsrichtung L des Fallturm-Magazins 102 entlang der Fallrichtung des Behälters 101 abwechselt.
Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn sich die einzelnen Pole möglichst häufig abwechseln, denn dadurch werden häufige Magnetfeldwechsel während der Relativbewegung des Behälters 101 relativ zu dem Fallturm-Magazin 102 erzeugt, die die Wirksamkeit der Wir- belstrombremse erhöhen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die einzelnen Magnete 106a bis 106f der Magnetanordnung 106 relativ dünn sind, d.h. eine sich entlang der Erstreckungsrichtung L des Fallturm-Magazins 102 erstreckende Breite B aufweisen, die um ein vielfaches kleiner ist als die Länge L des fallturm-Magazins 102.
Ein oder mehrere Magnetanordnungen 106, gegebenenfalls mit jeweils einzelnen Magneten 106a bis 106f, können aber auch an zwei oder mehreren Innenseiten des Fallturm-Magazins 102 angeordnet sein. Außerdem können ein oder mehrere Magnetanordnungen 106, gegebenenfalls mit jeweils einzelnen Magneten 106a bis 106f, auch an den Außenseiten des Fallturm-Magazins 102 angeordnet sein, sofern die Magnetfeldstärke der ein oder mehreren Magnetanordnungen 106 groß genug ist, dass die Wandstärke des Fallturm-Magazins 102 von den Magnetfeldlinien durchquert werden kann.
Es ist aber auch denkbar, dass eine Magnetanordnung 106 lediglich einen dual polarisierten Magneten aufweist, in diesem Falle wäre die Magnetanordnung 106 derart an dem Fallturm- Magazin 102 angeordnet, dass sie im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung L des Fallturm-Magazins 102 polarisiert ist. Das heißt, die Magnetanordnung 106 weist entlang Fallrichtung des Behälters 101 mindestens einen Pol auf. Der andere Pol des Magneten könnte ebenfalls genutzt werden um an zweiter Stelle in Fallrichtung senkrecht zu dieser seinen Pol auszurichten.
Die Magnetanordnung 106 kann beispielsweise einen oder mehrere Permanentmagnete aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Magnetanordnung 106 aber auch einen oder mehrere Elektromagnete aufweisen.
Eine elektromagnetische Magnetanordnung 106 kann beispielsweise mittels Spulen realisiert werden, die vorzugsweise an dem Fallturm-Magazin 102 angeordnet sind. Vorteilhafter Weise erstrecken sich die ein oder mehreren Spulen dann in Erstreckungsrichtung L des Fall- turm-Magazins 102 bzw. in Fallrichtung des Behälters 101.
Als Elektromagnete können ein oder mehrere extern versorgte stromdurchflossene Spulen verwendet werden, die aufgrund des Stromflusses ein Magnetfeld aufbauen. In diesem Fall würde die jeweilige Stromflussrichtung zweier benachbarter Spulen gleich sein, sodass sich in jeder Spule jeweils ein magnetischer Nordpol und ein magnetischer Südpol ausbilden, und sich die magnetischen Pole der einzelnen Spule dann jeweils abwechselnd gegenüberliegen. Der elektrische Leiter wäre dann an dem Behälter angeordnet.
Es kann aber auch denkbar sein, dass die Spulen nicht stromdurchflossen sind und somit den elektrischen Leiter bilden. An dem Behälter 101 können dann beispielsweise Permanentmagnete angeordnet sein. Aufgrund der Bewegung des an den Spulen vorbeifallenden Behälters 101 wird in den Spulen eine Induktionsspannung induziert. Der Induktionsstrom wiederum baut in den Spulen ein Magnetfeld auf, das den fallenden Behälter 101 abbremst.
Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht der in Figur 1 abgebildeten Vorrichtung 100. Das Fallturm-Magazin 102 weist eine erste Öffnung 104 auf, durch die der Behälter 101 in den Hohlraum 103 des Fallturm-Magazins 102 einbringbar ist. Nach dem Einschieben des Behälters 101 fällt dieser innerhalb des Hohlraums 103 nach unten, d.h. in Richtung der zweiten Öffnung 105, durch die ein Behälter 101 aus dem Fallturm-Magazin 102 entnehmbar ist.
Das Fallturm-Magazin 102 weist auf dessen Innenseiten mehrere Magnetanordnungen 106', 106" auf. Sowohl die dem Betrachter frontal zugewandte erste Magnetanordnung 106' als auch die dem Betrachter seitlich und somit geschnitten dargestellte zweite Magnetanordnung 106" weisen jeweils mehrere einzelne Magnete 106'a bis 106Ί und 106"a bis 106"l auf. Die einzelnen Magnete 106'a bis 106Ί und 106"a bis 106"! sind mit jeweils abwechselnder Polarisation nacheinander angeordnet. Derartige Magnetanordnungen können außerdem auf allen (vier) Seiten (Innen- und/oder Außenseiten) des Fallturm-Magazins 102 angeordnet sein, oder auch mehrere Reihen entlang mindestens einer Seite aufweisen. Die Magnetanordnungen 106', 106" sind jeweils elektromagnetische Magnetanordnungen, d.h. die einzelnen Magnete 106'a bis 106Ί und 106"a bis 106Ί sind Elektromagnete.
Die in Figur 4 abgebildete Vorrichtung 100 weist ferner eine Steuerung 400 auf. Die Steuerung 400 ist ausgebildet, um eine oder mehrere der elektromagnetischen Magnetanordnun- gen 106', 106" anzusteuern, sodass ein oder mehrere der zuvor erwähnten Elektromagnete 106'a bis 106Ί und 106"a bis 106'Ί einzeln aktivierbar und deaktivierbar sind, und zwar entlang der Erstreckungsrichtung L des Fallturm-Magazins 102 bzw. entlang der Fallrichtung L des Behälters 101. Somit kann die Bremswirkung der Wirbelstrombremse reguliert werden.
Die Steuerung 400 ist ferner ausgebildet, um einen oder mehrere um die zweite Öffnung 105 herum angeordnete Elektromagnete 106'a bis 106Ί und 106"a bis 106"! einzeln zu deaktivieren. IN dem in Figur 4 abgebildeten Ausführungsbeispiel könnten beispielsweise die einzelnen Elektromagnete 106'k, 106Ί und 106"k, 106"! deaktiviert werden.
Somit würde beim Herausnehmen des Behälters 101 aus der zweiten Öffnung 105 keine Wirbelstrom bremsenkraft auf den Behälter 101 wirken, d.h. der Behälter 101 könnte unge- bremst aus dem Fallturm-Magazin 102 entnommen werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung 400 ausgebildet ist, um die Induktionsspannung, die aufgrund des freien Falls des Behälters 101 innerhalb des Fallturm-Magazins 102 in den ein oder mehreren Spulen erzeugt wird, zu ermitteln und basierend darauf den Füllstand des Fallturm-Magazins 102 zu bestimmen. So wird beispielsweise bei noch leerem Fallturm-Magazin 102 ein eingelegter Behälter 101 bis ganz nach unten fallen. Hierbei induziert der hinunterfallende Behälter 101 entlang seiner Fallstrecke eine Induktionsspannung in den an dem Fallturm-Magazin 102 angeordneten Spulen. Die Höhe der induzierten Spannung hängt von der beim Fall des Behälters 101 zurückgelegten Fallstrecke ab. Somit kann die Steuerung 400 anhand der Induktionsspannung die zurückgelegte Wegstrecke des Behälters 101 ermitteln, und basierend darauf auf den Füllstand des Fallturm-Magazins 102 bestimmen.
Zur Bestätigung der Realisierbarkeit der Erfindung wurden Experimente durchgeführt. In einer experimentellen Realisierung wurden dünne Neodym Magnete 106 an den Seiten eines Behälters 101 bzw. einer Kassette 101 befestigt. Die Magnete 106 hatten eine Abmessung (I x b x h) von 40 mmx 12 mmx l mm (wobei sich die Länge I quer zur Fallrichtung und die Breite b längs der Fallrichtung erstreckt).
Um den Abstand zwischen den Magneten 106 und der Turmwand, d.h. der Innenseiten des Fallturm-Magazins 102, zu verringern und gleichzeitig das Magnetfeld zu verstärken, wurden jeweils drei Magnete aufeinander gestapelt (d.h. radial bzw. in einer Richtung senkrecht zur Fallrichtung). Der Abstand des radial äußersten Magneten zur Turmwand betrug ca. 0,7 mm. Um die Bremswirkung zu verstärken, wurden die gestapelten Magnete alternierend nebeneinander (d.h. entlang der Fallrichtung) an der Kassette 101 befestigt. Dadurch ist die zeitliche Änderung des Magnetfeldes beim Fall im Turm 102 höher und somit auch die Bremswirkung.
Für die Fallversuche kam ein Turm 102 aus Aluminium zum Einsatz. Die Versuche wurden mit einer mit Objektträgern beladenen Standardkassette 101 durchgeführt. Zum Vergleich der Bremseffektivität wurde der Fall einer Kassette 101 mit Wirbelstrombremse und Magneten 106 (m = 162 g) sowie einer Kassette 101 ohne Magneten 106 und Wirbelstrombremse aufgezeichnet. Zur Aufzeichnung wurde eine Kamera mit einer Bildrate von 400 Bildern pro Sekunde eingesetzt. Es wurde die Höhe der Kassetten 101 pro Frame, also Zeiteinheit bestimmt und mithilfe von Matlab ausgewertet.
Figur 5 zeigt ein erstes Diagramm, in dem die zurückgelegte Strecke über die Zeit angetragen ist. Das Diagramm zeigt also den von dem Behälter 101 , d.h. Kassette 101 , in dem Fall- turm-Magazin 102 zurückgelegten Weg als Funktion der Zeit. Es ist zu erkennen, dass der Behälter 101 ohne Wirbelstrombremse, dargestellt mittels der Kurven 501 und 502, nach etwa 0,25 Sekunden auf dem Boden ankommt. Mit Wirbelstrombremse, dargestellt mittels der Kurven 503 und 504, fällt der Behälter 101 hingegen wesentlich langsamer, d.h. er erreicht erst nach etwa 0,72 Sekunden den Boden. Figur 6 zeigt ein zweites Diagramm, in dem die Geschwindigkeit über die Zeit angetragen ist. Das Diagramm zeigt also die von dem Behälter 101 , d.h. Kassette 101 , in dem Fallturm- Magazin 102 erreichte Geschwindigkeit als Funktion der Zeit. Es ist zu erkennen, dass die Geschwindigkeit des frei fallenden Behälters 101 ohne Wirbelstrombremse, dargestellt mittels der Kurve 601 , konstant bis etwa 2,5 m/s ansteigt. Mit Wirbelstrombremse, dargestellt mittels der Kurve 602, fällt der Behälter 101 hingegen wesentlich langsamer, d.h. die Fallgeschwindigkeit steigt zunächst an, pendelt sich aber bereits nach etwa 0,2 Sekunden bei etwa 0,5 m/s ein.
Figur 7 zeigt ein drittes Diagramm, in dem die Beschleunigung über die Zeit angetragen ist. Das Diagramm zeigt also die von dem Behälter 101 , d.h. Kassette 101 , in dem Fallturm- Magazin 102 erreichte Beschleunigung als Funktion der Zeit. Es ist zu erkennen, dass der Behälter 101 ohne Wirbelstrombremse, dargestellt mittels der Kurve 701 , keine Verzögerung der Beschleunigung erfährt. Mit Wirbelstrombremse, dargestellt mittels der Kurve 702, erfährt der Behälter 101 hingegen eine deutliche Verzögerung, d.h. bereits nach 0,1 Sekunden ist die Fallbeschleunigung des Behälters 101 auf etwa 1 m/s2 reduziert worden. Die Erfindung wird nachfolgend nochmals in anderen Worten beschrieben.
Die Erfindung löst das beschriebene Problem des freien Falls bei einer vorgeschlagenen Lagerung und Zuführung von Kassetten 101 in einem Fallturm 102. Mittels des Abbremseffekts einer Wirbelstrombremse 106, 107 wird dem freien Fall eine Kraft entgegengesetzt, so dass das fallende Objekt 101 nach kurzer Zeit nicht weiter beschleunigt. Das frühzeitige Erreichen der Endgeschwindigkeit limitiert die beim Aufprall der fallenden Kassette 101 freiwerdende Energie des weitestgehend beobachteten unelastischen Stoßes.
Die autonome Selbstabbremsung funktioniert gänzlich ohne Steuerung oder mechanische Interaktion des Lagersystems 100. Es verlangt keinerlei elektrische oder elektronische Kom- ponenten. Die Funktion ist ein rein physikalischer Effekt und passiver Natur.
Die limitierte Fallgeschwindigkeit und Aufprallenergie ergibt eine Reihe von Vorteilen bei der Bestückung von Lagersystemen 100. Prinzipiell können die Lagertürme 102 beliebig hoch gebaut werden. Im vorliegenden Fall erhöht sich die Usability bei der Einführung von Kassetten 101 , die nicht mehr sorgfältig manuell zum Boden des Lagerturms 102 geführt werden müssen. Fehler bei der Bestückung können so vermieden werden, die beim freien Fall die Objektträger mechanisch zu sehr belasten könnten.
Aus der Sicht eines elektrischen Leiters 107 werden durch eine zeitliche Änderung des magnetischen Flusses Ströme induziert, die nach der Lenz'schen Regel der Änderung des Magnetfeldes entgegenwirken. Bei einer leitenden Fläche 106 entsteht so ein Kreis- oder auch Wirbelstrom, der beim Stromfluss durch den Leiter 106 durch dessen Widerstand in Wärme umgewandelt wird. Im vorliegenden Fall entspricht die Magnetfeldänderung der (relativen) Bewegung eines Magneten 106 am betrachtet stationären Ort des Leiters 107 vorbei. Durch das rückinduzierte Magnetfeld wirkt eine der Bewegung entgegengesetzte Kraft, die kinetische Energie des Fallkörpers 101 wird im elektrischen Leiter 107 in Wärmenergie umgewan- delt.
Ein Ausführungsbeispie! sieht vor, das fallende Objekt 101 (also den Behälter bzw. eine Kassette) mit Permanentmagneten 106 auszustatten (siehe Figur 2) und im Fallturm 102 eine leitende Fläche 107 zu realisieren. Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, die Kassette 101 mit einer leitenden Fläche 107 auszustatten und die Permanentmagneten 106 im Fallturm 102 unterzubringen (siehe Figur 3). Vorteilhaft für die Bremswirkung ist:
1 . Eine hohe Feldstärke der Permanentmagnete 106.
2. Ein geringer Abstand zwischen Magnet 106 und leitender Fläche 107.
3. Die Magnete 106 gegenpolig aneinander zu reihen, um die lokale Änderung der Feldstärke zu erhöhen. 4. Die räumliche Frequenz des alternierenden Magnetfelds zu erhöhen, d.h. schmale Magnetstreifen 106 zu verwenden, um bei der zu bremsenden Bewegung häufig Magnetfeldänderungen in den Leiter 107 zu induzieren.
5. Die leitende Fläche 107 nicht aus ferromagnetischen Materialien fertigen. Ausführungsmöglichkeiten:
1. Permanentmagneten 106 im fallenden Objekt 101 (Behälter/Kassette); Leitende Fläche 107 im Fallturm 102
2. Permanentmagneten 106 im Fallturm 102; Leitende Fläche 107 an Behälter/Kassette 101
3. Elektromagnet/Spulen-System im Fallturm 102
a) Damit Möglichkeit zur gezielten Steuerung der Bremswirkung; z.B. Abbremsung gezielt deaktivieren, um schnellere Entnahme der Behälter/Kassetten 101 unten aus den Schächten 103 zu ermöglichen; Einfache Steuermögüchkeit (auch zur Stromersparnis) mittels Lichtschranken.
b) Zusatzfunktion zur Detektion des„Füllstands" in den Schächten 103 über den in den Spulen induzierten Stromfluss möglich.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die vereinfachte Möglichkeit zur manuellen Bestückung eines Kassettenzuf ü h rsystem s 100 in Form von Lagertürmen 102 mit Kassetten 101. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit ließe sich dieses Verfahren generell bei der Bestü- ckung von Objekten 101 in Lagertürmen 102 anwenden.
In den vorgenannten Ausführungsbeipsielen und Zeichnungen wurden sowohl das Fallturm- Magazin 102 als auch das darin lagerbare Objekt 101 als viereckig beschrieben bzw. abgebildet. Prinzipiell sind sowohl für das Fallturm-Magazin 102 als auch für das darin lagerbare Objekt 101 beliebige geometrische Formen denkbar. Zwar ist es vorteilhaft, wenn das Fall- turm-Magazin 102 und das darin lagerbare Objekt 101 jeweils dieselbe geometrische Form aufweisen. Allerdings können die Formen des Fallturm-Magazin 102 und des darin lagerbaren Objekts 101 auch voneinader abweichen.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (100) mit einem Fallturm-Magazin (102) zum Aufnehmen eines in dem Fallturm- Magazin (102) lagerbaren Objekts (101 ), wobei das Fallturm-Magazin (102) einen sich entlang der Erstreckungsrichtung des Fallturm-Magazins (102) erstreckenden Hohlraum (103) aufweist, und wobei das Fallturm-Magazin (102) eine erste Öffnung (104), durch die das Objekt (101 ) in das Fallturm-Magazin (102) einbringbar ist, und eine zweite Öffnung (105), durch die das Objekt (101 ) aus dem Fallturm-Magazin (102) entnehmbar ist, aufweist wobei die erste Öffnung (104) des Fallturm-Magazins (102) von der zweiten Öffnung (105) des Fallturm-Magazins (102) beabstandet angeordnet ist, sodass das Objekt (101 ) beim Einlegen schwerkraftbedingt innerhalb des Hohlraums (103) des Fallturm-Magazins (102) in Richtung der zweiten Öffnung fällt (105), und einer eine Magnetanordnung (106) und einen elektrischen Leiter (107) aufweisenden Wirbelstrombremse zum Reduzieren der Fallgeschwindigkeit des fallenden Objekts (101 ).
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei das in dem Fallturm-Magazin (102) lagerbare Ojekt (101 ) ein Behälter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Behälter (101 ) eine Kassette ist, die mit einem oder mehreren Mikroskopieobjektträgern bestückbar ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (101 ) die Magnetanordnung (106) aufweist und das Fallturm-Magazin (102) den elektrischen Leiter ( 07) aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Leiter (107) entlang der Erstreckungsrichtung (L) des Fallturm-Magazins (102) an diesem angeordnet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Leiter (107) keine ferromagnetischen Eigenschaften aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fallturm- Magazin ( 02) zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material herge- stellt ist, sodass das Fallturm-Magazin (102) den elektrischen Leiter (107) der Wirbelstrombremse bildet.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fallturm-Magazin (102) die Magnetanordnung (106) aufweist und das Objekt (101 ) den elektrischen Leiter (107) aufweist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Magnetanordnung (106) einen Magneten mit einem Nordpol und einem Südpol aufweist, wobei der Magnet derart an dem Fallturm-Magazin (102) angeordnet ist, dass die Magnetausrichtung vorzugsweise senkrecht zur Erstreckungsrichtung (L) des Fallturm-Magazins (102) polarisiert ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei die Magnetanordnung (106) mehrere Magnete (106a bis 106f) mit jeweils einem Nordpol und einem Südpol aufweist, wobei die Magnete (106a bis 106f) entlang der Erstreckungsrichtung (L) des Fallturm- Magazins (102) nacheinander an dem Fallturm-Magazin (102) derart angeordnet sind, sodass sich die einzelnen Pole abwechseln.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Magnetanordnung (106) mindestens zwei Magnete (106a bis 106f) mit jeweils einem magnetischen Pol aufweist, wobei die mindestens zwei Magnete (106a bis 106f) unmittelbar nacheinander oder mit einer Beabstandung zueinander in Erstreckunsgrichtung (L) des Fallturm-Magazins (102) an diesem angeordnet sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (106) entlang der Erstreckunsgrichtung (L) des Fallturm-Magazins (102) eine veränderliche Magnetfeldstärke senkrecht zur Erstreckungsrichtung aufweist.
Vorrichtung ( 00) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (106) einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (106) einen oder mehrere Elektromagnete aufweist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung (100) ferner eine Steuerung (400) aufweist, die ausgebildet ist, um die elektromagnetische Magnetanordnung (106) anzusteuern, sodass ein oder mehrere Elektromagnete (106'a bis 106Ί; 106"a bis 106 ) entlang der Erstreckungsrichtung (L) des Fallturm-Magazins (102) einzeln aktivierbar und deaktivierbar sind.
16. Vorrichtung (100) nach Anspruch 15, wobei die Steuerung (400) ausgebildet ist, um einen oder mehrere um die zweite Öffnung (105) herum angeordnete Elektromagnete (106'a bis 106Ί; 106"a bis 106"l) zu deaktivieren.
17. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Steuerung (400) ausgebildet ist, um die Induktionsspannung, die aufgrund des freien Falls des Objekts
(101 ) in dem Fallturm-Magazin (102) erzeugt wird, zu ermitteln und basierend darauf den Füllstand des Fallturm-Magazins (102) zu bestimmen.
18. Mikroskopiervorrichtung mit einem Mikroskop und einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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