ITTO20120170A1 - Sistema di caricamento e scaricamento in continuo, per centrifughe da laboratorio, o altro. - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale avente per titolo:

“Sistema di caricamento e scaricamento in continuo, per centrifughe da laboratorio, o altroâ€

La presente invenzione riguarda un sistema, che permette di modificare centrifughe da laboratorio esistenti, o costruirne delle nuove, che siano in grado di caricare automaticamente le provette, o contenitori di diversi tipi, e scaricarle automaticamente, man mano che terminano il ciclo di centrifugazione, senza fermare la rotazione della centrifuga.

Più specificamente, si tratta di tre gruppi di dispositivi, inseriti in una centrifuga appositamente modificata. La modifica consiste nel sostituire il rotore esistente, con uno che ha un volano di equilibratura più pesante dell’originale: su questo sono montati una serie di elementi, dotati di celle disposte a corona, e inclinati verso il basso. Questi elementi sono muniti di cursori, atti a fare uscire le provette, o i contenitori dalle celle, e l’albero del motore sarà sostituito con uno cavo, per permettere di far passare al suo interno, un secondo albero, anche questo cavo che attraversa il motore. Quindi, sul prolungamento dell’albero motore, all’interno della vasca sarà inserito un primo dispositivo “estrattore†in rotazione con il rotore, e che può ruotare indipendentemente per selezionare le celle da trattare. La funzione dell’estrattore à ̈ di selezionare di volta in volta due o più celle, impegnando i loro cursori in modo da spingere fuori dalle celle le provette, o accompagnarne altre in entrata, spinte dalla forza centrifuga. Le provette in uscita saranno accolte nel secondo dispositivo “navetta†, costituito da due o più bracci cavi, atti ad accogliere le provette in uscita, e di mezzi elettromagnetici atti a bloccare le provette dentro le cavità dei bracci. I bracci sono montati su un mozzo per mezzo di perni oscillanti, e il mozzo sull’albero di un motore di lancio e frenata, e il tutto a sua volta à ̈ montato su un braccio motorizzato, atto a fare da navetta, tra il centro della centrifuga, e una postazione di carico e scarico del laboratorio. La funzione del dispositivo “navetta†à ̈ di lanciare in rotazione i bracci, alla velocità del rotore; che per effetto della forza centrifuga, si solleveranno prendendo la stessa inclinazione delle celle del rotore. Il dispositivo sarà poi abbassato per agganciare le celle interessate, e accogliere le provette in uscita, o portare quelle in entrata. Poi il dispositivo navetta sarà sollevato dalla centrifuga, sarà fermata la rotazione dei bracci, per depositare le provette in verticale, nella stazione del laboratorio, e contemporaneamente caricarne delle altre, per fare l’operazione inversa.

Sul gruppo estrattore à ̈ calettato il secondo albero cavo, che attraversa il motore e i cuscinetti, e termina con il terzo dispositivo “di gestione elettronica ruotante†, composto da un supporto sul quale sono montati delle schede elettroniche di gestione ed un collettore con spazzole atto ad alimentare in corrente elettrica le schede e tutti i dispositivi motorizzati, del gruppo estrattore. Pertanto, nella cavità dell’albero passeranno tutti i cavi di connessione tra le schede di gestione, e i dispositivi del gruppo estrattore. La connessione tra la scheda di gestione principale della centrifuga, e le schede di gestione ruotanti avverrà tramite un dispositivo a fibre ottiche, o qualsiasi altro sistema in commercio che consente il dialogo tra un dispositivo elettronico in rotazione e uno statico.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ di poter fornire, ai laboratori di analisi o nelle linee di produzione di farmaci o altro, una centrifuga refrigerata o non, che carichi e scarichi, automaticamente e in continuo, le provette o contenitori di varia tipologia, man mano che terminano il ciclo di centrifugazione, senza fermare la rotazione del rotore.

Il caricamento manuale nelle centrifughe attuali in commercio costituisce un ostacolo all’automazione dei grandi laboratori di analisi e nelle linee di produzione di farmaci o altro, dove tutto à ̈ automatizzato, e sono richiesti grandi numeri di centrifugazione di provette o contenitori di vario tipo; poiché la centrifuga rimane ferma per tutto il tempo del caricamento, quindi richiede dei tempi di lancio e di frenata del rotore. Mentre una centrifuga dotata di questo sistema risolverebbe il problema, poiché i contenitori da centrifugare, che siano provette da laboratorio, flaconi o altro tipo di contenitore, sarebbero caricati nella centrifuga in rotazione, man mano che arrivano, e scaricati man mano che finiscono il ciclo di centrifugazione, con il risultato di un notevole aumento di produttività. Un altro vantaggio di questo sistema, à ̈ che non dovendo fermare a ogni ciclo il rotore, il volano di equilibratura può essere molto più pesante di quello originale, e compensare notevolmente la differenza di peso tra le provette inserite nel rotore, ottenendo una centrifugazione più equilibrata e senza vibrazioni. Mentre le centrifughe attuali in commercio producono durante la rotazione del rotore, delle vibrazioni al livello dell’albero, dovuto a piccole differenze di peso tra le provette caricate, e il poco peso del volano di equilibratura. Mentre un volano pesante richiede dei tempi di lancio e frenata molto lunghi, e pertanto queste vibrazioni si propagano fino al prodotto da centrifugare, compromettendo l’effetto centrifuga.

Altro vantaggio di questo sistema, à ̈ che la centrifugazione dei flaconi avviene quasi in orizzontale, che à ̈ la posizione più naturale per ottenere la sedimentazione sul fondo della provetta, e una volta prelevate dalla centrifuga, le provette tornano lentamente in posizione verticale, mantenendo ben separate le due masse.

Altre caratteristiche, scopi e vantaggi della presente invenzione diverranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, in una sua forma di realizzazione attualmente preferita, riportata a titolo illustrativo e non limitativo, e in base alle figure dei disegni allegati in cui:

la figura 1 mostra, un disegno in sezione di una centrifuga destinata a trattare provette da laboratorio, ma questa potrebbe essere adattata a qualsiasi altro tipo di contenitore cilindrico, o di altro tipo;.

la figura 2 mostra solo la parte alta interessata della centrifuga, sezionata e ingrandita per facilitare la lettura del disegno;

la figura 3 mostra, in A, il rotore e il gruppo navetta con le celle viste in pianta, mentre in B si vedono il rotore in sezione, e il braccio navetta ruotato in posizione di carico e scarico; e

la figura 4 mostra in A il gruppo estrattore in sezione, e in B lo stesso visto in pianta.

Con riferimento alle figure da 1 a 4, e in particolare alla figura 1, à ̈ illustrato l’insieme della centrifuga, dove in 1, si vede la sezione del volano di equilibratura, montato su una campana rovesciata 2, calettata sull’albero cavo 3, tramite il mozzo 4. Mentre in 5 si vede il gruppo estrattore che ruota sull’albero cavo 3, ma à ̈ calettato sull secondo albero cavo 6, che termina nel gruppo di gestione elettronico ruotante 7. Con 8 si vedono le spazzole e i collettori che alimentano in corrente elettrica le schede di gestione e i motoriduttori 37e 41 del gruppo estrattore, mentre i cavi di collegamento tra questi due passeranno dentro la cavità dell’albero 6 per uscire dalle asole 25. Sempre sul gruppo di gestione 7, si vede in 9 una scheda elettronica per la gestione del gruppo estrattore, in 10 la scheda di dialogo con il sistema di gestione della centrifuga 12; dove questo avviene tramite i ricettori/trasmettitori ottici 11 e 11-b, e il cavo ottico 13, o qualsiasi altro mezzo disponibile in grado di far dialogare una scheda di gestione in rotazione, e una scheda di gestione stazionaria.

Sempre in figura 1 si vedono in 14 e 14-b i cuscinetti della centrifuga, in 15 il motore principale della centrifuga, in 16 un albero scanalato cavo movimentato in verticale dal motoriduttore 17, che aziona una vite 18, per movimentare su e giù la chiocciola 19. Mentre il motoriduttore 20, tramite il pignone 21 e la corona 22, imprime all’albero 16 un movimento semi/rotazionale, per movimentare tramite il braccio 23 il gruppo navetta tra il centro della centrifuga, e la stazione di carico e scarico delle provette. Opportunamente, dentro l’albero cavo 16 passeranno i cavi di alimentazione e controllo, che collegano il motore 26, l’encoder 29, e gli elettromagneti 27 che saranno collegati in rotazione tramite i collettori 28 e le spazzole 28-b.

Con riferimento alla figura 2, si vede ingrandito il volano 1, montato sulla campana 2, calettata sull’albero 3 tramite il mozzo 4, poi in 5 il gruppo estrattore montato sul mozzo 5-b, che può ruotare sull’albero 3, ma à ̈ calettato sul secondo albero cavo 6. Mentre in 30 si vede la sezione di un elemento che forma la corona di celle 31, in questo caso atte ad accogliere provette da laboratorio, ma esse possono avere conformazione diversa per accogliere flaconi di altro tipo.

In figura 1 e 2, si vede che sul mozzo 5-b del gruppo estrattore 5, à ̈ calettato un piattello 44 provvisto di perni 45, montati su molle lamellare 45-b. Questi perni andranno a coincidere con le tacche di battuta 51 ricavate nei bracci 49 del dispositivo navetta; e hanno la funzione di trascinare in rotazione i bracci 49 del gruppo navetta, e di allinearli con le celle 31 da caricare o da vuotare. Poi si vede, al centro del gruppo navetta, un perno di centratura, che andrà a penetrare nella boccola 48-b del gruppo estrattore, e serve ad allineare perfettamente i due gruppi.

Con riferimento alla figura 3, si vedono, in A in sezione e in B in pianta, i particolari del rotore, dove in 1 si vede il volano di equilibratura, in 2 la campana, in 30 un elemento della corona di celle, in 31 una cella per provette, in 33 il cursore che scorre nei canali 33-b, atto a spingere fuori dalla cella la provetta. Mentre in 34 si vede un perno munito di una rotellina, inserito nel cursore, che sarà impegnato dal cursore 35 visto prima. Poi sulla destra, vediamo il gruppo navetta in posizione di carico e scarico, dove in 26 si vede il motore, controllato da un encoder 29, che mette in rotazione il mozzo 24 sul quale oscillano due o più bracci cavi 49, atti ad accogliere le provette in uscita dalle celle 31. Si noti nelle figure 1 e 2, che i bracci da fermi, scendono in posizione quasi verticale, mentre quando sono messi in rotazione, per effetto della forza centrifuga, si sollevano, con un’angolazione quasi identica, a quella delle celle 31. Poi si vedono in 47 due otturatori, mossi da due elettromagneti semirotazionali 27, che imprigionano le provette dentro i bracci 49; gli elettromagneti sono alimentati mentre sono in rotazione, tramite i collettori 28 e le spazzole 28-b.

Con riferimento alla figura 4, si vedono in pianta e in sezione, i particolari del gruppo estrattore, dove in 5 si può vedere la struttura del gruppo, formata da un disco 5-a, montato sul mozzo 5-b e due o più bracci estrattori 5-c sui quali sono montati i motoriduttori 37, e le guide 40 nelle quali scorrono i cursori 35, che terminano con delle forcelle 35-a, le quali andranno ad impegnare di volta in volta, due o più perni 34 dei cursori 33 visti a tratteggio. Di conseguenza, si vede che i motoriduttori 37, tramite le cinghie 36 e le pulegge 38 e 39, muovono i cursori 35 facendoli correre su e giù, e con loro i perni 34 dei cursori 33 impegnati.

Sempre in figura 4, si possono vedere due motoriduttori 41 montati sul disco 5-a, sui quali sono calettati i pignoni 42, impegnati sulla corona 43; di conseguenza, se i motori non sono alimentati, il dispositivo estrattore 5 ruota assieme al rotore ed alla campana 2; quando i motori sono alimentati, fanno ruotare il dispositivo estrattore, attorno alle celle, selezionando quelle da vuotare o riempire. L’allineamento dei bracci estrattori 5-c con le celle da trattare, avviene tramite una corona con finestre di riferimento 43-b e il sensore ottico 44. Per semplificare la lettura del disegno in A, i motoriduttori 41 sono stati ruotati di 90°.

Non sono menzionati tutti i sensori di fine corsa, e di home, per semplificare la descrizione, così come per il sistema di gestione elettronica. Mentre la stazione di carico e scarico non à ̈ descritta, poiché sarà progettata di volta in volta, secondo il tipo di automazione presente nel laboratorio.

La presente formula di costruzione della centrifuga, à ̈ stata descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione attualmente preferita, ma si comprenderà che in pratica, potranno essere apportate varianti e modifiche: ad esempio, il numero dei bracci estrattori 5-c e delle celle 31 potrebbe variare secondo scelte ingegneristiche successive, o i motoriduttori 41 potranno essere sostituiti con dei motori stepper, senza uscire dall’ambito di protezione della presente privata industriale.

Con riferimento alle figure da 1 a 4 e più specificamente alla figura 1, sarà ora illustrato il funzionamento della centrifuga secondo la presente invenzione, sempre in versione per provette da laboratorio, e con due bracci estrattori.

Si à ̈ visto che il sistema di gestione elettronico della centrifuga 12 dialoga con la scheda di gestione 9 in rotazione, per gestire i dispositivi del gruppo estrattore 5; si à ̈ visto che gli elettromagneti 27 sono alimentati in rotazione tramite i collettori 28 e le spazzole 28-b per eccitare gli elettromagneti, e far ruotare di 45° gli otturatori 47, che bloccano dentro i bracci cavi 49, le provette 50. Poi si à ̈ visto come i cursori 35, tramite le forcelle 35-a, impegnano i perni 34, per movimentare su e giù i cursori 33. E infine si à ̈ visto com’à ̈ movimentato il braccio 23 che sostiene il gruppo navetta, per muoverlo in verticale, e per portarlo dal centro centrifuga alla stazione di carico e scarico. Pertanto, la centrifuga ancora vuota sarà lanciata a velocità di centrifugazione, mentre il braccio 23 completamente sollevato, sarà ruotato tramite il motoriduttore 20, per portare il gruppo navetta presso la stazione di carico e scarico del laboratorio, poi sarà eccitato l’elettromagnete 27 del braccio 49 interessato, per ruotare l’otturatore 47; la prima provetta 50 sarà spinta dentro al braccio cavo 49 dal dispositivo di caricamento della linea del laboratorio; l’eccitazione dell’elettromagnete 27 cesserà imprigionando la prima provetta. Poi sarà alimentato il motore 26 per ruotare di 180° il gruppo navetta, e passare al secondo braccio cavo 49 sotto il controllo dall’encoder 29, e la seconda provetta potrà essere caricata come la prima. Il braccio 23 sarà ruotato per portare al centro del rotore il gruppo navetta, contemporaneamente saranno azionati i motoriduttori 41 controllati dal sensore 44, per selezionare le prime due celle 31 da riempire, quindi saranno azionati i motoriduttori 37, che porteranno i due cursori corrispondenti 33 a fine corsa alto. Sarà poi azionato il motoriduttore 17, per far scendere il braccio 23, fino a portare il dispositivo navetta nella posizione intermedia, come in figura 2. Il motore 26 sarà lanciato alla stessa velocità del rotore, sotto il controllo dell’encoder 29. I bracci 49 si solleveranno per effetto della forza centrifuga, come in figura 1, quindi sarà azionato ancora il motoriduttore 17, per abbassare ancora il gruppo navetta nella posizione bassa, vista in figura 1. Sarà allora cessata l’alimentazione del motore 26, il gruppo navetta rallenterà portando i perni 45 in corrispondenza delle tacche di battuta 51. Da questo momento, sono i perni in rotazione che trascineranno il gruppo navetta, alla velocità del gruppo estrattore e del rotore. Mentre le due celle 31 selezionate, si troveranno perfettamente allineate, con i due bracci cavi 49. Saranno poi eccitati gli elettromagneti 27 per liberare le provette, che poggeranno sui cursori 33, ed i motoriduttori 37 saranno azionati in senso inverso per portare i cursori 33 a fine corsa basso, e le provette spinte dalla forza centrifuga penetreranno nelle celle come in figura 1: si avrà cosi caricato le prime due provette con la centrifuga in rotazione. Allora cesserà l’eccitazione degli elettromagneti 27, e il gruppo navetta sarà sollevato in posizione alta, mentre il motore 26 sarà frenato elettronicamente, i bracci 49 si abbasseranno, e ricomincerà un altro ciclo.

Il braccio 23 riporterà il gruppo navetta nella stazione di carico e scarico e ricomincerà l’operazione di carico; nel frattempo, i motoriduttori 41 saranno alimentati per spostare i bracci 5-c del gruppo estrattore su due nuove celle 31, sotto il controllo del sensore di posizione 44, e ricomincerà l’operazione di carico fino al completamento del rotore. Nel frattempo le prime due provette avranno terminato il ciclo di centrifugazione, e il gruppo navetta avrà appena rilasciato due provette nelle celle 31, mentre sta ruotando trascinato dal rotore: pertanto, saranno alimentati nuovamente i motoriduttori 41, per spostare il gruppo estrattore in corrispondenza delle due celle 31 caricate per prime e da vuotare, trascinando con sé il gruppo navetta agganciato dai perni 45. Saranno eccitati i due elettromagneti 27, ed azionati i motoriduttori 37, questa volta per spingere le provette 50 fuori dalle celle 31, per farli passare nei bracci cavi 49; quando i cursori 33 saranno arrivati a fine corsa alto, cesserà l’eccitazione degli elettromagneti 27, così le provette 50 saranno imprigionate nelle cavità dei bracci 49. Non rimarrà che rimandare il braccio 23 a scaricare le provette centrifugate dopo aver frenato la rotazione, le due provette saranno scaricarle in verticale, e ne saranno ricaricate altre due da centrifugare, che saranno depositate nelle celle 31 appena vuotate. Nel frattempo, le due provette caricate in seconda battuta saranno pronte, dopo aver depositato le due nuove provette nelle celle, il gruppo estrattore si sposterà su queste due caricate in seconda battuta, trascinando con sé il gruppo navetta per ricominciare l’operazione, e così fin che ci saranno provette da centrifugare.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di caricamento e scaricamento continuo, per centrifughe da laboratorio, caratterizzato dal fatto di consentire di modificare centrifughe esistenti, o costruirne delle nuove in grado di caricare e scaricare provette da laboratorio, o flaconi di varia tipologia, senza fermare la rotazione della centrifuga, detto sistema essendo costituito da un rotore con celle (31) dotate di cursore (33) atto a spingere la provetta (50) fuori dalla cella (31), e caratterizzato inoltre da un dispositivo estrattore (5), atto a movimentare di volta in volta due o più cursori (33), e da un dispositivo a navetta atto ad accogliere le provette (50) in uscita dalle celle, per depositarle in postazioni del laboratorio opportunamente progettate, e prendere altre provette (50) per depositarle nelle celle (31).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il volano di equilibratura (1), non essendo mai fermato durante il lavoro, à ̈ più pesante dell’originale per tollerare squilibri di peso tra le provette (50) senza creare vibrazioni anomale, sul volano essendo montati una serie di elementi (30), che formano delle celle (31) disposte a corona, atti ad accogliere le provette (50).
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che gli elementi (30) sono dotati di apposite scanalature (33-b) destinate a ospitare un cursore (33) atto a spingere fuori dalla cella (31) una provetta (50), oppure il contenitore delle provette (50) Ã ̈ di volta in volta impegnato e movimentato dal dispositivo estrattore (5).
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le provette (50), in uscita dalle celle, sono accolte in un gruppo navetta, detto gruppo essendo costituito da un motore di lancio e frenata (26), che mette in rotazione dei braccetti cavi (49), atti ad accogliere le provette (50), in uscita o in entrata dalle o nelle celle (31).
5. 5. Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le provette (50) prese dentro i bracci cavi (49) sono bloccate da mezzi a otturatore (47), azionati da mezzi elettromagnetici (27), o altro, detti mezzi essendo alimentati elettricamente mentre ruotano, per mezzo di collettori e spazzole (28 e 28-b).
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che i braccetti cavi (49) sono montati sul mozzo (24) tramite perni (24-b) atti a permettere ai bracci (49) di pendere verticalmente da fermi, e sollevarsi con la forza centrifuga, quando sono messi in rotazione, in modo da assumere la stessa inclinazione delle celle (31), consentendo il passaggio della provetta (50) dalla cella (31) alla cavità del braccio (49) o vice versa, con lo scopo di far passare le provette centrifugate, dalla posizione quasi orizzontale, alla posizione verticale.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che sull’albero del rotore ruota un dispositivo estrattore (5), dotato di due o più bracci (5-c), dotati a loro volta di mezzi a cursore (35), mossi da motoriduttori (37) tramite mezzi a cinghie e pulegge (36,38, e 39) atti a trascinare su e giù, e di volta in volta, i perni (34) dei cursori (33), per vuotare o caricare le celle (31).
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il dispositivo estrattore (5) si trova in rotazione con il rotore, e ruota pure sotto le celle (31), in modo da selezionare quelle da caricare o scaricare, trascinato da mezzi a motoriduttori o altro (41), mezzi a ingranaggi e corona (42-43) o altro, ed à ̈ dotato di mezzi di rilevamento delle posizioni (43-b e 44), atti ad allineare i cursori (35) con i cursori (34) da movimentare, e di conseguenza le celle (31) con i braccetti (49).
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che i motoriduttori (37 e 41) del gruppo estrattore (5) sono gestiti elettricamente da schede elettroniche (9-10), in rotazione con il gruppo estrattore (5), e alimentati da collettori e spazzole (8), dette schede elettroniche dialogando con il sistema di gestione generale (12) tramite cavi e lettori ottici (11, 11-b, e 13), o con altro mezzo di trasmissione, che consente di far dialogare una scheda in rotazione con una scheda statica.