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Zugehörige Anmeldungen
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Diese
Anmeldung ist eine Teilanmeldung der gemeinsam übertragenen US-Serien-Nr. 09/562,270, angemeldet
am 29. April 2000.
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Hintergrund
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Verwendung bei
einer Vorbereitung bzw. Präparierung
Gewebeschnitten zur Verwendung in der diagnostischen Histopathologie
gerichtet, und genauer auf eine Vorrichtung, welche automatisch die
Klingen eines Mikrotoms wechselt, ohne den Benutzer an die Schneidkanten
der Klingen auszusetzen.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Mikrotome
wurden zahlreiche Jahre verwendet, um den steigenden Erfordernissen
zu genügen, die
für ein
dünnes
Schneiden bzw. Unterteilen von in Paraffin eingebettetem Gewebe
erforderlich sind. Im wesentlichen sind Mikrotome Halter für rasiermesserscharfe
Metallklingen, gegen welche ein Block von in Paraffin eingebettetem
Gewebe in einer Auf- und Abrichtung bewegt wird. Gleichzeitig wird
entweder der Gewebeblock gegen die Klinge vorgetrieben oder umgekehrt,
so daß mit
jedem Auf- und Abhub eine dünne
Scheibe oder ein "Schnitt" des Gewebes von
dem Block geschnitten wird. Die Klingen sind genau für die präzisen Erfordernisse
des Gewebeunterteilens bzw. -schneidens bearbeitet. Spezifisch sind die
Klingen fähig,
Schnitte zu schneiden, die so dünn wie
1 μm sind.
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Die
gegenwärtige
Praxis für
ein Gewebeschneiden erfordert, daß die Klingen gewechselt werden,
wenn sie stumpf werden. Dies erfordert ein Mildern bzw. Aufheben
des Drucks, welchen der Klingenhalter auf die Klinge aufbringt,
um sie an ihrem Ort bzw. Platz zu halten, indem üblicherweise ein Klemmechanismus
entfernt wird. Sobald die Klemme entfernt ist, kann die Klinge von
dem Rest abgehoben werden. Üblicherweise
wird dies durch Ergreifen der Klinge an einer Kante und ein Austragen
derselben in einen Messerbehälter
durchgeführt,
wobei dies alles mit der Hand ausgeführt wird. Dies setzt den Benutzer
den Kanten der Klinge und selbstverständlich dem Potential bzw. der
Möglichkeit
von schweren Verletzungen aus. Ein zusätzliches Aussetzen an die scharfe
Klinge tritt auf, wenn eine neue Klinge geladen wird und diese wiederum
in Position festgeklemmt wird.
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US-Patent
Nr. 3,667,330 (Kobernick) offenbart eine automatisierte Mikrotomanordnung,
welche eine kontinuierliche flexible Stahlklinge beinhaltet, deren
Enden auf Zufuhr- und
Aufnahmehaspeln für einen
intermittierenden motorgetriebenen Vortrieb festgelegt sind bzw.
werden, um den Vortrieb einer neuen Schneidoberfläche ohne
Kontakt durch einen Benutzer zu ermöglichen. Das Tauschen der Messerkante
kann händisch
oder automatisch betätigt
werden. Das '330-Patent offenbart
nicht ein Verfahren oder eine Vorrichtung für ein Tauschen von individuellen
bzw. einzelnen Klingen oder stellt Sicherheitsmerkmale für ein Tauschen
der Klinge zur Verfügung.
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US-Patent
4,207,790 (Endo) ist auf einen Messerhalter und eine Klingenkassette
für Mikrotome
gerichtet. Der Messerhalter umfaßt eine Basisplatte und eine
Halteplatte, um die Messerkante auf der Basisplatte zu halten. Die
Klingenpatrone ist federbelastet, um die Klingen nach oben zu dem
Austritt aus der Patrone vorzuspannen bzw. vorzubelasten. Um eine
Klinge zu ersetzen, muß der
Benutzer zuerst die Bolzen lösen,
die die Messerhalterplatte nach unten halten, dann die Kartusche
bzw. Patrone mit der Kante der Messerhalteranordnung in Eingriff bringen
und, schließlich
eine neue Klinge aus der Kartusche und in Kontakt mit der stumpfen
Klinge schieben, wodurch eine neue Klinge unter der Halterplatte
positioniert wird und gleichzeitig die stumpfe Klinge aus der Position
gedrückt
wird. Hier gibt es keine Offenbarung betreffend eine Automatisierung des
Verfahrens, was mit der gebrauchten Klinge geschieht, oder Sicherheitsmerkmale.
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Ein
weiterer Mikrotomklingenhalter und eine Patrone für Klingenhalter
ist aus dem US-Patent 4,700,600 bekannt.
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Klingentausch-Einrichtungen
für Rasierapparate,
die in der Hand gehalten werden, sind bekannt. US-Patent 1,817,512
(Gaisman) und 2,741,837 (Breazeale), offenbaren eine Patrone, enthaltend
individuelle Klingen, wobei die Klinge händisch von der Patrone unter
Verwendung einer Ausbring- bzw.
Ausstoßeinrichtung
ausgegeben wird und an dem Ende des Ausstoß-Einrichtungshubs die Klinge
in der Schneidposition angeordnet ist, und die verwendete Klinge
in einer Aufnahmekassette bzw. -patrone aufgenommen ist (siehe Gaisman, 11). US-Patent 2,653,379 (Austin) offenbart
eine Box bzw. einen Behälter
mit einer Patrone auf jeder Seite eines Rasierers. Ein Schieber
drückt
eine neue Klinge von der ersten Patrone auf den Rasierer, welche die
verbrauchte Klinge in die zweite Patrone drückt. US-Patent Nr. 2,679,685
(Austin) offenbart eine Rasierklingen-Tauscheinrichtung, wo ein
Vortreiben einer Schiebe- bzw. Druckeinheit eine Klinge, in einer Zufuhrpatrone
C veranlaßt
sich in den Rasierer vorzubewegen und die gebrauchte Klinge in die
Aufnahmekartusche bzw. -patrone D hinauszudrücken. Wenn die Kartusche C
leer ist, wird sie an die Stelle der verworfenen Kartusche D gebracht,
um als neue Aufnahmekartusche zu dienen, und eine volle Zufuhrkartusche
bzw. -patrone wird an dem Platz der Kartusche C angebracht.
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Patente
betreffend Rasierklingenbehälter beinhalten
US-Patent 2,592,138 (Gwoosh et al.) für eine Rasierklingenpackung,
welche die Benutzung einer Schraubenfeder lehrt, um Klingen zu der
Austrags- bzw. Abgabeeinrichtungs-Öffnung für einen Klingenbehälter vorzuspannen
bzw. zu beaufschlagen. Die Oberseite hat eine Daumenöffnung,
um einen händischen
Vortrieb der Klinge zu ermöglichen. US-Patent
2,604,979 (Roberts) zeigt einen federbelasteten Klingenbehälter, welcher
eine Blattfeder verwendet. US-Patent 2,775,366 (Willhelm) offenbart die
Benutzung einer Kompressionsfeder, um eine Mehrzahl von Klingen
zu der Verpackungsöffnung
zu beaufschlagen. US-Patent 5,409,133 (Gringer) ist eine federbelastete
Klingen-Abgabevorrichtung, wobei die gesamte Oberseite mit Ausnahme
von Führungsschienen
für eine
Aufbringung einer händischen
Austragskraft offen ist. Die Austragseinrichtung ist auch fähig, verbrauchte
Klingen zurück
durch eine Austragsöffnung
34 (siehe 9–10)
aufzunehmen. Keines der oben genannten Patente ist für eine automatische
Verwendung adaptiert.
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Es
ist ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes
Mikrotomklingen-Wechselsystem zur Verfügung zu stellen, welches den
Benutzer sichert bzw. schützt,
schwer verletzt zu werden, und den Arbeitsfluß bzw. die Arbeit in einem
pathologischen Laboratorium verbessert bzw. beschleunigt.
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Dieses
Ziel wird durch die automatisierte rotierende Mikrotomklingen-Wechselvorrichtung,
die die Merkmale von Anspruch 1 aufweist, und die Mikrotomklingen-Zufuhrpatrone
erfüllt,
die die Merkmale von Anspruch 3 aufweist. Bevorzugte Ausbildungen
sind Gegenstand der abhängigen
Unteransprüche.
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Die
Erfindung ist auf eine automatisierte rotierende Mikrotomklingen-Wechselvorrichtung
gerichtet, umfassend eine obere Stufe, die adaptiert ist, um lösbar eine
Zufuhr- und eine Abfallpatrone zu ergreifen, wobei die obere Stufe
ein Ladesegment aufweist, das adaptiert ist, um Klingen, welche
in der Zufuhrpatrone enthalten sind, zu ergreifen und in eine Schneidposition
zu bewegen; klemmende bzw. Klemmittel für ein lösbares Halten der Klinge an
der Stelle bzw. dem Platz für
Schneidvorgänge
bzw. -arbeiten; Versorgungs- bzw. -antriebsmittel zum Antreiben
der Bewegung von Klingen oder Klemmechanismen; und elektronische
Steuer- bzw. Regelmittel zum Integrieren aller Funktionen der Vorrichtung.
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Ebenfalls
hier beschrieben ist eine verbesserte Klingenzufuhrpatrone, wobei
die Patrone einen Körper,
eine Feder, einen Abgabefortsatz und Klingen beinhaltet, wobei die
Ver besserung einen gezahnten Abschnitt auf der Abgabelasche bzw.
dem Abgabefortsatz beinhaltet, die (der) adaptiert ist, um zusammenpassende
Zahnrad- bzw. Ritzelzähne
auf der Klingen-Wechselvorrichtung zu ergreifen.
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Ebenfalls
hier beschrieben ist eine verbesserte Klingenzufuhrpatrone, wobei
die Patrone einen Körper,
eine Feder, einen Abgabefortsatz und Klingen beinhaltet, wobei die
Verbesserung eine Berührungs-Speichervorrichtung
in Kontakt mit der Patrone beinhaltet, wobei die Berührungsspeichervorrichtung programmiert
ist, um Inhaltsinformation betreffend diese Patrone zu enthalten.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine vollständig automatisierte
Klingenwechselvorrichtung für
das histopathologische Laboratorium zur Verfügung zu stellen, welches die
Chancen reduziert und hoffentlich eliminiert, zufällig während Routinelaboratoriumsarbeiten,
mit den Mikrotomklingen geschnitten zu werden.
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Es
ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine neue Klingenpatrone
zur Verfügung zu
stellen, welche im Zusammenwirken mit einer Mikrosteuer- bzw. Regeleinrichtung
bzw. einem Mikro-Controller in der Klingenwechselvorrichtung eine Klingenverwendung
verfolgen kann und dem Benutzer signalisieren kann, wenn Klingen
wenig werden bzw. ausgehen.
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Diese
und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
Beschreibung der Erfindung offensichtlich bzw. klar werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine vordere Aufrißansicht
der automatischen Klingenwechselvorrichtung, wobei sowohl die obere
als auch die untere Stufe gezeigt sind.
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2 ist
eine vordere Aufrißansicht,
wobei die obere Stufe der Vorrichtung teilweise weggeschnitten ist.
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3A–3D zeigen
jeweils eine perspektivische Ansicht einer Klingenzufuhrpatrone,
eine Draufsicht auf dieselbe, eine Schnittansicht entlang von Linien
C-C, die in 3B gezeigt sind, und eine Klinge,
die zur Verwendung mit der Erfindung adaptiert ist.
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4A–D sind vordere Aufrißansichten der Sequenz von
Positionen, welche eine Klinge typischerweise während eines Ladens erreicht.
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5A–C sind jeweils eine vordere Aufrißansicht
einer zugewiesenen Abfallpatrone, eine Draufsicht auf dieselbe und
eine Schnittansicht entlang von Linien D-D.
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6 ist
ein Blockdiagramm der Elektronik, welche den Klingentauscher bzw.
-wechsler regelt bzw. steuert.
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7 ist
eine vordere Aufrißansicht
der zweiten Ausbildung der automatisierten Klingenwechselvorrichtung,
wobei die obere und untere Stufe gezeigt sind. Ein Ausschnitt zeigt
die Antriebswellen-Getriebeanordnung.
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8 ist
eine vordere Aufrißansicht
der zweiten Ausbildung des automatischen Klingenwechslers, wobei
die obere Stufe der Vorrichtung teilweise weggeschnitten ist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausbildungen
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Der
Zweck dieser Erfindung ist es, die Sicherheit und Produktivität des Prozesses
bzw. Verfahrens eines Schneidens von Gewebeblöcken mit einem rotierenden
Mikrotom zu verbessern. Er wird durch ein Automatisieren des Verfahrens
zum Laden von neuen Messerklingen in das Mikrotom und Verwerfen
bzw. Ausbringen der benutzten erreicht. Gegenwärtig bedingt ein Gewebeschneiden
auf einem Mikrotom eine bemerkenswerte Handhabung von wegwerfbaren
Messerklingen mit der bloßen
Hand des Technikers. So sind, da die Kante der Klingerasiermesser
scharf ist, Schneidverletzungen üblich. Das
Risiko einer Verletzung ist signifikant, selbst wenn der Techniker
nur zweimal mit einer Klinge in Kontakt gelangt – einmal beim Laden und einmal beim
Verwerfen bzw. Ausbringen – jedoch
erhöht
die gegenwärtige
Praxis in der Histotechnologie häufig dieses
Aussetzen stark.
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Es
gibt zwei weitere Probleme, die die Erfindung verbessert. Zuerst
tritt bei der konstanten Handhabung der Klingen auch ein Risiko
von Infektionen aus dem Gewebe auf. Mit bzw. bei geeignet bearbeitetem
Gewebe gibt es kein Infektionsrisiko, sondern es ist möglich bei
nicht verarbeitetem oder zu wenig verarbeitetem Gewebe, daß ein direkter
Kontakt mit dem Gewebe zu einer Infektion führen kann. Daher wird, indem
sämtlicher
physikalischer Kontakt mit der Klinge eliminiert wird, das Risiko
einer Infektion beträchtlich
bzw. signifikant reduziert. Zweitens ist das Verfahren bzw. der
Prozeß eines
Ladens und Entladens der Klingen mit der Hand etwas zeitaufwendig. Die
Erfindung adressiert diesen Gegenstand auch durch ein Ersetzen der
händischen
Bewegung von Klingen durch eine automatische Bewegung von Klingen.
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Diese
Erfindung bietet somit dem histologischen Laboratorium eine erhöhte Sicherheit,
Flexibilität
und Effizienz. Diese Merkmale übertragen
sich alle auf die finanzielle Grundlinie des Laboratoriums: Sicherheit überträgt sich
in weniger versäumte
Arbeitstage und erhöhtes
Risikomanage ment, während Flexibilität und Effizienz
es dem Laboratorium ermöglichen,
einen maximalen Durchsatz von Färbeergebnissen
mit einer minimalen Anzahl von Laboratoriumstechnikern zur Verfügung zu
stellen.
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Diese
Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die folgenden 1–2 illustriert bzw.
dargestellt. Die bevorzugten Ausbildungen basieren auf einem Standardmesser-Stufendesign. D.h.,
die Erfindung ist innerhalb des Körpers des oberen Abschnitts
bzw. der oberen Stufe eines standardmäßigen, rotierenden Mikrotommesserhalters
enthalten. In 1 und 2 ist der
Körper 5 der
oberen Stufe bzw. Ebene die Plattform für die funktionellen Abschnitte
der Klingenwechselvorrichtung. Sie enthält Haupt-Unterkomponenten der
Klingenwechselvorrichtung, beinhaltend Abfall- und Zufuhrklingenpatronen 10, 15,
Klemmittel, Klingen 100, Versorgungs- bzw. Antriebsmittel
und elektronische Steuer- bzw. Regelmittel. Ein allgemeiner Überblick
der Vorrichtung folgt mit größerer Genauigkeit
in den nachfolgenden Abschnitten.
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I. Allgemeiner Überblick
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Eine
erste Ausbildung der Klingenwechselvorrichtung bzw. des Klingenwechslers
umfaßt
Körper 1 bzw. 5 einer
oberen und unteren Stufe. Unter Bezugnahme auf 1 sind
die Mikrotomklingen-Patronen entfernbar innerhalb des Körpers 5 der oberen
Stufe angeordnet. Der Körper
der unteren Stufe ist auf eine große Vielzahl von rotierenden
Mikrotomen adaptierbar und dient als die gemeinsame Schnittstelle
für ein
Montieren der oberen Stufe. Die entsorgbaren bzw. verwerfbaren Klingenpatronen 10, 15 sind
adaptiert, um sich in dem Körper 5 der
oberen Stufe so zu verriegeln, um ein Element an Sicherheit bereitzustellen.
Die Patronen sind genauer unten in 3–5 beschrieben. Sie sind nur dann ablösbar bzw.
freigebbar, wenn die individuellen bzw. einzelnen Klingen vollständig innerhalb
des Körpers
der Patrone gesichert sind. Diese "Verriegelungs"-Funktion kann auf zahlreichen Wegen
erreicht werden, jedoch beinhaltet eine bevorzugte Ausbildung eine
inkludierte Mikrosteuer- bzw. -regeleinrichtung, welche den Zustand
einer Betätigung
bzw. eines Betriebs des Klingenwechslers bzw. der Klingenwechselvorrichtung überwacht.
Wenn logische Funktionen der Steuer- bzw. Regeleinrichtung bestimmen,
daß keine Klingenkanten
freigelegt sind, dann können
die Klemmplatte und/oder die Patronen gelöst werden. Die Verriegelungsfunktion
wird vollständiger
unten beschrieben. Die Klemmittel beinhalten eine Klemmplatte 20,
eine Abstütz-
bzw. Supportplatte 25 und eine Klemmschwenkstange 112,
welche gemeinsam fungieren bzw. wirken, um die Klinge in der Schneidposition
während
einer Verwendung der Klinge in dem Mikrotom zu klemmen bzw. festzulegen.
Ein Ladesegment 30 hat einen gezahnten Ritzelabschnitt, der
drehbar festgelegt ist, um die hin- und hergehenden Zähne auf
dem Abgabefortsatz 90 zu ergreifen bzw. mit diesen in Eingriff
zu gelangen. Der Abgabefortsatz 90 ist einstückig mit
der Zufuhrpatrone. An einem zweiten Ende des Zufuhrpatrone-Ladesegments 30 gelangt
ein Ladenocken 40 in Eingriff (2). Die
Funktion des Ladesegments 30 ist es, den Abgabefortsatz 90 der
Klingenzufuhrpatrone 15 zu bewegen, wodurch neue Klingen 95 zu
dem zentralen Schneidbereich beaufschlagt werden. Dies wird durch
nach ein unten vorragendes Glied 92 ausgeführt, welches
einen Schlitz oder ein Loch 96 ergreift, der (das) in dem
Körper
der Klinge 95 ausgebildet ist (siehe 3),
was es dem Abgabefortsatz 90 ermöglicht, die oberste Klinge
in gelagerten bzw. gespeicherten Positionen an der Ober seite des
Stapels von Klingen zu ergreifen, die in der Zufuhrpatrone 15 enthalten
sind. Der Ladenocken 40 gelangt mit dem unteren sich erstreckenden
Abschnitt 32 des Ladesegments 30 durch die Rille
bzw. Nut in der Oberfläche
des Ladenockens 40 in Eingriff, wodurch eine Rotation des
Ladesegments 30 um eine Ansatz- bzw. Schulterschraube 35 ermöglicht wird.
Die Schulterschraube 35 ist in einem Körper 5 der oberen
Stufe verankert und ihre Funktion ist es, einen Schwenkpunkt bzw.
-zapfen für
das Ladesegment 30 zur Verfügung zu stellen.
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Antriebs-
bzw. Leistungsmittel umfassen einen bidirektionalen DC- bzw. Gleichstrommotor 50, welcher
das Motorritzel 55 antreibt, welches wiederum die Antriebswellen-Riemenscheibe 60 antreibt. Der
Zweck des Motors, Getriebes bzw. Ritzels und der Riemenscheibe ist
es, eine Antriebswelle 65 zu drehen und somit die Leistung
für ein
Bewegen des Ladesegments 30 von links nach rechts und/oder
von rechts nach links zur Verfügung
zu stellen; und gleichzeitig die Klemmplatte 20 nach vorwärts und rückwärts zu bewegen,
um entweder eine Klinge in dem Schneidbereich zu klemmen oder freizugeben. Der
Motor ist bidirektional, so daß die
Klemmschwenkstange 112 nur freigegeben werden kann, wenn
der Motor umgekehrt wird. Diese Funktion würde einen Kupplungsmechanismus
erfordern, welcher in einer Vorwärts-
(Normal-) -Betätigung
einer Nut in der Stange ergreift bzw. in diese eingreift, welche
die Stange stoppt, daß sie
von dem Klingentauscher entfernt wird. Da ein Entfernen der Stange
ein Vorläufer zum
Entfernen der Klemmplatte für
einen Reinigungszugang ist, ist dies ein weiteres Sicherheits-Verriegelungsmerkmal
der Vorrichtung.
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Der
Ladenocken 40 und der Klemmnocken 45 sind so koordiniert,
daß das
Ladesegment 30 nur eine neue Klinge 95 in Position
drücken
kann, wenn die Klemmplatte 20 offen ist (Druck wird von
der Klinge gelöst).
Es ist innerhalb des Wissens des Technikers, die zwei Nocken so
auszubilden und zu positionieren, um diese koordinierte Funktion
auszuführen bzw.
zu bewirken. Elektronische Steuer- bzw. Regelmittel beinhalten eine
gedruckte Leiterplatte 70, welche die Mikrosteuer- bzw.
Regeleinrichtung bzw. den Mikro-Controller und assoziierte bzw.
zugehörige Schaltungen
enthält
und den Betrieb des Klingenwechslers, Druckknopfschalter 76, 77 auf
der Tastatur 75, eine Versorgungs- bzw. Leistungsquelle 85 und
Sicherheitsverriegelungen 155 steuert bzw. regelt. Das "Klingenvortriebs"-Signal kommt zu
der elektronischen Schaltung von der Tastatur 75 über den
Klingenvortriebsschalter 76. In einer bevorzugten Ausbildung
wird die Leistung für
die Klingenwechselvorrichtung von der eingebauten Batterie 86 zur Verfügung gestellt.
Alternativ könnte
Leistung von einer AC- bzw. Wechselstromquelle (nicht gezeigt) zugeführt werden.
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Eine
zweite Ausbildung der automatisierten Klingenwechselvorrichtung
ist in 7 und 8 dargestellt. Der primäre bzw.
wesentliche Unterschied in dieser zweiten Ausbildung ist, daß das Ladesegment 30 und
das zugehörige
Getriebe dafür durch
eine Kombination einer Umkehrschraube 240 und eines Umkehrschiffchens 230 ersetzt
wurden. Der Abgabefortsatz auf der Zufuhrkartusche wurde ebenfalls
modifiziert, um an das Schiffchen adaptiert zu sein. Die Vorteile
beinhalten weniger Koordination der Bewegung, da das Schiffchen
in die Richtung automatisch umkehrt, wenn die Antriebswelle in einer eindirektionalen
Weise fortgeführt
wird bzw. weiter arbeitet.
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II. Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Klemmittel beinhalten die Klemmplatte 20, die Supportplatte 25,
und die Klemmschwenkstange 112, welche gemeinsam fungieren,
um die Klinge in der Schneidposition während einer Verwendung der
Klinge in dem Mikrotom festzuklemmen. Die Supportplatte 25 hat
einen dünnen
rechteckigen Block 27 an ihrer Oberfläche festgelegt, welcher eine Leiste
zur Verfügung
stellt, auf welcher Klingen in dem Schneidbereich sitzen. In einer
bevorzugten Ausbildung kann die Leiste magnetisch ausgebildet sein,
was beim Zurückhalten
der Klinge auf der Abstütz-
bzw. Supportplatte hilft. Alternativ könnte eine Leiste in ihrer Oberfläche bearbeitet
sein, um dieselbe Supportfunktion zur Verfügung zu stellen. Ein Klemmnocken 45 ergreift
die Klemmplatte 20 an der Blattfeder 22, so daß, wenn
der Nocken gedreht wird, die Klemmplatte 20 lösbar die
Supportplatte 25 ergreift, wodurch die Klinge 100 gehalten
oder freigegeben wird. Eine Klemmschwenkstange 112 stellt
einen Schwenkpunkt zur Verfügung,
um welchen die Klemme schwenkt. Die Stange muß durch ein Loch oder einen
Tunnel in der Platte hindurchtreten oder sie kann direkt hinter
der Platte festgelegt bzw. montiert sein. In einer bevorzugten Ausbildung
tritt die Stange durch den Block 21 durch, der sicher bzw. fest
an der Platte festgelegt ist. Die Stange ist in dem Körper 5 der
oberen Stufen an beiden Enden durch Löcher verankert, die für ein Aufnehmen
der Stange (nicht gezeigt) adaptiert sind. Andere Klemmittel liegen
innerhalb des Geists und der Rahmen der Erfindung, welche hier nicht
explizit ausgeführt
sind, welche jedoch äquivalent
in der Funktion zu den hier präsentierten
sind. Beispielsweise ist es möglich,
eine händische
Klemme zu verwenden, um ähnliche
Ergebnisse zu erzielen, jedoch mit einem Verlust an Automatisierung
des gesamten Verfahrens. Eine weitere bevorzugte Ausbildung würde einen
Servomotor verwenden, der direkt die Klemme bewegt und den Klemmnocken 45 ersetzt.
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Elektronische
Steuer- bzw. Regelmittel sind schematisch in 6 dargestellt.
Sie beinhalten eine gedruckte Leiterplatte 70 (2),
die unter der Tastatur festgelegt ist, welche die Mikro-Steuer-
bzw. -Regeleinrichtung enthält
und den Betrieb der Klingenwechselvorrichtung steuert bzw. regelt.
In einer bevorzugten Ausbildung sind die elektronischen Steuerungen
bzw. Regelungen eingebaut, jedoch alternativ können sie in einem Instrumentengehäuse gesondert
von dem Klingenwechsler enthalten sein. Eine geeignete Mikro-Steuer-
bzw. -Regeleinrichtung für
ein Treiben der Tätigkeiten
bzw. Vorgänge
der Klingenwechselvorrichtung ist aus der PIC-Familie von Mikro-Controllern
gewählt,
die von Microchip, Inc., Chandler, AZ hergestellt sind. Ein Fachmann
in der Elektronik ist fähig,
einen individuellen PIC-Controller
für diese
Zwecke auszuwählen
und zu implementieren. Das "Klingenvortriebs"-Signal kommt zu der
Mikro-Controller-Schaltung von dem durch Benutzer aktivierten Druckknopfschalter,
der auf der Tastatur 75 angeordnet ist die auch ein Teil
der Steuer- bzw. Regelmittel ist. In einer bevorzugten Ausbildung
wird die Leistung für
den Klingenwechsler von der eingebauten Batterie 86 zugeführt. Alternativ könnte Leistung
von einem AC- bzw. Wechselstrom-Adapter zugeführt werden. Die elektronischen Steuer-
bzw. Regelmittel erlauben auch die Verriegelungsfunktion. Die Sicherheitsregelungs-Merkmal-Hardware
beinhaltet eine Berührungsspeichervorrichtung 150 (auch
als "Datenknopf" bekannt), die auf
einer Klingenpatrone angeordnet ist, die Mikro-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung,
den Berührungsspei cher-Leser
und die elektronisch gesteuerten Verriegelungsmechanismen für die Kartuschen
bzw. Patronen 40. Die Verriegelungsfunktion ist in größerem Detail
unten beschrieben.
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Wegwerfbare
Mikrotomklingen-Patronen sind hier mit neuen und nützlichen
Vorteilen beschrieben. Wie dies im Querschnitt C-C (3C)
gezeigt ist, umfaßt
eine Zufuhrpatrone 15 einen Körper 105, der Seiten 110, 115 und
einen oberen Abschnitt 120 aufweist, die bzw. der eine
Nut oder einen Schlitz 125 aufweist, der adaptiert ist,
um einen Schienenabschnitt 130 des Abgabefortsatzes 90 aufzunehmen. Die
Seiten 110 und 115 haben jeweils einen Führungsschlitz 117,
der in diese zum Ergreifen von Patronenführungen 119 eingearbeitet
ist. In einer bevorzugten Ausbildung sind die Führungen stangen- bzw. stabförmig und
auf der oberen Stufe festgelegt bzw. montiert und sind so positioniert,
daß, wenn
eine Patrone die Führungen
ergreift, sie korrekt relativ zu der Supportplatte 25 und
dem Ladesegment 30 positioniert ist. Die Feder 107 ist
innerhalb des Körpers 105 enthalten
und dient, um den Klingenstapel 135 nach oben zu dem Klingenaustritt 140 zu
beaufschlagen. Jede konventionelle Federart kann verwendet werden,
beinhaltend Blattfedern, Schrauben- bzw. helixförmige Federn und selbst ein
Federglied, das mit dem Körper 105 einstückig ist,
sowie eine geformte Kunststofflasche bzw. ein Fortsatz. Eine Berührungsspeichervorrichtung 150 ist
an der Patrone festgelegt und enthält die Information betreffend
die Inhalte der Patrone, wie die Anzahl von Klingen Art, Chargennummer,
Ablauf und entsprechende Information. Die Berührungsspeichervorrichtung erlaubt
eine Kommunikation zwischen der Patrone und der Klingenwechselvorrichtung,
wodurch ein intelligen tes Element zu der Klingenwechselvorrichtung
hinzugefügt
wird.
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Die
Zufuhrpatrone kann auch als eine Abfallpatrone für ein Aufnehmen von verbrauchten
Klingen dienen. Neuerlich unter Bezugnahme auf 3C, zeigt
der Querschnitt C-C einen Eintritt 145 für benutzte
Klingen. Die Zufuhrpatrone wird an dem Körper 5 der oberen
Stufe so umgekehrt ausgerichtet, daß der Eintritt 145 verbrauchte
Klingen aufnimmt, wenn bzw. wie sie aus der Schneidposition durch eine
neue Klinge gedrückt
werden. Wenn der Benutzer fortfährt,
neue Klingen zu laden, sammeln sich gebrauchte Klingen in der umgekehrten
Zufuhrpatrone, die nun als eine Abfallpatrone dient. Die Feder 107 wird
zu der Oberseite 120 der Patrone gedrückt werden, wenn sich die Abfallklingen
ansammeln. Die Mikro-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung wird dem Benutzer
signalisieren, daß die
Abfallpatrone gefüllt
ist, wenn die Mikro-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung die maximale
Anzahl von erlaubbaren bzw. erlaubten Klingen aufgezeichnet hat.
Alternativ ist auch eine zugewesene Abfallpatrone möglich, wie
dies in 5A–C dargestellt
ist.
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Neuerlich
unter Bezugnahme auf 3 weist die Zufuhrpatrone 15 einen
Abgabefortsatz 90 auf, der mit der Patrone einstückig bzw.
integral ist und adaptiert ist, um jede neue Klinge 95 einzugreifen.
Ein nach unten gerichteter Vorsprung 92 ergreift einen
Schlitz oder eine Öffnung
in jeder neuen Klinge. Der nach unten gerichtete Vorsprung kann
ein Metallfortsatz, ein Kunststoffhaken oder ein ähnlicher äquivalenter
Gegenstand sein. Die Hauptdesign-Beschränkung ist jene, daß er lediglich
eine Klinge pro Zeiteinheit kontaktiert. Der nach unten gerichtete Vorsprung 92 kann
irgendwo auf dem Abgabefortsatz 90 angeordnet sein, solange
er funktioniert, um eine einzige Klinge aus der Patrone für jeden
Zyklus des Ladesegments 30 zu beaufschlagen. In der bevorzugten
Ausbildung, die in 3 gezeigt ist,
ist der Vorsprung nach vorwärts
auf der Klingenseite des Abgabefortsatzes 90 festgelegt.
Eine zweite Ausbildung des Abgabefortsatzes ist in 7–8 gezeigt.
Das primäre
Merkmal ist jenes, daß der
gezeigte Abgabefortsatz (290) mit einem Schlitz oder Ausschnitt
für ein
Ergreifen eines Schiffchenfortsatzes 231 ausgebildet ist.
Er besitzt nicht die Zähne,
die für ein
Ergreifen des Ladesegments 30 erforderlich sind, welches
in dieser Ausbildung nicht vorhanden ist.
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Das
Sicherheitsverriegelungs-Merkmal wird nun in größerer Genauigkeit beschrieben.
Das Sicherheitsverriegelungs-Merkmal beinhaltet eine Berührungsspeichervorrichtung 150,
die auf der Patrone festgelegt ist, einen eingebauten PIC-Mikro-Controller,
der innerhalb des Klingenwechslers enthalten ist, um die Tätigkeiten
der Vorrichtung ablaufen zu lassen, während er in Wechselwirkung
bzw. Verbindung mit der Berührungsspeichervorrichtung
ist, einen Kontaktleser für
den Datenknopf, und elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Verriegelungsmechanismen
für die
Patronen. Die Berührungsspeichervorrichtung
ist in US-Serien-Nr. 08/995,052, eingereicht am 19. Dezember 1997,
beschrieben. In einer bevorzugten Ausbildung ist die Speichervorrichtung
ein EPROM, wie die Dallas Semiconductor DS1985 F5 16 Kbit add-only
Berührungsspeichervorrichtung.
Ihre primäre
Funktion ist es, das Sicherheitsverriegelungs-System für jede neue
Klingenpatrone zu initialisieren, welche auf der Klingenwechselvorrichtung
vorhanden ist. Die Berührungsspeichervorrichtung
enthält
Information, wie die Anzahl von Klingen, Ablaufdatum, Chargennummer
usw. Im Betrieb wird die Berüh rungsspeichervorrichtung
zu Beginn die Anzahl von Klingen in der Patrone einlesen, wenn sie
mit Klingen in der Fabrik beladen wird. Wenn die Patrone in die
Zufuhrposition auf dem Klingenwechsler geladen wird, stellen Kontakte
auf der Patrone, die mit der Berührungsspeichervorrichtung verbunden
sind, oder die Berührungsspeichervorrichtung
selbst einen elektrischen Kontakt mit einem Berührungsspeicher-Leser (nicht
gezeigt) her, welcher in die obere Stufe so eingebaut ist, daß die Patrone
selbst in Kontakt mit dem Berührungsspeicher-Leser
sitzt. Der eingebaute Mikro-Controller verfolgt dann die Position
und die Anzahl von Klingen, die in der Patrone zurückgeblieben
sind, bis die Patrone leer ist. Die eingebaute Mikro-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung
wird dann den Benutzer durch ein Interface, wie LEDs oder eine LCD-Auslesung
informieren. Die eingebaute Mikro-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung
führt die
Klingenladefunktionen aus und hält
eine Tabelle bereit, welche eine Klingenposition mit ausgeführten Schritten
bzw. Stufen korreliert, und verfolgt so, wo die Klingen zu allen
Zeiten sind, und insbesondere wichtig, ob Klingen außerhalb
der Patronen (und eine potentielle Sicherheitsgefährdung) sind.
Wenn sie es sind, dann wird es die Verriegelungsfunktion nicht den
Patronen erlauben, entfernt zu werden, bis die Klingen innerhalb
ihrer entsprechenden Patronen sind. Die Sicherheitsverriegelungen 155 sind
mechanisch oder solenoid- bzw. magnetventilbetätigte Klinken oder Arme, welche
die Patrone in Position halten, bis sie durch den Mikro-Controller
aktiviert sind, um die Patrone freizugeben. Ein Loch oder eine andere
Leiste für
die Klinke zum Festlegen ist an der Patrone auf der Seite angeordnet,
die zu der oberen Stufe schaut bzw. gerichtet ist.
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Der
zyklische Abschnitt des Betriebs der Klingenwechselvorrichtung wird
nun unter speziellem Bezug auf 2 und 4 beschrieben.
Beginnend mit einem Laden einer Patrone neuer Klingen wird eine
neue Zufuhrpatrone 15 auf den Körper 5 der oberen
Stufe geladen und in Position verriegelt. Um eine neue Klinge 95 von
der Zufuhrpatrone 15 auszuwerfen, drückt der Benutzer den Klingenvortriebs-Druckknopf
auf der Tastatur 15. Der Schalter 15 ist in elektrischer
Wechselwirkung bzw. Verbindung mit dem Mikro-Controller, welcher
dann den Motor 50 aktiviert. Der Motor 50 betätigt das
Antriebsritzel 55 und die Riemenscheibe 60, welche
eine Rotation der Antriebswelle 65 bewirken. Diese Tätigkeit veranlaßt dann
den Lade- und Klemmnocken 40 und 45, um sich in
feststehender Beziehung zueinander zu bewegen. Diese Nocken sind
auf der Antriebswelle so ausgerichtet bzw. orientiert, daß der Klemmnocken 45 nicht
mit der Klemmplatte 20 für die erste halbe Drehung 65 der
Antriebswelle in Eingriff ist, während
der Ladenocken 40 das Ladesegment 30 von rechts
nach links bewegt und folglich der Abgabefortsatz 90 das
erste Teil der neuen Klinge in den Schneidbereich bewegt.
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Während der
zweiten halben Drehung der Antriebswelle 65 kämmt bzw.
greift der Klemmarm 45 in die Klemmplatte 20 ein,
was die Klinge veranlaßt, in
der Schneidposition geklemmt zu werden, während der Ladenocken 40 das
Ladesegment 30 und den Abgabefortsatz 90 von links
nach rechts bewegt. In der Mitte dieser Bewegung stoppt die Mikro-Steuer-
bzw. -Regeleinrichtung den Motor 50 und die Klinge 100 bleibt
bereit für
ein Schneiden eingeklemmt.
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Wenn
die neue Klinge 95 von der Zufuhrpatrone 15 zu
dem Schneidbereich gedrückt
wird, drückt
sie die benutzte Klinge 100 von dem Schneidbereich in die
Abfallpatrone 10.
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Dieses
Design erlaubt eine teilweise Bewegung der neuen Klinge 95 in
einer Richtung (1/3 einer Klingenbreite mit jedem Rückwärts- und
Vorwärts-Zyklus
des Ladesegments), um eine Verwendung der Klinge für kleine
Gewebeblöcke
zu maximieren. Es erfordert drei volle Zyklen des Aufgabefortsatzes,
um vollständig
eine neue Klinge 95 auszuwerfen und zu positionieren. Spezifischer
und unter Bezugnahme auf 4A–4D zeigt 4A die
Zufuhrpatrone 15 in Ruhe, wobei die neue Klinge 95 vor einer
Betrachtung innerhalb der Patrone verdeckt ist (Startposition).
Wenn das Ladesegment 30 (in dieser Ansicht nicht gezeigt)
aktiviert wird, greift es in die Zähne des Abgabefortsatzes 90 ein,
welcher dann eine neue Klinge 95 um ein Drittel ihrer Länge aus dem
Gehäuse
herausdrückt
(4B). Wenn der Ladenocken 40 rotiert,
wird dann die Richtung des Abgabefortsatzes 90 durch das
Ladesegment 30 umgekehrt, und der Fortsatz bewegt sich
zurück
zu seiner Startposition. Der zweite Zyklus wiederholt die Links-Rechts-Bewegung
des Abgabefortsatzes, wobei die Klinge noch ein weiteres Drittel
ihrer Länge (4C und 4D)
pro Zyklus gedrückt
wird. 4D zeigt eine vollständige ausgetriebene
bzw. ausgebrachte neue Klinge 95. Selbstverständlich ist
auch eine alternative Ausbildung, welche die Klinge um einen unterschiedlichen
Bruchteil der Länge
heraustreibt, wie 1/4 oder 1/5, innerhalb des Rahmens und des Geistes
der Erfindung.
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Neuerlich
bezugnehmend auf 2 wird eine benutzte Klinge 100 aus
ihrer Schneidposition durch die Tätigkeit der neuen Klinge 95 gedrückt, die aus
der Zufuhrpatrone gezwungen wird, wie dies zuvor beschrieben ist.
Die zwei Klingen nehmen dieselbe Ebene ein, und so wie die neue
Klinge ausgeworfen wird, ergreift sie die alte Klinge an ihren gemeinsamen
Kanten. Die benutzte Klinge 100 wird in die Abfall patrone 10 gedrückt, welche
eine leere Zufuhrpatrone sein kann, die für ein Passen in den Körper 5 der
oberen Stufe (5) adaptiert ist, oder
sie kann eine leere Zufuhrpatrone sein, die umkehrbar ist und die
einen Eintritt 145 aufweist, wie dies zuvor beschrieben
wurde. In einer alternativen Ausbildung kann eine spezielle Abfallpatrone
verwendet werden. In 5A–C ist
eine derartige Kartusche bzw. Patrone gezeigt. Sie teilt zahlreiche
derselben Komponenten wie die Zufuhrpatrone.
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Eine
zweite Ausbildung des Klingenwechslers umfaßt Körper 201 bzw. 205 einer
unteren und oberen Stufe. Unter Bezugnahme auf 7–8 sind
die Mikrotomklingen-Patronen entfernbar innerhalb des Körpers 205 der
oberen Stufe angeordnet. Der Körper
der unteren Stufe ist auf eine große Vielzahl von Rotationsmikrotomen
adaptierbar, und dient als die gemeinsame Interfacemontage für die obere Stufe.
Die Patronen 210, 215 für wegwerfbare Klingen sind
adaptiert, um in den Körper
der oberen Stufe 205 so zu verriegeln, um ein Sicherheitselement zur
Verfügung
zu stellen. Die Patronen sind vollständiger in der ersten Ausbildung
und in 3–5 beschrieben.
In dieser zweiten Ausbildung differieren sie nur dahingehend, daß der Abgabefortsatz 90 (1–2)
durch einen Abgabefortsatz 290 (7–8)
ersetzt ist. Die Patronen sind nur dann lösbar, wenn die einzelnen Klingen
vollständig
innerhalb des Körpers
der Patrone gesichert sind. Diese "Verriegelungs"-Funktion kann auf zahlreiche Weisen
erreicht werden, wobei jedoch eine bevorzugte Ausbildung eine eingebaute
Mikro-Steuer- bzw. -Regeleinheit beinhaltet, welche den Zustand
des Betriebs des Klingenwechslers überwacht. Wenn die Logikfunktionen
der Steuer- bzw. Regeleinrichtung bestimmen, daß keine Klingenkanten freigelegt
sind, dann kann bzw. können
die Klemmplatte und/oder die Patrone gelöst werden. Die Verriegelungsfunktion wird
unten vollständiger
beschrieben. Die Klemmittel beinhalten die Klemmplatte 20,
die Supportplatte 25 und die Klemmschwenkstange 112,
welche gemeinsam wirken, um die Klinge in der Schneidposition während einer
Verwendung der Klinge in dem Mikrotom zu klemmen bzw. festzulegen.
Ein Umkehrschiffchen 230 hat einen Schiffchenfortsatzabschnitt 231, der
festgelegt bzw. montiert ist, um den Schlitz 231 in dem
Abgabefortsatz 290 zu ergreifen. Der Abgabefortsatz 290 ist
einstückig
mit der Zufuhrpatrone 215. Dieses Umkehrschiffchen 230 hat
einen Gewindeabschnitt (nicht gezeigt), welcher in eine Umkehrschraube 240 eingreift.
Die Funktion des Umkehrschiffchens 230 ist, die Abgabelasche
bzw. den Abgabefortsatz 290 der Klingenzufuhrpatrone 215 zu bewegen,
wodurch neue Klingen 95 zu dem zentralen Schneidbereich
beaufschlagt werden. Wie dies in 3–4 gezeigt
ist, wird dies durch ein nach unten vorragendes Glied 92 ausgeführt, welches
in einen Schlitz oder ein Loch 96 eingreift, der bzw. das Körperteil
in dem Klingen 95 ausgebildet ist, welches es dem Abgabefortsatz 290 ermöglicht,
die oberste Klinge in ihrer gespeicherten Position an der Oberseite
des Stapels von Klingen zu ergreifen, die innerhalb der Zufuhrpatrone 215 enthalten
sind. Die Umkehrschraube 240 ist an irgendeinem Ende durch
Lager 241 abgestützt,
welche durch den Körper 205 der oberen
Stufe abgestützt
und zurückgehalten
sind. Das Umkehrschiffchen 230 ergreift die Umkehrschraube 240 durch
den helixförmigen
Ausschnitt 232 und das zusammenpassende helixförmige Gewinde
(nicht gezeigt), das auf dem Schiffchen 230 ausgebildet
ist. In einer bevorzugten Ausbildung wirkt das Umkehrschiffchen 230 wie
eine Gewindemutter und bewegt sich seitlich unter einer Beauschlagung
der Umkehrschraube 230. Der helixförmige Ausschnitt der Umkehrschraube 230 ist dahingehend
einzigartig, daß sich
das Umkehrschiffchen nach rückwärts und
vorwärts
bewegen wird, ohne eine gleichzeitige bzw. entsprechende Änderung
in der Richtung von irgendeiner anderen Komponente in dem Antriebstrang. Ähnliche
Umkehrschrauben sind in der Tintenstrahl-Drucktechnik üblich und
gut bekannt.
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Antriebs-
bzw. Leistungsmittel umfassen einen bidirektionalen DC- bzw. Gleichstrommotor 250, welcher
die Antriebswelle 265 und das Antriebsritzel 255 dreht,
welches wiederum in das Umkehrschraubenritzel 260 ergreift.
Das Umkehrschraubenritzel 260 ist wiederum an der Wende-
bzw. Umkehrschraube 240 festgelegt, und wenn eine Rotationsbewegung
durch die Antriebswelle 265 aufgebracht wird, ist das Ergebnis
eine Rotationsbewegung der Umkehrschraube 240, und somit
werden die Gewindegänge
des Umkehrschiffchens 230 gezwungen bzw. beaufschlagt,
sich seitlich entlang des schrauben- bzw. helixförmigen Ausschnitts zu bewegen.
Die Antriebswelle 265 bewegt auch gleichzeitig die Klemmplatte 20 vorwärts und
rückwärts, um
eine Klinge in dem Schneidbereich entweder zu klemmen oder freizugeben.
Der Motor ist bidirektional, so daß die Klemmschwenkstange 112 nur
freigegeben werden kann, wenn der Motor umgekehrt wird. Diese Funktion
würde einen
Kupplungsmechanismus erfordern, der in dem Vorwärts- (Normal-) -Betrieb eine Nut
in der Stange ergreift, welche die Stange stoppt, um von dem Klingenwechsler
entfernt zu werden. Da ein Entfernen der Stange ein Vorläufer zum
Entfernen der Klemmplatte für
einen Reinigungszugang ist, ist dies ein anderes bzw. weiteres Sicherheitsverriegelungs-Merkmal
der Vorrichtung.
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Die
Umkehrschraube 240 und der Klemmnocken 45 sind
so koordiniert, daß das
Umkehrschiffchen 230 eine neue Klinge 95 nur in
Position drücken kann,
wenn die Klemmplatte 20 offen ist (Druck von der Klinge
gelöst).
Es ist innerhalb des Wissens der Technik, die zwei Nocken auszubilden
und zu positionieren, um diese koordinierte Funktion auszuführen bzw.
zu bewirken.
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Die
funktionellen Vorteile der Erfindung, die oben beschrieben sind,
sind zahlreich. Zuerst werden die Klingen in den Schneidbereich
vollständig ohne
händischen
Kontakt bewegt. Zweitens werden die Klingen in die Abfallpatrone
zum Verwerfen bzw. Ausbringen vollständig ohne händischen Kontakt bewegt. Drittens
ist ein automatisches Bewegen der Klinge durch einen Druckknopfschalter
und einen händischen
Hebel ein schneller, effizienter Weg zum Laden und Entladen.