DD290595A5 - METHOD AND DEVICE FOR VOLUMEOUS DOSING OF LIQUIDS - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR VOLUMEOUS DOSING OF LIQUIDS Download PDF

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DD290595A5 DD33628989A DD33628989A DD290595A5 DD 290595 A5 DD290595 A5 DD 290595A5 DD 33628989 A DD33628989 A DD 33628989A DD 33628989 A DD33628989 A DD 33628989A DD 290595 A5 DD290595 A5 DD 290595A5
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum volumenrichtigen Dosieren im Mikroliter- und Ultramikroliterbereich. Anwendungsgebiet sind die klinisch-chemischen Labors, aber auch Wasserwirtschaft und Landwirtschaft. Es bestand die Aufgabe zu sichern, dasz die Dosiergeschwindigkeit keinen negativen Einflusz auf die Volumenrichtigkeit ausuebt. Bei dem Verfahren wird die vordosierte Fluessigkeit in die an der Austrittsoeffnung der Dosierkanuele gebildete und in definierte Schwingungen versetzte Fluessigkeitshaut geleitet. Die Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens hat an der Kanuele ein schwingungserzeugendes Element, dasz ueber Vorrichtungen zur Steuerung der Schwingungsintensitaet verfuegt.{Dosieren, volumenrichtig; Mikroliter-, Ultramikroliterbereich; Fluessigkeit, vordosiert; Fluessigkeitshaut; Schwingungen; Schwingungsintensitaetssteuerung}The invention relates to a method and a device for volume-correct metering in the microliter and Ultramikroliterbereich. Fields of application are the clinical-chemical laboratories, but also water management and agriculture. The task was to ensure that the metering rate does not exert any negative influence on the volume accuracy. In the method, the pre-dosed liquid is passed into the fluid skin formed at the outlet opening of the dosing cannula and set in defined oscillations. The device for implementing the method has a vibration generating element on the canoe, which has means for controlling the intensity of vibration. {Dosing, true to volume; Microliter, ultramicroliter range; Fluid, predosed; Fluessigkeitshaut; vibration; Schwingungsintensitaetssteuerung}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur volumenrichtigen Ausgabe von Flüssigkeiten im Mikroliter- und Ultramikroliterbereich.The present invention relates to a method and apparatus for volume correct dispensing of liquids in the microliter and ultramicroliter range.

Sie verbessert den technisch herkömmlichen Ausstoß der Flüssigkeiten aus einem oder mehreren Kolben-Zylinder-Systemen in Richtung auf eine volumenrichtige Dosierung von kleinsten Volumina, die in oder unter der Größe eines sich im Schwerefeld von selbst lösenden Tropfens der entsprechenden Flüssigkeit liegen.It improves the technically conventional discharge of the liquids from one or more piston-cylinder systems towards a volume-correct dosage of smallest volumes which are in or below the size of a gravitational field of self-dissolving drop of the corresponding liquid.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die Dosierung von kleinsten Flüssigkeitsmengen wird hauptsächlich nach dem Prinzip der Volumenverdrängung vorgenommen. Technisch realisiert sind zwei Möglichkeiten, Volumina, die sich auf Grund ihrer geringen Größe nicht von der Dosierspitze lösen wollen, zu dosiereThe dosage of smallest amounts of liquid is made mainly according to the principle of volume displacement. Technically realized are two ways to dose volumes that do not want to be detached from the metering tip due to their small size

Beim ersten mög'ichen Arbeitsprinzip, z. B. nach der Realisierung im EP-Patent Nr.0C41318 wird das zu dosierende Volumen durch Verdräng jng langsam aus der Dosieröffnung ausgestoßen, und der Bediener legt dieses im gewünschten Gefäß ab, wobei sich das dosierte Volumen durch die Adhäsionskräfte zwischen Flüssigkeit und Gefäß von der Dosierspitze löst.At the first possible working principle, z. B. after implementation in EP Patent No. 0C41318, the volume to be dispensed is slowly expelled from the metering orifice by displacement, and the operator places it in the desired vessel, the metered volume being affected by the adhesive forces between the liquid and the vessel Dispensing tip triggers.

Beim zweiten möglichen Arbeitsprinzip, z.B. nach DE-Patent Nr.2658486 wird die zu dosierende Flüssigkeit mit Motorkraft aufIn the second possible working principle, e.g. according to DE patent no. 2658486, the liquid to be metered on with motor power

eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt. Bei Erreichen des voreingestellten Verdrängunysvolumen wird deraccelerates a certain speed. Upon reaching the preset Verdunängunysvolumen is the

Ausstoßvorgang ruckartig abgebremst. Entsprechend den geometrischen Dimensionierungen der Kanüle, den durch dieEjection process braked jerkily. According to the geometric dimensions of the cannula, the through the Kolbenbewegung gesteuerten Geschwindigkeitsablauf und den flüsslgkeitsspezifischan Eigenschaften wiePiston motion controlled speed drain and fluid specific characteristics such as Oberflächenspannung und Viskosität reißt die dosierte Flüssigkeitsmenge bei diesem Bremsvorgang ab.Surface tension and viscosity ruptures the metered amount of fluid during this braking process. Beide technisch realisierten Arbeitsprinzipien zeigen in den Qualitätskennwerten einer Flüssigkeitsdosierung, volumenrichtigeBoth technically realized working principles show in the quality characteristics of a liquid dosage, volume correct Dosierung bei geringer Streuung der einzelnen Volumina, die folgenden Nachteile.Dosage with low scattering of the individual volumes, the following disadvantages. Vorrichtungen dei ersten Art sind bezüglich Volumenrichtigkeit und Streuung stark von dem Einfluß des Bedieners beimDevices of the first type are in terms of volume accuracy and scattering of the influence of the operator Ablegen des aus d.ir Dosieröffnung ausgetretenen Volumens abhängig. \Deposition of the leaked from d.ir dosing volume depends. \ Dieser Nachteil wird durch die im zweiten Arbeitsprinzip realisierte freie Ablage der zu dosierenden Flüssigkeit überwunden, soThis disadvantage is overcome by the realized in the second working principle free storage of the liquid to be dispensed so

daß für Volumen übet 100 Mikroliter eine Dosierung mit befriedigenden Kennwerten technisch realisiert ist.that for volume over 100 microliters a dosage with satisfactory characteristics is technically realized.

Kommt jedoch das zu dosierende Volumen in oder unter die Größenordnung des im Schwerefeld an der Dosierspitze hängendenHowever, if the volume to be dosed comes in or below the order of magnitude of the dosing tip hanging in the gravitational field Tropfens, ist zum Erreichen eines definierten Abreißens de' Flüssigkeit ein abrupter Bremsvorgang notwendig. Die aufgeprägteDropping, an abrupt braking operation is necessary to achieve a defined tearing de 'liquid. The imprinted Geschwindigkeitsführung bei der Dosierung von Volumina in und unter Tropfengröße setzt sich deshalb aus einemVelocity control in the metering of volumes in and below drop size therefore consists of a Beschleunigungsvorgang auf möglichst hohe Geschwindigkeitswerte der Flüssigkeitssäule und einem ruckartigon AbbremsenAcceleration process to the highest possible speed values of the liquid column and a jerkartigon deceleration

zusammen. Das für das definierte Abbremsen der Flüssigkeitssäule notwendige Abbremsen wird in der Praxis entweder durchtogether. The necessary for the defined deceleration of the liquid column braking is in practice either by

Fahren gegen feste Anschläge oder durch extrem kurzzeitige Stop-Vorgänge in Schrittmotorantrieben realisiert.Travel against fixed stops or realized by extremely short-term stop operations in stepping motor drives. Durch diese Arbeitsweise ist der Qualitätskennwert Streuung für Dosierungen von etwa 20 Mikroliter abwärts unter etwa 0,5%,By this procedure, the quality index is scattering for dosages of about 20 microliters down below about 0.5%,

bezogen auf den Mittelwert, zu halten.based on the mean value.

Die für das definierte Abreißen der Tröpfchen aufgeprägte Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses zeigt jedoch, daß derThe imprinted for the defined tearing of the droplets velocity control of the dosing process, however, shows that the

zweite Qualitätskennwert, die Volumenrichtigkeit, bei ansonsten konstant gehaltenen Bedingungen durch technisch bedingte,second quality characteristic, the volume accuracy, with otherwise constant conditions due to technical reasons,

kleine Änderungen der Geschwindigkeitsführung stark beeinflußt wird.small changes in the speed control is strongly affected.

Mit einer Anordnung, technisch realisiert als motorgetriebener Dosierer mit Festanschlägen in den Dosierorganen und derWith an arrangement, technically realized as a motor-driven dosing with fixed stops in the metering and the Verbindung von Dosieröffnung (Dosierkanüle) und Kolben-Zylinder-System in technisch herkömmlicher Art durch entsprechendConnection of dosing (Dosierkanüle) and piston-cylinder system in a technically conventional manner by accordingly

dimensionierte Schlauch- bzw. Kanülenleitungen, wobei auch Ventilbaugruppen zwischengeschaltet sein können, wurde derdimensioned hose or cannula lines, whereby valve assemblies can be interposed, was the

oben beschriebene Einfluß von technisch bedingten geringfügigen Änderungen auf die Qualitätsparameter untersucht.described above influence of technically caused minor changes on the quality parameters.

Gearbeitet wurde mit wäßrigen Lösungen und mit einem Festvolumen von 20 Mikrolitern.Work was carried out with aqueous solutions and with a fixed volume of 20 microliters. Während der Qualitätskennwert Streuung bei derartigen Meßserien unter dem zu garantierenden Wert bleibt, wird derWhile the quality characteristic scattering in such measurement series remains below the value to be guaranteed, the Qualitätskennwert Volumenrichtigkeit als prozentuale Abweichung des Mittelwertes der Meßserie vom Soll-Wert bis etwa 1 %Quality characteristic Volume accuracy as a percentage deviation of the mean value of the measuring series from the nominal value to about 1%

beeinflußt. Das bedeutet jedoch eine Beeinflußung dieses Qualitätskennwertes in der Größenordnung des Garantiewertes.affected. However, this means influencing this quality characteristic in the order of magnitude of the guaranteed value.

Diese in der klinischen Praxis und Laboruntersuchungen gewonnenen Befunde erklären sich durch das chaotische Verhalten derThese findings obtained in clinical practice and laboratory investigations are explained by the chaotic behavior of the patients

strömenden Flüssigkeit beim Einströmen und Umlenken in ihre in der Dosieröffnung aufgespannte gekrümmte Oberfläche.flowing liquid when flowing and deflecting in their spanned in the metering opening curved surface.

Beim Umschlag der laminar aus der Kanüle einströmenden Flüssigkeit in ihre in der Dosieröffnung aufgespannte OberflächeWhen handling the laminar flowing from the cannula liquid in their spanned in the metering opening surface

wird die Flüssigkeit zwangsweise zum turbulenten Umschlag gezwungen. Bei diesem Vorgang kann sich das chaotischethe liquid is forced to the turbulent envelope forcibly. In this process, the chaotic

Verhalten strömender Flüssigkeiten durchsetzen.Enforce the behavior of flowing liquids. Dieser bei jedem Dosiervorgang ablaufende Vorgang wirkt bei Volumina in Tropfengröße und darunter störend in Hinsicht aufThis process, which occurs during each dosing process, has a disruptive effect on volumes in droplet size and below

eine Beeinflussung des Qualitätskennwertes Volumenrichtigkeit in der angestrebten Größenordnung.an influence on the quality index volume accuracy in the desired order of magnitude.

Mit anderen Worten wird der Mittelwert einer Meßreihe durch technisch nicht mehr vermeidbare Änderungen derIn other words, the mean of a series of measurements is technically unavoidable changes in the Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses bei Tropfengröße schon etwa bis zu einem Prozent beeinflußt. Diese QualitätSpeed control of the dosing process at drop size already affects about up to one percent. This quality

entspricht jedoch der angestrebten Kennzahl für den gesamten Dosierprozeß einschließlich technologisch tolerierter Grenzen für die Fertigung von Dosiergeräten.However, this corresponds to the target figure for the entire dosing process including technologically tolerated limits for the production of dosing.

Ziel der Erfindung Object of the invention

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung soll ohne großen technischen Aufwand eine volumenrichtige Dosierung von Volumina unter Tropfengröße bei geringem Verbrauch an Reagenzien und einwandfreien Qualitätskennwerten mit anwendergerechter Genauigkeit erreicht sowie eine wirtschaftliche Arbeitsweise in diosen Volumenbereichen gewährleistet werden.With the method and the associated device according to the invention a volume-correct dosage of volumes under drop size with low consumption of reagents and impeccable quality characteristics with user-specific accuracy is achieved without great technical effort and an economic operation in diosen volume ranges are guaranteed.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Mit' 'erfahren und Vorrichtung zur. olumenrichtigen Dosierung soll die im Stand der Technik beschriebene, physikalischWith '' experience and device to. oil-correct dosage to the described in the prior art, physically

bedingte Beeinflussung des Qualitätskennwertes Volumenrichtigkeit bei Volumina in und unter Tropfengröße durch geeignete technische Maßnahmen reduziert werden.conditional influencing of the quality characteristic Volume accuracy with volumes in and under drop size can be reduced by suitable technical measures.

Es lag weiterhin die Aufgabe vor, Bedienfehler von vornherein auszuschließen und zu sichern, daß die DosiergeschwindigkeitIt was also the task before to exclude operator error from the outset and to ensure that the dosing

keinen negativen Einfluß auf die Volumenrichtigkeit der Dosierung ausübt.has no negative influence on the volume accuracy of the dosage.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß durch geeignete technische Maßnahmen die physikalisch bedingte ChaotikThe basic idea of the invention is that by means of suitable technical measures, the physically induced chaotic

von außen mit einem stochastischen Prozeß überlagert wird, so daß die chaotisch bedingte Korrelation zwischenfrom the outside with a stochastic process is superimposed, so that the chaotic correlation between

Strömungsgeschwindigkeit und Volumenrichtigkeit im beschriebenen Volumenbereich gebrochen wird.Flow rate and volume accuracy is broken in the volume range described. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Schwingungen in der, in der Öffnung der Dosierkanüle aufgespannten,According to the invention the object is achieved in that vibrations in the, spanned in the opening of the dosing,

gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche erregt werden, in diese schwingende Flüssigkeitshaut, die einen Teil des zu dosierendencurved fluid surface to be energized in this vibrating fluid skin, which forms part of the dosing

Volumens darstellt, das in herkömmlicher Weise vordosierte Volumen hineingefördert wird und entsprechend derVolume, which is conveyed in a conventional manner pre-dosed volume and according to the Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses Flüssigkeitshaut und von ihr aufgenommenes, vordosiertes Volumen definiertSpeed control of the dosing process Defines the liquid skin and the pre-dosed volume absorbed by it

zum Abriß gebracht werden, wobei während des gesamten Zeitraumes bis zum Abriß des dosierten Volumens diebe demolished, during the entire period until the demolition of the metered volume the

Flüssigkeitsoberfläche in fortwährenden Schwingungen gehalten wird.Liquid surface is kept in continuous oscillations. Es erscheint als eine günstige Variante, daß die Schwingung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Flüssigkeit auf dasIt appears as a favorable variant that the oscillation perpendicular to the direction of movement of the liquid on the Flüssigkeitsvolumen gerichtet wird.Liquid volume is directed. Als stochastischer Prozeß wirken die Schwingungen, die auf die in der Kanülenöffnung aufgespannte, gekümmteAs a stochastic process, the vibrations that act on the clamped in the cannula opening, curved Flüssigkeitseberfläche aufgeprägt werden, so daß der turbulente Umschlag der laminaren Strömung der dosierten FlüssigkeitLiquid surface be imprinted, so that the turbulent envelope of the laminar flow of the metered liquid

mit einer zufä.'igen Komponente überlagert wird.is superposed with a zufä''igen component.

Das Verfahren wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung realisiert, gekennzeichnet dadurch, daß an der kanülenartigenThe method is realized according to the invention by a device, characterized in that the cannula-like Dosleröffn.ung mittels geeigneter Verbindungselemente ein Schwingungserzeugendes Element angebracht ist, das überDosleröffn.ung by means of suitable fasteners a vibration-generating element is attached, the over Vorrichtungen zur Steuerung der auf die Klüssigkeitsoberfläche einwirkenden Schwingungsintensität verfügt.Has devices for controlling the acting on the surface of the liquid vibration intensity. Als Vorrichtung zur Steuerung der auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkenden Schwingungsintensität können verschiebbar aufAs a device for controlling the vibration intensity acting on the liquid surface, slidable

der kanülenartigen Dosieröffnung anordenbare und klemmbare Halterungen des schwingfähigen Systems, Vorrichtungen zur ulektrischen Beeinflussung der elektromechanischen Rückkoppelbedingungen, einstellbare technische Mittel derthe oscillatory system mountable and clampable mountings for the cannula-like metering opening, devices for influencing the electromechanical feedback conditions, adjustable technical means of the

Impulsübertragung vom Schwingsystem auf die kanülenartige Dosieröffnung, insbesondere über SchraubverbindungenImpulse transmission from the oscillating system to the cannula-like metering opening, in particular via screw connections

justierbare, federnde Kopplungen dienen.adjustable, resilient couplings serve.

Das Schwingungserzeugende Element kann ein elektromechanischer oder ein piezoelektrischer Schwinger sein.The vibration generating element may be an electromechanical or a piezoelectric vibrator. Die Erregerfrequenz liegt vorzugsweise zwischen 100 Hz und 1OkHz.The exciter frequency is preferably between 100 Hz and 10 kHz. Die von dem Schwingungserzeugenden Eloment erzeugten Schwingungen wirken mit einer Intensität, die einThe vibrations generated by the vibration generating Eloment act with an intensity that Auseinanderreißen der in der Dosieröffnung aufgespannten Flüssigkeitsoberfläche unter dem Einfluß dieser SchwingungenBreaking apart of the liquid surface spanned in the metering opening under the influence of these vibrations

verhindert.prevented.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel und den beiliegenden FigurenThe method and the device according to the invention will become apparent on an embodiment and the attached figures

näher erläutert.explained in more detail.

Ausführungsbeispiel Es zeigenEmbodiment show

Fig. 1: Übersichtsdarstellung der DosieranordnungFig. 1: Overview of the dosing Fig. 2a-d: Details der Vorgänge an der Dosieröffnung in den einzelnen VerfahrensschrittenFig. 2a-d: Details of the processes at the metering in the individual process steps Fig. 1 ist die für das Verständnis wichtige technische Übersichtsdarstellung für Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung.Fig. 1 is the important for the understanding technical overview representation of the method and apparatus according to the invention. Ausgangspunkt für die Realisierung der Dosierung einer Flüssigkeit ist ein meistens technisch realisiertes Kolben 1-Zylinder 2-Starting point for the realization of the dosing of a liquid is a mostly technically realized piston 1-cylinder 2- System. Die Flüssigkeit 3 wird durch den Kolben 1 im Zylinder 2 verdrängt, zur Dosieröffnung 4 gefördert und durch dieseSystem. The liquid 3 is displaced by the piston 1 in the cylinder 2, conveyed to the metering opening 4 and through this

ausgestoßen. Die Verbindung von Dosieröffnung 4 und Kolben 1-Zylinder 2-System erfolgt in technisch herkömmliche Art durch entsprechend dimensionierte Schlauch- bzw. Kanülenleitungen 5, wobei auch Ventilbaugruppen 6 zwischengeschaltet sein können. Die Bewegung des Kolbens 1 wird vorzugsweise durch eine motorgetriebene Kopplung, in 7 symbolisch dargestellt, über die Kolbenstange 8 erreicht.pushed out. The connection of metering 4 and piston 1 cylinder 2 system is carried out in a technically conventional manner by appropriately sized hose or cannula 5, whereby valve assemblies 6 may be interposed. The movement of the piston 1 is preferably achieved via a motor-driven coupling, shown symbolically in FIG. 7, via the piston rod 8.

Die Größe des ausgestoßenen Volumens wird durch eine Begrenzung der Kolbenbewegung zwischen mechanischen oderThe size of the ejected volume is determined by a limitation of the piston movement between mechanical or

elektronischen Anschlägen bestimmt. Diese Anschläge sind durch 9 symbolisch dargestellt.determined by electronic attacks. These stops are symbolically represented by 9.

Ein an sich technisch bekanntes elektromechanisches Schwingungssystem 10 wird nun so an der Kanülenleitung 5 angebracht,A per se technically known electromechanical vibration system 10 is now attached to the cannula 5,

daß das mechanisch schwingende Teil über die Kanülenleitung 5 Schwingungen auf die Dosieröffnung 4 aufprägen kann. Derthat the mechanically oscillating part can impart vibrations to the metering opening 4 via the cannula conduit 5. The

Einsatz eines piezoelektrischen Schwingungsgebers ist ebenfalls für diesen Zweck denkbar.Use of a piezoelectric vibrator is also conceivable for this purpose. Als technisch geeignetes Mittel zur Einstellung der Schwingungsintensität der in der Dosieröffnung 4 aufgespanntenAs a technically suitable means for adjusting the vibration intensity of the clamped in the metering 4 Flüssigkeitshaut wurde ein auf der Kanülenleitung 5 längsverschiebbares und klemmbares Aufnahmeelemont 11 desFluid skin was a longitudinally displaceable on the cannula 5 and clamped Aufnahmeelemont 11 of

elektromechanischen Schwingungsgebers 10 eingesetzt, mit dem über eine die Kanüle 5 umgebende, nicht näher dargestellteelectromechanical vibration sensor 10 is used, with a surrounding the cannula 5, not shown

Hülse, die erzeugten Schwingungen auf die Dosieröffnug 4 geleitet werden. Durch eine Längsverschiebung dieserSleeve, the vibrations generated are directed to the Dosieröffnug 4. By a longitudinal displacement of this Aufnahmevorrichtung 11 auf der Kanüle 5 ist die Intensität der Schwingungen in der gekrümmten FlüssigkeitsoberflächeReceiving device 11 on the cannula 5 is the intensity of the vibrations in the curved liquid surface

einstellbar.adjustable.

Mit einer derartigen Anordnung, technisch realisiert als motorgetriebener Dosierer mit mechanischen Festanschlägen imWith such an arrangement, technically realized as a motor-driven metering with mechanical hard stops in Dosierorgan, wurde der oben beschriebene Einfluß von technisch geringfügigen Geschwindigkeitsänderungen auf denDosing, was the above-described influence of technically slight changes in speed on the Qualitätsparameter Volumenrichtigkeit untersucht. Die Verbindungsschläuche und Kanülen 5 bestanden aus Polyethylen mitQuality parameters volume accuracy examined. The connecting tubes and cannulas 5 were made of polyethylene

einem Innendurchmesser von 1,2 mm, die geometrische Dimensionierung der Dosieröffnung 4 lag im Innendurchmesseran inner diameter of 1.2 mm, the geometric dimensioning of the metering 4 was in the inner diameter

zwischen 0,3 und 0,5mm bei einer Übergangslänge von Kanülendurchmesser zu Dosieröffnung von 4 bis 6mm.between 0.3 and 0.5mm with a transition length of cannula diameter to dosing of 4 to 6mm.

Nach dem Wesen der Erfindung wird nun dem vom Kolben 1-Zylinder 2-System vordosierten Flüssigkeitsvolumen eineAccording to the essence of the invention, the volume of liquid predosed by the piston 1-cylinder 2 system will now become one

senkrecht zur Strömungsrichtung gerichtete Schwingung aufgeprägt. Diese Schwingung wird durch einen externen, an derimprinted perpendicular to the flow direction vibration. This vibration is controlled by an external, at the

Dosierkanüle angebrachten Schwinger 10 angeregt.Dosing cannula attached vibrator 10 excited. Die Intensität der aufzuprägenden Schwingungen ist durch die angegebenen technischen Maßnahmen so einzustellen, daß dieThe intensity of the vibrations to be recorded shall be adjusted by the technical measures specified so that the

in der Dosieröffnung 4 aufgespannte Flüssigkeitsoberfläche unter dem Einfluß der aufgeprägten Schwingungen nicht zerreißt, sondern das dosierte Volumen vollständig aufnehmen kann.in the metering opening 4 spanned liquid surface is not torn under the influence of the imposed vibrations, but can completely absorb the metered volume.

Technisch ebenfalls geeignet erscheinen schaltungstechnische Maßnahmen zur elektrischen Einstellung derTechnically also suitable appear circuit measures for electrical adjustment of

elektromechanischen Rückkoppelbedingungen oder piezoelektrisch erregten Schwingungen, daß heißt eine primäre Steuerung der im Schwingsystem 10 erregten Intensität.electromechanical feedback conditions or piezoelectrically excited vibrations, that is, a primary control of the excited in the vibrating system 10 intensity.

Eine in einer Haltevorrichtung abgestützte, gefederte Andruckvorrichtung zur über die einwirkende Federkraft gesteuertenA supported in a holding device, spring-loaded pressure device controlled by the acting spring force Übertragung der im Schwingsystem 10 erzeugten Schwingungen auf die Kanüle 5 ist zur Steuerung der Intensität derTransmission of the vibrations generated in the vibrating system 10 to the cannula 5 is to control the intensity of the Schwingungen der in der Dosieröffnung 4 aufgespannten Flüssigkeitshaut ebenfalls denkbar; dabei kann die wirkendeVibrations of the clamped in the metering 4 liquid skin also conceivable; while the acting Federkraft durch Schraubverbindungen eingestellt werden. ,Spring force can be adjusted by screw connections. . Die beschriebenen Vorrichtungen zur Intensitätssteuerung können sowohl in ein herkömmliches Handstück zurThe described intensity control devices can be used both in a conventional handpiece for Kanülenhalterung integriert werden als insbesondere auch beim Einsatz in Meßplätzen als einzelne Baugruppen ausgeführtNeedle holder can be integrated as especially when used in measuring stations designed as individual modules

werden.become.

Die Frequenz der aufzuprägenden Schwingungen sollte zwischen 100Hz und 1OkHz Hegen. Die optimale Erregungsfrequenz des Schwingsystems wird durch den konkreten Anwendungsfall bestimmt und wird durch die geometrischen Verhältnisse an der Dosieröffnung, die Größe des zu dosierenden Volumens, die Zähigkeit der zu dosierenden Flüssigkeit und die Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses beeinflußt. Für die Anpassung der Erregerfrequenz an die konkrete Dosieraufgabe sollten folgende Tendenzen Anwendung finden: eine Verkleinerung des zu dosierenden Volumens erfordert eine höhere Erregerfrequenz; bei Vergrößerung der aufgespannten, gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche durch geometrische Dimensionierung wird durch Senken der Erregerfrequenz optimiert. Ein funktioneller Zusammenhang dieser Tendenzen ist auf Grund des chaotischen Charakters des Dosiervorganges nicht herstellbar.The frequency of the vibrations to be recorded should be between 100 Hz and 10 kHz. The optimal excitation frequency of the oscillating system is determined by the specific application and is influenced by the geometric conditions at the metering, the size of the volume to be dispensed, the viscosity of the liquid to be dispensed and the speed of the dosing process. For adapting the excitation frequency to the specific dosing task, the following tendencies should be used: a reduction of the volume to be dosed requires a higher exciter frequency; when enlarging the spanned, curved liquid surface by geometric dimensioning is optimized by lowering the excitation frequency. A functional relationship of these tendencies can not be produced due to the chaotic nature of the dosing process.

Im Experiment wurde unter den oben angegebenen Versuchsbedingungen erfolgreich mit Frequenzen zwischer\500Hz und 1 kHz'gearbeitet. Für die Erzeugung der Erregerfrequenz sind geeignete schaltungstechnische Maßnahmen vorzusehen, die neben der elektrischen Erzeugung und eventuellen Verstärkung der Erregorfrequenz auch schaltungstechnische Maßnahmen zum Schalten der Erregerfrequenzerzeugung entsprechend dom momentanen Zustand im Dosierprozeß beinhalten müssen. Sie werden in der symbolisch angegebenen Steuereinheit 12 realisiert.In the experiment, under the experimental conditions given above, we successfully worked with frequencies between \ 500 Hz and 1 kHz. For the generation of the excitation frequency suitable circuitry measures are provided, which must include in addition to the electrical generation and eventual amplification of the Erregorfrequenz also circuit measures for switching the excitation frequency according to dom current state in the dosing process. They are realized in the symbolically specified control unit 12.

Durch diese Maßnahmen ist das Schwingsystem 10 vor Beginn des Dosiervorganges zu aktivieren und während der Dauer des Dosiervorganges aktiviert zu belassen. Experimentell wurde dieses Problem durch entsprechende elekti ische Schalter an der den Dosierprozeß steuernden mechanischen Kurvenscheibe des eingeritzten Festvolumendosierers gelöst. Zum Verständnis der grundlegenden Verfahrensschritte sind in Fig.2a--d die Vorgänge an der Dosieröffnung 4 im Detail dargestellt. Fig. 2 a zeigt die Verhältnisse in der Dosieröffnung 4 im Ruh ezustand. In der Dosieröffnung 4 ist die gekrümmte Flüssigkeitshaut 13 aufgespannt, die sich an der Berührungsfläche von Luft und Flüssigkeit 3 zwangsläufig bildet. Je nach Kräfteverhältnissen zwischen benetzter Wan j und freier Flüssigkeitsoberfläche wird diese konkav oder konvex auf( ..spannt. Vor Beginn des Dosierprozesses wird erfindungsgemäß die externe Schwingvorrichtung zugeschaltet. Durch diese Schwingungen wird die in der Dosieröffnung 3 aufgespannte Flüssigkeitshaut 13 ausgelenkt und befindet sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten in unterschiedlichen Lagen, wodurch erfindungsgemäß dem Dosierprozeß eine stochastische Komponente überlagert wird.By these measures, the vibrating system 10 is to be activated before the beginning of the dosing process and to remain activated during the duration of the dosing process. Experimentally, this problem has been solved by appropriate electrical switches on the metering process controlling mechanical cam of the incised Festvolumendosierers. In order to understand the basic process steps, the processes at the metering orifice 4 are shown in detail in FIGS. 2a-d. Fig. 2 a shows the conditions in the metering 4 in the rest ezustand. In the metering 4, the curved liquid skin 13 is clamped, which forms inevitably at the interface of air and liquid 3. Depending on the balance of forces between wetted wan j and free liquid surface, it is stretched concavely or convexly .. The external oscillating device is switched on before the metering process begins Time points in different positions, whereby according to the invention the metering process is superimposed on a stochastic component.

Wird die Flüssigkeit 3 .'un durch eine Bewegung des Kolbens 1 verdrängt, so strömt sie bei diesem Vorgang in die aufgespannte Flüssigkeitshaut 13. Dort wird der einströmende Flüssigkeitsstrom durch die Spannung der Oberflächenhaut umgelenkt, dabei kommt es zum turbulenten Umschlag der Flüssigkeit, der den chaotischen Charakter des Dosierprozesses begründet. Die aufgespannte Flüssigkeitshaut 13 bläht sich durch Aufnahme der einströmenden Flüssigkeit 4 langsam auf. Dabei schwingt sie entsprechend den senkrecht aufgeprägten Schwingungen um ihre Ruhelage. Dieser fortschreitende Prozeß ist in den Figuren 2 b und 2 c dargestellt, wobei die unterschiedlichen Lagen A und B unterschiedliche Schwingungsphasen symbolisieren. Nach Aufnahme des dosierten Volumens reißt die aufgeblähte Flüssigkeitshaut 13 bei fortwährender Schwingungswirkung durch Beenden des Dosiervorganges schließlich von der Dosieröffnung 4 ab. Dieser Zustand ist in Fig. 2 d veranschaulicht. Damit ist ein Dosiervorgang beendet.If the liquid 3 .'un displaced by a movement of the piston 1, it flows in this process in the clamped liquid skin 13. There, the inflowing liquid flow is deflected by the tension of the surface skin, it comes to the turbulent envelope of the liquid, the chaotic nature of the dosing process justified. The spanned liquid skin 13 inflates slowly by receiving the inflowing liquid 4. It vibrates according to the vertically imposed vibrations to their rest position. This progressive process is shown in Figures 2 b and 2 c, wherein the different layers A and B symbolize different phases of vibration. After taking up the metered volume, the inflated liquid skin 13 finally breaks away from the metering opening 4 due to the continuous oscillation effect by terminating the metering process. This condition is illustrated in Fig. 2d. This completes a dosing process.

Claims (9)

1. Verfahren zur volumenrichtigen Dosierung, bei dem diezu dosierende Flüssigkeitdurch Motorkraft auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt und bei Erreichen mechanischer oder elektronischer Anschläge oder Ausstoßvorgang abgebremst wird, gekennzeichnet dadurch, daß Schwingungen in der, in der Öffnung der Dosierkanüle aufgespannten, gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche erregt werden, in diese schwingende Flüssigkeitshaut, die einen Teil des zu dosierenden Volumens darstellt, das in herkömmlicher Weise vordosierte Volumen hinein gefördert wird und entsprechend der Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses Flüssigkeitshaut und von ihr aufgenommenes, vordosiertes Volumen definiert zum Abriß gebracht werden, wobei während des gesamten Zeitraumes bis zum Abriß des dosierten Volumens die Flüssigkeir.soberfläche in fortwährenden Schwingungen gehalten wird.A method for volume correct metering, wherein the metered liquid is accelerated by engine power to a certain speed and decelerated upon reaching mechanical or electronic stops or ejection process, characterized in that vibrations are excited in the, spanned in the opening of the dosing cannula, curved liquid surface, in this vibrating liquid skin, which forms part of the volume to be dispensed, in a conventional manner predosed volume is conveyed and according to the speed control of the dosing process liquid skin and absorbed by her, predosed volume defined to be brought to break, wherein during the entire period to Outline of the dosed volume the liquid surface is kept in continuous oscillations. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schwingung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Flüssigkeit auf das Flüssigkeitsvolumen gerichtet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the vibration is directed perpendicular to the direction of movement of the liquid to the liquid volume. 3. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens zur volumenrichtigen Dosierung von Flüssigkeiten, bestehend aus einem Kolben-Zylinder-System mit kanülenartiger Dosieröffnung, wobei das zu dosierende Volumen durch einen, über entsprechende Vorrichtungen zwischen mechanischen oder elektronischen Anschlägen motorgetriebenen Kolben in die Dosierkanüle gefördert wird, gekennzeichnet dadurch, daß an der kanülenartigen Dosieröffnung mittels geeigneter Verbindungselemente ein schwingungserzeugendes Element angebracht ist, das über Vorrichtungen zur Steuerung der, auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkenden, Schwingungsintensität verfügt.3. A device for the realization of the method for correct volume dosing of liquids, consisting of a piston-cylinder system with cannula-like dosing, wherein the volume to be dosed is promoted by a, powered by appropriate devices between mechanical or electronic attacks piston in the dosing, characterized in that at the cannula-like metering opening by means of suitable connecting elements, a vibration-generating element is mounted, which has means for controlling the acting on the liquid surface, vibration intensity. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung der auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkenden Schwingungsintensität eine auf der kanülenartigen Dosieröffnung verschiebbar anordenbare und klemmbare Halterung des schwingfähigen Systems dient.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that for controlling the force acting on the liquid surface vibration intensity on the cannula-like dosing slidably arranged and clampable mounting of the oscillatory system is used. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekannzeichnet dadurch, daß die auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkende Schwingungsintensität durch Vorrichtungen gesteuert wird, die die elektromechanischen Rückkoppelbedingungen elektrisch beeinflussen.5. Apparatus according to claim 3 or 4, gekannzeichnet in that the force acting on the liquid surface vibration intensity is controlled by devices that affect the electromechanical feedback conditions electrically. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkende Schwingungsintensität durch einstellbare technische Mittel der Impulsübertragung vom Schwingungssystem auf die kanülenartige Dosieröffnung, insbesondere durch über Schraubverbindungen justierbare, federnde Kopplung gesteuert wird.6. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the force acting on the liquid surface vibration intensity is controlled by adjustable technical means of impulse transmission from the vibration system to the cannula-like metering, in particular by screw adjustable, resilient coupling. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das schwingungserzeugande Element ein elektromechanischen Schwinger ist.7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the vibration generating element is an electromechanical oscillator. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das schwingungserzeugende Element ein piezoelektrischer Schwinger ist.8. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the vibration-generating element is a piezoelectric oscillator. 9. Vorrichtungen nach Anspruch 3 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Erregerfrequenz der schwingungserzeugenden Elemente vorzugsweise zwischen 100Hz und 1OkHz liegt.9. Apparatus according to claim 3 to 8, characterized in that the excitation frequency of the vibration-generating elements is preferably between 100Hz and 1OkHz.
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