DE10039735C2 - Dosiersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Dosiersysteme, bei denen ein Aktor einer Dosiervor­ richtung mit einer verformbaren Verdrängerwand eines Dosiermodules zusammen­ wirkt. Dabei kann es sich insbesondere um handhabbare Dosiersysteme und/oder um stationäre Dosiersysteme handeln, und zwar jeweils in handgesteuerter, teilautomati­ scher oder automatischer Ausführung.

Bei den bekannten Dosiersystemen wird grob zwischen Pipetten, Dispensern und Multifunktionsdosierern unterschieden. Pipetten geben das aufgenommene Flüssig­ keitsvolumen in einem Schritt wieder ab. Bei Dispensern erfolgt die Abgabe der auf­ genommenen Flüssigkeitsmenge schrittweise. Multifunktionsdosierer erlauben beide Betriebsweisen. Sämtliche Systemtypen gibt es auch in Mehrkanalausführung, welche die gleichzeitige Durchführung mehrerer gleichartiger Dosierungen ermöglichen. Die Erfindung kann bei jedem dieser Systemtypen zur Anwendung kommen.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Gas- oder Luftpolster- und Direktverdrän­ gersystemen. Bei Gaspolstersystemen wird ein Gaspolster bewegt, um flüssige Probe in eine Pipettenspitze einzusaugen und aus dieser auszustoßen. Dies hat den Vorteil, daß der Flüssigkeitskontakt und damit die Kontamination auf die Pipettenspitze be­ schränkt werden kann. Diese wird deshalb zumeist als Einmalartikel ("Disposable") ausgeführt, insbesondere aus Kunststoff, und wird nach Gebrauch gegen eine saubere Pipettenspitze ausgetauscht.

Zumeist sind Gaspolstersysteme als Kolbenhubpipetten ausgeführt, bei denen durch Verschieben eines Kolbens in einem Zylinder einer Dosiervorrichtung ein Luftpolster bewegt wird, um flüssige Probe in eine lösbar mit der Dosiervorrichtung verbundene Pipettenspitze einzusaugen und aus dieser auszustoßen. Es sind aber auch schon Gaspolstersysteme vorgeschlagen worden, die eine mit einem Balg verbundene oder eine Membran aufweisende Pipettenspitze aufweisen. Bei Verbindung der Pipetten­ spitze mit einer Dosiervorrichtung ist der Balg bzw. die Membran mittels eines Aktors komprimierbar bzw. entspannbar, um Flüssigkeit aus der Pipettenspitze auszustoßen und in diese einzusaugen. Für ein genaues Dosieren ist eine exakte Kopplung der Pi­ pettenspitze mit dem Aktor wichtig. Die Erfindung ist insbesondere auf diese Dosier­ systeme anwendbar, die im Volumenbereich von etwa 1 µl bis zu einigen 10 ml ar­ beiten.

Die WO 99/10099 offenbart verschiedene Mikrodosiersysteme, die für Dosier­ volumina im Bereich von wenigen Nanoliter bis einigen Mikroliter gedacht sind und mit einem Freistrahldosierer und/oder einer Mikromembranpumpe arbeiten. Dabei handelt es sich um Direktverdrängersysteme, bei denen die zu dosierende Flüssigkeit direkt von einer Membran des Freistrahldosierers bzw. der Mikromembranpumpe ver­ drängt wird. Bei einer Ausführung hat eine Dosiervorrichtung am unteren Ende einen Aufnahmeschacht, in dem ein Fluidmodul eingesteckt ist. Das Fluidmodul hat ein Re­ servoir und wird an einem überstehenden Abschnitt des Reservoirs in der Dosiervor­ richtung gehalten. Hierfür sind elastische Andrückelemente vorhanden, von denen das eine gegen eine Grundplatte und das andere gegen einen Aufnahmekörper des Reser­ voirs drückt. Ferner hat die Dosiervorrichtung dem Aufnahmeschacht zugeordnet ei­ nen Aktor, der spaltfrei an einer Membran eines Dosierchips anliegt, der an der Grundplatte des Reservoirs fixiert ist und mit diesem gemeinsam das Fluidmodul bil­ det. Dabei drücken Haltezangen den Dosierchip mit der Membran gegen den Aktor. Die Haltezangen werden am Ende einer axialen Einfügebewegung des Fluidmoduls in den Aufnahmeschacht geschlossen. Durch Betätigen des Aktors kann bewirkt werden, daß der Dosierchip aus dem Reservoir stammende Flüssigkeit aus einer Dosieröffnung ausstößt. Die Dosiergenauigkeit dieses Mikrodosiersystems hängt von der exakten Po­ sitionierung des Fluidmoduls in der Dosiervorrichtung und von den Toleranzen der Einzelbauteile ab.

Aus der WO 99/37400 ist eine weitere Mikrodosiervorrichtung bekannt, die ein aus­ wechselbar in einem Gehäuse angeordnetes Dosiermodul aufweist. Das Dosiermodul umfaßt einen Dosierchip mit Druckkammer und Verdrängermembran, die mit einer Düse und einem Mediumreservoir verbunden ist. Auch hier sind der Aktor der Mikro­ dosiervorrichtung und der Verdränger des Dosiermoduls nicht fest miteinander ver­ bunden. Vielmehr wird der Aktor lediglich in Kontakt mit dem Verdränger gebracht. Der Aktor ist ein Piezostapelaktor ("Piezostack"), dessen Kraft über einen drehbar gelagerten Hebellenker auf einen Druckpunkt der Dosierkammer übertragen wird. Die Dosiergenauigkeit wird durch das Lagerspiel der Kraftumlenkung beeinträchtigt. Außerdem kann es durch unterschiedliche Wärmeausdehnung von Piezostack und Gehäuse der Mikrodosiervorrichtung zu Fehlern kommen. Einzelheiten der Fixierung des Dosiermoduls der Mikrodosiersysteme sind nicht beschrieben. Auch hier würden jedoch Positionierfehler und Toleranzen der Einzelbauteile Dosierfehler verursachen.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Mikrodosiersysteme der vorerwähnten Art.

Die US 5 759 015 bezieht sich auf eine komplette Mikropumpe, bei der sämtliche Komponenten, insbesondere Glasplatten und Silikonplatten, fest miteinander verbunden sind. Außerdem ist ein Piezoantrieb mit einem Betätigungsorgan über eine Tragkonstruktion fest mit einer oberen Glasplatte verbunden. Es handelt sich bei dieser Mikropumpe also um eine komplette Dosiervorrichtung, bei der die Verdrängerkammer und die Betätigungseinrichtung fest integriert und untrennbar zusammengefaßt sind.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dosiersystem mit ei­ nem lösbar in eine Dosiervorrichtung einsetzbaren Dosiermodul zu schaffen, bei dem ein Aktor der Dosiervorrichtung mit einer verformbaren Verdrängerwand des Dosier­ modules zusammenwirkt, bei dem die Dosiergenauigkeit erhöht ist.

Die Aufgabe wird durch ein Dosiersystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge­ löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Dosiersystems sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Dosiersystem hat

• - ein Dosiermodul, das eine mit einer Dosieröffnung verbundene Dosierkammer mit einer durch Betätigen von außen verformbaren Verdrängerwand aufweist, und
• - eine Dosiervorrichtung, die in einem Gehäuse eine Aufnahme für das Dosiermodul aufweist, in der ein gehäusefestes Widerlager zum Abstützen einer ersten Seite des Dosiermodules angeordnet ist, die ein gegen eine zweite Seite des Dosiermodules andrückbares Anpreßorgan zum Drücken des Dosiermodules mit der ersten Seite gegen das Widerlager und Festlegen des Dosiermodules zwischen Anpreßorgan und Widerlager aufweist und die einen Aktuator mit einem Betätigungsorgan hat, das in der Richtung vom Widerlager zur Verdrängerwand verlagerbar ist, um diese zu verformen.

Dadurch, daß das Dosiermodul immer mit seiner ersten Seite auf dem gehäusefesten Widerlager abgestützt ist, gegen das das Dosiermodul mittels des gegen seine zweite Seite andrückbaren Anpreßorganes gedrückt wird, befindet sich das Dosiermodul stets in einer genau definierten Position in seiner Aufnahme. Durch das Verlagern des Be­ tätigungsorganes mittels des Aktuators in der Richtung vom Widerlager zur Verdrän­ gerwand des Dosiermodules wird überdies eine genau reproduzierbare Verformung der Verdrängerwand erreicht, welche die Dosierflüssigkeit direkt, mittels einer Hilfsflüssigkeit und/oder über ein Gaspolster verdrängt. Hierdurch ist insgesamt eine hervorragende Dosiergenauigkeit erzielbar. Dabei kann das Dosiermodul in verschie­ dener Weise ausgeführt sein, beispielsweise als Pipettenspitze mit Balg oder Membran oder als mikrosystemtechnisches Dosiermodul eines Mikrodosiersystems, bei­ spielsweise wie in der WO 99/10099 oder der WO 99/37400 beschrieben.

Die erste und die zweite Seite des Dosiermodules sind parallel und mit Abstand voneinander angeordnet, um das Dosiermodul senkrecht gegen das Widerlager zu pressen. Das Dosiermodul kann beispielsweise im wesentlichen quaderförmig ausgeführt sein.

Das Dosiermodul hat die Verdrängerwand auf der ersten Seite, wobei für eine reproduzierbare Anlage und Wandverformung dadurch gefördert wird, daß das Dosiermodul im Anlagebereich am Widerlager auf der ersten Seite starr ist. Darüber hinaus ist es für die Dosiergenauigkeit von Vorteil, wenn das Dosiermodul zumindest zwischen dem Anlagebereich am Widerlager und dem Anlagebereich am Anpreßorgan starr ausgeführt ist, um ein Ausweichen bei der Verformung der Ver­ drängerwand zu verhindern.

Das Widerlager kann eine zusammenhängende oder mehrere getrennte Lagerflächen aufweisen. Diese können insbesondere an einem oder mehreren Stegen ausbildet sein. Es kann integral mit dem Gehäuse ausgebildet oder ein am Gehäuse befestigtes Bau­ teil sein.

Für eine gleichmäßige Kraftübertragung kann gemäß einer Weiterbildung das Betäti­ gungsorgan zwischen verschiedenen Abschnitten des Widerlagers angeordnet sein. Vorzugsweise steht es bereits vor Verlagerung in der Richtung vom Widerlager zur Verdrängerwand über das Widerlager hinaus, um bei der Fixierung des Dosiermodu­ les im Gehäuse eine Vorverformung der Verdrängerwand zu bewirken, die für defi­ nierte Kontakt- und Verformungsverhältnisse sorgt. Dies steigert die Dosiergenauig­ keit weiter.

Zur genauen Einstellung der Vorverformung ist gemäß einer Weiterbildung der Über­ stand des Betätigungsorganes über das Widerlager mittels einer Einstelleinrichtung einstellbar. Die Einstelleinrichtung kann insbesondere als eine einstellbar in einem Trägerelement angeordnete Justierschraube ausgebildet sein, die zugleich das Betäti­ gungsorgan bildet. Durch Einstellen mittels der Justierschraube ist erreichbar, daß das Betätigungsorgan keine Zustellbewegung zur Membran ausführen muß und seine Verlagerung stets eine Verformung der Verdrängerwand bewirkt. Mittels der Justier­ schraube ist eine Komprimierung aller Einzelteiltoleranzen möglich.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Dosieröffnung des Dosiermodules mittels einer entfernbaren Kappe verschließbar, um eingefülltes Dosiermedium vor Kontamination bzw. Verderb zu schützen und dessen vorzeitiges Austreten beispielsweise bei einer Vorverformung der Verdrängerwand zu verhindern.

Nach einer Ausgestaltung ist das Trägerelement und/oder Betätigungsorgan schwenk­ bar im Gehäuse gelagert und greift ein Aktuator quer zur Verlagerungsrichtung des Betätigungsorganes seitlich am Trägerelement und/oder Betätigungsorgan an. Hier­ durch wird eine platzsparende Unterbringung des Aktuators beispielsweise in dem Gehäuse eines Handgerätes ermöglicht. Dies ist insbesondere bei der bevorzugten Verwendung eines Piezoantriebs (insbesondere eines Piezostacks) als Aktuator von Vorteil, weil Piezoantriebe bereits eine erhebliche Länge aufweisen, wenn sie einen Hub von einigen 10 µm aufweisen.

Vorzugsweise ist das Trägerelement und/oder Betätigungsorgan über ein elastisch ver­ formbares Element, z. B. ein Filmscharnier an einem gehäusefesten Lagerelement an­ gelenkt, wodurch eine Minderung der Dosiergenauigkeit durch Lagerspiel vermieden werden kann.

Vorzugsweise hat ein Piezoantrieb an dem einen Ende eine gehäusefeste Abstützung und ist angrenzend an das andere, mit dem Trägerelement und/oder dem Betätigungs­ organ zusammenwirkende Ende über eine vorgespannte erste Federeinrichtung im Gehäuse abgestützt. Hierdurch wird erreicht, daß der Piezoantrieb im Druckbereich arbeitet und es nicht zu Rißbildungen kommt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Piezoantrieb an seinem einen Ende über eine einstellbare Spanneinrichtung im Gehäuse abgestützt. Die Spanneinrichtung kann insbesondere eine Spannschraube aufweisen, die in ein gehäusefestes Gewinde schraubbar ist. Hierdurch ist eine Einstellung der Vorspannung des Piezoantriebs möglich. Diese Einstellung ist unabhängig von einer Einstellung des Betätigungs­ organes.

Nach einer weiteren Ausgestaltung besteht das Gehäuse zumindest im Über­ brückungsbereich zwischen endseitigen Lagern des Piezoantriebes aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Piezoantriebes übereinstimmt. Bei dem Material kann es sich insbesondere um einen keramischen Werkstoff handeln. Durch die Verwendung von Materialien mit ähnlichen oder gleichen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten kann einem Temperatureinfluß auf die Dosiergenauigkeit entgegenge­ wirkt werden.

Das Anpreßorgan kann als Gleitblock ausgeführt sein, der durch axiales Verschieben im Gehäuse entlang mindestens einer gehäusefesten und/oder gleitblockfesten An­ schrägung bezüglich seiner Verschiebeachse quer zum Dosiermodul verlagerbar ist. Dabei kann der Gleitblock beispielsweise mittels eines im Gehäuse geführten Schie­ bers axial im Gehäuse verschiebbar sein. Hierdurch wird es möglich, das Dosiermodul durch einfache lineare Bewegung des Gleitblockes festzulegen bzw. freizusetzen. Die Linearbewegung kann beispielsweise durch einen manuellen oder motorischen Li­ nearantrieb erzeugt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Dosiervorrichtung eine Tastein­ richtung auf, die das Einsetzen des Dosiermoduls in eine definierte Einsetzstellung in der Aufnahme erfaßt, und eine mit der Tasteinrichtung gekoppelte Steuereinrichtung, die beim Erfassen des Einsetzens des Dosiermodules in der definierten Einsetzstellung durch die Tasteinrichtung das Anpreßorgan aus einem ersten Zustand, in der dieses das Dosiermodul freigibt, in einen zweiten Zustand steuert, in der das Anpreßorgan das Dosiermodul in der Aufnahme festlegt, und die eine Rücksetzeinrichtung auf­ weist, durch deren Betätigung die Steuereinrichtung das Anpreßorgan in den ersten Zustand zurückversetzt. Die Tasteinrichtung kann ein beliebiger Sensor sein, der die Anordnung des Dosiermodules erfaßt, beispielsweise indem er die Veränderung eines Magnetfeldes, einer Kapazität oder der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle erfaßt. Die Steuereinrichtung kann grundsätzlich eine elektrische Steuereinrichtung sein, die beispielsweise über elektrische oder elektromechanische Stellglieder das An­ preßorgan steuert und beispielsweise mit einer elektrischen oder elektromechanischen Rücksetzeinrichtung zusammenarbeitet, z. B. einem elektrischen Schalter.

Vorzugsweise ist die Tasteinrichtung als in die Aufnahme eingreifende mechanische Tasteinrichtung ausgestaltet. Weiterhin vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eine Flipflop-Mechanik, die eine mechanische Rücksetzeinrichtung aufweisen kann. Grundsätzlich können Ausführungen der Flipflop-Mechanik zum Einsatz kommen, wie sie dem Fachmann aus der Konstruktionslehre bekannt sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Flipflop-Mechanik in Verbindung mit einem Schieber an einem Gleitblock als Anpreßorgan verwirklicht. Hierbei spannt eine einenends am Gehäuse und anderenends am Schieber abgestützte zweite Feder­ einrichtung den Schieber in Richtung einer die Verlagerung des Gleitblockes zum Do­ siermodul bewirkenden Verschiebung vor, wobei eine Verriegelungseinrichtung in ei­ ner Verriegelungsstellung den Schieber in einer ein Einsetzen und Entnehmen des Do­ siermodules in und aus der Aufnahme ermöglichenden Stellung arretiert und die Ver­ riegelungseinrichtung von der Tasteinrichtung durch Einsetzen des Dosiermodules in die definierte Einsetzstellung in eine Entriegelungsstellung bringbar ist, in der sie den Schieber freigibt, so daß die zweite Federeinrichtung den Schieber unter Verlagerung des Gleitblockes zum Dosiermodul und Festlegung desselben in der Aufnahme verla­ gert.

Die Rücksetzeinrichtung ist dabei so ausgeführt, daß ein Ende des Schiebers ein Rücksetzorgan aufweist, durch dessen Betätigung der Schieber aus einer Stellung, in der der Gleitblock das Dosiermodul in der Aufnahme festlegt, in eine Stellung verla­ gerbar ist, in der der Gleitblock das Dosiermodul freigibt und in der die Verriege­ lungseinrichtung in ihre Verriegelungsstellung am Schieber bringbar ist.

Nach einer Weiterbildung ist die Verriegelungseinrichtung eine im Gehäuse schwenk­ bar gelagerte Wippe, die mit einem ersten Hebelarm in Verriegelungsstellung hinter eine Verriegelungskante des Schiebers geschwenkt und in Entriegelungsstellung von dieser Verriegelungskante weggeschwenkt ist. Vorzugsweise ist die Verriegelungsvor­ richtung von einer dritten Federeinrichtung in Verriegelungsstellung vorgespannt, wodurch sie ohne weiteres in die Verriegelungsstellung gelangen kann, wenn die Lage des Schiebers dies ermöglicht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wirkt die Tasteinrichtung mit einem zweiten He­ belarm der Wippe zusammen, um diese bei Anordnung des Dosiermodules in der de­ finierten Einsetzstellung entgegen der Wirkung der dritten Federeinrichtung so zu ver­ schwenken, daß die Verriegelungskante des Schiebers freikommt.

Die Tasteinrichtung kann als weiterer Schieber ausgeführt sein, der mit einem Ende in die Aufnahme eingreift, um den Schieber durch Einsetzen des Dosiermodules in die definierte Einsetzstellung zu verschieben, und dessen anderes Ende mit dem zweiten Hebelarm zusammenwirkt, um die Wippe beim Verschieben des weiteren Schiebers in die Entriegelungsstellung zu schwenken.

Vorzugsweise ist die Tasteinrichtung entgegen einer Einsetzrichtung des Dosier­ moduls ausgerichtet, beispielsweise auf eine Stirnseite des Dosiermoduls, mit der voran dieses in die Aufnahme einschiebbar ist.

Vorzugsweise ist das Dosiermodul entgegen der Wirkung einer vierten Federeinrich­ tung in die Aufnahme einsetzbar, welche die Freisetzung des Dosiermodules bei Frei­ gabe durch das Anpreßorgan unterstützt.

Vorzugsweise ist die Tasteinrichtung eine Federzunge, die mit einem zurückgeboge­ nen Endabschnitt elastisch an einer Bodenwand der Aufnahme abstützbar ist, um die vierte Einrichtung zu bilden, und/oder die mit einer spitzwinklig herausgebogenen, am ersten Hebelarm der Wippe angreifenden Zunge die dritte Federeinrichtung bildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Dosiersystem mit lose in eine Dosiervorrichtung eingestecktem Dosier­ modul im Längsschnitt;

Fig. 2 vergrößertes Detail II der Fig. 1;

Fig. 3 vergrößertes Detail III der Fig. 1;

Fig. 4 dasselbe Dosiersystem mit in der Dosiervorrichtung festgelegtem Dosiermodul im Längsschnitt;

Fig. 5 Detail V der Fig. 4;

Fig. 6 Detail VI der Fig. 4.

Das Dosiersystem hat eine Dosiervorrichtung 1 und ein Dosiermodul 2. Das Dosier­ modul 2 ist außen im wesentlichen mit einem kastenförmigen Basisteil 3 und einer dieses einseitig abdeckenden Wand 4 gebildet. Im Basisteil 3 sind Reservoire 5 für eine Dosierflüssigkeit ausgebildet. Außerdem ist in die Seite des Basisteiles 3, die der Wand 4 zugewandt ist, ein Verdrängungsvolumen 6 eingearbeitet, das in einer Do­ sieröffnung 7 in einer außen liegenden Stirnseite des Dosiermodules 2 mündet.

Das Dosiermodul 2 hat eine erste Seite 8, die von der Außenseite der Wand 4 gebildet ist. Ferner hat es eine zweite Seite 9, die an dem der Wand 4 gegenüberliegenden Seite des Basisteiles 3 ausgebildet ist. Die Wand 4 ist in dem das Verdrängungsvolu­ men 6 abdeckenden Bereich eine von außen verformbare Verdrängerwand 4' und ist in den übrigen, auf dem Basisteil 3 aufliegenden Bereichen 4" im wesentlichen starr.

Die Dosiervorrichtung 1 hat ein längliches Gehäuse 10, in dem eine zu einer Stirnseite des Gehäuses 10 hin offene Aufnahme 11 ausgebildet ist. In die Aufnahme 11 ist durch die Stirnöffnung das Dosiermodul 2 eingesetzt. In umgekehrter Richtung ist es entnehmbar.

Die Innenkontur der Aufnahme 11 entspricht im wesentlichen der Außenkontur des Dosiermoduls 2. Die Seite der Aufnahme 11, die der ersten Seite 8 des Dosiermodules 2 zugeordnet ist, ist ein Widerlager, das durch obere Auflageflächen 12 mehrerer pa­ ralleler Stege 13 definiert ist, die von den Innenseiten zweiter gegenüberliegender Ge­ häusewände vorspringen. In den Zeichnungen sind nur Stege 13 gezeigt, die von der hinteren Gehäusewand vorstehen. Den Auflageflächen 12 der Stege 13 sind im we­ sentlichen starre Randbereiche 4" der Wand 4 zugeordnet, die vor und hinter der Zei­ chenebene angeordnet sind, wo kein Verdrängungsvolumen 6 ausgebildet ist und die Wand 4 mit dem Basisteil 3 verbunden ist.

Der Aufnahme 11 ist auf der zweiten Seite 9 des Dosiermoduls 2 ein Gleitblock 14 zugeordnet, der mit einem Schieber 15 verbunden ist. Gleitblock 14 und Schieber 15 sind entlang axialer Führungen im Gehäuse 10 verschieblich.

Der Gleitblock 14 hat an der Oberseite einen Vorsprung 16, dem eine Anschrägung 17 an einer Seitenwand 18 des Gehäuses 10 zugeordnet ist.

Auf der gegenüberliegenden Seite hat der Schieber 15 eine Anschrägung 19, die mit einer Anschrägung 20 an einem gehäusefest angebrachten, einen Abschnitt der Auf­ nahme 11 begrenzenden Einbauteil 21 ausgebildet ist.

Aufgrund des Zusammenwirkens des Vorsprunges 16 mit der Anschrägung 17 wird beim Verschieben des Gleitblockes 14 in das Gehäuse 10 hinein (in Fig. 1 nach links) der Gleitblock 14 zur zweiten Seite 9 hin verlagert, um das Dosiermodul 2 mit der ersten Seite 8 gegen das Widerlager 12 zu pressen. Aufgrund des Zusammenwirkens der Anschrägungen 19, 20 wird hingegen der Gleitblock 14 beim Verschieben in ent­ gegengesetzter Richtung von der zweiten Seite 9 weg verlagert, was eine Freigabe des Dosiermoduls 2 zur Folge hat.

Anderenends hat der Schieber 15 einen Rücksetzknopf 22, dessen Innenseite ein Ende einer Schraubenfeder 23 abstützt, die anderenends eine gehäusefeste Abstützung 24 hat. Durch diese Schraubenfeder 23 ist der Schieber 15 so vorgespannt, daß er dazu tendiert, den Gleitblock 14 zum Dosiermodul 2 hin zu verlagern.

Ein weiterer Schieber 25 in Form einer Federzunge ist in der gleichen Richtung axial verschieblich im Gehäuse 10 geführt. Der weitere Schieber 25 greift mit einem Ende in die Aufnahme 11 ein, wobei ein zurückgebogener Endabschnitt 26 federnd an einer vom Einbauteil 21 definierten Bodenwand 27 der Aufnahme 11 abgestützt ist. Die in­ nere Stirnseite des Dosiermodules 2 ist so gegen den Endabschnitt 26 preßbar, daß dieser einfedert und der weitere Schieber 25 weiter aus der Aufnahme 11 herausge­ drückt wird.

Der weitere Schieber 25 hat überdies ein inneres Ende 28 und in dessen Nähe eine herausgebogene, federnde Zunge 29, auf deren Funktion noch eingegangen wird.

Im Gehäuse 10 ist schwenkbar eine Wippe 30 gelagert, die einen längeren, ersten Hebelarm 31' mit einem zum Schieber 15 abgewinkelten Endbereich 31" und einen kürzeren, im wesentlichen geradlinigen zweiten Hebelarm 31''' aufweist. Der abge­ winkelte Endbereich 31" des ersten Hebelarmes 31' wirkt mit einem Vorsprung 32 auf der Innenseite des Schiebers 15 zusammen. Im konvexen Außenbereich des abge­ winkelten Endbereiches 31" liegt die Zunge 29 am ersten Hebelarm 31' an. Das innere Ende 28 des weiteren Schiebers 25 ist dem Endbereich des zweiten Hebelarmes 31''' zugeordnet.

Zwischen den Stegen 13 der hinteren Gehäusewand und der vorderen Gehäusewand befindet sich ein Betätigungsorgan in Form einer Justierschraube 33, die einenends eine angedrehte Kugel 34 und anderenends einen Schraubschlitz 35 aufweist. Die Justierschraube 33 ist in ein feines Einstellgewinde 36 eines blockartigen Träger­ elementes 37 eingedreht, das über ein Filmscharnier 38 mit einem gehäusefesten Lagerteil 39 verbunden ist, um einen Umlenker 37, 38, 39 zu bilden. Der Schraub­ schlitz 35 ist durch eine zugeordnete Öffnung des Gehäuses 10 von außen zugänglich.

Ferner ist im Gehäuse 10 in dessen Längsrichtung ein Piezoantrieb in Form eines Piezostacks 40 angeordnet, der einenends über eine einstellbare Spanneinrichtung 41 im Gehäuse abgestützt ist. Diese umfaßt eine Einfassung 42, die das eine Ende des Piezostacks 40 aufnimmt. Die Spanneinrichtung 41 weist eine Spannschraube 43 auf, die mit einem Zapfen 44 in einer entsprechenden Aufnahme 45 der Einfassung 42 geführt und mit ihrem Gewindeschaft in ein verhältnismäßig grobes Einstellgewinde 46 eines gehäusefesten Gewindeträgers 47 geschraubt ist. An dem Ende gegenüber dem Zapfen 44 weist die Spannschraube 43 einen Schraubschlitz 48 auf.

Am anderen Ende ist der Piezostack 40 über einen Teller 49 mit davon vorstehendem Bolzen 50 mit kugelförmigem Ende 51 an einer Seite des Trägerelementes 36 des Umlenkers 37, 38, 39 abgestützt. Zudem stützt sich auf dem Teller ein Federteller­ paket 51 ab, das andererseits an einer Seitenfläche des gehäusefest angebrachten Lagerteils 39 des Umlenkers 37, 38, 39 abgestützt ist.

Die zugehörigen elektrischen Einrichtungen zum Betätigen des Piezostacks 40 sind nicht gezeigt. Geeignete Einrichtungen stehen dem Fachmann zur Verfügung.

Dieses Dosiersystem funktioniert wie folgt:
Mit der Spannschraube 43 wird der Piezostack 40 auf die gewünschte Vorspannung gebracht. Der Umlenker 37, 38, 39 dient dazu, die Bewegung des Piezostacks 40 von beispielsweise maximal 40 µm über das Filmscharnier 38 auf das Dosiermodul 2 zu übertragen. Zum Ausgleich von Einzelteiltoleranzen wird nach der Montage eine Feinjustage dieses Antriebes mittels der Justierschraube 33 durchgeführt, so daß die Kugel 34 derselben etwa 4 µm über die Widerlager 12 des Gehäuses 10 hinausragt. Dann läßt sich ein Dosiermodul 2 lose in die Aufnahme 11 einschieben. Diese Situa­ tion ist in den Fig. 1 bis 3 gezeigt.

Durch vollständiges Einschieben des Dosiermodules 2 in die Aufnahme 11 wird der weitere Schieber 25 eingeschoben und löst bei der Wippe 30 ein Kippen aus, wodurch der Schieber 15 freigegeben wird und mit Hilfe der Schraubenfeder 23 zurückbewegt wird. Durch diese Bewegung wird der Gleitblock 14 zum Dosiermodul 2 hin verlagert und das Dosiermodul 2 zwischen dem Gleitblock 14 und den vier Auflageflächen des Widerlagers 12 im Gehäuse 10 verspannt. Diese Situation ist in den Fig. 4 bis 6 darge­ stellt.

Durch Betätigen des Piezostacks 40 können dann Dosiervorgänge gesteuert werden.

Für die Entnahme des Dosiermoduls 2 wird der Schieber 15 durch Eindrücken des Rücksetzknopfes 22 in umgekehrter Richtung verschoben, wodurch der Gleitblock 14 vom Dosiermodul 2 abgezogen und dieses freigegeben wird. Durch den federnden Endabschnitt 26 wird der weitere Schieber 25 und das Dosiermodul 2 dabei nach vorn bewegt. Infolge dieser Bewegung des weiteren Schiebers 25, dessen inneres Ende 28 sich vom Ende des zweiten Hebelarmes 31''' entfernt und infolge der Wirkung der Zunge 29 wird die Wippe 30 gekippt, so daß sie mit dem abgewinkelten Endbereich 31" hinter den Vorsprung 32 greift und den Schieber 15 in vorgespannter Stellung verriegelt. Dies entspricht der Situation in Fig. 1 bis 3.

Das Dosiermodul 2 kann entnommen und gegen ein anderes ausgetauscht werden, wobei durch das Einsetzen des weiteren Dosiermoduls 2 erneut dessen Festlegung in der definierten Einsetzposition gesteuert wird.

Claims (27)

1. Dosiersystem mit einem lösbar in einer Dosiervorrichtung (1) einsetzbaren Dosiermodul (2), bei dem
das Dosiermodul (2) eine mit einer Dosieröffnung (7) verbundene Dosier­ kammer (6) mit einer durch Betätigen von außen verformbaren Verdrän­ gerwand (4') aufweist,
die Dosiervorrichtung (1) in einem Gehäuse (10) eine Aufnahme (11) für das Dosiermodul (2) aufweist, in der ein gehäusefestes Widerlager (12) zum Abstützen einer ersten Seite (8) des Dosiermodules (2) angeordnet ist, die ein gegen eine zweite Seite (9) des Dosiermodules (2) andrückbares Anpreßorgan (14) zum Drücken des Dosiermodules (2) mit der ersten Seite (8) gegen das Widerlager (12) und Festlegen des Dosiermodules (2) zwischen Anpreßorgan (14) und Widerlager (12) aufweist und die einen Aktuator (40) mit einem Betätigungsorgan (33) hat, das in der Richtung vom Widerlager (12) zur Verdrängerwand (4') verlagerbar ist, um diese zu verformen,
die ersten und zweiten Seiten (8, 9) des Dosiermodules (2) parallel und mit Abstand voneinander angeordnet sind und
das Dosiermodul (2) die verformbare Verdrängerwand (4') auf der ersten Seite (8) hat und im Anlagebereich am Widerlager (12) auf der ersten Seite (8) starr ist.

2. Dosiersystem nach Anspruch 1, bei dem das Dosiermodul (2) zumindest zwischen den Anlagebereichen am Widerlager (12) und am Anpreßorgan (14) starr ist.

3. Dosiersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Widerlager (12) an einem oder mehreren Stegen (13) ausgebildet ist.

4. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Betätigungsorgan (33) zwischen verschiedenen Abschnitten des Widerlagers (12) angeordnet ist.

5. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Betätigungsorgan (33) bereits vor der Verlagerung zur Verdrängerwand (4') hin über das Widerlager (12) hinaussteht, um eine Vorverformung der Verdrängerwand (4') des Dosier­ modules (2) zu bewirken.

6. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Einstelleinrichtung (36) zum Einstellen der Position des Betätigungsorganes (33) bezüglich des Wider­ lagers (12) vorhanden ist.

7. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Betätigungsorgan (33) eine Justierschraube ist, die einstellbar in einem Trägerelement (37) angeord­ net ist.

8. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Dosiermodul (2) an einer Dosieröffnung (7) eine entfernbare Kappe zum Verschließen der Dosier­ öffnung (7) aufweist.

9. Dosiersystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Trägerelement (37) und/oder das Betätigungsorgan (33) schwenkbar im Gehäuse (10) gelagert ist und ein Aktuator (40) quer zur Verlagerungsrichtung des Betätigungsorganes (33) seitlich am Trägerelement (37) und/oder Betätigungsorgan (33) angreift.

10. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem dem Trägerelement (37) und/oder Betätigungsorgan (33) ein Piezoantrieb (40) als Aktuator zugeordnet ist.

11. Dosiersystem nach Anspruch 10, bei dem das Trägerelement (37) und/oder Betäti­ gungsorgan (33) über ein elastisch verformbares Element, z. B. ein Filmscharnier (38) an einem gehäusefesten Lagerelement (39) angelenkt ist.

12. Dosiersystem nach Anspruch 11, bei dem der Piezoantrieb (40) an einem Ende eine gehäusefeste Abstützung (41) hat und angrenzend an das andere, mit dem Trägerelement (37) und/oder dem Betätigungsorgan (33) zusammenwirkenden Ende über eine vorgespannte erste Federeinrichtung (51) im Gehäuse (10) abge­ stützt ist.

13. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem der Piezoantrieb (40) an seinem einen Ende über eine einstellbare Spanneinrichtung (41) im Gehäuse (10) abgestützt ist.

14. Dosiersystem nach Anspruch 13, bei dem die einstellbare Spanneinrichtung (41) eine Spannschraube (43) aufweist, die in ein gehäusefestes Gewinde (46) schraub­ bar ist.

15. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das Gehäuse (10) zu­ mindest im Überbrückungsbereich zwischen endseitigen Lagern des Aktuators (40) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, der im wesentlichen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Piezoantriebes (40) übereinstimmt.

16. Dosiersystem nach Anspruch 15, bei dem das Material des Gehäuses (10) im Überbrückungsbereich ein keramischer Werkstoff ist.

17. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem das Anpreßorgan (14) ein Gleitblock ist, der durch Verschieben im Gehäuse (10) entlang mindestens einer gehäusefesten und/oder gleitblockfesten Anschrägung (16 bis 20) bezüglich einer Verschiebeachse quer zum Dosiermodul (2) verlagerbar ist.

18. Dosiersystem nach Anspruch 17, bei dem der Gleitblock (14) mittels eines im Ge­ häuse (10) geführten Schiebers (15) im Gehäuse (10) verschiebbar ist.

19. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die Dosiervorrichtung (1) eine Tasteinrichtung (25) aufweist, die das Einsetzen des Dosiermodules (2) in eine definierte Einsetzstellung in der Aufnahme (11) erfaßt, und eine mit der Tasteinrichtung (25) gekoppelte Steuereinrichtung (15, 23, 30), die beim Erfassen des Einsetzens des Dosiermodules (2) in der definierten Einsetzstellung durch die Tasteinrichtung (25) das Anpreßorgan (14) aus einem ersten Zustand, in der dieses das Dosiermodul (2) freigibt, in einen zweiten Zustand steuert, in dem das Anpreß­ organ (14) das Dosiermodul (2) in der Aufnahme (11) festlegt, und die eine Rück­ setzeinrichtung (22) aufweist, durch deren Betätigung die Steuereinrichtung (15, 23, 30) das Anpreßorgan (14) in den ersten Zustand zurückversetzt.

20. Dosiersystem nach Anspruch 19, bei dem die Tasteinrichtung (25) eine in die Aufnahme (11) eingreifende mechanische Tasteinrichtung ist und/oder die Steuer­ einrichtung (15, 23, 30) eine Flipflop-Mechanik ist und/oder die Rücksetzeinrich­ tung (22) eine mechanische Rücksetzeinrichtung ist.

21. Dosiersystem nach Anspruch 19 oder 20, bei dem eine einenends am Gehäuse (10) und anderenends am Schieber (15) abgestützte zweite Federeinrichtung (23) den Schieber (15) in Richtung einer die Verlagerung des Anpreßorgans (14) zum Do­ siermodul (2) bewirkenden Verschiebung vorspannt, wobei die Verriegelungsein­ richtung (30) in einer Verriegelungsstellung den Schieber (15) in einer ein Ein­ setzen und Entnehmen des Dosiermodules (2) in und aus der Aufnahme (11) er­ möglichenden Stellung arretiert und die Verriegelungseinrichtung (30) von der Tasteinrichtung (25) durch Einsetzen des Dosiermodules (2) in die definierte Ein­ setzstellung in eine Entriegelungsstellung bringbar ist, in der sie den Schieber (15) freigibt, so daß die zweite Federeinrichtung (23) den Schieber (15) unter Verlage­ rung des Anpreßorgans (14) zum Dosiermodul (2) und Festlegung desselben in der Aufnahme (11) verlagert, und bei dem ein Ende des Schiebers (15) ein Rück­ setzorgan (22) aufweist, durch dessen Betätigung der Schieber (15) aus der Stel­ lung, in der das Anpreßorgan (14) das Dosiermodul (2) in der Aufnahme (11) fest­ legt, in eine Stellung verlagerbar ist, in der das Anpreßorgan (14) das Dosiermodul (2) freigibt und in der die Verriegelungseinrichtung (30) in ihre Verriegelungs­ stellung am Schieber (15) bringbar ist.

22. Dosiersystem nach Anspruch 21, bei dem die Verriegelungseinrichtung (30) eine im Gehäuse schwenkbar gelagerte Wippe (30) ist, die mit einem ersten Hebelarm (31') in Verriegelungsstellung hinter eine Verriegelungskante (32) des Schiebers (15) geschwenkt und in Entriegelungsstellung von dieser Verriegelungskante (32) weg geschwenkt ist.

23. Dosiersystem nach Anspruch 20 oder 21, bei dem die Verriegelungseinrichtung (30) von einer dritten Federeinrichtung (29) in Verriegelungsstellung vorgespannt ist.

24. Dosiersystem nach Anspruch 22 oder 23, bei dem die Tasteinrichtung (25) mit einem zweiten Hebelarm (31''') der Wippe (30) zusammenwirkt, um diese bei Anordnung des Dosiermoduls (2) in der definierten Einsetzstellung entgegen der Wirkung der dritten Federeinrichtung (29) so zu verschwenken, daß die Verriege­ lungskante (32) des Schiebers (15) freikommt.

25. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die Tasteinrichtung (25) ein weiterer Schieber ist, der mit einem Ende in die Aufnahme (11) eingreift, so daß er durch Einsetzen des Dosiermodules (2) in die definierte Einsetzstellung verschiebbar ist, und dessen anderes Ende (28) dem zweiten Hebelarm (31''') zu­ geordnet ist, um diesen bei Verschiebung des weiteren Schiebers (25) durch Ein­ setzen des Dosiermodules (2) in die definierte Einsetzstellung in die Entriege­ lungsstellung zu schwenken.

26. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei dem das Dosiermodul (2) entgegen der Wirkung einer vierten Federeinrichtung (26) in die Aufnahme (11) einsetzbar ist.

27. Dosiersystem nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem die Tasteinrichtung eine Federzunge (25) ist, die mit einem zurückgebogenen Endabschnitt (26) elastisch an einer Bodenwand (27) der Aufnahme (11) abstützbar ist und/oder mit einer spitzwinklig herausgebogenen, am ersten Hebelarm (31') der Wippe (30) angreifenden Zunge die dritte Federeinrichtung (29) bildet.