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Die
Erfindung betrifft eine Pipette zur Aufnahme und Abgabe einer Flüssigkeit
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Derartige
Pipetten sind aus der Praxis bereits bekannt. Sie weisen im allgemeinen
einen in einem Zylinder längsverschieblich
geführten
Kolben auf. Der Kolben ist betätigbar, üblicherweise
von Hand, teilweise allerdings auch motorisch. Zu diesem Zweck ist
mit dem Kolben normalerweise eine Kolbenstange verbunden, die mit
einem Betätigungsknopf
aus dem Gehäuse
der Pipette herausragt. Zur Ausführung
eines Saughubes wird der Kolben, der auch als Tauchkolben ausgestaltet
sein kann, aus dem Zylinder herausbewegt. Diese Bewegung kann durch
eine Feder, üblicherweise
eine Druckfeder, unterstützt
oder verursacht werden. Anschließend wird der Druckhub ausgeführt, bei
dem der Kolben, gegebenenfalls gegen die Kraft der erwähnten Feder
bzw. Druckfeder, in den Zylinder hineinbewegt wird, was durch einen
Druck auf den Betätigungsknopf
geschehen kann. Die zunächst
in den Zylinder hineingesaugte Flüssigkeit wird dann wieder abgegeben.
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Die
Dosiergenauigkeit derartiger Pipetten ist abhängig von der Querschnittsfläche bzw.
dem Durchmesser des Kolbens, dem Kolbenhub und der Ansauggeschwindigkeit.
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Die
Einflußmöglichkeiten
zur Verbesserung der Dosiergenauigkeit sind allerdings begrenzt.
Der Kolbenhub ist im wesentlichen durch die menschliche Anatomie
festgelegt, da der Betätigungsknopf üblicherweise
durch den Daumen der das Gehäuse der
Pipette festhaltenden Hand betätigt
wird. Der Dosierkolbenhub ist dementsprechend durch die Bewegungsfreiheit
des Daumens begrenzt.
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Die
Ansauggeschwindigkeit und auch die Abgabegeschwindigkeit unterliegen
dem unmittelbaren Einfluß des
Bedieners. Hierin liegt die Hauptursache der Fehlerquellen bei der
Dosierung. Bei einer zu hohen und/oder zu wenig gleichmäßigen Ansauggeschwindigkeit
kann der Flüssigkeitsfaden
in dem Glasröhrchen,
das in die aufzunehmende Flüssigkeit eintaucht,
und/oder in dem Zylinder, in dem der Kolben längsverschieblich geführt ist,
und/oder in weiteren Teilen der Leitung von der Flüssigkeit
zu dem Kolben abreißen,
wodurch die Dosierung ungenau wird.
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Eine
bekannte Pipette zur Aufnahme und Abgabe einer Flüssigkeit
mit den zuvor angesprochenen Eigenschaften ergibt sich beispielsweise
aus der
DE 26 07 583
A1 .
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Von
dem zuvor erläuterten
Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde,
die Dosiergenauigkeit einer Pipette der in Rede stehenden Art zu
verbessern.
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Das
zuvor aufgezeigte Problem wird bei einer Pipette mit den Merkmalen
des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pipette
ist zwischen dem Zylinder mit dem darin längsverschieblich geführten Kolben
und dem Förderzylinder
mit dem darin längsverschieblich
geführten
Förderkolben
ein Dosierzylinder angeordnet, in dem ein mit dem Kolben verbundener
Dosierkolben längsverschieblich und
abgedichtet geführt
ist. Die Querschnittsfläche des
Förderkolbens
ist nicht nur größer als
die Querschnittsfläche
des Kolbens, sondern auch größer als die
Querschnittsfläche
des Dosierkolbens. Der Förderzylinder
ist mit dem Dosierzylinder verbunden. In der Leitung vom Förderzylinder
zum Dosierzylinder ist ein als Drosselkanal ausgestalteter Überströmkanal ausgebildet.
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Durch
diese Lösung
wird eine hydraulisch bzw. pneumatisch übersetzte Dosiertechnik geschaffen.
Dadurch, daß die
Querschnittsfläche
bzw. der Radius/Durchmesser des Förderkolbens größer ist als
die Querschnittsfläche
bzw. der Radius/Durchmesser, des Dosierkolbens wird erreicht, daß der Dosierkolbenhub
größer ist
als der Hub des Förderkolbens.
Durch die erwähnten
unterschiedlichen Querschnittsflächen
bzw. Durchmesser kann jede gewünschte Übersetzung
erreicht werden. Damit ist es möglich,
daß die
Geschwindigkeit des Dosierkolbens und demzufolge auch des mit diesem
verbundenen Kolbens, durch die die Geschwindigkeit der Aufnahme
und Abgabe der Flüssigkeit
festgelegt wird, anders, nämlich
größer ist
als die Geschwindigkeit des Förderkolbens,
die durch die Geschwindigkeit von dessen Betätigung festgelegt wird. Hierdurch
wird ein größerer Kolbenhub
erreicht.
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Durch
den in der Leitung vom Förderzylinder zum
Dosierzylinder vorhandenen, als Drosselkanal ausgestalteten Überströmkanal ist
es möglich,
Unterschiede in der Betätigungsgeschwindigkeit
des Förderkolbens
auszugleichen. Die Strömungsgeschwindigkeit
in dem Drosselkanal ist unabhängig
von Geschwindigkeitsunterschieden des Förderkolbens im wesentlichen
gleich, so daß die
Geschwindigkeit der Flüssigkeitsabgabe
und/oder die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme während des
Saughubes vergleichmäßigt wird,
und zwar auch dann, wenn der Saughub durch eine Rückstellfeder
unterstützt
oder bewirkt wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der Querschnitt des Überströmkanals einstellbar ist. Die
Einstellung kann beispielsweise durch eine Stellschraube erfolgen,
die in den Querschnitt des Überströmkanals
hineinragt. Durch eine Veränderung
des Querschnitts des Überströmkanals
kann die Strömungsgeschwindigkeit
in diesem Kanal und damit die Ansauggeschwindigkeit und/oder Abgabegeschwindigkeit
der Flüssigkeit
verändert
werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn eine Rückstellfeder vorhanden
ist, die den Kolben bzw. den Dosierkolben in Richtung des Saughubes
vorbelastet. Die Rückstellfeder
ist vorzugsweise eine Druckfeder.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung ist gekennzeichnet durch ein
Drosselrückschlagventil
in der Leitung von dem Förderzylinder
zum Dosierzylinder. Das Drosselrückschlagventil
ist vorzugsweise in der Weise eingebaut, daß es während des Saughubes schließt und während des
Druckhubes öffnet. Während des
Saughubes ist dann ein Strömungsweg von
dem Förderzylinder
zum Dosierzylinder nur über den Überströmkanal eröffnet, wodurch
die Sauggeschwindigkeit im wesentlichen festgelegt ist. Der Überströmkanal kann
sich in dem Drosselrückschlagventil,
vorzugsweise in dessen Mitte, befinden. Während des Druckhubes können weitere Überströmkanäle geöffnet werden.
Hierdurch ist es möglich,
den Druckhub und damit die Abgabe der Flüssigkeit mit einer größeren Geschwindigkeit
zu bewirken.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Pipette wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen
erläutert.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Pipette mit hydraulisch/pneumatisch übersetzter
Dosiertechnik in einem Längsschnitt.
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Die
Pipette umfaßt
ein Gehäuse 1,
das an seinem vorderen Ende mit einer Hülse 2 versehen ist, die
mit dem Gehäuse 1 durch
eine Schnappverbindung verbunden ist und die einen Zylinder 3 umgibt. Der
Zylinder 3 ist in das vordere Ende des Gehäuses 1 eingesteckt
und in seinem äußeren Bereich
von der Hülse 2 umgeben.
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In
dem Zylinder 3 ist ein Kolben 4 längsverschieblich
geführt.
Der Kolben 4 ist Bestandteil eines Kolbenteils 9,
der neben dem Kolben 4 noch aus einem im Durchmesser größeren Mittelteil 12,
einer Kolbenstange 11 und einem Dosierkolben 10 besteht.
Der Mittelteil 12 ist mit einem Anschlagteil 5 verbunden,
das einen nach außen
(in der einzigen Figur nach unten) weisenden Anschlag 6 für eine als Druckfeder
ausgebildete Rückstellfeder 7 aufweist, deren
anderes Ende sich an einem Absatz 8 des Zylinders 3 abstützt.
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Der
Dosierkolben 10 ist durch die Kolbenstange 11 mit
dem Mittelteil 12 des Kolbenteils 9 verbunden.
Er ist in einem Dosierzylinder 13 längsverschieblich geführt. Er
ist gegenüber
diesem Dosierzylinder 13 durch einen Kolbenring 14 abgedichtet. Der
Dosierzylinder 13 ist in einem Auge 15 des Gehäuses 1 befestigt.
Der Kolbenteil 9 ist durch eine an dem Anschlagteil 5 vorgesehene,
nach innen (in der einzigen Figur nach oben) ragende Buchse 16,
die mit ihrer Innenfläche
an der Außenfläche des
Dosierzylinders 13 anliegt, gleitend gelagert.
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In
das Auge 15 des Gehäuses 1 ist
ferner ein Förderzylinder 17 eingesetzt,
in dem ein Förderkolben 18,
der durch einen Kolbenring 19 abgedichtet ist, längsverschieblich
gelagert ist. Der Förderkolben 18 ist über eine
Kolbenstange 20 mit einem Druckknopf 21 verbunden,
der eine zum Förderkolben 18 weisende
Buchse 22 aufweist, deren Innenfläche an der Außenfläche des
Förderzylinders 17 anliegt
und dort gleitend geführt
ist. Der Saughub des Förderkolbens 18 wird
durch den von der Buchse 22 nach außen weisenden Anschlagring 23 begrenzt.
Der Druckhub wird durch Stufen 24 der Buchse 22 begrenzt,
die an einer Führung 25 für eine Stellschraube 26 anschlagen.
Durch eine Drehung der Buchse 22 kann die jeweils gewünschte Stufe 24 ausgewählt werden.
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In
eine Bodenfläche 27 des
Förderzylinders 17,
die sich in dessen unterem Bereich befindet, ist ein Drosselrückschlagventil 28 eingesetzt.
Das Drosselrückschlagventil 28 weist
einen Ventilkörper 29 auf,
in dem ein zentraler (mittiger) Überströmkanal 30,
der als Drosselkanal ausgestaltet ist, vorgesehen ist. Das Material
des Ventilkörpers 29 ist
zusammendrückbar.
An der Außenseite
des Ventilkörpers
liegt das Ende der Stellschraube 26 an. Durch eine Bewegung
der Stellschraube 26 kann der Ventilkörper 29 zusammengedrückt werden,
wodurch der Querschnitt des Überströmkanals 30 in
diesem Bereich verändert
werden kann. Auf diese Weise kann die Strömungsgeschwindigkeit in dem Überströmkanal 30 durch
die Stellschraube 26 verändert werden.
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Die
Stellschraube 26 weist ein Außengewinde auf, das mit einem
entsprechenden Innengewinde im Inneren der Führung 25 zusammenwirkt.
Die Führung 25 ist
Bestandteil des Förderzylinders 17.
Der Förderzylinder 17 ist
auch durch die Führung 25 mit dem
Gehäuse 1 verbunden.
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Auf
seiner dem Dosierkolben 10 zugewandten Seite ist der Ventilkörper 29 pilzförmig ausgestaltet.
Er besitzt dort eine im wesentlichen kreisförmige Kappe, die in der Bodenfläche 27 des
Förderzylinders 17 vorgesehene Öffnungen 31 abdeckt.
Der äußere Rand
des pilzförmigen
Teils des Ventilkörpers 29 ist
allerdings elastisch, so daß der
Strömungsweg durch
die Öffnungen 31 durch
eine Verformung des pilzförmigen
Teils des Ventilkörpers 29 geöffnet werden
kann.
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Im
Betrieb wird zunächst
die auf das untere Ende des Zylinders 3 aufgesteckte Schutzkappe 32 entfernt.
Dies kann durch einen Spitzenabwurfmechanismus geschehen. An dem
Gehäuse 1 ist
ein Schiebeteil 33 längsverschieblich
gelagert, das durch einen Druck auf die Griffmulde 34 gegen
die Kraft einer Druckfeder 35 verschiebbar ist. Die Druckfeder 35 ist
mit ihrem unteren Ende an einem Teil des Gehäuses 1 abgestützt. Sie
drückt
mit ihrem oberen Ende an einen Teil des Schiebeteils 33.
Der Schiebeteil 33 ist über
eine Widerhakenverbindung 36 mit der Hülse 2 verbunden. Wenn
der Schiebeteil 33 nach unten gedrückt wird, bewegt sich auch
die Hülse 2 nach
unten. Ihre untere Endfläche
drückt
auf die obere Endfläche
der Schutzkappe 32 und bewegt diese nach unten von dem
Zylinder 3 herunter.
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In
die Öffnung 37 des
Zylinders 3 kann ein Rohr oder Röhrchen oder Glasröhrchen eingesteckt werden.
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Vor
dem Eintauchen des Glasröhrchens
in die Flüssigkeit
wird der Druckknopf 21 nach unten gedrückt. Hierdurch bewegt sich
der Förderkolben 18 nach
unten. Die in dem Förderzylinder 17 befindliche Flüssigkeit
strömt
durch den Überströmkanal 30. Durch
den Überdruck
in dem Förderzylinder 17 wird ferner
der pilzförmige
Teil des Ventilkörpers 29 geöffnet, so
daß der
Strömungsweg
durch die Öffnungen 31 frei
wird. Die Flüssigkeit
strömt
von dem Förderzylinder 17 durch
den Überströmkanal 30 und
die Öffnungen 31 in
den Dosierzylinder 13. Sie drückt den Dosierkolben 10 und
damit auch den mit diesem verbundenen Kolben 4 nach unten.
Sobald die untere Endstellung erreicht ist, die durch die Stufen 24 und die
Führung 25 bestimmt
wird, kann das Glasröhrchen
in die Flüssigkeit
eingetaucht werden.
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Jetzt
kann der Druckknopf 21 gelöst werden. Der Kolbenteil 9 bewegt
sich durch die Aktion der Rückstellfeder 7 nach
oben. Durch den Kolben 4 wird in dem Zylinder 3 ein
Unterdruck erzeugt, durch den die Flüssigkeit in das Glasröhrchen hineingesaugt wird.
Die Bewegung des Kolbens 4 wird durch die Bewegung des
mit diesem verbundenen Dosierkolbens 10 bestimmt, dessen
Bewegung seinerseits durch die Querschnittsfläche des Überströmkanals 30 bestimmt
wird. Aufgrund des Überdrucks
in dem Dosierzylinder 13 wird der pilzförmige Teil des Ventilkörpers 29 in
die in der einzigen Figur gezeigte Stellung gebracht, in der die Öffnungen 31 geschlossen
sind. Der einzige Strömungsweg
zwischen Dosierzylinder 13 und Förderzylinder 17 wird
dementsprechend durch den Überströmkanal 30 eröffnet. Die
Querschnittsfläche
des Überströmkanals 30 kann
durch die Stellschraube 26 verändert bzw. justiert werden. Durch
den als Drosselkanal ausgebildeten Überströmkanal 30 wird die
Geschwindigkeit des Dosierkolbens 10 und damit die Geschwindigkeit
des Kolbens 4 vergleichmäßigt.
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Zur
Abgabe der Flüssigkeit
wird ein Druck auf den Druckknopf 21 ausgeübt. Der
pilzförmige
Teil des Ventilkörpers 29 öffnet sich
wieder. Die Flüssigkeit
strömt
von dem Förderzylinder 17 durch
den Überströmkanal 30 und
die Öffnungen 31 in
den Dosierzylinder 13. Sie bewegt dort den Dosierkolben 10 mit
einer Geschwindigkeit, die durch die Querschnittsfläche des Überströmkanals 30 und
der Öffnungen 31 festgelegt
wird. Auch diese Geschwindigkeit (Abgabegeschwindigkeit) wird hierdurch
vergleichmäßigt. Der
Kolben 4 bewegt sich mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit nach
unten, so daß die
Abgabe der aufgenommenen Flüssigkeit
ebenfalls vergleichmäßigt wird.
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Es
wird somit eine Pipette geschaffen, bei der die Dosiergeschwindigkeit
unabhängig
von der Daumenbewegung über
ein Drosselrückschlagventil geregelt
werden kann. Ein im Querschnitt größerer Förderkolben 18 wirkt über Überströmkanäle 30, 31 an
einem einstellbaren Drosselrückschlagventil 28 auf
einen im Querschnitt kleineren Dosierkolben 10, wodurch
der Dosierkolben 10 einen größeren Kolbenhub ausführt als
der Förderkolben 18.
Der Kolbenhub des Dosierkolbens 10 wird durch Anschläge fix oder
variabel begrenzt. Der obere Anschlag wird durch einen Anschlag
im Inneren des Anschlagteils 5 auf das untere Ende des
Dosierzylinders 13 bewirkt. Der untere Anschlag wird durch
den Anschlag des unteren Endes des Anschlagteils 5 auf
das obere Ende des Zylinders 3 festgelegt. Eine Rückstellfeder 7,
die über
den Kolbenteil 9 mit dem Dosierkolben 10 verbunden
ist, wird durch den Dosierkolbenhub vorgespannt. Durch die Wahl
der verschiedenen Kolbenquerschnitte ist jedes denkbare Übersetzungsverhältnis realisierbar.
Nach Loslassen des Druckknopfes 21, der mit dem Förderkolben 18 verbunden ist,
wirkt die vorgespannte Rückstellfeder 7 auf
den Dosierkolben 10 und drückt diesen in die ursprüngliche
Stellung (die in der einzigen Figur gezeigte Stellung) zurück, wobei
das Medium das Drosselrückschlagventil 28 passieren
muß. Der Überströmkanal 30 ist
stets geöffnet.
Die Öffnungen 31 sind
geschlossen. Die Ansauggeschwindigkeit läßt sich durch die Stellschraube 26 des
Drosselrückschlagventils 28 regeln;
sie ist somit unabhängig
von der Daumenbewegung des Bedieners. Die Abgabegeschwindigkeit wird
durch das Übersetzungsverhältnis erhöht, wodurch
ein besserer Tropfenabriß an
der Pipettenspitze erreicht wird.