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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Pipette.
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Pipetten
werden im Laboratorium zum Dosieren von Flüssigkeiten eingesetzt. Sie
sind in verschiedenen Ausführungen
bekannt. Luftpolsterpipetten haben einen integrierten Zylinder mit
einem darin angeordneten Kolben. Der Zylinder ist über einen
Kanal mit einer Öffnung
in einem Befestigungsansatz verbunden. Eine Pipettenspitze ist lösbar mit
dem Befestigungsansatz verbindbar. Durch Verschieben des Kolbens
im Zylinder wird Probenflüssigkeit
in die Pipettenspitze eingesaugt oder aus dieser ausgestoßen. Hierbei
kommen Kolben und Zylinder nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit,
weil der Kolben die Flüssigkeit
mittelbar über
ein Luftpolster bewegt. Nur die Pipettenspitze, die in der Regel
aus Kunststoff besteht, wird kontaminiert und kann nach Gebrauch ausgetauscht
werden.
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Direktverdrängerpipetten
sind lösbar
mit einer Spritze verbindbar, deren Kolben mittels der Pipette antreibbar
ist, um Probenflüssigkeit
direkt in die Spritze einzusaugen und aus dieser auszustoßen. Da
die Spritze mit der Probenflüssigkeit
kontaminiert wird, kann sie ausgetauscht werden. Auch die Spritze besteht
in der Regel aus Kunststoff.
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Beim
Pipettieren gibt die Pipette die von der Spitze oder Spritze aufgenommene
Flüssigkeit
in einem Schritt ab. Beim Dispensieren wird die von der Spritze
oder Spitze aufgenommene Flüssigkeit
in kleinen Teilmengen abgegeben.
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Mehrkanalpipetten
weisen mehrere Kanäle auf,
mittels derer gleichzeitig dosiert wird. Pipetten können als
Handgerät
und/oder als stationäres
Gerät ausgeführt sein.
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Manuelle
Pipetten haben einen Betätigungsknopf,
der direkt oder über
ein Getriebe mit dem Kolben in einem Zylinder oder einer anderen
Verdrängungseinrichtung
für ein
Luftpolster oder Probenflüssigkeit
verbunden ist. Das Arbeiten mit manuellen Pipetten ist ermüdend. Bei
elektronischen Pipetten ist ein elektrischer Antriebsmotor über ein
Getriebe mit einer Verdrängungseinrichtung
gekoppelt. Der Benutzer steuert die Funktionen elektronischer Pipetten durch
Tastendruck. Das Arbeiten mit elektronischen Pipetten ist folglich
weniger ermüdend.
Die Handhabung ist jedoch für
Benutzer manueller Pipetten gewöhnungsbedürftig. Insbesondere
fehlt es an einer mit der Bewegung der Verdrängungseinrichtung synchronisierten
Betätigung
eines Steuerknopfes.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pipette
zur Verfügung
zu stellen, die ein weniger ermüdendes
Arbeiten unter weitgehender Beibehaltung der Handhabung einer manuellen
Pipette ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch eine Pipette mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Pipette sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Pipette
hat
- – einen
axial verlagerbaren Steuerknopf,
- – einen
in den Steuerknopf integrierten Drucksensor,
- – eine
mit dem Steuerknopf gekoppelte Hubstange mit einem Anschlagwulst,
- – eine
hohle, die Hubstange aufnehmende, axial verlagerbare Antriebsspindel,
- – eine
die Antriebsspindel an einem Verdrehen hindernde Verdrehsicherung,
- – eine
Gewindeeingriff mit der Antriebsspindel aufweisende, drehbare Antriebsmutter,
- – eine
axiale Abstützung
der Antriebsmutter,
- – einen
elektrischen Antriebsmotor mit einer Motorwelle,
- – ein
Getriebe zwischen der Motorwelle und der Antriebsmutter,
- – eine
elektrische Spannungsversorgung,
- – eine
mit dem Drucksensor, dem elektrischen Antriebsmotor und der elektrischen
Spannungsversorgung verbundene elektrische Steuerungseinrichtung,
die bei einem von dem Drucksensor signalisierten Druck auf den Steuerknopf
an den elektrischen Antriebsmotor eine elektrische Spannung anlegt,
so daß dieser über das
Getriebe die Antriebsspindel unter Mitnahme der Hubstange an ihrem
Anschlagwulst in Richtung einer Verlagerung des Steuerknopfes durch
den Druck verlagert,
- – einen
koaxial zur Hubstange verschieblichen Kolben,
- – einen
Zylinder, der mit einer nach außen
führenden Öffnung verbunden
ist und in dem der Kolben abdichtend geführt ist, und
- – eine
den Kolben in Richtung auf ein Ende der Hubstange belastende Kolbenfeder.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pipette
bewirkt eine manuelle Betätigung
des Steuerknopfes eine vom Antriebsmotor unterstützte Axialbewegung des Kolbens,
d.h. eine servounterstützte
Kolbenbewegung. Diese Bewegung dauert solange, wie der Anwender
auf den Steuerknopf drückt.
Folglich bewegt der Anwender den Kolben beim Pipettieren, Dispensieren
oder ähnliche
Funktionen nur noch mit einem verringerten Kraftaufwand. Die Rückbewegung
des Kolbens und der Hubstange wird nach Entlastung des Steuerknopfes
durch den Anwender von der Kolbenfeder bewirkt. Grundsätzlich kann
die Kolbenfeder auch die Rückbewegung
der Antriebsspindel bewirken. Bevorzugt wird die Antriebsspindel
bei einer vom Drucksensor signalisierten Entlastung des Steuerknopfes
von der elektrischen Steuerungseinrichtung durch Anlegen einer elektrischen
Spannung an den elektrischen Antriebsmotor zurückbewegt. Die Bedienung der
Pipette entspricht der einer herkömmlichen manuellen Pipette,
wobei der für
die Bedienung erforderliche Kraftaufwand ähnlich gering wie bei einer
elektronischen Pipette ist. Da die Kolbenfeder den Kolben gegen
das Ende der Hubstange drückt,
ist die Pipette spielfrei und muß deshalb keinen Umkehrhub
zur Spielkompensation durchführen.
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Die
Pipette kann ausschließlich
für das
Arbeiten im Pipettiermodus oder für das Arbeiten im Dispensiermodus
oder für
das Arbeiten in beiden Modi ausgeführt sein. Grundsätzlich kann
der Anwender das Pipettieren bzw. Dispensieren von Flüssigkeit
manuel durch Drücken
und Entlasten des Steuerknopfes steuern, so daß der Kolben bestimmte Strecken
zurücklegt.
Bevorzugt werden die Aufwärtsbewegungen
des Kolbens im Pipettier- bzw. Dispensiermodus nicht manuell sondern
elektronisch begrenzt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung verlagert die elektrische Steuerungseinrichtung im
Pipettiermodus bei einem vom Drucksensor signalisierten Druck auf den
Steuerknopf durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den elektrischen
Antriebsmotor die Antriebsspindel in Richtung der Verlagerung des
Steuerknopfes durch den Druck bis zum Anliegen des Anschlagwulstes
an einem unteren Anschlag, verlagert die elektrische Steuerungseinrichtung
ferner bei einer vom Drucksensor signalisierten Entlastung des Steuerknopfes
die Antriebsspindel durch Anlegen einer elektrischen Spannung an
den elektrischen Antriebsmotor in entgegengesetzter Richtung bis
zu einer dem Pipettiervolumen entsprechenden Position und verlagert
die elektrische Steuerungseinrichtung bei einem weiteren vom Drucksensor
signalisierten Druck auf den Steuerknopf durch Anlegen einer elektrischen
Spannung an den elektrischen Antriebsmotor die Antriebsspindel erneut
in Richtung der Verlagerung des Steuerknopfes durch den Druck bis
zum Anliegen des Anschlagwulstes an dem unteren Anschlag. Durch
das erste Drücken
des Steuerknopfes wird der Kolben in seine Ausgangsposition für das Einsaugen
von Flüssigkeit
gebracht, nach Entlastung des Steuerknopfes saugt der Kolben Flüssigkeit
an und durch das abschließende
Drücken
auf den Steuerknopf wird die Flüssigkeit
ausgestoßen.
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Die
für das
Pipettieren eines bestimmten Pipettiervolumens erforderlichen Kolbenhübe werden von
der elektrischen Steuerungseinrichtung begrenzt.
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Bevorzugt
werden die Bewegungen des Kolbens im Dispensiermodus elektronisch
gesteuert. Gemäß einer
Ausgestaltung weist die Pipette hierfür eine Einrichtung zum Verriegeln
des Steuerknopfes gegen eine Axialbewegung auf. Der Steuerknopf dient
nur als Taster für
das Steuern von Dispensiervorgängen.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung weist die Pipette einen mit der elektrischen
Steuerungseinrichtung verbundenen Schalter zum Umschalten zwischen
Pipettiermodus und Dispensiermodus auf. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
ist der Schalter mit der Einrichtung zum Verriegeln des Steuerknopfes
gekoppelt, so daß bei
Verriegelung des Steuerknopfes automatisch der Dispensiermodus eingeschaltet
ist. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung weist die Verriegelungseinrichtung ein den Steuerknopf
in Axialrichtung gegen einen Druck auf den Steuerknopf abstützendes
Federelement auf. Der Anwender drückt somit nicht gegen einen
starren Anschlag. Dies ist vorteilhaft für das taktile Empfinden des
Anwenders.
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Gemäß einer
Ausgestaltung verlagert im Dispensiermodus die elektrische Steuerungseinrichtung
durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den elektrischen Antriebsmotor
die Antriebsspindel bis zum Anliegen eines Anschlagwulstes der Hubstange
an einem unteren Anschlag, bei einem vom Drucksensor signalisierten
Druck auf den Steuerknopf die Antriebsspindel durch Anlegen einer
elektrischen Spannung an den elektrischen Antriebsmotor in entgegengesetzter
Richtung bis zu einer dem gesamten Dispensiervolumen entsprechenden
Position, bei einem weiteren vom Drucksensor signalisierten Druck
auf den Steuerknopf die Antriebsspindel durch Anlegen einer elektrischen
Spannung auf den elektrischen Antriebsmotor in Richtung des unteren Anschlages
bis zu einer dem einzelnen Dispensiervolumen entsprechenden Position
und wiederholt dies gegebenenfalls bei weiteren vom Drucksensor signalisierten
Drucken, bis eine vorgegebene Anzahl von Dispensierschritten erfolgt
ist. Das Arbeiten im Dispensiermodus wird vom Anwender lediglich
durch Drücken
auf den Steuerknopf gesteuert. Die für das Dispensieren bestimmter
Dispensiervolumina erforderlichen Kolbenhübe werden von der elektrischen Steuerungseinrichtung
gesteuert.
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Gemäß einer
Ausgestaltung legt die elektrische Steuerungsvorrichtung bei einem
vom Drucksensor signalisierten reduzierten Druck auf den Steuerknopf
keine elektrische Spannung an den elektrischen Antriebsmotor an.
Dies ermöglicht
es dem Anwender, die Pipette durch Reduzieren des Druckes auf den
Steuerknopf anzuhalten.
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Gemäß einer
Ausgestaltung hat die Pipette einen unteren Anschlag, der mit dem
Anschlagwulst der Hubstange zusammenwirkt und verfedert ist und verlagert
die elektrische Steuerungseinrichtung bei einem vom Drucksensor
signalisierten Druck auf den Steuerknopf bei Anliegen des Anschlagwulstes
am unteren Anschlag durch Anlegen einer elektrischen Spannung an
den Antriebsmotor die Antriebsspindel weiter in Richtung des unteren
Anschlages, so daß der
Anschlagwulst den unteren Anschlag federnd zusammendrückt. Dies
ermöglicht
es, unter Überwindung
der Federkraft einen Überhub
des Kolbens auszuführen,
der ein Ausstoßen
von Restflüssigkeit
bewirkt.
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Bei
einer einfachen Ausführung
wird das Ausmaß des Überhubs
und die Rückkehr
zum ausgefederten Zustand des unteren Anschlages manuell gesteuert.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung steuert die elektrische Steuerungseinrichtung
auf einen Druck auf den Drucksensor den Vorgang so, daß der Anschlag
federnd um ein bestimmtes Ausmaß zusammengedrückt wird.
Gemäß einer
Ausgestaltung, die die Rückkehr
zum ausgefederten Zustand automatisch steuert, verlagert die elektrische
Steuerungseinrichtung bei einer vom Drucksensor signalisierten Entlastung
des Steuerknopfes durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den
Antriebsmotor die Antriebsspindel, bis der untere Anschlag ausgefedert
ist. Hierdurch wird die untere Anschlagsposition eindeutig wiedergefunden.
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Die
Pipette kann so ausgeführt
sein, daß Festvolumina
pipettiert oder in einer festgelegten Anzahl von Schritten dispensiert
werden. Gemäß einer Ausgestaltung,
die eine Einstellung der Pipettier- bzw. Dispensiervolumina bzw.
der Dispensierschritte ermöglicht,
ist die elektrische Steuerungseinrichtung mit mindestens einer Eingabeeinrichtung
zum Eingeben eines Pipettiervolumens und/oder eines Dispensiervolumens
und einer Anzahl Dispensierschritte verbunden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung umfaßt die
elektrische Steuerungseinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, z.B.
für das
Anzeigen eingestellter Pipettiervolumina und/oder Dispensiervolumina
und Dispensierschritte. Die Anzeigeeinrichtung kann auch für das Anzeigen
des Betriebszustandes der Pipette genutzt werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung weist die Pipette ein lösbar befestigtes Unterteil
auf, in dem der Kolben und der Zylinder angeordnet sind. Z.B. zu
Reinigungs- oder Wartungszwecken kann das Unterteil von der Pipette
gelöst
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung weist das Unterteil einen Schaft mit der
Durchgangsöffnung
auf. Der Schaft kann z.B. zur Fixierung einer Pipettenspitze dienen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist das Unterteil eine Spritze. Die Spritze
kann ebenfalls mit einem Schaft für das gezielte Aufnehmen und
Abgeben von Flüssigkeit
versehen sein. Schließlich
ist gemäß einer
Ausgestaltung auf der Achse des elektrischen Antriebsmotors ein
Winkelencoder angeordnet, der mit der elektrischen Steuerungseinrichtung verbunden
ist. Hierdurch ist die Bewegung des elektrischen Antriebsmotors
genau steuerbar.
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Die
Erfindung wird anhand der anliegenden Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 die
Pipettiervorrichtung in der oberen Pipettierposition im Längsschnitt;
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2 die
Pipettiervorrichtung in der unteren Pipettierposition im Längsschnitt;
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3 die
Pipettiervorrichtung im Pipettiermodus in einem Querschnitt durch
den Oberbereich des Gehäuses;
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4 Funktionsablauf
im Pipettiermodus in einem Blockbild;
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5 die
Pipettiervorrichtung in der oberen Dispensierposition im Längsschnitt;
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6 die
Pipettiervorrichtung in der unteren Dispensierposition im Längsschnitt;
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7 die
Pipettiervorrichtung im Dosiermodus in einem Querschnitt durch das
Oberteil;
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8 Funktionsablauf
im Dispensiermodus in einem Blockbild;
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9 Verlauf
der durch einen Druck auf den Drucksensor ausgeübten Kraft K über den
vom Kolben zurückgelegten
Weg W in einem schematischen Diagramm.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die Angaben „oben" und „unten" auf eine im wesentlichen
vertikale Ausrichtung der Pipettiervorrichtung, bei der der Steuerknopf
oben und die Pipettenspitze unten angeordnet ist, wie dies normalerweise
bei der Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeit der Fall ist.
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Die
Dosiervorrichtung weist einen Steuerknopf 1 mit einem – nicht
gezeigten – Drucksensor zum
gleichzeitigen Steuern eines Antriebsmotors 2 und einer
Hubstange 3 auf. Der Steuerknopf 1 hat ein Knopfunterteil 4.
Das Knopfunterteil 4 und die Hubstange 3 sind
lose ineinander geführt
und durch eine Spielausgleichsfeder 5 in permanenter Anlage
aneinander gehalten.
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Ein
Anwender steuert die Bewegung der Hubstange 3 nach unten,
indem er auf den Steuerknopf 1 drückt.
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Auf
einer Welle 6 des Antriebsmotors 2 ist ein Winkelencoder 7 angebracht.
Die Welle 6 ist über Antriebsriemenscheiben 8, 9 und
einen – nicht
gezeigten – Antriebsriemen
mit einer Antriebsmutter 10 gekoppelt. Die Antriebsmutter 10 steht
im Gewindeeingriff mit einer Antriebsspindel 11 und treibt
die Antriebsspindel 11 in axialer Richtung an. Ein Drehen der
Antriebsspindel 11 wird durch eine Verdrehsicherung 12 für die Antriebsspindel 11 verhindert.
Die Verdrehsicherung 12 wirkt mit einer Führungshülse 13 zusammen.
Die Verdrehsicherung 12 wird durch einen auf der Antriebsspindel 11 sitzenden
Mehrkant gebildet, der in einer Aufnahme mit einem entsprechenden
Querschnitt der Führungshülse 13 geführt ist.
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Der
Antriebsmotor 2, ein die Welle 6 lagerndes Lager 14,
der Winkelencoder 7, die Antriebsriemenscheiben 8, 9,
die Antriebsmutter 10, die Führungshülse 13, die Antriebsmutter 10 lagernde
Antriebslager 15, 16 und die Antriebsspindel 11 sind
auf einem Antriebsträger 17 montiert,
der in einem Gehäuse 18 fixiert
ist. Der Antriebsträger 17 weist
zwei parallele, auf Abstand gehaltene Platten 19, 20 auf, zwischen
denen die Antriebsriemenscheiben 8, 9 und die
Antriebsmutter 10 angeordnet sind.
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Die
untere Seite der Antriebsspindel 11 wirkt mit einem Anschlagwulst 21 der
Hubstange 3 zusammen und begrenzt den Hub der Hubstange 3 nach oben.
Der Antriebsmotor 2 beginnt zu laufen, wenn die Laborperson
den Steuerknopf 1 mit dem Druck sensor betätigt. Folglich
unterstützt
die Axialbewegung der Antriebsspindel 11 die Bewegung der
Hubstange 3 nach unten, die manuell von der Bedienperson
gesteuert wird.
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Die
Hubstange 3 liegt an einem Kolben 22 an, der beweglich
innerhalb eines Zylinders 23 angeordnet ist, der in einem
Unterteil 24 der Dosiervorrichtung vorhanden ist. Der Kolben 22 und
der Zylinder 23 sind Teile einer Verdrängungsvorrichtung 25.
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Die
Hubstange 3 und der Kolben 22 sind nicht miteinander
verbunden. Der Kolben 22 wird ausschließlich von einer Kolbenfeder 26 nach
oben in Anlage an das untere Ende der Hubstange 3 gedrückt.
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Wenn
die Hubstange 3 über
einen bestimmten Hub nach unten gedrückt wird, trifft der Anschlagwulst 21 auf
einen unteren Anschlag 27. Der untere Anschlag 27 ist
Teil eines Überhubsystems 28,
welches eine Überhubfeder 29,
eine Schraube 30 und eine Mutter 31 umfaßt. Der
untere Anschlag 27 ist axial nach unten beweglich in einer
Aufnahme eines Trägers 32 angeordnet.
Die Schraube 30 ist von unten in die Aufnahme eingeschraubt.
Die Überhubfeder 29 ist
zwischen den unteren Anschlag 27 und die Schraube 30 eingespannt.
Der Träger 32 ist
mittels eines an seinem oberen Rand vorhandenen Flansches und der
auf den Träger 32 geschraubten
Mutter 31 auf einem Vorsprung im Gehäuse 18 fixiert.
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Die
Hubstange 3 kann entgegen der Wirkung der Überhubfeder 29 um
einen Überhub
weiter nach unten bewegt werden.
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Das
Unterteil 24 der Dosiervorrichtung umfaßt ein Dichtungssystem 33 zum
abdichtenden Einführen
des Kolbens 22 in die obere Öffnung des Zylinders 23,
den Kolben 22, die im Unterteil 24 an einem Haltering 34 des
Dichtungssystems 33 abgestützte und gegen den Kolben 22 drückende Kolbenfeder 26,
einen den Kolben 22 im Unterteil 24 zurückhaltenden
Kolbenhalter 35 und einen Konus 36 zum Aufstecken
einer Pipettenspitze. Der Zylinder 23 ist über einen
Kanal 37 mit einer Öffnung 38 im
unteren Ende des Konus 36 verbunden. Das Unterteil 24 ist eine
lösbar
mit dem Gehäuse 18 verbundene
Einheit, insbesondere zum Reinigen der Dosiervorrichtung.
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Die
Grundposition der Dosiervorrichtung im Pipettiermodus und bei ähnlichen
Funktionen (Mischen, reverse pipetting etc.) ist in 1 gezeigt.
Die Position des Kolbens 22 entspricht dem Volumen der zu
pipettierenden Flüssigkeit.
Nach Einstellen dieses Volumens durch die Laborperson bewegt der
Antriebsmotor 2 die Antriebsspindel 11 und den
Kolben 22 in diese Position. Durch die Spielausgleichsfeder 5 wird
die Hubstange 3 permanent in Kontakt gegen das Knopfunterteil 4 des
Steuerknopfes 1 gedrückt. Da
die Kolbenfeder 26 stärker
als die Spielausgleichsfeder 5 ist, drückt der Kolben 22 die
Hubstange 3 nach oben, bis der Anschlagwulst 21 der
Hubstange 3 an der Unterseite der Antriebsspindel 11 anliegt.
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Durch
Drücken
des Steuerknopfes 1 bewegt die Laborperson die Hubstange 3 und
den Kolben 22 nach unten. Der Kolben 22 verdrängt eine
Luftsäule innerhalb
des Unterteils 24, welche wiederum Luft oder Flüssigkeit
aus einer Pipettenspitze verdrängt, die
auf dem Arbeitskonus 36 fixiert ist. Gleichzeitig mißt der Drucksensor
die Kraft, die von dem Anwender auf den Steuerknopf 1 ausgeübt wird
und ein – nicht
dargestellter – Mikroprozessor
startet den Antriebsmotor 2. Die Stellung der Welle 6 wird
mittels des Winkelencoders 7 detektiert. Der Mikroprozessor wertet
die Signale des Winkelencoders 7 aus und bezieht die Stellung
der Welle 6 in die Steuerung des Antriebsmotors 2 ein.
Der Antriebsmotor 2 bewegt die Antriebsspindel 11 axial
nach unten. Die Antriebsspindel 11 drückt den Anschlagwulst 21 der
Hubstange 3 nach unten, wodurch die Kraft vermindert wird, die
von dem Anwender ausgeübt
werden muß,
um den Steuerknopf 1 nach unten zu drücken. Die manuelle Dosiervorrichtung
weist also einen Servoantrieb auf.
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Wenn
der Anschlagwulst 21 den unteren Anschlag 27 erreicht,
merkt dies der Anwender aufgrund einer Erhöhung des Widerstandes. Wenn
der Anwender die Betätigung
des Steuerknopfes 1 beendet, stoppt auch der Antriebsmotor 2.
Je nach Entscheidung des Anwenders wird dann ein Überhub ausgeführt oder
nicht. Für
das Ausführen
eines Überhubes
drückt
der Anwender erneut den Steuerknopf 1. Die infolgedessen
durchgeführte
Bewegung der Hubstange 3 wird wiederum durch den Antriebsmotor 2 unterstützt. Am
Ende des Überhubs
haben die Antriebsspindel 11 und der Kolben 22 ihre
untere Position erreicht, wie in der 2 gezeigt.
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Zum
Pipettieren eines gewählten
Volumens einer Flüssigkeit
wird zunächst
der Kolben 22 nach unten bewegt, bis der Anschlagwulst 21 auf
den unteren Anschlag 27 trifft. Danach wird die Pipettenspitze
in die Flüssigkeit
eingetaucht. Nach Entlastung des Steuerknopfes 1 fährt die
Antriebsspindel 11 zurück
und die Kolbenfeder 26 drückt den Kolben 22 nach
oben, bis der Anschlagwulst 21 gegen die Unterseite der
Antriebsspindel 11 trifft. Während der Aufwärtsbewegung
des Kolbens 22 wird das eingestellte Volumen der Flüssigkeit
in die Pipettenspitze eingesogen. Zum Ausstoßender Flüssigkeit aus der Pipettenspitze
wird der Steuerknopf 1 erneut betätigt, bis der Anschlagwulst 21 auf
den unten Anschlag 27 trifft. Zum Entfernen restlicher
Mengen der Flüssigkeit
aus der Pipettenspitze wird ein Überhub
durchgeführt.
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Der
Funktionsablauf im Pipettiermodus ist in der 4 zusammengefaßt. Bezüglich der
Betätigung
des Drucksensors durch den Anwender ist in dem Blockbild davon ausgegangen,
daß diese
anhand von Druckdifferenzen erkannt werden, die im zeitlichen Verlauf
feststellbar sind. Dies wird noch anhand der 9 erläutert.
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Zum
Umschalten in den Dispensiermodus muß der Anwender den Steuerknopf 1 mit
dem Knopfunterteil 4 mit einem am unteren Ende befestigten Kreisscheibensegment 37 gegen
eine Abdeckung 38' des
Gehäuses 18 ziehen
und das Knopfunterteil 4 um einen gewissen Winkel verdrehen.
Durch diese Drehung wird der Steuerknopf 1 gegen eine axiale Verlagerung
verriegelt, da das Kreisringscheibensegment 37 zwischen
Abdeckung 38' und
Oberseite des Antriebsmotors 2 gefangen ist. Ein vom Kreisringscheibensegment 37 betätigter Mikroschalter 39 für die Erkennung
des Arbeitsmodus signalisiert dem Mikrocomputer, daß der Dispensiermodus
eingestellt ist. Der Antriebsmotor 2 bewegt die Antriebsspindel 11 und
die Hubstange 3 mit dem Anschlagwulst 21 gegen
den unteren Anschlag 27. Damit befindet sich der Kolben 22 in
der Aufnahmeposition, wie in der 6 gezeigt.
In 4 ist der Steuerknopf 1 im Pipettiermodus
und in 7 nach der Drehung im Dispensiermodus gezeigt.
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Nach
der Verriegelung ermöglicht
gemäß 5 ein
Federelement 40 einen kleinen Resthub, der dem taktilen
Empfinden der Laborperson dient. Im Dispensiermodus dient der Steuerknopf 1 nur
als Schalter. Im Dispensiermodus wird die Hubstange 3 nur
von der Antriebsspindel 11 nach unten bewegt und von der
Kolbenfeder 26 nach oben.
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Nachdem
der Anwender das Dispensiervolumen und die Anzahl der Dispensierschritte
eingestellt hat, berechnet der Mikroprozessor das gesamte aufzunehmende
Volumen.
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Wenn
der Steuerknopf 1 erneut gedrückt wird, bewegt der Antriebsmomotor 2 die
Antriebsspindel 11 in die Position entsprechend dem gesamten
aufzunehmenden Volumen und einem Mehrvolumen. Der Kolben 22 wird
von der Kolbenfeder 26 nach oben gedrückt, und die Dosiervorrichtung nimmt
das Gesamtvolumen auf.
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Wenn
der Steuerknopf 1 erneut gedrückt wird, bewegt der Antriebsmotor 2 die
Antriebsspindel 11 nach unten, wodurch der Anschlagwulst 21,
die Hubstange 3 und der Kolben 22 nach unten bewegt werden.
Der Antriebsmotor 2 hält
an, wenn die Position entsprechend dem ersten Dispensiervolumen
erreicht ist. Während
der Bewegung nach unten wird das erste Dispensiervolumen aus der
Pipettenspitze ausgestoßen.
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Dieser
Vorgang wiederholt sich bei jeder Betätigung des Steuerknopfes 1,
bis das gesamte Dispensiervolumen dispensiert bzw. ausgegeben ist.
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Wenn
das gesamte Dispensiervolumen ausgegeben ist, löst die übernächste Betätigung des Steuerknopfes 1 den Überhub aus,
durch den die Restflüssigkeit
aus der Pipettenspitze ausgestoßen wird.
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Nach
dem Überhub
bewegt der Antriebsmotor 2 die Antriebsspindel 11 und
die Kolbenfeder 26 den Kolben 22 automatisch in
die Aufnahmeposition gemäß 6 zurück. Das
System ist dann bereit für eine
neue Dispensiersequenz.
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Der
Funktionsablauf im Dispensiermodus ist in der 8 zusammengefaßt. Bezüglich der
Betätigung
des Drucksensors durch den Anwender ist in dem Blockbild davon ausgegangen,
daß diese
anhand von Druckdifferenzen erkannt werden, die im zeitlichen Verlauf
feststellbar sind. Dies wird nachfolgend anhand der 9 erläutert.
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Gemäß 9 treibt
der Antriebsmotor 2 die Hubstange 11 an, wenn
der Anwender auf den Steuerknopf 1 drückt. Da der Servoantrieb den
Steuerknopf 1 entlastet, muß der Anwender „nachdrücken", um einen weiteren
Antrieb durch den Antriebsmotor 2 zu gewährleisten.
Dies führt
zu einem sägezahnförmigen Verlauf
der Kraft um eine Kraftschwelle, bei der die Bewegung des Kolbens 22 durch
den elektrischen Antriebsmotor 2 unterstützt wird.
Aufgrund dieses sägezahnförmigen Verlaufes
entstehen zeitlich Druckdifferenzen, die von der elektrischen Steuerungseinrichtung
erkannt werden und für
das Einschalten des elektrischen Antriebsmotors herangezogen werden.
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Am
Ende der Antriebsbewegung, wenn die Antriebsspindel 11 auf
den Anschlag 27 trifft, ist die vom Anwender auf den Steuerknopf 1 ausgeübte Kraft
konstant. Infolgedessen wird der elektrische Antriebsmotor 2 abgeschaltet.
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Entlastet
der Anwender den Steuerknopf 1, so wird die Kraftschwelle
unterschritten und dies wird ebenfalls von der elektronischen Steuerungseinrichtung
erkannt. Infolgedessen wird der elektrische Antriebsmotor 2 in
entgegengesetzter Richtung betrieben und die Antriebsspindel 11 fährt nach
oben.
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Ferner
ist in dem Diagramm gezeigt, daß der elektrische
Antriebsmotor 2 zu beliebigen Zeitpunkten angehalten oder
zurückgefahren
werden kann.