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Die
Erfindung betrifft ein Mikrodosiersystem. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum dosierten Benetzen eines Substrats.
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Mikrodosiersysteme
finden Anwendung vor allem im Bereich von Tintenstrahldruckern.
Hierbei haben sich unterschiedlichste Verfahren etabliert, die eine
exakte Dosierung und eine gezielte Ablage der Tinte gewährleisten
sollen. Dosiersysteme zur Dosierung sehr kleiner Flüssigkeitsmengen
finden insbesondere im Bereich der pharmazeutischen Industrie und
der Biotechnologie Anwendung. Hierbei werden Forderungen nach einer
Dosierbarkeit bis in den Femtoliterbereich diskutiert.
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Eine
Anwendung eines derartigen Mikrodosiersystems ist insbesondere die
parallele Dosierung kleinster Flüssigkeitsmengen,
insbesondere in der Form eines zweidimensionalen Arrays. Dabei werden
z. B. 96 oder 128 Flüssigkeitstropfen
gleichzeitig dosiert. Dies findet insbesondere Anwendung bei Mikrotiterplatten,
wobei eine Vielzahl von möglichen Wirkstoffen
unter kontrollierten Bedingungen getestet werden muss. Hierbei kann
es sich um Wirkstoffe handeln, die nur in sehr geringen Mengen verfügbar sind
und daher nur in geringsten Dosen getestet werden sollen.
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Ein
Mikrodosiersystem ist aus der
DE 199 41 871 A1 bekannt. Dieses Mikrodosiersystem
hat einen recht komplexen Aufbau.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikrodosiersystem
derart weiterzubilden, dass seine Herstellung vereinfacht ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Mikrodosiersystem nach Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass durch die Aufteilung eines Rohrkörpers in einen Vorratsraum
für die
zu dosierende Flüssigkeit
und in einen mit der Druckquelle verbundenen Steuerraum eine herstellungstechnisch
unaufwendige Realisierung eines Mikrodosiersystems gegeben ist. Über die Geometrie
des Rohrkörpers,
des Vorratsraums sowie des Steuerraums lässt sich Einfluss auf die Flüssigkeitsabgabemenge
als Folge eines Druckimpulses nehmen. Die Druckimpulse können dabei
stetige oder auch sprunghafte Druckänderungen aufweisen. Die Druckquelle
kann, je nach den Dosieranforderungen getaktete oder in ihrer zeitlichen
Abfolge unregelmäßige Druckimpulse
abgeben. Die Verteilung der Dosieröffnungen in der Rohrkörperwand
kann längs einer
oder mehrerer Linien parallel zur Längsachse des Rohrkörpers oder
auch längs
einer nicht zur Längsachse
des Rohrkörpers
parallelen Linie vorliegen. Alternativ oder zusätzlich können die Dosieröffnungen
auch stochastisch über
die Rohrkörperwand verteilt
vorliegen.
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Eine
Druckquelle nach Anspruch 2 lässt
sich einfach realisieren. Beispiele derartiger Realisierungsmöglichkeiten
sind in der
DE 199
41 871 A1 genannt.
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Eine
Druckquelle nach Anspruch 3 erlaubt z. B. eine längs der Längsachse des Rohrkörpers selektive
Ansteuerung der Dosieröffnungen.
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Eine
Dosieröffnung
nach Anspruch 4 lässt sich
leicht herstellen und ist dauerhaft geöffnet.
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Eine
alternative Dosieröffnung
nach Anspruch 5 lässt
sich ebenfalls leicht herstellen. Sie kann so ausgeführt sein,
dass sie, solange keine Abgabe erfolgt, den Vorratsraum verschließt. Hierdurch kann
auch ein vollkommen fluiddichter Verschluss realisiert werden. Ein
unerwünschter
Verlust von zu dosierender Flüssigkeit
kann dadurch vermieden werden.
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Über eine
Rohrkörperwand
nach Anspruch 6 oder 7 lässt
sich Einfluss auf die Dosiercharakteristik einer hiermit ausgerüsteten Dosieröffnung nehmen. Bevorzugt
wird die Umgebung der Dosieröffnung
mit unterschiedlicher Materialeigenschaft einstückig an der sonstigen Rohrkörperwand
angeformt. Dies kann z. B. mit Hilfe einer 2K-Spritzgießtechnik
geschehen. Folgende Materialkombinationen für die sonstige Rohrkörperwand
einerseits und die Rohrkörperwand in
der Umgebung der Dosieröffnung,
also Materialkombinationen Rohrkörperwand/Dosieröffnung sind möglich:
Polyurethan
(PUR)/Polyurethan (PUR), Styrol-Isopropen-Kautschuk (SIK)/Styrol-Isopropen-Kautschuk (SIK),
Polyvinylchlorid (PVC)/Polyurethan (PU), Polyurethan (PU)/Polyvinylchlorid
(PVC), Polyethylen (PE)/Thermoplastisches Elastomer (TPE), Polypropylen
(PP)/ Thermoplastisches Elastomer (TPE). Für die sonstige Rohrkörperwand
ist dabei bevorzugt ein Material mit einer Shorehärte einzusetzen,
die größer ist
als A90. Für
die Rohrkörperwand
im Bereich der Umgebung der Dosieröffnungen ist bevorzugt ein Material
einzusetzen, dessen Shorehärte
geringer ist als A90, bevorzugt geringer als A80. Als thermoplastisches
Elastomer kann beispielsweise eine Mischung von Polypropylen (PP)
mit dem Elastomer Styren-Ethylen-Butylen-Styren (SEBS) eingesetzt sein.
Konkrete Beispiele für
derartige Materialkombinationen Rohrkörperwand / Dosieröffnung sind:
Polyurethan (PU) Shore > D50
/Polyurethan (PU) Shore < A90,
Styrol-Isopropen-Kautschuk (SIK) A 70 bis 80/Styrol-Isopropen-Kautschuk
(SIK) A 20 bis 40, Polyvinylchlorid (PVC) A 90 bis 100 /Polyvinylchlorid (PVC)
A 50 bis 70, Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) Shore A>90/Thermoplastisches
Elastomer (TPE) Shore 50 bis 70.
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Auch
mit Dosieröffnungen
nach Anspruch 8 lässt
sich die Dosiercharakteristik des Mikrodosiersystems beeinflussen.
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Druckimpulse
nach Anspruch 9 können
je nach baulicher Ausgestaltung des Mikrodosiersystems zu einer
vorteilhaft schnellen Abgabe von zu dosierender Flüssigkeit
führen.
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Dies
gilt entsprechend für
die Druckerhöhungsdauer
nach Anspruch 10.
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Ein
Mikrodosiersystem nach Anspruch 11 kann z. B. zwei verschiedene
zu dosierende Flüssigkeiten
bevorraten. Hierbei können
die Vorratsräume die
gleiche oder auch eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Die
Vorratsräume
können
auch die gleiche zu dosierende Flüssigkeit bevorraten. Hierdurch
kann eine Anpassung des Mikrodosiersystems an die jeweilige Dosieraufgabe
erfolgen.
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Ein
Mikrodosiersystem nach Anspruch 12 kann flexibel eingesetzt werden.
Die Druckquellen können
synchronisiert zueinander oder auch unabhängig voneinander betrieben
werden.
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Mit
einer Ausgestaltung nach Anspruch 13 lässt sich mit Hilfe eines Druckimpulses
eine Abgabe von zu dosierender Flüssigkeit aus mehreren Vorratsräumen realisieren.
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Bei
einem Rohrkörper
nach Anspruch 14 lassen sich die Eigenschaften der Steuerwand unabhängig von
denjenigen der sonstigen Rohrkörperwand über die
voneinander abweichenden Materialeigenschaften einstellen.
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Eine
Steuerwand nach Anspruch 15 ergibt bei gegebenem Druckimpuls einen
vergrößerten Bewegungshub
bzw. erreicht eine vorgegebene Flüssigkeitsabgabemenge bereits
bei einem Druckimpuls mit geringerem Maximaldruck. Bevorzugt wird
die Steuerwand mit unterschiedlicher Materialeigenschaft einstückig an
der sonstigen Rohrkörperwand angeformt.
Dies kann zu z. B. mit Hilfe einer 2K-Spritzgießtechnik geschehen. Für die möglichen Materialkombinationen
für die
sonstige Rohrkörperwand
einerseits und die Steuerwand andererseits gilt, was oben im Zusammenhang
für die
Materialien der Rohrkörperwand
im Zusammenhang mit der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 6 und
7 ausgeführt wurde.
Die dort aufgezählten
Materialkombinationen können
auch bei der sonstigen Rohrkörperwand
einerseits und bei der Steuerwand andererseits zum Einsatz kommen.
Das jeweils härtere
Material ist für die
sonstige Rohrkörperwand
und das jeweils weichere Material für die Steuerwand einzusetzen.
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Eine
Haltevorrichtung nach Anspruch 16 reduziert die eigenstabilen Anforderungen
an den Rohrkörper.
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Mittels
einem Mikrodosiersystem mit einer Schwenk- und/oder Rotationseinrichtung
nach Anspruch 17 lässt
sich beispielsweise das Dosieren einer Mikrotiterplatte realisieren.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur dosierten
Substratbenetzung mit Hilfe eines eine derartige Schwenk- und/oder
Rotationseinrichtung umfassenden erfindungsgemäßen Mikrodosiersystems anzugeben.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren nach Anspruch 18.
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Der
angegebene synchronisierte Ablauf, bei dem die Abgabe aus einer
Zeile von Dosieröffnungen erfolgt,
während
mindestens eine weitere Zeile von Dosieröffnungen befüllt wird,
gewährleistet
einem schnellen Dosiervorgang. Bevorzugt kann eine Mehrzahl von
Zeilen von Dosieröffnungen
vorgesehen sein. Ein derartiges Verfahren eignet sich insbesondere
zur Dosierung von Mikrotiterplatten.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 schematisch
und unterbrochen ein Mikrodosiersystem in teilweise perspektivischer
Ansicht in Ruhestellung;
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2 das
Mikrodosiersystem nach 1 in Abgabestellung;
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3 einen
Rohrkörper
des Mikrodosiersystems nach 1 im Querschnitt;
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4 bis 9 weitere
Varianten eines Rohrkörpers
mit einem Vorratsraum und einem Steuerraum im Querschnitt;
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10 und 11 weitere
Varianten eines Rohrkörpers
mit einem Steuerraum und zwei Vorratsräumen im Querschnitt;
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12 eine
weitere Variante eines Rohrkörpers
mit zwei Steuerräumen
und zwei Vorratsräumen im
Querschnitt;
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13 eine
weitere Variante eines Rohrkörpers
mit einem Steuerraum und sechs Vorratsräumen im Querschnitt;
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14 eine
weitere Variante eines Rohrkörpers
mit zwei Steuerräumen
und sechs Vorratsräumen
im Querschnitt;
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15 schematisch
eine Momentanstellung eines Mikrodosiersystems zum dosierten Benetzen eines
Substrats mit einem Rohrkörper
mit vier Steuerräumen
und vier Vorratsräumen
im Querschnitt; und
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16 und 17 zwei
weitere Momentanstellungen des Mikrodosiersystems nach 15.
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Ein
Mikrodosiersystem 1 ist schematisch in den 1 und 2 dargestellt.
Das Mikrodosiersystem 1 umfasst einen schlauchförmigen Rohrkörper 2 mit
einer Außenwand 3 aus
dem Kunststoff Polyurethan (PUR). 3 zeigt
den Rohrkörper 2 im Querschnitt.
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Über eine
ebene Steuerwand 4, die mittig längs des Rohrkörpers 2 verläuft, ist
der Innenraum des Rohrkörpers 2 fluiddicht
unterteilt in einen in den 1 bis 3 oberen
Vorratsraum 5 und in einen in den 1 bis 3 unteren
Steuerraum 6.
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Die
Steuerwand 4 ist aus einem Kunststoffmaterial, welches
weniger drucksteif ist als die Außenwand 3 und eine
geringere Shorehärte
als dieses aufweist. Die Steuerwand 4 ist z. B. mit Hilfe
einer 2K-Spritzgußtechnik
an die Innenwand des Rohrkörpers 2 angeformt.
Mögliche
Materialkombinationen für
das System Rohrkörper 2/Steuerwand 4 sind:
Polyurethan (PUR)/Polyurethan (PUR), Styrol-Isopropen-Kautschuk
(SIK)/Styrol-Isopropen-Kautschuk (SIK),
Polyvinylchlorid (PVC)/Polyurethan (PU), Polyurethan (PU)/Polyvinyl-chlorid (PVC), Polyethylen (PE)/Thermoplastisches
Elastomer (TPE), Polypropylen (PP)/ Thermoplastisches Elastomer
(TPE). Für die
sonstige Rohrkörperwand
ist dabei bevorzugt ein Material mit einer Shorehärte einzusetzen,
die größer ist
als A90. Für
die Rohrkörperwand
im Bereich der Umgebung der Dosieröffnungen ist bevorzugt ein Material
einzusetzen, dessen Shorehärte
geringer ist als A90, bevorzugt geringer als A80. Als thermoplastisches
Elastomer kann beispielsweise eine Mischung von Polypropylen (PP)
mit dem Elastomer Styren-Ethylen-Butylen-Styren (SEBS) eingesetzt sein.
Konkrete Beispiele für
derartige Materialkombinationen Rohrkörperwand / Dosieröffnung sind:
Polyurethan (PU) Shore > D50
/Polyurethan (PU) Shore < A90,
Styrol-Isopropen-Kautschuk (SIK) A 70 bis 80/Styrol-Isopropen-Kautschuk
(SIK) A 20 bis 40, Polyvinylchlorid (PVC) A 90 bis 100 /Polyvinylchlorid (PVC)
A 50 bis 70, Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) Shore A>90/Thermoplastisches
Elastomer (TPE) Shore 50 bis 70. Die Dicke der Steuerwand 4 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
100 μm.
Je nach den Flexibilitäts-
und Rückstellanforderungen und
jeweils abhängig
vom eingesetzten Material für die
Steuerwand 4 können
auch andere Dicken im Bereich von 10 bis 500 μm, insbesondere zwischen 20 und
200 μm und
besonders bevorzugt zwischen 50 und 150 μm eingesetzt sein.
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Über eine
Mehrzahl von Dosieröffnungen 7 steht
der Vorratsraum 5 mit der Umgebung des Rohrkörpers 2 in
Verbindung. Die Dosieröffnungen 7 sind als
Ausnehmungen, z. B. als Ausstanzungen, in der Außenwand 3 des Rohrkörpers 2 ausgeführt.
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Umgebungsbereiche 8 um
die Dosieröffnungen 7 sind
aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, welches wie das Material
der Steuerwand 4 weniger drucksteif ist und eine geringe
Shorehärte
aufweist, als das PUR-Material der sonstigen Außenwand 3.
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Die
Umgebungsbereiche 8 sind ebenfalls mit Hilfe einer 2K-Spritzgußtechnik
an die Außenwand 3 des
Rohrkörpers 2 angeformt.
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Über eine
Druckleitung
9 steht der Steuerraum
6 mit einer
steuerbaren Druckquelle
10 in Verbindung. Ausführungsbeispiele
für derartige
Druckquellen finden sich in der
DE 199 41 871 A1 . Die Druckquelle
10 steht
mit dem Steuerraum
6 über
ein in den
1 und
2 rechts
dargestelltes Rohrkörperende
11 in
Fluidverbindung. Der Rohrkörper
2, insbesondere
der Steuerraum
6, ist am anderen, nicht dargestellten Rohrkörperende
fluiddicht verschlossen.
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Die
Funktion des Mikrodosiersystems 1 ist folgende: 1 zeigt
das Mikrodosiersystem 1 in einer Ruhestellung. In dieser
ist der Vorratsraum 5 mit einer zu dosierenden Flüssigkeit
gefüllt.
Im Steuerraum 6 herrscht wie im Vorratsraum 5 Normaldruck. Soll
die Flüssigkeit
aus dem Vorratsraum 5 dosiert abgegeben werden, erzeugt
die Druckquelle 10, angesteuert von einer nicht dargestellten
Steuereinrichtung, einen Druckimpuls. Dieser pflanzt sich über die Druckleitung 9 in
den Steuerraum 6 fort. Als Folge dieses Druckimpulses wird
die Steuerwand 4 von der Ruhestellung nach 1 in
die Abgabestellung nach 2 ausgelenkt. Das Volumen des
Vorratsraums 5 verkleinert sich entsprechend. Da die Flüssigkeit
im Vorratsraum 5 inkompressibel ist, erfolgt eine dieser Volumenverkleinerung
entsprechende Abgabe von Flüssigkeitstropfen 12 längs der
Pfeile 13 aus den Dosieröffnungen 7. Die Größe der Flüssigkeitstropfen 12,
das heißt
die Flüssigkeitsabgabemenge, hängt von
einer Vielzahl von Parametern ab, die beim Mikrodosiersystem 1 vorgegeben
werden können, unter
anderem vom zeitlichen Ablauf und der zeitlichen Form des auf den
Steuerraum 6 übertragenen Druckimpulses,
vom Unterschied in den Drucksteifigkeiten der Materialien für die Außenwand 3 einerseits und
die Stirnwand 4 bzw. die Umgebungsbereiche 8 andererseits,
von der Weite der Dosieröffnungen 7 und
von der Viskosität
der zu dosierenden Flüssigkeit.
Nach der Flüssigkeitsabgabe
erfolgt ein Nachfüllen
des Vorratsraums 5 mit zu dosierenden Flüssigkeit
aus einem nicht dargestellten Flüssigkeitsreservoir.
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Mit
Hilfe der Druckquelle 10 lassen sich Druckimpulse mit stetigen
oder mit sprunghaften Druckänderungen
erzeugen, wodurch sich entsprechend unterschiedliche Flüssigkeitsabgabemengen ergeben.
Mit Hilfe der Druckquelle 10 lassen sich getaktete Druckimpulse,
also Druckimpulsfolgen einer festen Frequenz, oder auch unregelmäßige Druckimpulse
entsprechend den jeweiligen Steuervorgaben erzeugen.
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Die
Dosieröffnungen 7 liegen
bei der Ausgestaltung des Mikrodosiersystems 1 nach den 1 bis 3 entlang
einer Linie parallel zur Längsachse des
Rohrkörpers 2.
Alternativ können
sie auch längs einer
Linie angeordnet sein, die nicht zur Längsachse parallel ist, z. B.
längs einer
Umfangslinie oder einer Wendellinie auf der Außenwand 3. Als weitere
Variante können
die Dosieröffnungen
stochastisch über die
dem Vorratsraum 5 zugeordnete Außenwand 3 verteilt
sein. Die Umgebungsbereiche 8 können gegenüber der sonstigen Außenwand 3 erhaben
oder auch vertieft ausgeführt
sein.
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Bei
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform liegen Dosieröffnungen
vor, die als Schnitte in der Außenwand 3 des
Rohrkörpers 2 ausgeführt sind.
Diese Dosieröffnungen
werden also erzeugt, ohne dass Material von der Außenwand 3 weggenommen
wird.
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Die
Druckimpulse können,
insbesondere dann, wenn sie in einer Taktfolge vorliegen, mit einem duty
cycle zwischen 100:1 und 1:100 erzeugt werden. Bevorzugt ist ein
duty cycle zwischen 50:1 und 1:50, besonders bevorzugt zwischen
10:1 und 1:10 und noch mehr bevorzugt zwischen 2:1 und 1:2. Die Druckimpulse
haben eine Druckerhöhungsdauer
von weniger als zwei Minuten, bevorzugt von weniger als 30 Sekunden,
und besonders bevorzugt von weniger als zwei Sekunden.
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Der
Rohrkörper 2 kann
mit einer nicht dargestellten, den Rohrkörper 2 stabilisierenden
Haltevorrichtung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann
der Rohrkörper 2 mit
einer Schwenk- und/oder Rotationseinrichtung verbunden sein, die
ebenfalls nicht dargestellt ist. Mittels der Schwenk- und/oder Rotationseinrichtung
kann der Rohrkörper 2 um
seine Längsachse
geschwenkt und/oder in Rotation versetzt werden. Es resultiert eine
Flüssigkeitsabgabe
in einem vorgegebenen Winkelbereich um die Längsachse des Rohrkörpers 2.
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In
den 4 bis 14 sind weitere Ausführungsformen
von Rohrkörpern
für ein
Mikrodosiersystem dargestellt. Diese weiteren Ausführungsformen
werden nur insoweit beschrieben, als sie sich hinsichtlich ihres
Aufbaus und ihrer Funktion von demjenigen unterscheiden, was unter
Bezugnahme auf vorher beschriebene Ausführungsformen ausgeführt wurde.
Die Querschnittsdarstellungen nach den 3 bis 14 sind
so ausgeführt,
dass die Dosieröffnungen 7 nicht
sichtbar sind.
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Beim
Rohrkörper 2 nach 4 liegt
eine außermittige
Steuerwand 14 vor, so dass der Innenraum des Rohrkörpers 2 nach 4 unterteilt
ist in einen größeren Vorratsraum 5 und
einen kleineren, im Querschnitt D-förmigen Steuerraum 6.
Unter der Voraussetzung eines ansonsten gleichen Aufbaus kann im
Rohrkörper 2 nach 4 mehr
zu dosierende Flüssigkeit
gespeichert werden als bei der Ausführung nach den 1 bis 3.
Bei gleichem Druckimpuls erfolgt zudem eine geringere Flüssigkeitsabgabe
durch die Dosieröffnungen 7.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung eines Rohrkörpers 2, dessen Querschnitt
dem Rohrkörper 2 nach 4 entspricht,
liegt ein kleiner Vorratsraum entsprechend dem Steuerraum 6 nach 4 sowie ein
großer
Steuerraum entsprechend dem Vorratsraum 5 nach 4 vor.
Ein Mikrodosiersystem mit einem solchen Rohrkörper lässt eine sehr feine Flüssigkeitsdosierung
zu.
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Beim
Rohrkörper 2 nach 5 liegen
anstelle der im Querschnitt D-förmigen
Räume 5, 6 bei
der Ausführung
nach den 1 bis 3 ein im
Querschnitt runder Vorratsraum 15 und ein den gleichen Querschnitt
aufweisender Steuerraum 16 vor. Diese sind über eine
Steuerwand 17 voneinander getrennt.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 6 weist
einen ovalen, in 6 liegenden, Querschnitt auf.
Längs des
Rohrkörpers 2 nach 6 verlaufen
ein Vorratsraum 18 mit rundem Querschnitt sowie ein Steuerraum 19,
der ebenfalls einen runden Querschnitt aufweist. Der Querschnitt
des Steuerraums 19 ist dabei in etwa halb so groß wie der
des Vorratsraums 18. Der Vorratsraum 18 ist vom
Steuerraum 19 über
eine Steuerwand 20 getrennt, die eine minimale Wandstärke aufweist,
die in etwa dem Durchmesser des Steuerraums 19 entspricht.
Bei einer nicht dargestellten Variante des Rohrkörpers 2 liegt ein
Steuerraum entsprechend dem Vorratsraum 18 sowie ein Vorratsraum
entsprechend dem Steuerraum 19 vor.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 7 weist
einen Vorratsraum 21 auf, der fast den gesamten Innenraum
des Rohrkörpers 2 einnimmt.
Ein Steuerraum 22 des Rohrkörpers 2 nach 7 ist
benachbart zur Innenseite der Außenwand 3 als Röhre ausgeführt. Letztere
ist neben der Außenwand 3 begrenzt
von einer wulstförmigen
Steuerwand 23.
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Bei
einer nicht dargestellten Variante des Rohrkörpers 2 liegen der
Vorratsraum 21 und der Steuerraum 22 vertauscht
vor, wie im Zusammenhang mit den Rohrkörpern 2 nach den 4 und 6 beschreiben.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 8 entspricht
dem nach 7 mit dem Unterschied, dass
der Durchmesser des Steuerraums 22 relativ zum Gesamtdurchmesser
des Rohrkörpers 2 beim
Rohrköper 2 nach 8 größer ist
als beim Rohrkörper 2 nach 7.
Der Vorratsraum 21 ist daher beim Rohrkörper 2 nach 8 mondsichelförmig.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 9 entspricht
dem nach 7 mit dem Unterschied, dass
sowohl die Außenwand 3 des
Rohrkörpers 2 nach 9 als auch
die Steuerwand 23 des Rohrkörpers 2 nach 9 eine
größere Wandstärke haben
als die entsprechenden Wände
beim Rohrkörper 2 nach 7. Der
Vorratsraum 21 ist entsprechend verkleinert.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 10 weist
zwei Vorratsräume 24, 25 mit
gleichem runden Querschnitt sowie einen Steuerraum 26,
ebenfalls mit rundem Querschnitt auf. Der Querschnitt des Steuerraums 26 ist
dabei größer als
derjenige der Vorratsräume 24, 25.
Die beiden Vorratsräume 24, 25 sind im
gleichen Abschnitt des Rohrkörpers 2 ausgeführt, liegen
also längs
des Rohrkörpers 2 auf
der gleichen Höhe
vor. Alternativ können
auch mehrere Vorratsräume
vorgesehen sein, die in Längsrichtung
des Rohrkörpers 2 aufeinander
folgen. Die Räume 24 bis 26 sind
im Rohrkörper 2 nach 10 so
angeordnet, dass die Mittelpunkte ihrer Querschnitte in etwa auf den
Ecken eines gleichseitigen Dreiecks liegen. Zwischen den Räumen 24 bis 26 ist
eine Steuerwand 27 ausgebildet, deren Querschnitt sternförmig und
in etwa dreizählig
symmetrisch ist, wobei die Steuerwand 27 über drei
Wandabschnitte 28 in die Außenwand 3 des Rohrkörpers 2 übergeht.
Ein Druckimpuls wird vom Steuerraum 26 an die Vorratsräume 24, 25 über die
Wandabschnitte 28 zwischen dem Steuerraum 26 und
dem Vorratsraum 24 einerseits und zwischen dem Steuerraum 26 und
dem Vorratsraum 25 andererseits übertragen. Gleiche Anordnung
und Weite der Dosieröffnungen 7 sowie
gleiche Materialwahl für
die Umgebungsbereiche 8 der Dosieröffnungen 7 beim Rohrkörper 2 nach 10 vorausgesetzt, führt ein
Druckimpuls im Steuerraum 26 zu einer Flüssigkeitsabgabe
gleicher Menge aus den Vorratsräumen 24, 25.
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In
den Vorratsräumen 24, 25 können gleiche, aber
auch unterschiedliche zu dosierende Flüssigkeiten untergebracht sein.
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Bei
einer nicht dargestellten Variante eines Rohrkörpers 2, die ebenfalls
einen Querschnitt nach 10 aufweist, liegen zwei Steuerräume entsprechend
den Vorratsräumen 24, 25 sowie
ein Vorratsraum entsprechend dem Steuerraum 26 vor. Die Steuerräume 24, 25 können unterschiedlich
druckbeaufschlagt werden, z. B. über
voneinander unabhängige
Druckquellen. Entsprechend resultiert eine Flüssigkeitsabgabe, die sowohl über das
Ansteuern des dem Vorratsraum 24 entsprechenden Steuerraums als
auch über
das Ansprechen des dem Vorratsraum 25 entsprechenden Steuerraums
mengenmäßig vorgegeben
werden kann. Die Steuerräume,
die bei dieser Variante den Vorratsräumen 24, 25 entsprechen, können auch
gleichzeitig oder zeitlich überlappend angesteuert
werden. Bei einer weiteren, dritten Variante eines Rohrkörpers 2 mit
einem Querschnitt nach 10 liegt neben dem Vorratsraum 24 ein
dem Steuerraum 26 entsprechender zweiter Vorratsraum sowie
ein dem Vorratsraum 25 entsprechender Steuerraum vor. Mit
einem Druckimpuls über
diesen Steuerraum lassen sich entsprechend den unterschiedlichen
Geometrien der beiden Vorratsräume
bei dieser Ausführung
unterschiedliche Flüssigkeitsabgaben realisieren.
Eine letzte Variante eines Rohrkörpers 2 mit
einem Querschnitt nach 10 weist neben dem Vorratsraum 24 und
dem Steuerraum 26 noch einen weiteren Steuerraum auf, der
dem Vorratsraum 25 entspricht. Hier lassen sich über die
beiden Steuerräume
unterschiedlicher Geometrie auch bei gleichen Druckimpulsen auf
den Vorratsraum 24 unterschiedliche Abgabemengen realisieren.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 11 weist
zwei röhrenförmige Vorratsräume 29, 30 auf,
die, ähnlich wie
der Steuerraum 22 nach 7, benachbart
an der Innenseite der Außenwand 3 des
Rohrkörpers 2 anliegen.
Die Vorratsräume 29, 30 des
Rohrkörpers 2 nach 11 werden
einerseits von der Außenwand 3 und
andererseits von einer Steuerwand 31 in Form einer Doppelwulst
mit einem Wandabschnitt 32 zwischen den Vorratsräumen 29, 30 begrenzt.
Der Querschnitt des Vorratsraums 30 ist etwas kleiner als
derjenige des Vorratsraums 29. Den restlichen Innenraum
des Rohrkörpers 2 nach 11 füllt ein
Steuerraum 33 aus.
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Die
Funktion des Rohrkörpers 2 nach 11 entspricht
derjenigen der dritten Variante, die im Zusammenhang mit dem Rohrkörper 2 nach 10 beschrieben
wurde. Bei alternativen Ausgestaltungen eines Rohrkörpers 2 mit
dem Querschnitt nach 11 können der Vorratsraum 29 oder
der Vorratsraum 30 die Rolle des Steuerraumes haben, wobei die
beiden anderen Räume
als Vorratsräume
dienen.
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Als
weitere Alternative ist es möglich,
nur einen Vorratsraum 29, 30 vorzusehen bzw. als
Vorratsraum den Steuerraum 33 einzusetzen, wobei die beiden
verbleibenden Räume
als Steuerräume
dienen.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 12 weist
eine in 12 vertikal verlaufende mittige
Trennwand 34 sowie eine in 12 horizontal
verlaufende außermittige
Steuerwand 35 auf. Die Steuerwand 35 ist in zwei Steuerwandabschnitte 36 unterteilt,
die beiderseits der Trennwand 34 liegen und sich jeweils
von der Außenwand 3 hin
zur Trennwand 34 erstrecken. Die Trennwand 34 ist
aus dem gleichen Material wie die Außenwand 3. Alternativ
kann die Trennwand aus dem gleichen Material sein wie die Steuerwand 35 oder
aus einem Material, welches von den Materialien der Außenwand 3 und
der Steuerwand 35 verschieden ist. Die Materialauswahl
für die
Trennwand hängt
insbesondere davon ab, ob die Trennwand zumindest teilweise auch
Funktionen einer Steuerwand übernehmen
soll. Die im Querschnitt nach 12 kreuzförmig aneinander
anliegenden Wände 34, 35 unterteilen
den Innenraum des Rohrkörpers 2 nach 12 in
vier Quadranten, nämlich
in zwei in 12 obere größere und zwei in 12 untere
kleinere Quadranten. Die beiden oberen Quadranten stellen Vorratsräume 37, 38 und
die beiden unteren Quadranten Steuerräume 39, 40 dar.
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Wenn
bei der Ausführung
nach 12 nur der dortige linke Steuerraum 39 druckbeaufschlagt wird,
erfolgt eine Flüssigkeitsausgabe
aus dem in 12 ebenfalls linken Vorratsraum 37,
der dem Steuerraum 39 über
den in 12 linken Steuerwandabschnitt 36 benachbart
ist. Entsprechendes gilt bei einer Druckbeaufschlagung des Steuerraums 40,
wobei hier eine Flüssigkeitsabgabe
aus dem Vorratsraum 38 erfolgt. Wenn auch die Trennwand 34 aus
einem nicht drucksteifen Material gefertigt ist, führt eine
isolierte Druckbeaufschlagung im Steuerraum 39 zusätzlich zur
Flüssigkeitsausgabe
aus dem Vorratsraum 37 zu einer geringeren Flüssigkeitsausgabe
aus dem Vorratsraum 38. Der über den in 12 linken
Steuerwandabschnitt 36 übertragene Druckimpuls
wirkt dabei über
die Flüssigkeitssäule im Vorratsraum 37 und
die Trennwand 34 auf den Vorratsraum 38. Alternativ
oder zusätzlich
wirkt der Druckimpuls im Steuerraum 39 über die Trennwand 34 und
den nicht druckbeaufschlagten Steuerraum 40 auf den in 12 rechten
Steuerwandabschnitt 36 und somit auf den Vorratsraum 38.
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Die
vier Quadranten können
beim Rohrkörper 2 nach 12 auch
eine andere Vorratsraum/Steuerraum-Zuordnung haben.
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So
sind Ausgestaltungen mit einem Steuerraum und drei Vorratsräumen und
auch mit drei Steuerräumen
und einem Vorratsraum möglich.
Der einzelne Steuer- bzw. Vorratsraum kann dabei in jedem der vier
Quadranten angeordnet sein. Weitere Varianten eines Rohrkörpers 2 mit
einem Querschnitt nach 12 weisen zwei Vorratsräume und
zwei Steuerräume
unterschiedlicher Größe auf.
So weist z. B. eine Variante neben dem Vorratsraum 37 noch einen
Vorratsraum auf, der dem Steuerraum 39 entspricht. Alternativ
ist es möglich,
neben dem Vorratsraum 37 über Kreuz einen weiteren Vorratsraum
vorzusehen, der dem Steuerraum 40 entspricht.
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Bei
einer Variante mit einem Steuerraum und drei Vorratsräumen lässt sich
bei einem Rohrkörper 2 mit
einem Querschnitt nach 12 durch einen Druckimpuls eine
Abgabe aus drei Vorratsräumen
realisieren. Über
die Drucksteifigkeiten der Trennwand 34 einerseits und
der Steuerwand 35 anderseits lassen sich die hierbei abzugebenden
Flüssigkeitsmengen aus
den drei Vorratsräumen
steuern. Die abgegebenen Flüssigkeitsmengen
hängen
natürlich
noch von zusätzlichen
Parametern wie der Weite der Dosieröffnungen oder den Viskositäten der
zu dosierenden Flüssigkeiten
ab. Auch beim Rohrkörper 2 mit
einem Querschnitt nach 12 können, soweit eine Variante
mit mehr als einem Vorratsraum vorliegt, verschiedene Flüssigkeiten
dosiert werden. Es können
bis zu drei verschiedene Flüssigkeiten
dosiert werden.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 13 weist
einen als Innenrohr ausgeführten
Steuerraum 41 auf. Dieser ist außen umgeben von sechs ringsektorförmigen Vorratsräumen 42 gleichen
Querschnitts, die gleichmäßig über den
Umfang des Ringkörpers 2 verteilt sind.
Der Steuerraum 41 ist von den Vorratsräumen 42 über eine
Steuerwand 43 in Form einer Steuerröhre getrennt. Zwischen benachbarten
Vorratsräumen 42 liegt
jeweils eine Trennwand 44. Alle Vorratsräume 42 weisen
beim Rohrkörper 2 nach 13 eine gleiche
Anzahl von in gleicher Weise angeordneten Dosieröffnungen auf. Bei Druckbeaufschlagung
des Steuerraums 41 erfolgt eine Flüssigkeitsabgabe aus allen sechs
Vorratsräumen 42.
Beim Rohrkörper 2 nach 13 können bis
zu sechs verschiedene Flüssigkeiten
kontrolliert und mikrodosiert abgegeben werden. Bei einer Variante
des Rohrkörpers 2 mit
einem Querschnitt nach 13 können die den einzelnen Vorratsräumen 42 zugeordneten
Dosieröffnungen
auch in verschiedener Anzahl und in verschiedener Anordnung vorliegen.
Hierüber
lässt sich
beispielsweise die Abgabemenge aus den einzelnen Vorratsräumen 42 steuern.
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Die
Dosieröffnungen
einzelner Vorratsräume 42 können bei
einer Variante eines Rohrkörpers 2 mit einem
Querschnitt nach 13 auch so gestaltet sein, dass
eine Flüssigkeitsabgabe
erst oberhalb einer bestimmten Druckschwelle stattfindet. Solange der
Druckimpuls im Steuerraum 41 unterhalb dieser Druckschwelle
bleibt, erfolgt eine Flüssigkeitsabgabe nur
aus den anderen Vorratsräumen 42.
Erst dann, wenn der Druckimpuls im Steuerraum 41 die Druckschwelle überschreitet,
erfolgt eine Flüssigkeitsabgabe
aus allen Vorratsräumen 42.
Eine derartige, für eine
Druckschwelle ausgelegte selektive Ausgestaltung von Dosieröffnungen
kann natürlich
auch bei den anderen dargestellten Ausführungsformen von Rohrkörpern 2 vorliegen.
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Ein
Rohrkörper 2 nach 14 weist
eine Innenröhre
auf, deren Querschnitt dem Rohrkörper 2 nach 3 entspricht.
Diese Innenröhre
beherbergt zwei Steuerräume 45, 46,
die über
eine Trennwand 47, die wie die Steuerwand 4 bei
der Ausführung nach 3 angeordnet
ist, voneinander getrennt sind. Die Trennwand 47 ist aus
dem gleichen Material wie die Außenwand 3. Das Innenrohr
ist bei der Ausführung
nach 14 koaxial umgeben von der Außenwand 3. Zwischen
dem Innenrohr und der Außenwand 3 liegen
sechs gleichmäßig über den
Umfang verteilte Vorratsräume 48,
welche die Form von in radialer Richtung schmalen Ringsektoren haben.
Die drei in 14 oberen Vorratsräume 48 sind über eine Steuerwand 49 vom
in 14 oberen Steuerraum 45 getrennt. Die
drei in 14 unteren Vorratsräume 48 sind über eine
Steuerwand 50 von dem in 14 unteren
Steuerraum 46 getrennt.
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Eine
Druckbeaufschlagung des Steuerraums 45 führt zu einer
Flüssigkeitsabgabe
aus den in 14 oberen drei Vorratsräumen 48.
Eine Druckbeaufschlagung des Steuerraums 46 führt zu einer Flüssigkeitsabgabe
aus den drei unteren Vorratsräumen 48.
Wenn die Trennwand 47 aus einem nicht drucksteifen Material
ausgeführt
ist, erfolgt bei Druckbeaufschlagung des Steuerraums 45 auch
eine reduzierte Flüssigkeitsabgabe
aus den unteren drei Vorratsräumen 48.
Die Druckübertragung
ist dabei entsprechend demjenigen, was oben im Zusammenhang mit
dem Rohrkörper 2 nach 12 ausgeführt wurde.
Ansonsten entspricht die Funktion des Rohrkörpers 2 nach 14 derjenigen
des Rohrkörpers 2 nach 13.
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Mit
Hilfe der Schwenk- und/oder Rotationseinrichtung kann ein schwenkendes
oder sich drehendes Mikrodosiersystem 1 realisiert werden, welches
nachfolgend anhand der 15 bis 17 näher beschrieben
wird.
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Komponenten,
die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme
auf die 1 bis 14 beschrieben
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im
Einzelnen erläutert.
Ein Rohrkörper 2 des
Mikrodosiersystems 1 nach den 15 bis 17 weist vier
Vorratsräume 51 bis 54 auf,
die ringsektorförmig im äußeren Umfangsbereich
des Rohrkörpers 2 quadrantenweise
angeordnet sind. Die Vorratsräume 51 bis 54 können die
gleiche Flüssigkeit,
aber auch zueinander unterschiedliche Flüssigkeiten enthalten. Der in 1 untere
Vorratsraum ist der Vorratsraum 51. Die Nummerierung der
weiteren Vorratsräume 52 bis 54 erfolgt
in der Stellung nach 15 entgegen dem Uhrzeigersinn.
Den Quadranten der vier Vorratsräume 51 bis 54 sind
sektorförmige
Steuerräume 55 bis 58 zugeordnet.
Die vier Quadranten mit jeweils den Vorratsräumen 51 bis 54 einerseits
und den Steuerräumen 55 bis 58 andererseits
sind durch zwei radial längs
des Rohrkörpers 2 verlaufende
und durchgehende Trennwände 59, 60 voneinander
getrennt.
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Die
Vorratsräume 51 bis 54 sind
von den Steuerräumen 55 bis 58 über eine
hohlzylindrische Steuerwand 61 getrennt. Diese ist in den
vier den Vorratsräumen 51 bis 54 zugeordneten
Quadranten des Rohrkörpers 2 unterteilt
in vier Steuerwandabschnitte 62 bis 65. Der Steuerwandabschnitt 62 liegt
dabei zwischen dem Vorratsraum 51 und dem Steuerraum 55,
der Steuerwandabschnitt 63 zwischen dem Vorratsraum 52 und
dem Steuerraum 56, der Steuerwandabschnitt 64 zwischen
dem Vorratsraum 53 und dem Steuerraum 57 und der
Steuerwandschnitt 65 zwischen dem Vorratsraum 54 und dem
Steuerraum 58.
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Die
Vorratsräume 51 bis 54 weisen
in Längsrichtung
des Rohrkörpers 2 die
zeilenweise über
den Umfang verteilt angeordneten Dosieröffnungen 7 auf. Unter
der dargestellten Dosieröffnung 7 des
Vorratsraums 51 ist in der Momentanstellung nach 15 eine
in 15 linke Füllnapfzeile 66 einer
Mikrotiterplatte 67 angeordnet. Die Mikrotiterplatte 67 ist
ein mittels des Mikrodosiersystems 1 nach den 15 bis 17 zu
benetzendes Substrat. Sie weist eine Mehrzahl von äquidistant
angeordneten Füllnapfzeilen 66 auf,
von denen in den 15 bis 17 sechs
dargestellt sind.
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In
der Momentanstellung nach 15 sind die
Steuerwandabschnitte 63 bis 65 in Ruhestellung und
der Steuerwandabschnitt 62 war durch Druckbeaufschlagung
des Steuerraums 55 in Abgabestellung, so dass aus der Zeile
von Dosieröffnungen 7 des
Vorratsraums 51 eine entsprechende Anzahl von Flüssigkeitstropfen 12 in
die zugeordneten Füllnäpfe der
in 15 linken Füllnapfzeile 66 abgegeben wird.
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Nach
erfolgter Abgabe der Flüssigkeitstropfen 12 dreht
sich der Rohrkörper 2 in 15 im
Uhrzeigersinn (Pfeil 68) um 90°. Anschließend oder simultan hierzu erfolgt
quer zum Rohrkörper 2 nach links
in Richtung des Pfeils 69 eine Verschiebung der Mikrotiterplatte 67 um
den Abstand zwischen zwei Füllnapfzeilen 66,
so dass die Momentanstellung nach 16 erreicht
ist. Es erfolgt nun eine Druckbeaufschlagung des Steuerraums 56,
so dass der Steuerwandabschnitt 63 von der Ruhe- in die
Abgabestellung überführt wird
und aus der Zeile von Dosieröffnungen 7 des
Vorratsraums 52 eine entsprechende Anzahl von dosierten
Flüssigkeitstropfen 12 in
die nächste
Füllnapfzeile 66 rechts
von der in der Stellung nach 15 befüllten Füllnapfzeile 66 eingefüllt wird.
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17 zeigt
eine weitere Momentanstellung des Mikrodosiersystems 1 nach 15 während der Befüllung einer
weiteren Füllnapfzeile 66 aus
dem Vorratsbehälter 53.
Der Rohrkörper 2 ist
gegenüber der
Stellung nach 16 wiederum um 90° im Uhrzeigersinn
verdreht und die Mikrotiterplatte 67 ist gegenüber der
Stellung nach 16 um einen Abstand zwischen
den Füllnapfzeilen 66 in
Richtung des Pfeils 69 verschoben. Die nächste, noch
leere Füllnapfzeile 66 wird
dann entsprechend aus der Vorratskammer 53 befüllt.
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Diejenigen
Vorratskammern 51 bis 54, aus denen in einer gegebenen
Momentanstellung des Rohrkörpers 2 nach 15 keine
Befüllung
erfolgt, werden über
ein nicht dargestelltes Reservoir entsprechend der Abgabemenge wieder
nachgefüllt. Der
entsprechend den vier Vorratskammern 4-taktige Abgabevorgang kann
sich beliebig oft wiederholen, so dass auf der Mikrotiterplatte
ein zweidimensionales Array von Füllnäpfen befüllt werden kann. Hierbei ist
die Rotationsbewegung des Rohrkörpers 2 mit dem
Vorschub der Mikrotiterplatte 67 synchronisiert.
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Alternativ
zu einer Rotation des Rohrkörpers 2 kann
auch ein Hin- und Herschwenken des Rohrkörpers 2 erfolgen.
In den verschiedenen Schwenkstellungen wird dann jeweils eine Zeile
von Dosieröffnungen 7 gegenüber einer
zu befüllenden
Füllnapfzeile 66 in
Position gebracht. Diese Schwenkbewegung des Rohrkörpers 2 ist,
wie oben im Zusammenhang mit der Rotationsbewegung erläutert, mit
dem Vorschub der Mikrotiterplatte 67 synchronisiert.
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Bei
einem alternativen Mikrodosiersystem, welches entsprechend den vorstehend
erläuterten Varianten
zum Benetzen eines Substrats arbeitet, kann auch eine andere Zahl
von ansteuerbaren Vorratsräumen
vorhanden sein.
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Es
können
zum Beispiel zwei getrennt voneinander ansteuerbare Vorratsräume wie
bei der Ausführung
des Rohrkörpers
nach den 1 und 2 vorhanden
sein, wobei ein Verdrehen bzw. Verschwenken des Rohrkörpers zwischen
den Momentanstellungen zum Benetzen des Substrats gedreht oder geschwenkt
wird. Auch die anderen, oben im Zusammenhang mit den 1 bis 14 beschriebenen
Rohrkörper 2 mit
mehr als einem Vorratsraum können
entsprechend bei einem derartigen Mikrodosiersystem eingesetzt sein.
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Alternativ
zum Vorschub der Mikrotiterplatte 67, also des Substrats,
in Richtung des Pfeils 69 kann auch ein entsprechender
Vorschub des Rohrkörpers 2 in
Gegenrichtung erfolgen.