Die
Erfindung bezieht sich insofern auf Ganzglas-Spritzen – englisch:
All-Glass Syringes – insbesondere
nach ISO 595-1-1986 und prinzipiell analogen Vorrichtungen im Bereich
der Chemie, Biologie, Medizin, und Körperhygiene, die aus einem hohlen
Zylinder mit einem Mantel aus Glas und einem dazu dicht passenden
Kolben mit einem Mantel aus Glas bestehen, bei einem Spritzen-Volumen
von 0,5 bis 500 mL.
Der
Begriff „Glas" umfasst dabei verschiedene
Glasarten, wie zum Beispiel Borsilikatglas und Quartzglas und der
Begriff „Ganzglas-Spritzen" die Spritzen im
eigentlichen Sinn (Ganzglas-Spritze mit Anschluss einer Injektionsnadel,
oder Schlauch), Kolben-Pipetten (Ganzglas-Spritze verschmolzen mit einer
graduierten Glas-Pipette
oder Voll-Pipette), Spritzen-Pumpen (Antrieb des Spritzen-Kolbens durch
einen Motor, z. B. zur gleichmässigen
medizinischen Infusion), Kolben-Dispenser (spritzenähnliche
Pump-Vorrichtung auf dem Gewindehals einer Flasche verbunden mit
dem flüssigen
Inhalt der Flasche), Spritzen als Bestandteile von diversen Laborapparaturen,
und Pumpen für
die Körperhygiene
(z. B. Milchpumpen in der Form einer Ganzglas-Spritze zum Aufsetzen
auf die weibliche Brust). Der Antrieb des Kolbens erfolgt dabei
auf manuelle oder maschinelle Weise.
Der
Begriff „Ganzglas-Spritzen" umfasst jedoch auch
Spritzen, bei denen Teile des Zylinders oder Kolbens – z. B.
der Deckel des Zylinders oder der Griff des Kolbens – aus anderen
Materialien als Glas gefertigt sind, sofern es sich nicht um den
gläsernen Mantel
des Kolbens und den dazu dicht angepassten gläsernen Mantel des Zylinders
handelt.
Mit
der Erfindung nicht in Zusammenhang zu bringende und daher nur als
tangierender Stand der Technik zu betrachten, sind Spritzen mit
einem Kolben aus Metall oder Kunststoff, mit oder ohne zusätzlichen
Dicht-Profilen oder Dichtringen. Dies sind die in chemischen Laboratorien
weithin genutzten, gasdichten „HAMILTON"-Spritzen oder „SGE"-Spritzen mit massivem
PTFE-Kolben in einem Spritzen-Zylinder aus Glas (Makro-Spritzen
von 1 bis 100 mL Volumen).
Eine
bekannte Ganzglas-Spritze wurde im 19. Jahrhundert von Herman Wulfing
Luer in Paris, Frankreich, entwickelt.
Als
weltweit bekannte Hersteller von Ganzglas-Spritzen sind z. B. die
Firmen Poulten-Graf
sowie Popper & sons.
bekannt.
Die
o.g. Spritze besteht im Prinzip aus einem frei beweglichen zylindrischen
Glaskolben, dessen Aussendurchmesser passend zum Innendurchmesser
eines hohlen Glas-Zylinders gefertigt ist. Dabei ist infolge der
Durchmesser-Toleranzen zwischen Kolben und Zylinder von etwa 0,02
mm nur eine begrenzte Abdichtung gegeben. Das Prinzip dieser Ganzglas-Spritze
wird vielfältig
in Laboratorien der Medizin, Biologie und Chemie verwendet. Durch
das Fehlen zusätzlicher
Dichtmittel ist diese Ganzglas-Spritze
für moderne
Anwendungen im Labor oft nicht dicht genug – die Spritze ist nicht gasdicht – und auch
nur beschränkt
flüssigkeitsdicht.
Hilfsweise verwendetes Vakuum-Fett
ist als Dichtmittel wegen seiner chemischen Unbeständigkeit
wenig geeignet.
Auch
Gummi als Dichtmittel ist wegen seiner hohen Reibung (Schwergängigkeit
des Kolbens) und entstehendem Abrieb sowie seiner meist geringen chemischen
Beständigkeit
ebenfalls wenig geeignet.
Plastische
Polymere sind dagegen Dichtmittel mit geringen Reibungskoeffizienten
und sie besitzen oft hohe chemische Beständigkeit. Es ist jedoch bisher
nicht gelungen, Ganzglas-Spritzen mit zusätzlichen Dichtstoffen wie PTFE
oder anderen plastischen Polymeren abzudichten, ohne zusätzliche, aufwendige,
mechanische Zubehörteile
zur Aufrechterhaltung der Dichtspannung des plastischen Dichtstoffes
zu verwenden. Das Schwierigste bisher ungelöste Problem dabei ist zu verhindern,
daß der
spröde Glaszylinder,
infolge der großen
Dichtspannung eines Polymer-Dichtringes zerreißt.
Ferner
ist das Nachlassen der erforderlichen Dichtspannung durch irreversibles
Verformen (Kaltfluß,
Kriechentspannung) des plastischen Polymers nachteilig. Weiterhin
steht bisher einer praktikablen Lösung entgegen, daß für die erforderliche
Stabilität der
Dichtspannung sehr unterschiedliche Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten von Kunststoff
und Glas, z.B. für
PTFE etwa 20·10–5/K,
für ähnliche
plastische Polymere etwa 10·10–5/K,
für Quarzglas 0,05·10–5/K
und Glas etwa 0,35·10–5/K
Berücksichtigung
finden müssen.
Eine
funktionsfähige
Verbesserung von Ganzglas-Spritzen mit einem zusätzlichen Dichtring aus PTFE
oder einem anderen plastischen Kunststoff in einer zusätzlichen
Nut des Kolbens aus Glas, ist bisher nicht für möglich gehalten worden.
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Lösung für Ganzglas-Spritzen
unter Zuhilfenahme eines integrierten und zuverlässig wirkenden Dichtmittels
in Form eines aus künstlichem
Werkstoff bestehenden Dichtringes vorzuschlagen, mit welchem die
gewünschte
Verbesserung der Dichtheit erzielbar ist, bei hoher Chemikalien-
und Temperatur-Beständigkeit,
und mit welchem eine Erhöhung der
Standzeit realisierbar ist, bei guter Leichtgängigkeit des Kolbens.
Derart
qualitativ verbesserte Laborgeräte
ließen
sich u. a. auch vorteilhaft unter sterilen und Reinstraum-Bedingungen,
bei der Handhabung toxischer Materialien, in arktischen Forschungs-Stationen
oder bei Weltraummissionen verwenden.
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe wie folgt gelöst,
wobei hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken auf
den Patentanspruch 1 verwiesen wird.
Die
weitere Ausgestaltung der Erfindung folgt aus den Patentansprüchen 2 bis
8.
Folgende
ergänzende
Hinweise zur erfindungsgemäßen Lösung sind
erforderlich.
Das
Wesen der Erfindung beruht hauptsächlich auf der Hinzufügung mindestens
eines Dichtrings aus einem plastischen Kunststoff mit geringer Breite und
geringer Dicke, wobei er sich zur Begrenzung des Kaltflusses bzw.
zur Verhinderung seiner Ausdehnung in einer flachen und schmalen,
insbesondere rechteckigen, Nut des Glaskolbens befindet. Er kann
dort nicht herausfallen oder verdreht werden, da er durch Hitze-Schrumpfung
fest in der Nut gehalten wird und auf ihn zusätzlich die Flächenpressung
des Glaszylinders der Ganzglas-Spritze einwirkt.
Die
Erfindung soll nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Es
zeigen:
1a Ein
mit einer Nut und einem Dichtring ausgestatteter Kolben einer Ganzglas-Spritze,
dargestellt als Explosions-Zeichnung.
1b Eine
vergrösserte
Ansicht des Dichtrings in der Nut wie in 1a, dargestellt
im zusammengesetzten Zustand der Spritze
2a Ganzglas-Spritze
2b Ganzglas-Spritze
mit einem Kolben, der ein getrenntes dünneres Längs-Segment aufweist.
2c Kolben-Pipette
(Ganzglas-Spritze mit angebrachter graduierter Pipette)
2d Kolben-Pipette
(Ganzglas-Spritze mit angebrachter Voll-Pipette)
2e Ganzglas-Spritze
ohne Skalierung als Teil einer Pumpe.
3 Ganzglas-Spritze
mit Mindestabstand des Dichtrings von der Front des Kolbens, zur
Umgehung des Fehlers des Innendurchmessers des Zylinders nahe der
Bodenplatte (übertrieben
gezeichnete Grösse
des Fehlers, der optisch nicht feststellbar ist).
4 Kolben
mit zusätzlicher
konzentrischer Nut ohne Dichtring, als Schmutz-Aufnehmer.
5 Kolben
mit zusätzlicher
Spiral-Nut ohne Dichtring, als Schmutz-Aufnehmer
1a zeigt
die Ganzglas-Spritze in Explosionsdarstellung. Eine Nut 3 im
Kolben 1 hat eine Nut-Breite 5 von 0,7 mm und
eine Nut-Tiefe 6 von 0,1 mm bei hier vorhandenem rechteckigem
Querschnitt. Ein Dichtring 4, bestehend aus PTFE, ist so
bemessen, dass er die Nut 3 ausfüllt und eine potentielle Dichtspannung
zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 erzeugt.
Der Dichtring 4 hat, vor dem Einwirken der Dichtspannung,
0,2 mm Dicke und 0,6 mm Breite, bei einem rechteckigen Querschnitt
Diese Maße
des Dichtrings 4 erlauben seine Verformung und Kompression über die
Dichtspannung, ohne dass es zu einem Verlust derselben kommt. Der Dichtring 4 wird
in der Nut 3 mittels Hitze-Schrumpfung des PTFE arretiert,
damit er sich nicht verdreht oder aus der Nut 3 herausfällt.
1b zeigt
vergrösserte
Details der Nut 3 und des Dichtrings 4 im zusammengebauten
Zustand der Ganzglas-Spritze bei vorhandener Dichtspannung. Der
Dichtring 4 verformt sich unter Einwirkung der Dichtspannung
zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 2 und füllt die
Nut 3 passgenau aus. Weiterhin fließt als Folge der einwirkenden
Dichtspannung ein allerdings nur geringer Teil des PTFE an beiden
Seiten der Nutbegrenzung heraus, und zwar etwa 0,2 mm seitwärts in den
etwa 0,02 mm breiten Zwischenraum zwischen dem Kolben 1 und dem
Zylinder 2.
Durch
seine vorgesehene extrem geringe Breite und Dicke ist der Dichtring 4 formstabil
und sichert die potentielle Dichtspannung zwischen dem Kolben 1 und
dem Zylinder 2. Die Leckrate der Ganzglas-Spritze für Luft verbessert
sich von 10–3 Pa
m3 s–1 (Fein-Vakuum) ohne Dichtring,
auf 10–7 Pa·m3s–1 (Hoch-Vakuum) unter
Nutzung der erfindungsgemässen
Lösung
(gemessen nach DIN 12256). Damit erfüllt die modifizierte Ganzglas-Spritze
das Kriterium „gasdicht".
Die
gefundene geringe Dicke des aus PTFE bestehenden Dichtrings 4 von
z. B. nur etwa 0,1 mm, im Zustand der einwirkenden Dichtspannung,
hat u.a. eine nur geringe Ausdehnung von 0,002 mm bei 100 K Temperaturerhöhung (der
Temperatur-Ausdehnungskoeffizient
beträgt
z. B. für
PTFE etwa 20·10–5/K)
zur Folge. Vorteilhafterweise sind der Zylinder 2 und der
Kolben 1 der modifizierten Ganzglas-Spritzen genügend elastisch, um sich dieser Temperatur-Ausdehnung
von 0,002 mm räumlich
anpassen, ohne zu zerbrechen. Ähnlich
günstig
hält die Elastizität der Glasteile
bei einsetzender Temperatur-Schrumpfung oder der wirkenden „Kriech-Entspannung" des Dichtrings 4 die
Dichtspannung aufrecht. Diese durch erfindungsgemässe Dimensionierung
der Nut 3 und Dichtring 4 zur Dichtspannung beitragende,
nur durch das Hilfsmittel einer Mikrometerschraube messbare, Elastizität der Glasteile 1 und 2 der
Spritze ist hier überraschend
nachweisbar.
Die
Anwendung der gefundenen geringen Breite des Dichtrings 4 von
nur etwa 0,7 mm (im Zustand der Dichtspannung) bewirkt eine anhaltend hohe
Dichtspannung, bei gleichzeitig geringer radialer Dicht-Kraft. Dadurch
wird einem Zerreißen
des Zylinders 2, infolge von Zugspannungen des Glases, entgegengewirkt.
Weiterhin ist über
diesen hohen Druck eine plastische Anpassung des Dichtrings 4 bei
seiner erstmaligen Anpassung an die Form der Nut 3 gegeben,
was sich auch als Vorteil bei Erhöhung und Verringerung der Einsatz-Temperatur
der modifizierten Ganzglas-Spritze herausstellt. Die geringe Breite
des Dichtrings 4 ergibt eine geringe axiale Reibungskraft
und eine leichte axiale Beweglichkeit des Kolbens 1 gegenüber dem
Zylinder 2. Die hohe Dichtspannung bzw. der hohe Druck
auf den Kunststoff des Dichtrings 4 führt in einen Zustand mit verringerter
Porosität
des Kunststoffs und es gelingt vorteilhafterweise eine verbesserte
Dichtwirkung zu erreichen. Dabei wurde beobachtet, daß der vor
Einsetzen der Dichtspannung rein weiße und undurchsichtige Dichtring 4 danach
seine optische Durchlässigkeit
vergrößert, was
auf eine Volumen-Kompression
durch Verschwinden der sonst typischen Porosität des PTFE hinweist. In diesem
komprimierten Zustand ergeben sich für das PTFE verbesserte Dichtheits-
und Elastizitätseigenschaften
gegenüber
Temperatur-Schwankungen des Einsatzes der modifizierten Ganzglas-Spritze.
Ein
gefundenes Verhältnis
von Breite gegenüber
der Dicke der Nut 3 bzw. des daran geformten Dichtrings 4 von
mindestens 2 zeitigt eine gute Formstabilität und eine Bewahrung der Dichtspannung durch
Minimierung von Fliess-Verformung bzw. „Kriech-Entspannung" des verwendeten plastischen Polymers.
1b zeigt
als zusätzliches
Merkmal ein an beiden Seiten der Nut 3 angrenzendes 0,6
mm breites Rauh-Profil 7 mit einer Rauhtiefe von etwa 0,01 mm
als Ergebnis der Oberflächenbehandlung
mit einem üblichen
Schleifpulver für
Glas. Es reicht dabei eine Rauheit der Oberfläche aus, wie sie ähnlich bei Rohlingen
von Laborglas-Schliffen von etwas rauerer Qualität vorhanden ist.
Mittels
des Rauh-Profils erfolgt eine Erhöhung der Fliess-Beständigkeit
des plastischen Polymers für
den Dichtring 4, wodurch eine Begrenzung des seitlichen
Abflusses des aus der Nut herausquellenden Teils des sich plastisch
verhaltenden Dichtrings 4 auf der Oberfläche des
Kolbens 1 gegeben ist. Der Dichtring 4 widersteht
somit der sogenannten Fliess-Verformung bzw. „Kriech-Entspannung", die sonst zum Verlust
der Dichtspannung des verwendeten plastischen Polymers führen würde. Die
Abdichtung ist bei Einsatz-Temperaturen der Spritze im Bereich von –80 °C bis + 180 °C gewährleistet.
Typischerweise
sind Kolben 1 herstellungsbedingt bereits geringfügig rauh
als Folge des Einschleifens passend zum Zylinder. Es ist aber im
Sinne der Erfindung vorteilhaft, die Rauheit wie beschrieben zu
vergrößern.
1b kann,
in Abänderung
von vorbeschriebenem, auch ein geändertes Rau-Profil 7 bestehend
aus konzentrischen Rillen von etwa 0,1 mm Abstand und etwa 0,1 mm
Tiefe und ein Zick-Zack-Profil, letzteres als Ergebnis der Behandlung
mit einem Laserstrahl oder einem Schleifwerkzeug, aufweisen. Dieses
vorhandene Rauhprofil verstärkt
die Begrenzung des seitlichen Abflusses des aus der Nut herausquellenden
Teils von Werkstoff des plastischen Dichtrings 4 durch
Haftreibung. Der Dichtring 4 hält dadurch der sogenannten
Fliess-Verformung bzw. „Kriech-Entspannung" besser stand, was
sonst zum Verlust der Dichtspannung des verwendeten plastischen
Polymers führen
würde.
Weitere Formen der Profilgestaltung der vorgenannten Rillen (Zick-Zack-,
Sinus, Mäander-Form),
die diesen Effekt erbringt, ist denkbar.
Die
nachfolgenden Ausführungsbeispiele zeigen,
wie übliche
Laborgeräte
nach dem Prinzip einer Ganzglas-Spritze mit einem erfindungsgemäßen PTFE-Dichtring ähnlich wie
von Ausführungsbeispiel 1
ausgestattet werden:
So stellt 2a eine
modifizierte Ganzglas-Spritze dar, mit Skalierung des Zylinders 2,
die mit der Nut 3 und dem Dichtring 4 aus einem
geeigneten plastischen Polymer versehen ist. Die Bodenplatte des
Zylinders 2 enthält
in der Mitte in bekannter Weise einen Anschluß für eine Spritzen-Nadel oder
für ein Auf-Zu-Ventil.
2b zeigt
eine modifizierte Ganzglas-Spritze mit einem verkürzten Kolben 1,
der ein zusätzliches
dünneres
Längs-Segment 8 aufweist. Das
dünnere
Längs-Segment 8 ist
vorteilhaft zur Aufnahme von störenden
Feststoff-Partikeln, d.h. zur Verringerung des Risikos des Klemmens
des Kolbens 1, geeignet einsetzbar.
2c zeigt
eine Kolben-Pipette, ausbildbar durch Verschmelzung des Zylinders 2 einer
modifizierten Ganzglas-Spritze mit einer graduierten 50 mL Rohr-Pipette 12.
Der Dichtring 4 hat hier außerdem die Aufgabe einer Kolben-Bremse
und beseitigt das unkontrollierte Herausfließen von dosiertem Medium, infolge
der unkontrollierten Bewegung des Kolbens 1, was ein sonst
bekannter Nachteil dieser Pipetten ist.
2d zeigt
eine Kolben-Pipette ähnlich
wie in 2c, wobei statt einer graduierten
Pipette eine sogenannte Voll-Pipette 13 verwendet ist.
2e zeigt
eine der erfindungsgemäßen Lösung nachempfundene
Kolben-Zylinder-Einheit, ohne
Skalierung als Teil einer Spritzen-Pumpe, mit einem verkürzten Kolben 1,
der einen zusätzliches dünneres Längs-Segment 8 aufweist,
was zur besseren Ankopplung an einen Motor, der den Kolben 1 bewegt,
dient. Der Zylinder 2 ist aus Glas und hat keinen Glas-Deckel,
so dass ein geeigneter Metalldeckel zur Verbindung an einem Gehäuse daran
angeschraubt werden kann.
2f zeigt
eine modifizierte und verbesserte Ganzglas-Spritze in Form einer
Saugpumpe, z.B. als Milchpumpe, mit einem Kolben 1 mit
einem weit offenen Saug-Ansatz 14.
Die Verwendung als Milchpumpe erfolgt vorteilhaft, indem der Saug-Ansatz
an die weibliche Brustdrüse
angesetzt und der Zylinder zur Erzeugung eines Vakuums manuell phasenweise gezogen
und zwischenzeitlich losgelassen wird. Der Vorteil gegenüber bekannten
Spritzen-Milchpumpen ohne Dichtring 4 ist die hohe Dichtheit
und die Wirkung der Haft-Reibung des Dichtrings 4 als Kolben-Bremse
gegen die Vakuum-Kraft. Dadurch sind lange Vakuum-Saug-Phasen möglich, bei
denen der Zylinder 2 nicht manuell kraftausübend festgehalten werden
muss. Aus hygienischen Gründen
ist der Dichtring 4 aus einem in kochendem Wasser sterilisierbaren
und beständigen
Polymer, wie PTFE gefertigt. Weitere geeignete sterilisierbare Polymere
sind denkbar.
Zur
Anwendung für
eine Spritze wie in 2a wurden für den Dichtring 4 neben
PTFE die folgenden plastischen Polymere alternativausprobiert: Fluorpolymere
(FEP, PFA, PCTFE, PVDF, Kalrez, Viton), andere plastische Polymere
(Polyimid, Poly(amidimid), Poly(etherketon) bzw. PEEK, Polyethylen,
Polypropylen, Polyvinylchloride, Polyvinylacetat) und Kompositionen
von PTFE mit Graphit oder mit Molybdänsulfid, zur Verbesserung seiner
Formbeständigkeit.
Polypropylen weist eine bessere Standzeit auf, wenn salzreiche wäßrige Medien
dosiert werden. Für
die Dosierung organischer Lösungsmittel
sind dagegen die genannten Fluorpolymere chemisch beständiger.
PTFE ist zwar das chemisch und thermisch beständigste plastische Polymer,
jedoch ist der mechanische Abrieb relativ hoch. Ein Dichtring 4,
bestehend aus PEEK, zeigt dagegen eine besonders hervorragende Abrieb-Beständigkeit.
Bei
einer modifizierten Ganzglas-Spritze, ähnlich wie in 2e,
können
am Kolben 1 zwei Nuten 3 mit zwei Dichtringen 4 aus
PTFE im Abstand von 2 mm angebracht werden, was eine zusätzliche Verbesserung
der Dichtheit und Standzeit ergibt. Die hierdurch vergrößerte Reibungskraft
des Kolbens 1 kann u.a. mittels des Einsatzes eines Motorantriebs für den Kolben 1 neutralisiert
werden. Eine solche modifizierte Ganzglas-Spritze funktioniert auch
mit Kombinationen von zwei verschiedenen Polymeren für die beiden
vorhandenen Dichtringe 4.
Bei
einer modifizierten Ganzglas-Spritze, ähnlich wie in 2e,
ist ein dünnes
Längs-Segment 8 des
Kolbens 1 statt aus Glas, auch aus Edelstahl fertigbar,
wobei es mit einem verkürzten
Kolben 1 aus Glas fest verbunden ist. Das dünne und
bruchfeste Längssegment 8 ist
vorteilhaft geeignet für
die stoffschlüssige
Verbindung des weniger bruchfesten gläsernen Kolbens 1 mit
einem Motor-Antrieb des Kolbens 1.
3 zeigt,
wie eine Nut 3 mit Dichtring 4 bei einer Mindest-Distanz 9 von
ca. 16 mm vor der Front des Kolbens angeordnet ist, da hier der
Zylinder 2 einer Ganzglas-Spritze mit ca. 50 mL Nenn-Volumen, beginnend
an seiner Bodenplatte, über
eine Distanz von 15 mm ein fehlerhaftes Übermaß des Innen-Durchmessers von
etwa 0,1 mm aufweisen kann.
Es
wurde gefunden, daß Spritzen
mit größeren Nenn-Volumina
(mL) dabei eine größere Mindest-Distanz
(mm) erfordern, z.B. 5 mL/10 mm, 10 mL/12 mm, 50 mL/15 mL, 100 mL/18
mm. Ohne dieses Merkmal einer Mindest-Distanz würde keine ausreichende Dichtspannung
ausübbar
sein, wenn der Kolben 1 nahezu völlig in den Zylinder 2 geschoben ist.
Das genannte Übermaß des Innen-Durchmessers
des Zylinders 2 über
eine gewisse Distanz nahe der Bodenplatte des Zylinders 2 ist
typisch für
eine bestimmte Produktionsweise des Zylinders 2 mittels Form-Giessen
und muss akzeptiert werden. Jenseits dieser Distanz hat sich der
Innendurchmesser des Zylinders 2 wieder stufenlos auf ein
konstantes Maß verjüngt und
dem Durchmesser des Kolbens 1 angeglichen. Dieses Problem
des nicht-konstanten Innen-Durchmessers des Zylinders 2 ist
für das menschliche
Auge in der Regel nicht sichtbar und trat erst durch den Verlust
der Dichtspannung des erfindungsgemäßen Dichtrings 4 zutage
und wird durch die Mindest-Distanz gelöst.
4 zeigt,
wie bei einer modifizierten Ganzglas-Spritze, ähnlich wie in Anwendungsbeispiel 1,
eine zusätzliche
konzentrische Nut 10 ohne Dichtring 4 auf dem
Kolben 1 auf der der Kolben-Front abgewandten Seite einer
Nut 3 mit Dichtring 4 angebracht ist. Die Maße der Nut 10 sind
ca. 1 mm Nut-Breite 5 und ca. 0,5 mm Nut-Tiefe 6.
Die Funktion von Nut 10 ist die eines Schmutz-Aufnehmers,
d. h. die Aufnahme von störenden
Partikeln (z.B. Abrieb des Dichtrings 4, Staub, Feststoffpartikel aus
verdunstenden Lösungen
u.a.), die sonst zur Schwergängigkeit
der Kolbenbeweglichkeit, sowie zur beschleunigten Abnutzung des
Dichtrings 4 und seiner wachsenden Undichtheit führen können. Eine weitere
Funktion der Nut 10 ist die Aufnahme von Flüssigkeit
(dosierte Flüssigkeit
im Spritzen-Zylinder), die den Dichtring 4 per Leckage überwinden könnte. Insbesondere
wurde gefunden, daß wässrige Proben
einen Film zwischen Kolben 1 und Zylinder 2 bilden
können,
der zur Schwergängigkeit
des Kolbens 1 führt.
Die Nut 10 beseitigt dieses Problem und stellt ein genügend großes Volumen
dar, um die Flüssigkeit
aufzunehmen. Zur Reinigung der Nut 10 von Schmutz und Flüssigkeit
muss der Kolben 1 gelegentlich aus dem Zylinder 2 entfernt
werden. Je größer das
Volumen der Nut 10 ist, desto größer ist die aufnehmbare Menge
und desto größer der
Zeitraum zwischen den Säuberungen.
5 zeigt
auf dem Kolben 1 eine Spiral-Nut 11, die über den
Umfang des Kolbens 1 angebracht ist und die sich über seine
axiale Länge
erstreckt, wobei jedoch die Nut 3 nicht erfaßt bzw.
erreicht wird, bei einer Breite von 1 mm und einer Tiefe von 0,3
mm und etwa rechteckigem Querschnitt von der Spiral-Nut 11.
Die
Funktion von Spiral- Nut 11 ist die eines Schmutz-Aufnehmers, ähnlich von
Nut 10, nach vorgenanntem Beispiel. Die Spiral-Nut 11 dient
auch als Aufnehmer für
einen möglichen
Flüssigkeitsfilm,
infolge Leckage des Dichtrings 4. Es wurde gefunden, dass
die spiralige Form für
diesen Zweck besonders effizient ist.
Die
Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß das bereits
bestehende Sortiment von Ganzglas-Spritzen relativ einfach abgedichtet werden
kann. Man erreicht eine hohe Dichtheit gegenüber flüssigen und gasförmigen Medien
unter Einsatzbedingungen mit großen Temperaturschwankungen.
Die zu überwindende
Reibungskraft des Kolbens 1 bei Bewegung gegenüber dem
Zylinder 2 ist dabei relativ gering und hoch genug, um
das Herausfallen des Kolbens 1 zu verhindern (Kolbenbremse). Der
Dichtring 4 verbleibt beim Herausziehen des Kolbens 1 stabil
in der Nut 3 des Kolbens 1. Die modifizierte Ganzglas-Spritze
ist chemisch hoch beständig, da
sie fast ausschließlich
aus Glas besteht und eine sehr geringe Masse von ca. 20 mg eines
Polymers als Dichtmittel, z.B. PTFE benötigt. Ein weiterer Vorteil
ist die hohe Reinheit der erfindungsgemässen Spritzen, da nur eine
geringe Menge Polymer (typische Absorber von Chemikalien) eingesetzt
wird, so dass z.B. beim Wechsel von aufeinanderfolgenden Umwelt-Wasserproben
in derselben Spritze keine Verschleppung von Chemikalien aus alten
Proben in neue Proben stattfindet. Zum Vergleich sind die massiven
PTFE-Kolben von „HAMILTON"-Spritzen eine bekannte
Kontaminationsquelle, da das PTFE, obwohl chemisch beständig, durchaus
grosse Mengen von Chemikalien absorbieren, und in neue Proben wieder
als Verunreinigung abgeben kann.