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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Temperieren von Laborgefäß-Inhalten mit einer Aufnahmevorrichtung, lösbar verbunden mit einem Wechselblock zum Aufnehmen und Temperieren von Laborgefäßen, und mit einem Antrieb, durch den sich die Aufnahmevorrichtung in eine Mischbewegung versetzen lässt, und mit einer Temperiervorrichtung zum Temperieren des Wechselblocks:
Mischvorrichtungen, in denen Gefäßinhalte vermengt werden, sind hinlänglich bekannt. Insbesondere für Labore gibt es Mischer, die auch kleine Flüssigkeitsmengen dadurch mischen können, dass kleine Behälter in geeigneten Haltern, so genannten „Wechselblöcken” (Vorrichtungen zur Aufnahme von Gefällen, die auch zur Temperierung verendet werden können) auch in sehr großen Gruppen zwei-, drei- oder sogar vierstelliger Anzahl zusammengefasst sind. Solche Gefäße und die zugehörigen Aufnahmen in den Wechselblöcken können genormt sein. So gibt es zum Beispiel Gefäße mit 0,2 ml, 0,5 ml, 1,5 ml und 2,0 mm Inhalt – sowie jeweils Wechselblöcke mit geeigneten Aufnahmen standarisiert dazu. Ferner gibt es zum Beispiel Wechselblöcke für Cryo-Gefäße, für Falcon-Gefäße (z. B. 1,5 ml und 50 ml), für Glasgefäße und Bechergläser, für Behälter, für Microtiterplatten mit z. B: 96 und 384 Gefäßen (MTP), für Deep Well Platten (DWP), für Slides und für PCR-Platten mit 96 Gefäßen (wells). Diese Aufzählung ist nicht abschließend, deutet aber an, in welcher großen Vielfalt Laborgefäße existieren, für die die Mischer geeignet sein sollten.
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Weil diese Wechselblöcke meistens so aufgebaut sind, dass die Einzelgefäße von oben dort hinein gesteckt werden, hat sich für die bekannten Mischer bevorzugt eine kreisförmig translatorisch oszillierende Mischbewegung etabliert, die im wesentlichen in einer horizontalen Ebene abläuft. Zu diesem Zweck ist bei den bekannten Mischern in aller Regel ein Umwuchtantrieb, der bevorzugt durch einen Elektromotor angetrieben wird, dafür zuständig, einen „Tisch” (eine Aufnahmevorrichtung, auf der ein Wechselblock befestigt ist) in diese kreisförmige Bewegung zu versetzen. Üblicherweise werden solche Mischer mit einer Drehfrequenz von 200 U/min bis 3.000 U/min angetrieben, es sind aber auch Drehfrequenzen von 100 U/min bis 10.000 U/min möglich. Die Frequenz ist in aller Regel einstellbar.
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Wenn nun die Mischvorrichtung auch eine Temperiervorrichtung aufweist, um die Laborgefäß-Inhalte nicht nur zu mischen sondern auch temperieren zu können, gibt es eine Aufnahmevorrichtung, bei der eine Wärmequelle oder -senke der Temperiervorrichtung zumindest eine Kontaktfläche auf der Oberseite erwärmt und diese Kontaktfläche in Wärmeleitungsverbindung mit dem darauf montierten Wechselblock stehen, und zwar durch direktes Anliegen an an seiner Unterseite.
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Üblicherweise sind die Kontaktfläche der Aufnahmevorrichtung und Unterseite des Wechselblocks, die die Kontaktseite berührt, flach ausgeprägt oder nahezu flach. Dabei weicht die Steigung der Fläche gewöhnlich maximal um 10° aus der Horizontalen ab. Die Kontaktfläche der Aufnahmevorrichtung kann die vollständige Fläche der Aufnahmevorrichtung ausmachen, aber auch nur einen gewissen Anteil, üblicherweise von mindestens 70%. Außerdem können auch mehrere Wechselblöcke auf einer Aufnahmevorrichtung angebracht werden, zum Beispiel 2, 4, 6, 8 oder 9. Bevorzugt haben die Wechselblöcke dabei eine Unterseite gleicher Größe. Um den wärmeleitenden Kontakt mit der temperierten Kontaktseite der Aufnahmevorrichtung herzustellen, sind solche Wechselblöcke, die üblicherweise aus gut wärmeleitenden Werkstoffen wie Metallen bestehen, insbesondere aus Aluminium oder Silber, wobei der Block massiv aufgebaut sein kann oder eine erodierte Struktur aufweisen kann, die zur Gewichtserleichterung nur noch Strukturen für die Probeaufnahme und einen guten Wärmetransport von der Unterseite des Wechselblocks zu den Gefäßen, bekanntlich auf der Aufnahmevorrichtung festgeschraubt. Die Schrauben lassen sich relativ einfach mit Hilfe eines Werkzeugs wie eines Schraubenziehers lösen, so dass der Wechselblock ausgetauscht werden kann zum Beispiel gegen einen Wechselblock für Laborgefäße anderer Größe.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mischvorrichtung zum Mischen und Erwärmen von Inhalten von Gefäßen, die in einem Wechselblock angeordnet sind, zu schaffen, deren Handhabung verbessert ist. Insbesondere soll es dem Nutzer möglich sein, die Wechselblöcke auf der Mischvorrichtung mit der bloßen Hand zu befestigen und auch wieder zu lösen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung zum Mischen und Temperieren von Laborgefäß-Inhalten hat eine Aufnahmevorrichtung mit einem Wechselblock, einen Mischbewegungsantrieb und eine Temperiervorrichtung. Die Aufnahmevorrichtung steht in lösbarer Verbindung mit dem Wechselblock, welcher zum Aufnehmen und Temperieren von Laborgefäßen eingerichtet ist. Der Antrieb ist eingerichtet, die Aufnahmevorrichtung zusammen mit dem Wechselblock in eine Mischbewegung zu versetzen. Die Temperiervorrichtung hat eine Wärmequelle oder -senke, die durch Kontaktflächen an der Aufnahmevorrichtung einerseits und am Wechselblock andererseits in Wärmeleitungsverbindung mit dem Wechselblock steht. Die Kontaktflächen sind aneinander liegend.
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Bevorzugt sind die Kontaktfläche der Aufnahmevorrichtung und des Wechselblocks flach ausgeprägt oder nahezu flach. Dabei weicht die Steigung der Fläche maximal um 10°, bevorzugt um höchstens 3° und besonders bevorzugt nur um höchstens 1° aus der Horizontalen ab. Die Kontaktfläche der Aufnahmevorrichtung kann die vollständige Fläche der Aufnahmevorrichtung ausmachen, aber auch nur einen gewissen Anteil von > 70%, bevorzugt > 80% oder besonders bevorzugt > 90%. Außerdem können auch mehrere Wechselblöcke auf einer Aufnahmevorrichtung angebracht werden, bevorzugt 2, 4, 6, 8 oder 9. Bevorzugt haben die Wechselblöcke dabei eine Unterseite gleicher Größe.
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Erfindungsgemäß ist die lösbare Verbindung der Aufnahmevorrichtung mit dem Wechselblock durch eine Federelement gehalten, dass durch seine Federkraft einen ersten Hinterschnitt in mindestens einer ersten Richtung horizontal ineinander spannt. Hierbei besteht der Hinterschnitt zwischen der Aufnahmevorrichtung und dem Wechselblock. Bevorzugt liegt der Hinterschnitt auf der Seite des Wechselblocks, die der Seite gegenüberliegt wo das Federelement angreift. Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft ein sicheres formschlüssiges Verbinden des Wechselblocks mit der Aufnahmevorrichtung, auch wenn dieser den Belastungen der zuvor genannten Mischbewegungen ausgesetzt ist. Die Verbindung ist zum einen leicht handhabbar herzustellen und wieder zu lösen und zum anderen durch die Federvorspannung spielfrei. Insbesondere kann das Verbinden und Lösen des Wechselblocks durch den Nutzer mit der bloßen Hand vorgenommen werden.
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Die vom verwendeten Federelement aufgebrachte Federkraft beträgt üblicherweise 30 bis 150 N, bevorzugt 50 bis 100 N und besonders bevorzugt 65 bis 85 N. Hierdurch ist einerseits eine sichere Verbindung zwischen Aufnahmevorrichtung und Wechselblock sichergestellt und andererseits ist die Kraft nur so groß, dass Sie von einem Nutzer auch aufgebracht werden kann.
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Um den Wechselblock auf der Aufnahmevorrichtung sicher zu befestigen, muss er in den beiden horizontalen Raumrichtungen (X- und Y-Richtung) festgelegt sein sowie senkrecht dazu (in Z-Richtung). Die erfindungsgemäße Verbindung stellt eine formschlüssige Verbindung in Z-Richtung mindestens durch den ersten Hinterschnitt sicher. In mindestens einer ersten Richtung (zum Beispiel X oder Y) spannt das Federelement durch seine Federkraft das eine der beiden einander hinterschneidenden Formelemente in das andere und legt so die Verbindung in dieser horizontalen Richtung fest. Hierbei ist das eine Formelement an der Aufnahmevorrichtung angeordnet und das andere zugehörige Formelement am Wechselblock. Bevorzugt ist das hinterschneidende Formelement unten am Wechselblock angeordnet. Ebenso greift die Federkraft des Federelements bevorzugt unten am Wechselblock an.
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Durch bevorzugtes Ineinanderspannen der beiden einander hinterschneidenden Formelemente auch eines zweiten Hinterschnitts in einer zweiten horizontalen Richtung (die linear unabhängig von der ersten horizontalen Richtung ist), wird die Verbindung gegen jegliche horizontale Bewegung vollständig, und zwar vorteilhaft spielfrei, festgelegt. Das Ineinanderspannen auch in der zweiten horizontalen Richtung kann entweder durch die Federkraft eines zweiten Federelements oder auch durch die Federkraft des ersten Federelements bewirkt sein. In letzterem Falle kann das Federelement so ausgebildet sein, dass seine Federkraft so auf die Formelemente wirkt, dass sie vektoriell in eine in der ersten horizontalen Richtung wirkende Komponente und in eine in der zweiten horizontalen Richtung wirkende Komponente zerlegt ist.
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Bevorzugt sind für die eine horizontalen Richtung oder für beide Richtungen, in den die Federkräfte horizontal wirken, zwei Federelemente vorgesehen, so dass sich die Kräfte, die den Wechselblock einspannen, auf diese Federelemente aufteilen. Dies macht das Betätigen und Lösen der Federelemente durch den Nutzer wesentlich leichter. Entsprechend können natürlich für eine oder beide horizontale Richtungen auch noch mehr Federelemente vorgesehen sein. Eine zu große Zahl der Federelemente, die betätigt werden müssen, machen jedoch das Befestigen und Lösen des Wechselblocks wiederum aufwändig.
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Es kann auch vorteilhaft sein, in der zweiten horizontalen Richtung keinen Hinterschnitt vorzusehen, sondern einen horizontalen Anschlag, z. B. einen Zentrierzapfen. Dann kann die Verbindung aus dem ersten Hinterschnitt und dem mindestens einem Federelement, des in einer horizontalen Richtung wirkt, durch ein angewinkeltes Einhaken in den Hinterschnitt und anschließendes Niederklappen des Blockes erfolgen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren, die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung darstellen, beschrieben.
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1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht durch eine Aufnahmevorrichtung in lösbarer Verbindung mit einem Wechselblock als Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung;
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2 zeigt eine teilweise geschnittene räumliche Ansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung in lösbarer Verbindung mit einem Wechselblock;
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3 zeigt eine teilweise geschnittene räumliche Ansicht der Anordnung aus 2 aus anderer Perspektive;
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4 zeigt eine räumliche Ansicht einer anderen alternativen Ausgestaltung einer Aufnahmevorrichtung in lösbarer Verbindung mit einem Wechselblock;
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5 zeigt eine räumliche Ansicht eines Ausschnitts aus 4 aus anderer Perspektive;
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6 zeigt eine räumliche Ansicht eines Wechselblocks nach dem Stand der Technik und
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7 zeigt eine Mischvorrichtung nach dem Stand der Technik ohne den Wechselblock aus 6.
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In 1 ist eine Aufnahmevorrichtung 2, die von einem nicht dargestellten Antrieb in eine horizontale Mischbewegung versetzt werden kann, dargestellt. Die (insgesamt nicht vollständig dargestellte) Mischvorrichtung hat ferner eine (nur teilweise dargestellte) Temperiervorrichtung mit einer nicht dargestellten Wärmequelle, die die Aufnahmevorrichtung 2 erwärmen kann. Die Aufnahmevorrichtung steht in Wärmeleitungsverbindung mit einem Wechselblock 4, der auf der Aufnahmevorrichtung 2 montiert ist. Die Wärmeleitungsverbindung erfolgt durch im Wesentlichen horizontal aufeinander liegende Kontaktflächen 6, 8, und zwar einerseits 6 an der Oberseite der Aufnahmevorrichtung 2 und andererseits 8 an der Unterseite des Wechselblocks 4.
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Die Aufnahmevorrichtung und der Wechselblock sind lösbar durch ein Federelement 10, nämlich ein Seitendruckstück 10, miteinander verbunden. Seitendruckstücke sind bekannte Konstruktionselemente, die einen Kopf 12 aufweisen, der sich um einen Schwenkpunkt 14 in beliebiger Richtung seitlich federnd auslenken lässt. Das Seitendruckstück 10 spannt durch seine Federkraft einen ersten Hinterschnitt 16 – nämlich eine schiefe Ebene 16 als Formschluss-Wirkfläche des einen 18 der einander hinterschneidenden Formelemente 18, 20 am Wechselblock 4 – in einer ersten horizontalen Richtung (in der Figur nach links) hinein in das andere 20 der einander hinterschneidenden Formelemente, nämlich eine schiefe Ebene 16 als Formschluss-Wirkfläche an der Aufnahmevorrichtung 2.
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Die schiefen Ebenen 16 an den beiden Formelementen 18, 20 sind so orientiert, dass das Hineinspannen des Wechselblocks mittels des Seitendruckstücks 10, 12 (in der Figur nach links) die nach links wirkende Vorspannkraft an der schiefen Ebene 16 der Formschluss-Wirkfläche des Formelements 20 der Aufnahmevorrichtung 18 in eine Reaktionskraft umsetzt, die einen vertikalen Kraftanteil aufweist. Dieser vertikale Kraftanteil wirkt als Anpresskraft der horizontal aneinander liegenden Kontaktflächen 6, 8 und bewirkt so vorteilhaft eine sichere Wärmeleitungsverbindung zwischen den Kontaktflächen 6, 8.
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Nicht separat abgebildet ist ein senkrechter Schnitt durch die Aufnahmevorrichtung und den Wechselblock rechtwinklig (in der Draufsicht) zu dem Schnitt in der Figur. Die Festlegung in dieser zweiten horizontalen Vorrichtung ist einfach durch seitliche senkrechte Begrenzungswangen an der Aufnahmevorrichtung gebildet, zwischen denen der Wechselblock formschlüssig geführt ist.
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In senkrechter Richtung (Z-Richtung) ist die lösbare Verbindung einerseits durch den beschriebenen Hinterschnitt 16 und andererseits durch das Seitendruckstück gesichert.
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Zum Lösen der lösbaren Verbindung zwischen dem Wechselblock und der Aufnahmevorrichtung lassen sich die horizontal aneinander liegenden Kontaktflächen 6, 8 mittels einer Hebelvorrichtung 22 auseinander drücken. Dadurch wird der Kopf 12 des Seitendruckstücks 10 entlang erster Leitflächen 24 am Wechselblock 4 zur Seite gedrückt (in der Figur nach rechts) und schnappt schließlich aus der Gabelung 26 in Wechselblock, in der es bei geschlossener Verbindung (horizontal aneinander liegenden Kontaktflächen 6, 8) steckte, aus.
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Alternativ könnte die Verbindung zwischen dem Wechselblock und der Aufnahmevorrichtung dadurch lösbar sein, dass ein Hebel (nicht dargestellt) an dem Kopf 12 des Seitendrucks 10 direkt angreift und es so schwenkt (in der Figur nach rechts), dass das Ineinanderspannen der Formelemente 16, 18 gelöst wird.
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Eine weitere (ebenfalls nicht dargestellte) Alternative zum Lösen der Verbindung ließe sich dadurch ausbilden, dass das Aufnahmevorrichtungs-Formelement 20 durch einen geeigneten Hebel (nicht dargestellt) seitlich (in der Figur nach links) aus dem Hinterschnitt 20 heraus bewegbar ist.
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Die abgebildete lösbare Verbindung lässt sich, einmal gelöst, leicht wieder herstellen, dadurch dass der Wechselblock 4 mit seinem Hinterschneidungs-Formelement 10 (sowie gegebenenfalls dem nicht abgebildeten, oben schon erwähnten zweiten Hinterschneidungs-Formelement) in die komplementären Hinterschneidungs-Formelemente 20 der Aufnahmevorrichtung 2 eingesetzt wird, wobei das Seitendruckstück 12 (sowie gegebenenfalls das oben erwähnte zweite Seitendruckstück) auf den Rändern der jeweils zugeordneten Gabelung 26 im Wechselblock ruhen. Zweite Leitflächen 28 an den Köpfen 12 der Seitendruckstücke sind so orientiert, dass sie die lösbare Verbindung aus dieser Vorposition (nicht dargestellt) durch vertikales Anpressen senkrecht zu den horizontal aneinander liegenden Kontaktflächen einschnappen lassen, indem dann die Köpfe 12 der Seitendruckstücke 10 durch die Gabelungen 26 hindurch gleiten und einschnappen.
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In 2 und 3 ist in räumlicher Ansicht (teilweise aufgeschnitten) eine Vorrichtung gezeigt, die der 1 sehr ähnlich ist (funktional vergleichbare Elemente haben dieselben Bezugsziffern wie in 1): auch in 2 und 3 ist die lösbare Verbindung zwischen dem Wechselblock 4 und der Aufnahmevorrichtung 2 durch ein Seitendruckstück 10 als Federelement ausgebildet, welches mit seiner seitlichen (horizontalen) Federkraft einen ersten Hinterschnitt in Gestalt einer schiefen Ebene 16 ineinander spannt. Im Unterschied zu 1 ist das Seitendruckstück 10 in 2 und 3 allerdings am Wechselblock 4 angebracht und die Gabelung 26 (als zum Kopf 12 des Seitendruckstücks 10 komplementäre Wirkfläche) an der Aufnahmevorrichtung 2 (und nicht umgekehrt wie in 1). Die übrige Beschreibung zu 1 lässt sich identisch auch auf 2 und 3 lesen.
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Die lösbare Verbindung gemäß 4 und 5 unterscheidet sich starker von den beiden soweit beschriebenen Ausgestaltungen (auch hier sind funktional vergleichbare Elemente aber mit denselben Bezugsziffern wie in 1 bis 3 bezeichnet, auch wenn sie eine andere Gestalt haben): stärker schematisch wird hier die Aufnahmevorrichtung 2 durch eine Grundplatte angedeutet, die entlang ihrer einen Kante 3 zwei senkrecht empor stehende Zapfen 23 aufweist, die kurz unter ihrem oberen Ende eine umlaufende Nut 26 haben. Dort hinein drückt sich seitlich formschlüssig ein Federdraht 10, sobald der Wechselblock 4 von oben so auf die Aufnahmevorrichtung 2 gelegt wurde, dass die horizontalen Kontaktflächen 6, 8 der Aufnahmevorrichtung 2 und des Wechselbocks 4 aneinander liegen (5). In dieser Position erstrecken sich die beiden Zapfen 23 durch Bohrungen 25 am Wechselblock 4 hindurch, schauen oberseitig aus den Bohrungen 25 hinaus, so dass die Nuten 26 genau bündig mit dem unteren Rand der Bohrungen 25 sind – und der Federdraht 10 greift, durch seine elastische Kraft dort hineingedrückt, seitlich in die Nuten 26.
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Durch diese seitliche Vorspannung wird also der Hinterschnitt, der einerseits durch den oberen Rand 16 der Nuten 26 und andererseits durch die Oberseite des Federdrahtes 10 gebildet ist, horizontal ineinander gespannt. Entlang der Kante 30, die der Kante 3 gegenüberliegt, haben die Aufnahmevorrichtung 2 und der Wechselblock 4 vorpositionierbare formschlüssige, Verbindungselemente 32, die ebenfalls durch einen Hinterschnitt sowie seitliche Anschläge dafür sorgen, dass der Wechselblock 4 und Aufnahmevorrichtung 2 sich vertikal nicht voneinander wegbewegen (auf Grund des Hinterschnitts der Elemente 32) und sich horizontal nicht (in Richtung der Kanten 3, 30) verschieben können (auf Grund der seitlichen Anschläge der Elemente 32). Die Festlegung der übrigen Freiheitsgrade geschieht auf Grund der formschlüssigen Verbindung zwischen den Zapfen 23 und den Bohrungen 25 sowie auf Grund des Hinterschnitts zwischen dem Federdraht 10 und den Nuten 26.
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Lösen lässt sich diese lösbare Verbindung zwischen Aufnahmevorrichtung 2 und Wechselblock 4 durch einen Drucktaster 22, der den Federdraht 10 aus den Nuten 26 herausdrückt.
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Mit Blick auf 6 und 7 ist nur zur Anschauung ein Wechselblock 40 (6) nach dem Stand der Technik gezeigt, der sich mittels zweier Schrauben 42 zwei Gewindebohrungen 44 auf einer Aufnahmevorrichtung 46 einer Mischvorrichtung 48 nach dem Stand der Technik lösbar befestigen lässt.
