DE102011011912A1

DE102011011912A1 - Pressanordnung für einen Deckel, insbesondere bei einem Laborgerät, und Verfahren zum Anpressen

Info

Publication number: DE102011011912A1
Application number: DE102011011912A
Authority: DE
Inventors: Gregor Bechmann; Lutz Timmann; Manuel Petzold; Stefan Roth; Arne Schafrinski
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf Se De
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: DE102011011912B4; CN102671732B; US20120270308A1; CN102671732A; US10286397B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pressanordnung für einen Deckel, insbesondere bei einem Laborthermostaten, mit zumindest: einem ersten Teil, das angeordnet ist, um eine Anregungskraft auszuüben, einem zweiten Teil, insbesondere einem Plattenelement, das angeordnet ist, um in mindestens einer Zielposition eine Presskraft Fz auszuüben, einer Übertragungseinrichtung, die zur Kraftübertragung vom ersten Teil auf das zweite Teil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung ein Übertragungsteil aufweist, das dazu angeordnet ist, um vom ersten Teil angetrieben zu werden und das zweite Teil anzutreiben, und die Übertragungseinnt aufweist, das dazu angeordnet ist, um angetrieben durch das erste Teil seine Spannung zu ändern und das Übertragungsteil anzutreiben, und die Übertragungseinrichtung oder das Übertragungsteil die Einstellung der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Zielposition bewirkt. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zum Anpressen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pressanordnung für einen Deckel, insbesondere für den Deckel eines Laborgerätes und ein Verfahren zum Anpressen unter Verwendung der Pressanordnung.
Pressanordnungen für Deckel werden benötigt, um einen abzudeckenden Zielbereich anzupressen. Dies ist insbesondere sinnvoll bei verschiedenen Laborgeräten, wie z. B. Thermostaten, Thermomischern oder Thermocyclern, kann aber auch für nichttemperierende Laborgeräte geeignet sein, bei denen z. B. optische, mechanische oder materialbearbeitende Verfahren durchgeführt werden. Solche Laborgeräte finden sich z. B. in bio/chemischen, biologischen, medizinischen oder forensischen Laboratorien. Bei Laborgeräten mit Temperierfunktion kann es wichtig sein, ein oder mehrere Probengefäße kontrolliert gegen temperierte Probengefäßaufnahmen zu pressen, um die Qualität, Einheitlichkeit und Reproduzierbarkeit des thermischen Kontakts zwischen Probengefäß und Aufnahme sicher zu stellen. Dies ist insbesondere bei Thermocyclern der Fall.
Thermocycler sind Temperiergeräte, mit denen zyklisch verschiedene Temperaturstufen der zu temperierenden Proben eingestellt werden können. Thermocycler kommen insbesondere zum Einsatz, wenn eine Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, „PCR”) durchgeführt werden soll. Bei dieser Reaktion wird DNA zyklisch vervielfältigt, indem Produkte eines Vervielfältigungszyklus, der verschiedene Temperaturstufen erfordert, als Edukte für den nächsten Zyklus verwendet werden. Die Effizienz eines PCR-Zyklus hängt insbesondere von der möglichst genauen Einstellung der Temperaturstufen in den flüssigen Proben ab. Die PCR wird oft in Screening-Verfahren mit hohem Durchsatz durchgeführt. Dabei werden Probenplatten, insbesondere Mikrotiterplatten, verwendet, bei denen eine Vielzahl von Probengefäßen, z. B. 96, 384 oder 1536, nebeneinander in einem Array angeordnet sind. Dies ermöglicht die gleichzeitige Behandlung einer Vielzahl von Proben und erfordert gewöhnlich, dass jede Probe derselben Temperatur ausgesetzt wird. Dazu ist es notwendig, dass jedes der vielen Gefäße denselben thermischen Kontakt mit dem Thermoblock erfährt, was man insbesondere mittels Anpressen der Probenplatten gegen den Thermoblock erreichen kann. Die meisten Thermocycler weisen deshalb Pressanordnungen mit Pressplatten auf, die meist in den Deckel integriert sind. Mit dem Deckel werden die Proben auch abgedeckt, um sie gegen Licht, Staub, Kreuz-Kontamination und Verdunstung zu schützen oder um die Probengefäße optional auch zusätzlich von oben zu beheizen.
Gewöhnlich werden Thermoblöcke aus Metall vorgesehen, die ein Array von Gefäßaufnahmen aufweisen, das dem Array einer kompatiblen Mikrotiterplatte entspricht. Solche Mikrotiterplatten sind als Einwegartikel mit verschiedenen Höhen kommerziell erhältlich. Bei vielen herkömmlichen Thermocyclern muss aber eine einheitliche Höhe der Oberfläche, also des Zielbereichs bzw. der Zielposition für die Druckaufbringung, des Probenbereichs gewährleistet werden, um das Funktionieren der entsprechenden Pressanordnung zu ermöglichen. Es ist deshalb bekannt, für Probenplatten unterschiedlicher Höhe auch unterschiedlich hohe Aufnahmeblöcke oder Adapterplatten zu verwenden, was relativ aufwändig ist. Würde man die Höhe nicht anpassen, würde bei diesen Pressanordnungen abhängig von der Probenhöhe in unterschiedlichen Zielpositionen der Pressplatte ein unterschiedlicher Druck auf die Mikrotiterplatte aufgebracht werden. Dies kann zu uneinheitlicher Temperierung bezüglich verschieden hoher Mikrotiterplatten führen. Bei einem zu niedrigen Zielbereich wird eventuell ein ungenügender Druck oder nicht reproduzierbarer Druck aufgebracht, der zur uneinheitlichen Temperierung führen kann. Bei zu hohem Zielbereich wird ein zu hoher Druck aufgebracht, der zu mechanischen Spannungen in der Probenplatte, somit zu Inhomogenität der Kontaktierung führt, oder der die Probenplatte oder das Gerät sogar mechanisch beschädigen kann. Dieses Problem wird unter Umständen noch verstärkt, wenn die höheren Probengefäße aufgrund ihrer größeren Höhe eine geringere mechanische Stabilität aufweisen als niedrigere Probengefäße. Beispiele für bekannte Thermocycler, deren Pressanordnung für eine einzige Höhe des Zielbereichs ausgelegt sind, werden nachfolgend beschrieben.
Die EP 0 955 097 B1 beschreibt einen Thermocycler mit einem automatisch positionierbarem Deckel, der insbesondere zur Lichtabschirmung ausgelegt ist. Er weist einen internen Deckel auf, der über eine starre Mechanik automatisch über den Proben positioniert wird. Unabhängig vom verwendeten Probengefäßtyp ist die Höhe des internen Deckels in dessen einzig einstellbarer Zielposition immer gleich. Der interne Deckel weist an seiner Unterseite Druckfedern auf, die an ihrem Ende ein beheiztes Deckelsegment abstützen. Letzteres presst in der Endposition die Probengefäße gegen den Thermoblock. Die Presskraft beruht auf Fz (z) = k·z, wobei k die Federkonstante ist und z die vertikale Auslenkung der Feder aus ihrer entspannten Lage. Fz wird in der festen Zielposition durch die vorgegebenen Federkonstanten der Druckfedern und der Höhe des Zielbereichs, nämlich der Höhe der Probengefäßoberseite festgelegt, welche die Auslenkung der Federn bestimmt. Die Vorrichtung erlaubt konstruktiv nur den einzigen, genannten Verlauf der Presskraft als Funktion von z, bei dem Fz mit zunehmender Auslenkung der Federn linear zunimmt.
Die US 6,153,426 offenbart einen Thermocycler mit einem Deckel, der zur Vermeidung starker mechanischer Erschütterungen beim Öffnen angepasst ist. Der Deckel wird beim Schließen in einer einzigen festen Zielposition verrastet. Seine Pressanordnung sieht an der Unterseite des Deckels Druckfedern vor, die an ihrem Ende ein Deckelsegment abstützen, an dessen Unterseite optional eine Gummimatte befestigt ist. Auch hier ist die Presskraft unmittelbar nach Verrasten des Deckels konstruktiv limitiert und im Wesentlichen durch Fz (z) = k·z bestimmt. Die Presskraft hängt immer gemäß dieser Beziehung von der Höhe der Probengefäße ab.
Die EP 1 964 609 A1 offenbart andererseits einen Thermocycler mit einem Deckel, der eine Pressanordnung aufweist, deren Vorteil gegenüber den vorgenannten bekannten Vorrichtungen insbesondere darin liegt, dass sie einen von der Höhe der Probengefäße unabhängigen Druck aufbringen kann. Dazu wird das gegen den Probenbereich zu pressende, mit Fluid gefüllte Kontaktteil in der Zielposition in Kontakt mit dem Probenbereich mittels eines Fixiermechanismus arretiert und anschließend der Druck auf das Fluid aufgebaut. Durch den höhenvariablen Fixiermechanismus wird vermieden, dass sich abhängig von der Zielposition des Kontaktteils ein unterschiedlicher Druck ausbildet, wie dies bei den anderen genannten Vorrichtungen des Stands der Technik der Fall ist. Eine Einstellung des Drucks in Abhängigkeit von der Zielposition wird von der EP 1 964 609 A1 nicht beschrieben und nicht angestrebt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Pressanordnung für einen Deckel bereitzustellen, die insbesondere eine größere Flexibilität bei der Gestaltung der Presskraft in Abhängigkeit von der Zielposition bietet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Pressanordnung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 12. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstände der jeweiligen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Pressanordnung für einen Deckel, insbesondere bei einem Laborthermostaten, bereitgestellt, mit zumindest: einem ersten Teil, das angeordnet ist, um eine Anregungskraft auszuüben, einem zweiten Teil, insbesondere einem Plattenelement, das angeordnet ist, um in mindestens einer Zielposition eine Presskraft Fz auszuüben, einer Übertragungseinrichtung, die zur Kraftübertragung vom ersten Teil auf das zweite Teil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung ein Übertragungsteil aufweist, das dazu angeordnet ist, um vom ersten Teil angetrieben zu werden und das zweite Teil anzutreiben, und die Übertragungseinrichtung mindestens ein elastisches Spannungselement aufweist, das dazu angeordnet ist, um angetrieben durch das erste Teil seine Spannung zu ändern und das Übertragungsteil anzutreiben, und die Übertragungseinrichtung oder das Übertragungsteil die Einstellung der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Zielposition bewirkt.
Die erfindungsgemäße Pressanordnung bietet den Vorteil, dass die auf das zweite Teil aufgebrachte Presskraft Fz insbesondere nicht auf solche Presskräfte beschränkt ist, die auf Fz = k·z beruhen, wie dies bei den oben genannten bekannten Vorrichtungen der Fall ist, sondern flexibler gestaltet werden kann. Hierbei ist k eine Konstante und z die Auslenkung eines elastischen Spannungselementes, z. B. einer Schraubfeder oder Spiralfeder, mit z. B. einer linearen Kraft/Weg-Charakteristik. Bei der vorliegenden Erfindung wird mindestens ein elastisches Spannungselement verwendet, um die Anregungsenergie zu speichern und damit eine Presskraft auf den anliegenden Zielbereich zu bewirken. Flexibler gegenüber den bekannten Vorrichtungen mit Druckfedern wird die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere deshalb, weil das elastische Spannungselement vorzugsweise nicht unmittelbar an das zweite Teil gekoppelt ist, mit dem die Kraft auf den Zielbereich aufgebracht wird. Stattdessen sieht die Erfindung vorzugsweise eine Übertragungseinrichtung mit einem Übertragungsteil vor, das vom elastischen Spannungselement (mittelbar oder unmittelbar) angetrieben wird. Durch das zusätzliche Übertragungsteil wird erst ermöglicht, dass die vom Spannungselement aufgebrachte Kraft gewandelt werden kann. Auf diese Weise kann eine von der Zielposition abhängige Presskraft Fz gestaltet werden, deren Verlauf mit verschiedensten Mitteln beeinflusst werden kann, die bevorzugte Ausgestaltungen der Pressanordnung gemäß vorliegender Erfindung sind. Nachfolgend werden verwendete Begriffe und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
Die Pressanordnung ist vorzugsweise an einem Laborgerät angeordnet oder montiert, insbesondere an einem Deckelbereich eines Laborgerätes. Das Laborgerät ist vorzugsweise ein Thermostat oder Thermocycler, welcher vorzugsweise zur Durchführung einer PCR geeignet oder ausgebildet ist, oder z. B. ein Gerät, welches optische oder elektrische Verfahren oder Messungen durchführt. Das Laborgerät weist im Betrieb vorzugsweise einen positionsfesten oder einen positionsvariablen Zielbereich auf, der mittels der Pressanordnung mit einer Presskraft beaufschlagt wird. Vorzugsweise weist das Laborgerät einen Probenaufnahmebereich zur Aufnahme einer flüssigen, festen, gasförmigen oder sonstigen Probe auf. Der Probenaufnahmebereich kann dazu ausgebildet sein, ein oder mehrere Probengefäße aufzunehmen oder kann Proben direkt aufnehmen. Der Probenaufnahmebereich kann insbesondere einen Thermoblock umfassen, mit dem Proben temperiert werden können, z. B. den Thermoblock eines Thermocyclers. Vorzugsweise ist der Zielbereich an diesem Probenaufnahmebereich angeordnet.
Die Presskraft Fz dient dazu, auf einen Zielbereich eine Presskraft aufzubringen. Dieser Zielbereich ist eine Seite, nämlich Kontaktseite, insbesondere Außenseite, eines Kontaktsegmentes, das vorzugsweise an einem Probenaufnahmebereich angeordnet ist. Die Pressanordnung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, diese Kontaktseite des Kontaktsegmentes zu kontaktieren, um eine Presskraft auf diese Außenseite aufzubringen. Das Kontaktsegment kann integral mit einem anderen Bauteil, insbesondere dem Probenaufnahmebereich ausgebildet sein oder kann ein separates oder seperierbares Bauteil sein. Vorzugsweise ist der Zielbereich so ausgebildet, dass er in mindestens drei Punkten oder einer Vielzahl von Punkten oder Abschnitten, insbesondere planaren Abschnitten vom zweiten Teil der Pressanordnung oder einem anderen Bauteil der Pressanordnung kontaktierbar ist. Dies ermöglicht es, einen flächigen, insbesondere im Wesentlichen planaren Zielbereich möglichst gleichmäßig anzupressen.
Vorzugsweise sind jeweils der Zielbereich und ein Pressbereich der Pressanordnung, insbesondere des zweiten Teils, im Wesentlichen planar ausgestaltet, wobei aber z. B. möglich ist, dass eine Vielzahl von Vorsprungsabschnitten oder Vertiefungen in diesem planaren Bereich vorgesehen ist/sind, die jeweils auch verbunden sein können, um z. B. ein Gitter zu bilden. Dadurch kann eine Presskraft punktuell oder abschnittsweise verstärkt aufgebracht werden. Die Orientierung des Zielbereichs ist vorzugsweise so, dass bei bestimmungsgemäßen Gebrauch des Laborgerätes dieser Zielbereich bzw. planare Bereich horizontal, also senkrecht zur Gravitation angeordnet ist, die in negative z-Richtung weist. Diese Orientierungsrichtung kann aber auch anders sein.
Der Zielbereich kann ein Abdeckelement einer Probenaufnahme, eines Einzelprobengefäßes oder eines Mehrfachprobengefäßes, z. B. einer Mikrotiterplatte oder PCR-Platte sein, kann mindestens ein Abdeckelement umfassen oder kann durch ein Abdeckelement gebildet werden. Insbesondere aber nicht ausschließlich im Falle von Mikrotiterplatten, PCR-Platten und anderen Mehrfachgefäßanordnungen kann das Abdeckelement eine Abdeckfolie sein, oder eine Dichtungsfolie, welche transparent sein kann, oder kann ein Gefäßdeckel sein, insbesondere ein mit der Probenaufnahme oder dem Probengefäß integral verbundener oder verbundener, oder auch ein nicht verbundener Gefäßdeckel sein. Das Abdeckelement kann ferner eine Platte oder Matte sein oder aufweisen, welche insbesondere elastisch verformbar sind, insbesondere aus Silikon bestehen oder dieses aufweisen. Das Abdeckelement kann einen Halterahmen umfassen, der z. B. eine Folie oder Matte oder Platte hält. Das Abdeckelement kann ferner mehrere fest verbundene, d. h. nicht zerstörungsfrei trennbare, Gefäßdeckel aufweisen, die z. B. als Deckelstreifen (Cap-Strip) angeordnet sind.
Die Presskraft Fz wird vorzugsweise so ausgewählt, dass ein gleichmäßiger thermischer Kontakt zwischen einer Probenplatte mit Gefäßen, z. B. einer Mikrotiterplatte, und dem Aufnahmebereich eines Probengefäßaufnahmeblocks, z. B. Thermoblock, erreicht wird. Ferner soll vorzugsweise bewirkt werden, dass die Einzelabdeckungen der individuellen Probengefäße ausreichend gegen die jeweiligen Probengefäße gepresst werden, um das Eindringen von Fremdstoffen, z. B. Staub, Dampf, Gasen oder Flüssigkeit, in das Gefäßinnere zu verhindern sowie um insbesondere die Verdunstung der flüssigen Probe aus dem Gefäß zu verhindern. Die Presskraft Fz beträgt jeweils vorzugsweise, und jeweils in Abhängigkeit von der Zielposition, zwischen 50 N und 350 N, zwischen 100 N und 300 N oder zwischen 150 N und 250 N.
Die Erfindung betrifft insbesondere den Deckel eines Laborgerätes, insbesondere eines Thermocyclers, zum Anpressen eines Plattenelements auf einen abzudeckenden Probenbereich des Laborgerätes, wobei der Deckel eine erfindungsgemäße Pressanordnung aufweist. Die Pressanordnung wird insbesondere beschrieben mit Bezug auf einen Deckel. Dieser Deckel kann z. B. ein Klappdeckel sein, bei dem der Deckel durch Schwenken um eine Achse öffenbar und schließbar ist. Dazu weist die Pressanordnung vorzugsweise mindestens einen Scharnierabschnitt auf, der mit einem weiteren Scharnierabschnitt als Scharnier wirkt. Der komplementäre Scharnierabschnitt kann an einer Basis angeordnet sein, die zu einem Laborgerät, z. B. einem Thermocycler gehört. Das Scharnier kann durch mindestens eine Scharnierachse gekennzeichnet sein, die vorzugsweise in einer horizontalen Ebene, z. B. der x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems angeordnet ist.
Die z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems definiert für die vorliegende Erfindung die Richtungsbezeichnungen nach „oben”, d. h. in Richtung der positiven z-Achse, die vorzugsweise parallel zur Vertikalen und Gravitation verläuft. Nach „unten”, bedeutet in Richtung der negativen z-Achse.
Der Deckel kann auch ein Schiebedeckel sein. Dabei weist der Deckel vorzugsweise mindestens einen Gleitabschnitt oder Schienenabschnitt auf, der eine Schiebebewegung des Deckels ermöglicht, mittels der der Schiebedeckel offenbar und schließbar ist. Unter einem Deckel wird jede Vorrichtung verstanden, die einen Zielbereich in einer Abdeckposition abdeckt. Die Abdeckung kann unmittelbar sein, so dass zwischen Zielbereich und Deckel kein weiteres Teil angeordnet ist. Die Abdeckung kann aber auch mittelbar sein, so dass zwischen Zielbereich und Deckel mindestens ein weiteres Teil, z. B. eine Dichtmatte, ein Gitter oder eine Platte angeordnet ist. Der Deckel oder eine optionale Stützeinrichtung, insbesondere Trägerteil der Pressanordnung, kann auch zumindest teilweise oder vollständig stationär, d. h. bezüglich einer Basis in wenigstens einem, in mehreren oder in allen Freiheitsgraden unbeweglich, angeordnet sein, und kann dazu z. B. mit mindestens einem Befestigungselement zusammenwirken, das mit einer Basis und oder dem Deckel und/oder der Pressanordnung unbeweglich verbunden sein kann.
Der Deckel oder die Pressanordnung kann eine Verriegelungseinrichtung aufweisen, die den Deckel (oder die Pressanordnung) in einer Verriegelungsposition, welche z. B. die geschlossene Position des Deckels ist, verriegelt. Die Verriegelungseinrichtung kann mechanische und/oder (elektro)magnetische Riegelbauteile aufweisen. Dadurch wird der Deckel in der Verriegelungsposition gesichert. Die Verriegelungseinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, die Verriegelung als Widerlager zum Aufbringen der Presskraft oder einer anderen Kraft zu verwenden. Vorzugsweise ist die Verriegelungseinrichtung an die Anregungsbewegung gekoppelt, so dass das Überführen des ersten Teils von der dritten in die vierte Position, die weiter unten noch beschrieben werden, automatisch die Verriegelung bewirkt. Dies wird vorzugsweise durch mechanische und kinematische Kopplung der Anregungs- und Verriegelungsbewegung erreicht, kann aber auch z. B. elektrisch bewirkt werden.
Die Pressanordnung weist vorzugsweise eine Stützeinrichtung auf, die insbesondere das erste Teil, das zweite Teil und/oder das Übertragungsteil stützt oder trägt.
Vorzugsweise ist die Pressanordnung manuell betätigbar. Insbesondere kann die Pressanordnung vorzugsweise derart manuell betätigbar sein, dass sie z. B. keine elektrische Energiezufuhr zur Ausübung der Presskraft benötigt. Dadurch kann die Pressanordnung flexibler verwendet werden, insbesondere unabhängig von einer Netzquelle betrieben werden. Die Pressanordnung oder die Übertragungseinrichtung ist vorzugsweise mechanisch ausgebildet, und/oder benötigt insbesondere keine elektrische Energiequelle.
Es ist aber auch möglich und bevorzugt, dass die Pressanordnung teilweise manuell betätigbar ist oder teilweise motorisiert betätigbar ist, indem sie z. B. Mittel zum Auslösen der Presskraft aufweist oder Mittel zur Unterstützung einer teilweise manuell getriebenen Presskraft aufweist. Dadurch kann die Bedienung der Pressanordnung noch komfortabler werden. Die Pressanordnung kann auch vollautomatisch betätigbar sein, z. B. gesteuert durch ein Computerprogramm. Die Pressanordnung kann Mittel zur automatischen Durchführung einer Anregungsbewegung aufweisen, z. B. einen Elektromotor, mittels dem die Anregungskraft automatisch aufgebracht wird.
Das erste Teil der Pressanordnung kann ein manuell betätigbares Betätigungselement sein oder ein solches aufweisen. Das Betätigungselement ist vorzugsweise rotatorisch, translatorisch oder kombiniert rotatorisch/translatorisch beweglich an der Pressanordnung angeordnet. Vorzugsweise ist das Betätigungselement ein Hebel oder ein Bügel, der um eine Schwenkachse geschwenkt oder rotiert werden kann. Das erste Teil kann ferner ein Bedienelement, vorzugsweise einen Bedienhebel oder Griffelement, zum teilweise oder vollständig manuellen Aufbringen der Anregungskraft und/oder einer Anregungsbewegung aufweisen.
Das erste Teil ist vorzugsweise zur Durchführung einer Anregungsbewegung ausgebildet und bewegbar angeordnet. „Bewegbar angeordnet” bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass ein Bauteil der Pressanordnung gegenüber einem anderen Bauteil der Pressanordnung, insbesondere gegenüber der bevorzugt vorgesehenen Stützeinrichtung, bewegbar angeordnet ist. Die Anregungsbewegung bewirkt die Bewegung des ersten Teils zwischen zwei Positionen, die als dritte Position und vierte Position der Pressanordnung bezeichnet werden. Die Anregungsbewegung ist vorzugsweise translatorisch, rotatorisch oder kombiniert translatorisch und rotatorisch.
Das erste Teil ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die Anregungsbewegung im Wesentlichen unabhängig von einer Zielposition oder Anschlagsposition des zweiten Teils immer von der dritten Position bis zur vierten Position durchführbar ist, wobei die Anschlagsposition insbesondere jene Position ist, in der das zweite Teil in seiner Pressbewegung blockiert wird. Dies hat den Vorteil, dass der Benutzer nicht über das Ausmaß der Anregungsbewegung entscheiden muss, wodurch die Bedienung vereinfacht wird. Ferner kann im Fall einer automatisierten oder teilautomatisierten Realisierung der Anregungsbewegung, eine Anregungsstrecke vereinfacht automatisch angesteuert werden, indem die Anregungsbewegung durch das Anschlagen in der dritten oder vierten Position automatisch gestoppt wird, z. B. durch Stoppschalter. Aufwändigere Mittel zur Positionsbestimmung, insbesondere entsprechende Sensorik, können gegebenenfalls auf diese Weise eingespart werden. Insbesondere in Kombination mit dem Merkmal, dass die Übertragungseinrichtung oder das Übertragungsteil die Einstellung der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Zielposition bewirkt, ergibt sich der Vorteil bzw. das Merkmal, dass die Pressanordnung zur automatischen Einstellung der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Zielposition ausgebildet ist. Es sind dann vorzugsweise keine weiteren Einstellungen des Benutzers erforderlich, um eine passende Presskraft für eine bestimmte aktuelle Zielposition aufzubringen. Dies vereinfacht die Bedienung der Pressanordnung erheblich. Es ist jedoch möglich, dass die Pressanordnung dennoch zusätzlich Mittel zur Einflussnahme aufweist, mittels derer ein Benutzer auf die anzulegende Presskraft Fz Einfluss nimmt. Diese Mittel können z. B. eine Justierschraube, Kalibrierelemente oder sonstige Stellelemente umfassen. Dadurch wird die Verwendung einer Pressanordnung, insbesondere einer im Wesentlichen automatischen Pressanordnung, flexibler.
Das zweite Teil der Pressanordnung ist vorzugsweise ein Plattenelement oder weist ein Plattenelement auf, mit dem Druck auf einen flächenartigen oder gitterartigen Zielbereich ausgeübt werden kann. Das zweite Teil ist aber nicht auf plattenartige Elemente beschränkt. Das zweite Teil kann Mittel zum Heizen und/oder Kühlen aufweisen, insbesondere Temperiermittel, die zum geregelten Heizen und/oder Kühlen geeignet sind. Die Temperiermittel können Peltierelemente, eine Heizfolie oder Transportabschnitte, z. B. Rohre, zum Transport eines temperierenden Temperiermittels sein. Ferner weist das zweite Teil vorzugsweise mindestens einen Temperatursensor auf, um eine Temperaturregelung des zweiten Teils zu ermöglichen. Eine elektronische Steuereinrichtung, mit der insbesondere die Temperaturregelung ermöglicht wird, kann an der Pressanordnung, insbesondere am zweiten Teil angeordnet sein. Das zweite Teil ist vorzugsweise eine temperierbare oder beheizbare Platte, oder weist eine solche auf. Die Platte kann eine transparente Abdeckplatte aufweisen, die eine optische Beobachtung des abzudeckenden Zielbereichs, insbesondere von fluoreszierenden Proben, ermöglicht. Dies ist z. B. bei „real-time”-PCR eine Option, bei der das Fortschreiten der PCR-Reaktion über die Änderung der Fluoreszenzemission der Proben beobachtet wird.
Das zweite Teil ist ein Bauteil, insbesondere ein Plattenelement, das angeordnet ist, um in mindestens einer Zielposition eine Presskraft Fz auf einen Zielbereich auszuüben. Der Zielbereich weist eine variable Position auf, nämlich diese variable Zielposition. Diese weist vorzugsweise eine variable Höhe auf, also eine bestimmte Position entlang der z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems. Es ist z. B. möglich, dass erste Probengefäße, z. B. eine erste Mikrotiterplatte, eine geringere Bauhöhe aufweisen als zweite Probengefäße. Die zweiten Probengefäße können z. B. um einen Faktor c höher sein als erste Probengefäße. Der Faktor c kann zwischen 1,0 und 5,0 liegen, zwischen 1,0 und 3,0, zwischen 1,0 und 2,0 oder zwischen 1,5 und 2,0. Es ist dann erforderlich, das zweite Teil im Falle der ersten Probengefäße mit geringerer Bauhöhe zum Aufbringen der Presskraft in einer niedrigeren Höhe anzuordnen als im Falle der zweiten Probengefäße. Die Pressanordnung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Einstellung der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Probenhöhe automatisch einzustellen, also ohne dass eine Justierung der Presskraft oder sonstiger Stellteile durch den Benutzer erforderlich ist.
Das zweite Teil weist vorzugsweise ein Primärsegment und ein Sekundärsegment auf. Das Primärsegment ist vorzugsweise über eine elastische Federeinrichtung an das Sekundärsegment gekoppelt, so dass eine Pressbewegung des Primärsegments eine kleinere Bewegung des Sekundärsegments bewirkt. Die elastische Federeinrichtung weist mindestens ein elastisches Federelement auf, und weist insbesondere 2, 3, 4 oder mehr elastische Federelemente auf. Durch die Pressbewegung werden die elastischen Federelemente verformt. Durch das Bereitstellen der Federelemente wird erreicht, dass die Presskraft des zweiten Teils gleichmäßig auf den Zielbereich übertragen wird. Insbesondere liegt eine im Wesentlichen planare Kontaktfläche des zweiten Teils bzw. des Sekundärsegments parallel und planar auf einer ebenfalls im Wesentlichen planaren Kontaktfläche des Zielbereichs auf, was ein gleichmäßiges Anpressen der Kontaktflächen bewirkt. Eine solche Kontaktfläche kann, wie bereits beschrieben, auch durch eine Mehr-/Vielzahl von Erhebungen oder Vertiefungen definiert sein, deren Anordnung z. B. an der Anordnung des Gefäßarrays einer Mikrotiterplatte ausgerichtet sein kann. Die Kraft, die das Primärsegment als Presskraft von der Übertragungseinrichtung empfängt, ist die Kraft, die das Sekundärsegment über die Federeinrichtung vom Primärsegment empfängt und als Presskraft an den Zielbereich überträgt. Das Ermitteln der gewünschten Funktion Fz(z) für die Presskraft wird deshalb durch die Federeinrichtung nicht wesentlich komplizierter.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Terminus „Teil x ist ausgebildet (oder ausgestaltet) für den Zweck y”, dass das Teil x technische Mittel umfasst, die den Zweck y realisieren. Diese Mittel können konstruktive Bauteile sein, z. B. mechanische oder elektrische Bauteile, z. B. Schaltkreise, oder können auch Software bzw. Computercode umfassen. Die konkrete Gestaltung dieser Mittel bleibt eventuell dem Wissen des Fachmanns überlassen oder wird weiter beschrieben.
Vorzugsweise ist die Übertragungseinrichtung dazu ausgebildet, die vom Spannungselement übertragene Kraft zu wandeln und als gewandelte Kraft zum zweiten Teil zu übertragen. Die Kraftübertragung folgt einer Übertragungsfunktion, die jedem Wert einer Anregungskraft einen Wert einer gewandelten Kraft zuordnet. Die gewandelte Kraft ist vorzugsweise die Anpresskraft Fz. Jeder Wert für die gewandelte Kraft hängt vorzugsweise von der aktuell anliegenden Zielposition ab. Durch das Umwandeln der an das Spannungselement übertragenen Kraft ist es möglich, der gewandelten Kraft einen gewünschten Verlauf aufzuprägen und/oder der gewandelten Kraft eine Abhängigkeit von der Zielposition z zuzuweisen. Insbesondere kann diese Zielposition z die Höhe des Zielbereichs, z. B. der Anschlagsposition, sein, also die Position entlang der z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems.
Die Übertragungseinrichtung umfasst mindestens das elastische Spannungselement und das Übertragungsteil, wobei vorzugsweise das erste Teil, das Spannungselement, das Übertragungsteil und das zweite Teil verbunden sind, vorzugsweise in dieser Reihenfolge verbunden sind, vorzugsweise als Kraftübertragungskette verbunden sind, und/oder vorzugsweise kinematisch gekoppelt sind. Kraftübertragungskette bedeutet, dass die Übertragung einer Anregungskraft oder anderen Kraft auf das erste Teil bewirkt, dass dieses in mindestens einer Position, vorzugsweise zumindest abschnittsweise kontinuierlich, eine Kraft an das nächste Glied der Kraftübertragungskette, nämlich das Spannungselement, überträgt, welches dann in ähnlicher Weise diese oder eine andere Kraft an das Übertragungsteil überträgt, welches dann eine neue Kraft an das zweite Teil überträgt. Dabei kann die Kraftübertragungskette weitere „Glieder”, nämlich Bauteile umfassen, die eine Kraft weitergeben. Kinematische Kopplung bedeutet vorliegend, dass die Bewegung des einen Teils eine Bewegung des anderen Teils beeinflusst oder bewirkt. Auf diese Weise kann die Presskraft in der gewünschten Weise gestaltet werden, insbesondere eine Presskraft Fz(z) bewirkt werden, die nicht oder nicht nur gemäß dem Fz(z) = k·z von der Auslenkung z des Spannungselements aus dessen Ruhelage abhängt.
Das erste und das zweite Teil und das Übertragungsteil sind vorzugsweise jeweils gegeneinander beweglich an der Pressanordnung angeordnet.
Die Durchführung einer Bewegung des zweiten Teils, die dem Anpressen des zweiten Teils gegen einen Zielbereich dient, wird vorliegend als Pressbewegung bezeichnet. Vorzugsweise ist das zweite Teil zur Durchführung einer Pressbewegung beweglich angeordnet, mit Bezug insbesondere auf die Pressanordnung oder deren optionaler Stützeinrichtung. Die Pressbewegung ist vorzugsweise linear translatorisch, insbesondere parallel zur z-Achse, und bewegt vorzugsweise das zweite Teil nach unten in negative z-Richtung. Vorzugsweise ist das zweite Teil zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, insbesondere ausgehend von der ersten Position bis zu einer Anschlagposition des zweiten Teils, an der Pressanordnung bewegbar angeordnet, wobei die Anschlagsposition insbesondere jene Position ist, in der das zweite Teil in seiner Pressbewegung in mindestens einer Richtung blockiert wird, also z. B. durch das Anschlagen auf dem Zielbereich in der Zielposition. Durch die translatorische Pressbewegung kann ein gleichmäßiges Anschlagen erreicht werden, was bei flächiger Ausbildung des zweiten Teils, z. B. als Plattenelement, gegen einen flächigen Zielbereich, z. B. eine Probenplatte, vorteilhaft ist. Die Pressbewegung kann aber auch anders ausgebildet sein, vorzugsweise teilweise oder vollständig rotatorisch ausgebildet sein.
Die Pressanordnung oder die Übertragungseinrichtung ist vorzugsweise mechanisch ausgebildet, und/oder benötigt insbesondere keine elektrische Energiequelle.
Das elastische Spannungselement ist vorzugsweise eine Feder oder weist vorzugsweise mindestens eine Feder auf. Diese Feder ist vorzugsweise eine Zugfeder oder eine Druckfeder, was gut mit einer translatorischen Anregungsbewegung kombinierbar ist. Das Spannungselement, bzw. die Feder, kann an einem Ende mittels eines Seilelement mit dem ersten Teil verbunden sein oder anders mit dem ersten Teil verbunden sein bzw. an dieses gekoppelt sein, z. B. mittels einer Getriebeeinrichtung, die vorzugsweise ein oder mehrere Zahnradelemente aufweist. Die Feder ist vorzugsweise eine Schraubenfeder, insbesondere eine Torsionsfeder oder eine Schenkelfeder. Die Feder kann aber auch eine spiralförmige Feder sein, die ein Drehmoment überträgt. Dies lässt sich gut mit einer rotationsartigen Anregungsbewegung kombinieren. Spiralförmige Federn haben den Vorteil, dass ihre Kraft-Weg-Charakteristik über einen weiten Auslenkungsbereich linear ausgebildet sein kann. Dies ist bevorzugt, da es eine einfachere Ermittlung der gewünschten Kraftübertragungsfunktion erlaubt. Vorzugsweise sind zwei Federn oder eine größere Anzahl Federn vorgesehen, um z. B. im Falle mehrerer Anlenkungspunkte eine gleichmäßige Kraftübertragung des ersten Teils auf das Übertragungsteil zu erreichen. Ein Spannungselement ist ein Bauteil mit einer Kraft-Weg-Charakteristik, bei dem vorzugsweise eine Wegänderung eine Kraftänderung bzw. Spannungsänderung bewirkt. Die Kraft-Weg-Charakteristik des Spannungselements ist vorzugsweise linear, kann aber auch anders sein, z. B. jeweils im Wesentlichen degressiv, progressiv, insbesondere auch stetig oder unstetig.
Die Übertragungseinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Wandlerabschnitt auf, vorzugsweise 2, oder auch 3, 4, 5, 6 oder mehr Wandlerabschnitte auf, der/die insbesondere am Übertragungsteil angeordnet sein kann/können, der insbesondere die vom Spannungselement übertragene Kraft wandelt und diese als gewandelte Kraft, vorzugsweise als diese Presskraft, zum zweiten Teil überträgt. Dieser Wandlerabschnitt ist vorzugsweise an diesem Übertragungsteil angeordnet, kann aber auch, teilweise oder vollständig, an einem anderen Bauteil, z. B. dem zweiten Teil, angeordnet sein.
Das Übertragungsteil ist vorzugsweise ein nicht-elastisches, vorzugsweise starres, vorzugsweise einstückig gefertigtes, insbesondere gefrästes, gegossenes oder gestanztes Bauteil. Das Übertragungsteil ist vorzugsweise ein stabförmiges oder plattenförmiges Bauteil, das translatorisch bewegbar an der Pressanordnung angeordnet ist. Das Übertragungsteil ist ferner vorzugsweise ein plattenförmiges oder nicht-plattenförmiges Bauteil, das rotatorisch bewegbar an der Pressanordnung angeordnet ist. Das Übertragungsteil ist vorzugsweise zur Durchführung einer Zwischenbewegung zwischen einer fünften Position und einer sechsten Position an der Pressanordnung bewegbar angeordnet. Das Übertragungsteil überträgt vorzugsweise eine Anregungskraft und eine Anregungsbewegung in eine gewandelte Kraft und eine Zwischenbewegung, mittels der vorzugsweise die Presskraft bewirkt wird. Das Übertragungsteil ist vorzugsweise an der Pressanordnung angeordnet, um das zweite Teil in die Richtung der Zielposition zu bewegen. Vorzugsweise weist die Pressanordnung genau zwei Übertragungsteile oder mehrere Übertragungsteile auf, um z. B. eine Kraft noch gleichmäßiger übertragen zu können.
Der Wandlerabschnitt ist vorzugsweise ein Kurvenführungsabschnitt oder weist einen Kurvenführungsabschnitt auf. Der Kurvenführungsabschnitt weist vorzugsweise eine kurvenbahnförmige Formgebung auf, die zur Führung eines geführten Bauteils entlang dieser Kurvenbahn dient, was durch Entlanggleiten oder Entlangrollen dieses Bauteils entlang dieser Kurve erreicht werden kann. Der Kurvenführungsabschnitt ist vorzugsweise dazu angeordnet, um angetrieben durch das Spannungselement und mittels Zwangsführung entlang einer Kurve die Anpresskraft des zweiten Teils zu bewirken. Der Kurvenführungsabschnitt weist ferner vorzugsweise einen kurvenbahnförmige(n) Vorsprung, Fläche oder Kante, eine kurvenbahnförmige Vertiefung oder einen Schlitz, insbesondere eine Kulisse, einen Exzenter oder ein Gewinde variabler Steigung, insbesondere ein mehrgängiges Gewinde, auf.
Vorzugsweise ist mindestens ein vorzugsweise mit dem zweiten Teil gekoppeltes Führungselement vorgesehen. Dieses ist vorzugsweise dazu ausgebildet, um vom Kurvenführungsabschnitt geführt oder zwangsgeführt zu werden. Der Kurvenführungsabschnitt ist vorzugsweise zur Führung oder zur Zwangsführung des Führungselements ausgebildet. Das Führungselement kann ein Stiftelement sein, insbesondere ein zylinderförmiger Stift, der einstückig oder vollständig am zweiten Teil fixiert sein kann. Das Stiftelement kann einen Rollabschnitt mit einer drehbaren Rolle oder Walze oder einen Gleitabschnitt aufweisen, um das Rollen oder Gleiten entlang der Kurve zu ermöglichen oder zu erleichtern. Ein Kurvenführungsabschnitt kann z. B. auch so definiert sein, dass er mindestens ein entlang einer Kurvenbahn führbares Führungselement aufweist. In einer geometrischen Umkehr kann auch vorgesehen sein, dass der Wandlerabschnitt, z. B. der Kurvenführungsabschnitt, am zweiten Teil angeordnet ist und das Führungselement, z. B. der Stift, am Übertragungsteil angeordnet ist.
Durch den Kurvenführungsabschnitt ist es möglich, eine Anregungskraft „Fa” durch geometrische Relativ-Anordnung zweier Teile in eine gewandelte Kraft zu übertragen.
Dies wird anhand von 3 exemplarisch erläutert. Ein erstes Teil überträgt hier in einer linearen Anregungsbewegung entlang der x-Achse eine Anregungskraft Fa = k·Δx auf das Spannungselement. Dieses überträgt die Anregungskraft und übt in einem Kontaktpunkt an der Kurve eine Normalkraft Fnormal = Fa/sinα auf die Kurvenbahn des Übertragungsteils aus. Hierbei ist α der Winkel der Tangente an die Kurve im Kontaktpunkt. Ist das Übertragungsteil nur entlang der z-Achse beweglich, wird es mit dem Anteil Fz = Fa/tanα, entsprechend der z-Komponente der vektoriellen Normalkraft, nach unten gedrückt. Diese Kraft ist also winkelabhängig. Gleitet der Kontaktpunkt an der Kurve entlang bzw. ändert sich die Position des Kontaktpunkts, z. B. aufgrund einer anderen Höhe des Zielbereichs, so ändert sich auch der Betrag von Fz. Auf diese Weise kann die Presskraft mittels der Kurvenführung eingestellt werden, indem der Verlauf der Kurvenbahn in gewünschter Weise angepasst wird.
Der Wandlerabschnitt ist aber nicht auf die Realisierung mittels Kurvenführungsabschnitt eingeschränkt, sondern kann solche Mittel umfassen, die eine Eingangskraft, z. B. die Anregungskraft, in einer Ausgangkraft, z. B. die Presskraft übertragen, z. B. übersetzen und/oder untersetzen. Der Wandlerabschnitt weist vorzugsweise mechanisch wirkende Mittel auf, um insbesondere eine vollmechanisch wirkende Übertragung zu realisieren. Der Wandlerabschnitt kann aber auch andere Kraftübertragungsmittel umfassen, z. B. hydraulische oder elektrische Mittel, um z. B. eine elektrisch geregelte Kraftübertragung mittels eines elektrisch geregeltem oder angesteuertem Stellgliedes, insbesondere eines piezoelektrischen Elements, zu realisieren.
Vorzugsweise ist die Übertragungseinrichtung, insbesondere der Wandlerabschnitt, so ausgebildet, dass die Presskraft Fz in verschiedenen Zielpositionen z des zweiten Teils, die insbesondere Positionen entlang der z-Achse entsprechen können, einen vorbestimmten Betrag aufweist, der durch die Gestaltung der Übertragungseinrichtung, insbesondere des Wandlerabschnitts, festgelegt ist und der insbesondere zumindest abschnittsweise mindestens einer Funktion Fz(z) folgt. Es ist z. B. bevorzugt, dass Fz zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konstant ist, d. h. im Rahmen einer Toleranz t konstant ist, d. h. Fz = c, wobei c – t < c < c + t, mit, vorzugsweise, t < 0,1·c oder 0,05·c oder 0,01·c), wobei c eine reelle Zahl ist und eine physikalische Dimension, z. B. Newton, aufweisen kann. Wenn Fz(z) konstant ist oder abschnittsweise konstant ist, bietet dies den Vorteil, dass die Presskraft für einen bestimmten Höhenbereich der Zielpositionen konstant ist. Die Breite des Abschnitts mit konstanter Presskraft ist vorzugsweise dazu angepasst, dass ein bestimmter Bereich von Zielpositionen mit einer konstanten Presskraft beaufschlagt wird. Dann wirkt z. B. auf relativ niedrige Mikrotiterplatten-Typen immer die gleiche Presskraft. Ähnliches wird später nochmals ausgeführt.
Vorzugsweise ist die Übertragungseinrichtung, insbesondere der Wandlerabschnitt, so ausgebildet, dass die Presskraft in verschiedenen Anschlagsposition des zweiten Teils im Rahmen einer Toleranz konstant ist, wobei die Anschlagsposition insbesondere jene Position ist, in der das zweite Teil in seiner Pressbewegung in mindestens einer Richtung blockiert wird.
Vorzugsweise ist der Wandlerabschnitt, insbesondere die Kurve eines Kurvenführungsabschnitts, so ausgelegt, dass im Wesentlichen für niedrigere Zielpositionen eine höhere Presskraft wirkt als für höhere Zielpositionen, wobei „höhere Zielposition” eine Zielposition mit größerem z-Wert bzgl. der z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems meint. Entsprechend ist vorzugsweise der Wandlerabschnitt, insbesondere die Kurve eines Kurvenführungsabschnitts, so ausgelegt, dass im Wesentlichen für höhere Zielpositionen eine niedrigere Presskraft wirkt als für niedrigere Zielpositionen. Durch diese Bauweise werden z. B. höhere Probengefäßgruppen, z. B. höhere Mikrotiterplatten, die mechanisch instabiler sind als niedrigere Probengefäßgruppen, geschont bzw. deren mechanische Überlastung verhindert. Es ist aber auch möglich und bevorzugt, dass der Wandlerabschnitt, insbesondere die Kurve eines Kurvenführungsabschnitts, zumindest abschnittsweise so ausgelegt ist, dass im Wesentlichen für niedrigere Zielpositionen eine niedrigere Presskraft wirkt als für höhere Zielpositionen.
Vorzugsweise weist die Funktion Fz(z) zwischen der ersten und zweiten Position zumindest abschnittsweise oder vollständig eine von Null verschiedene Steigung auf, so dass die erste Ableitung von Fz(z) nach z ungleich Null ist, also d/dz (Fz(z)) < > 0. Ferner weist die Funktion Fz(z) vorzugsweise zwischen der ersten und zweiten Position zumindest abschnittsweise oder vollständig eine veränderliche Steigung auf, so dass die zweite Ableitung von Fz(z) nach z von Null verschieden ist, d. h. d2/dz2 (Fz(z)) < > 0. Insbesondere auf diese Weise kann die Kraftübertragung den gewünschten Verlauf erhalten.
Vorzugsweise definiert der Wandlerabschnitt, bzw. die Kurve, zwischen der ersten und zweiten Position einen ersten, insbesondere einen unteren, Kurvenführungsabschnitt, der einer ersten Funktion, z. B. z = fz1(x; y) folgt, die eine Kurve z in Abhängigkeit von x und/oder y ist, und definiert zudem einen zweiten, insbesondere oberen, Kurvenführungsabschnitt, der einer zweiten Funktion, z. B. z = fz2(x; y) folgt, wobei vorzugsweise die Steigung im zweiten Kurvenführungsabschnitt größer oder gleich jeder Steigung im ersten Kurvenführungsabschnitt ist, d. h. z. B. d/dx fz2(x) >= d/dx fz1(x) (x, y und z sind hierbei die entsprechenden Koordinaten im kartesischen Koordinatensystem). Insbesondere auf diese Weise kann erreicht werden, dass bei niedrigeren Zielpositionen höhere Presskräfte aufgebracht werden können als bei höheren Zielpositionen. Es kann z. B. vorgesehen sein, mittels des zweiten Kurvenführungsabschnitts Probengefäße mit einer zweiten Höhe anzupressen, die um einen Faktor c höher ist als Gefäße mit einer ersten Höhe, die mittels des ersten Kurvenführungsabschnitts angepresst werden. Der Faktor c kann z. B. zwischen 1,0 und 5,0 liegen, zwischen 1,0 und 3,0, zwischen 1,0 und 2,0 oder zwischen 1,5 und 2,0.
Allgemein kann die Übertragungsfunktion Fz(z) (z ist hier die Zielposition oder die kartesische z-Koordinate, Presskraft Fz) bzw. die Kurvenfunktion z = fz(x; y) (x, y, z sind hier die Koordinaten im kartesischen Koordinatensystem) durch Berechnung oder Simulation ermittelt werden. Dazu wird auf das Ausführungsbeispiel in 7 verwiesen.
Vorzugsweise ist die Übertragungseinrichtung, insbesondere das Übertragungsteil, der Wandlerabschnitt- und/oder zumindest abschnittsweise der Kurvenführungsabschnitt- so ausgebildet, dass die durch die Kraftübertragung resultierende Presskraft Fz1 in solchen ersten Zielbereichen z1, die einen kleineren Abstand a1 zur zweiten Position p2 haben, größer ist als die Presskraft Fz2 in zweiten Zielbereichen z2, die einen größeren Abstand a2 zur zweiten Position p2 haben (z, z1, z2, p1 (Position 1), p2 (Position 2) vertreten hier einen Wert der positiven kartesischen Koordinate z > 0, kleinere z-Werte bedeuten also „niedriger”), also Fz1(z1) > Fz2(z2) mit p2 < z1 < p2 + a1 < p2 + a2 < z2 < p1, a2 > a1. Dadurch ist es z. B. möglich, Gefäßanordnungen mit größerer Höhe, z. B. Mikrotiterplatten, die eventuell mechanisch instabiler sind, mit einer geringeren Kraft Fz2 zu beaufschlagen als Gefäßanordnungen mit geringerer Höhe. Letztere können eine größere Presskraft Fz1 erfordern, da sie oft eine große Vielzahl von Probengefäßen, z. B. 96, 384, 1536, beinhalten und somit meist auch eine größere Kontaktfläche aufweisen, auf die sich die Presskraft verteilt. Dies spielt z. B. eine Rolle hinsichtlich der Abdichtwirkung durch das Anpressen, denn mit zunehmender Kontaktfläche sinkt das Verhältnis von Presskraft zu Kontaktfläche.
Vorzugsweise ist die Kraft Fz1(z1) im Bereich z1 im Wesentlichen konstant, d. h. im Rahmen einer Toleranz konstant, wie bereits weiter oben angegeben. Dadurch werden Gefäßanordnungen mit geringerer Höhe mit im Wesentlichen konstanter Kraft beaufschlagt. Dies ist oft gewünscht, da z. B. niedrigere Mikrotiterplatten oft in leicht variierenden Bauhöhen vorliegen, wobei die Anzahl der Gefäße konstant und somit die Kontaktfläche bzw. Anpressfläche konstant bleibt und damit konstante Anpresskraft ermöglicht bzw. erfordert. Ein Ausführungsbeispiel dafür wird später anhand von 7 beschrieben.
Als erfindungsgemäß wird -insbesondere in Bezug auf die zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmale- auch ein Laborgerät mit Pressanordnung bzw. eine Pressanordnung angesehen, insbesondere bei einem Laborthermostaten, wobei die Pressanordnung zumindest aufweist: ein erstes Teil, das angeordnet ist, um eine Anregungskraft auszuüben, ein zweites Teil, insbesondere ein Plattenelement, das zumindest zwischen einer ersten Position p1 und einer zweiten Position p2 beweglich angeordnet ist, um in mindestens einer Zielposition z eine Presskraft Fz auszuüben, eine Übertragungseinrichtung, die zur Kraftübertragung vom ersten Teil auf das zweite Teil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die durch die Kraftübertragung resultierende Presskraft Fz1 in solchen ersten Zielbereichen z1, die einen kleineren Abstand a1 zur zweiten Position p2 haben, größer ist als die Presskraft Fz2 in zweiten Zielbereichen, die einen größeren Abstand a2 zur zweiten Position p2 haben, insbesondere also Fz1(z1) > Fz2(z2) mit p2 < z1 < p2 + a1 < p2 + a2 < z2 < p1, a2 > a1. Dabei gilt insbesondere: z, z1, z2, p1 (Position 1), p2 vertreten einen Wert der positiven kartesischen Koordinate z > 0, kleinere z-Werte bedeuten also „niedriger”). Vorzugsweise ist die Kraft Fz1(z1) im Bereich z1 im Wesentlichen konstant, d. h. im Rahmen einer Toleranz konstant, wie bereits weiter oben angegeben.
Neben einer mechanischen Lösung zur Ausführung der Übertragungseinrichtung, die z. B., wie beschrieben, mindestens ein Übertragungsteil und/oder mindestens ein Spannungselement aufweist, sind auch andere mechanische und/oder teilmechanische bzw. elektrisch arbeitende Lösungen denkbar, z. B. solche, bei denen die Pressanordnung oder das mit der Pressanordnung versehene Laborgerät eine elektrische Steuereinrichtung aufweist, die einen Mikrocontroller umfassen kann, die z. B. mittels Sensoren die Zielposition detektiert und in Abhängigkeit davon z. B. mittels eines elektrisch oder anders angetriebenen Aktuators eine vorbestimmte gewünschte Presskraft (abh. von der Zielposition) ausübt. Die Pressanordnung, der mit der Pressanordnung versehene Deckel oder das mit der Pressanordnung ausgestattete Laborgerät sind vorzugsweise dazu ausgebildet, die von der Zielposition abhängige Presskraft Fz, insbesondere Fz1 und/oder Fz2 automatisch einzustellen, insbesondere ohne dass zur Festlegung des Betrags der Presskraft eine Benutzeraktion erforderlich ist, indem die Zielposition z eine Anschlagposition des zweiten Teils am Zielbereich ist, wobei die Anschlagposition dieses Anschlags entweder unmittelbar als Endpunkt einer Kraftübertragungskette vom ersten Teil über die Übertragungseinrichtung auf das zweite Teil dient, wie dies z. B. bei den beschriebenen mechanischen Lösungen der Fall ist. Vorzugsweise kann auch die Information über diese Anschlagposition erfasst und verwertet werden, um abhängig von dieser Information die vorbestimmte Presskraft Fz, insbesondere Fz1 und/oder Fz2 auszuwählen und diese Presskraft von der Pressanordnung auf diesen Zielbereich aufbringen zu lassen. Die Erfassung kann mittels eines elektrischen Positionssensors erfolgen, Informationen können von einer Steuereinrichtung verarbeitet und in einer Speichereinrichtung, z. B. RAM, ROM, EEPROM, etc., gespeichert und wieder. abgerufen werden, und vorbestimmte Presskräfte bzw. Funktionen Fz(z) können als Wertepaare oder anders in einer Speichereinrichtung lesbar gespeichert sein.
Die Pressanordnung weist vorzugsweise eine Stützeinrichtung auf und vorzugsweise eine mit dieser verbundene Führungseinrichtung auf, mittels der das zweite Teil zwischen der ersten und der zweiten Position an der Stützeinrichtung vorzugsweise translatorisch führbar ist bzw. geführt wird, so dass die Pressbewegung eine lineare Bewegung ist. Es ist bevorzugt, dass die Anregungsbewegung die translatorische, rotatorische oder kombiniert translatorische/rotatorische Zwischenbewegung des Übertragungsteils oder eines anderen Bauteils der Pressanordnung bewirkt, und dass die Zwischenbewegung diese lineare Pressbewegung durchführt. Die Pressanordnung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das zweite Teil und der Zielbereich während dieser Pressbewegung -relativ zueinander- translatorisch aufeinander zu bewegt werden, indem z. B. das zweite Teil in Richtung des Zielbereichs bewegt wird (kann auch anders- z. B. invers- sein), dass die Pressbewegung durch das Anschlagen des zweiten Teils und des Zielbereichs im Wesentlichen beendet wird dass im Wesentlichen ab diesem Anschlagen die Anpresskraft übertragen bzw. aufgebracht wird.
Das erste und zweite Teil und das Übertragungsteil sind vorzugsweise aus Metall gefertigt, insbesondere aus Stahl oder Aluminium oder einer Legierung aus einem solchen Metall. Es kann aber auch Kunststoff verwendet werden. Die Pressanordnung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, das die Pressanordnung zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig umhüllt.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Pressanordnung eine Stützeinrichtung, z. B. ein Stützgestell auf, an der das zweite Teil zur Durchführung einer vertikal nach unten gerichteten Pressbewegung gelagert ist, wobei das Spannungselement insbesondere eine Schraubfeder umfasst, die z. B. am einen Ende mit dem ersten Teil verbunden ist und z. B. am anderen Ende mit dem Übertragungsteil verbunden ist, wobei das Übertragungsteil ein Plattenelement ist, das horizontal beweglich ist, insbesondere in Richtung entlang der x-Achse des Koordinatensystems, und vertikal aufrecht an der Stützeinrichtung gelagert ist und das mindestens einen Kurvenführungsabschnitt aufweist, mit dem ein Führungselement zwangsgeführt wird, das mit dem zweiten Teil verbunden ist, so dass das zweite Teil, angetrieben durch die horizontale Bewegung des Plattenelements, die vertikale Pressbewegung durchführt.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform weist die Pressanordnung eine Stützeinrichtung auf, an der das zweite Teil zur Durchführung einer vertikal nach unten gerichteten Pressbewegung gelagert ist, wobei das Spannungselement eine Drehfeder bzw. Spiralfeder umfasst, die z. B. am einen Ende mit dem ersten Teil verbunden ist, z. B. am anderen Ende mit dem Übertragungsteil verbunden ist und in einer x-z-Ebene des Koordinatensystems um eine Achse parallel zur y-Achse drehbar gelagert ist, wobei das Übertragungsteil ein Exzenterelement ist, das um eine Achse parallel zur y-Achse des Koordinatensystems an der Stützeinrichtung drehbar gelagert ist und das mindestens einen Kurvenführungsrand aufweist, mit dem ein Führungselement zwangsgeführt wird, das mit dem zweiten Teil verbunden ist, so dass das zweite Teil, angetrieben durch die rotierende Bewegung des Exzenterelements, die vertikale Pressbewegung durchführt.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform weist die Pressanordnung eine Stützeinrichtung auf, an der das zweite Teil zur Durchführung einer vertikal nach unten gerichteten Pressbewegung gelagert ist, wobei das Spannungselement eine Drehfeder bzw. Spiralfeder umfasst, die z. B. am einen Ende mit dem ersten Teil verbunden ist, z. B. am anderen Ende mit dem Übertragungsteil verbunden ist und in einer x-y-Ebene des Koordinatensystems um eine Achse parallel zur z-Achse drehbar gelagert ist, wobei das Übertragungsteil ein Exzenterelement aufweist, das um eine Achse parallel zur z-Achse des Koordinatensystems an der Stützeinrichtung drehbar gelagert ist und das mehrere exzenterartige Gewindeabschnitte aufweist, mit denen jeweils ein Führungselement zwangsgeführt wird, das jeweils mit dem zweiten Teil verbunden ist, so dass das zweite Teil, angetrieben durch die rotierende Bewegung des Exzenterelements, die vertikale Pressbewegung durchführt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anpressen eines Teils, insbesondere eines Plattenelements, gegen einen Zielbereich, insbesondere Probenbereich, mittels einer Pressanordnung, insbesondere der erfindungsgemäßen Pressanordnung, wobei die Pressanordnung zumindest ein erstes Teil aufweist, ein zweites Teil, insbesondere ein Plattenelement, und eine Übertragungseinrichtung, die ein Übertragungsteil und mindestens ein elastisches Spannungselement aufweist, wobei das Verfahren insbesondere die Merkmale umfasst:

– Überführen des zweiten Teils in eine Zielposition;
– Ausüben einer Anregungskraft mittels des ersten Teils;
– Übertragen der Kraft vom ersten Teil auf das zweite Teil mittels der Übertragungseinrichtung, um mittels des zweiten Teils eine Presskraft auszuüben;
– Antreiben des Übertragungsteils mittels des ersten Teils und vorzugsweise Antreiben des zweiten Teils mittels des Übertragungsteils;
– Bewirken einer Spannungsänderung des Spannungselements durch den Antrieb des ersten Teils;
– Antreiben des Übertragungsteils mittels des Spannungselements; und
– Aufbringen der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Zielposition des zweiten Teils.

Das Verfahren weist bevorzugte Ausgestaltungen auf, die aus der Beschreibung der erfindungsgemäßen Pressanordnung und deren bevorzugter Ausgestaltungen bzw. optionaler Funktionen abgeleitet werden können. Die Definitionen von Begriffen und Erläuterungen von Bauteilen und Mitteln gelten für alle erfindungsgemäßen Gegenstände, d. h. die Pressanordnung und das Verfahren zum Anpressen, falls dies nicht anders beschrieben wird oder sich nicht anders aus dem Kontext ergibt. Merkmale der erfindungsgemäßen Gegenstände und Ausführungsformen können kombiniert werden, wo dies möglich oder vorteilhaft erscheint. Lösungen zur Kraft- bzw. Bewegungsübertragung zwischen Bauteilen der Pressanordnung und deren beschriebene Ausgestaltungen, die auf geometrischer und/oder kinematischer Umkehr der hier beschriebenen Kraft- und Bewegungsübertragungsmechanismen beruhen, die aber im Wesentlichen auch eine erfindungsgemäße Wirkung, z. B. die Kraftübertragungsfunktion Fz(z) bzw. Fz1(z1) > Fz2(z2) aufweisen, sind ebenfalls erfindungsgemäß.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Pressanordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Figuren und deren Beschreibung. Gleiche Bauteile der Ausführungsbeispiele werden im Wesentlichen durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, falls dies nicht anders beschrieben wird oder sich nicht anders aus dem Kontext ergibt. Es zeigen:
1a und 1b zeigen eine bekannte Pressanordnung gemäß dem Stand der Technik, im Falle einer höheren Zielposition (1a) und einer niedrigeren Zielposition (1b).
2a und 2b zeigen schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressanordnung, im Falle einer höheren Zielposition (2a) und einer niedrigeren Zielposition (2b).
3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Kraftübertragung im Beispiel der 2a und 2b.
4a zeigt in isometrischer Explosionsansicht ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressanordnung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, in der ersten, angehobenen Position des zweiten Teils.
4b zeigt in isometrischer Explosionsansicht die Pressanordnung der 7a in der zweiten, gesenkten Press-Position des zweiten Teils.
4c zeigt in isometrischer Explosionsansicht den Aufbau des zweiten Teils der Pressanordnung der 7a und 7b.
5a zeigt in isometrischer Explosionsansicht, von schräg vorne, ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressanordnung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform, in der ersten, angehobenen Position des zweiten Teils.
5b zeigt in isometrischer Explosionsansicht, von schräg hinten, die Pressanordnung der 5a, in der zweiten, gesenkten Press-Position des zweiten Teils.
6a zeigt in isometrischer Explosionsansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressanordnung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform, in der ersten, angehobenen Position des zweiten Teils.
6b zeigt in isometrischer Explosionsansicht die Pressanordnung der 6a, in der zweiten, gesenkten Press-Position der Pressplatte.
7 zeigt das Übertragungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressanordnung, bei dem der Verlauf einer Kurvenbahn durch Berechnung ermittelt und festgelegt ist.
1a und 1b zeigen eine bekannte Pressanordnung 1' gemäß dem Stand der Technik, im Falle einer höheren Zielposition (1a) und einer niedrigeren Zielposition (1b). Im Fall der höheren Zielposition befördert eine Anregungsbewegung P und Anregungskraft Fa das erste Teil 2' in die dargestellte Endposition, wobei die Druckfedern 4' mit der Federkonstante k um eine Distanz Δz1 aus ihrer Entspannungslage ausgelenkt, nämlich komprimiert werden. Die Federn übertragen die Anregungskraft als Presskraft Fz auf das zweite Teil 3', eine Pressplatte 3'. Dies führt zu einer ersten Anpresskraft gemäß Fz1 ~ k·Δz1. Im Fall der niedrigeren Probenhöhe in 2, wo das erste Teil ebenfalls in dieselbe Endposition befördert wird, werden die Federn weniger stark aus ihrer Entspannungslage ausgelenkt, nämlich um Δz2 < Δz1. Dies führt zu einer geringeren zweiten Anpresskraft Fz2 ~ k·Δz2, wobei Fz2 < Fz1. Bei solchen Vorrichtungen, die bereits eingangs erläutert wurden, ist die Presskraft Fz immer gemäß Fz ~ k·Δz von der Zielposition abhängig, also z. B. der Höhe der Oberfläche der Probenplatte 6', 6'', die von der Halteplatte 7' gehalten wird. Bei fest vorgegebener Endposition kann mit solchen Vorrichtungen insbesondere keine Übertragungsfunktion Fz(z) (z die Position auf der z-Achse des kartesischen Koordinatensystems) übertragen werden, bei der Fz(z2) > Fz(z1), wenn für die beiden Zielpositionen z1, z2 des zweiten Teils 3' gilt: z2 < z1 (z1, z2 sind hier kartesische Koordinaten).
2a und 2b zeigen schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressanordnung 1, im Falle einer höheren Zielposition z1 (2a) und einer niedrigeren Zielposition z2 (2b). In beiden 2a und 2b wurde die Pressanordnung, insbesondere das zweite Teil 3, zunächst in der entsprechenden Zielposition z1, z2 mit z1 > z2 auf dem Zielbereich, nämlich der Oberfläche der jeweiligen Probenplatte 9, 9' in Anschlag gebracht. In 2a wurde das erste Teil 2 aus einer Position mit entspannter Druckfeder 4, bezeichnet als „dritte Position” (nicht gezeigt) in eine Position mit komprimierter Druckfeder 4, bezeichnet als „vierte Position” (gezeigt), überführt. In 2b ist der x-Wert dieser vierten Position anders als in 2a, der z-Wert aber gleich.
Das erste Teil 2 überträgt eine Anregungskraft auf die Druckfeder 4. Die Druckfeder 4 drückt mit dem starren Endteil 5, das mit dem einen Ende starr mit der Druckfeder 4 verbunden ist und am anderen Ende ein Gleitelement 5a trägt, gegen einen Kontaktpunkt auf der Kurvenbahn 6a des Übertragungsteils und überträgt eine gewandelte Übertragungskraft auf das Übertragungsteil 6. Im Kontaktpunkt wirkt eine Normalkraft auf den Wandelabschnitt 6a, nämlich den Kurvenbahnabschnitt des Übertragungsteils 6, das in diesem Beispiel fest mit dem zweiten Teil 3 verbunden ist. Die Presskraft Fz wird jeweils durch die Auslenkung der Druckfeder 4 aus ihrer Entspannungslage und den Winkel α der Tangente des Kontaktpunktes des Gleitelements 5a auf der Kurvenbahn 6a bestimmt. Fz1 ist von Fz2 verschieden, da die jeweilige Auslenkung der Druckfeder 4 und der Winkel α unterschiedlich sind. Auf diese Weise kann durch die Anordnungsgeometrie des ersten Teils 2 und zweiten Teils 3 und des Übertragungsteils 6, insbesondere des Wandelabschnitts 6a, die gewünschte Presskraft vorgegeben werden. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Kraftübertragung im Beispiel der 2a und 2b, das bereits weiter oben beschrieben wurde.
4a zeigt die Pressanordnung 100 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, in der ersten, angehobenen Position p1 des zweiten Teils, das als Pressplatte 113 ausgeführt ist, in einer Explosionsansicht. Die Pressanordnung 100 ist hier Bestandteil eines Klappdeckels bzw. Thermocyclers, der hier nicht vollständig gezeigt ist, um die Bestandteile der Pressanordnung und des Deckels besser sichtbar zu machen. Der Klappdeckel ist im zugeklappten Zustand gezeigt, in dem die Grundplatte 111b des Stützgestells 111 des Klappdeckels horizontal über dem ebenfalls horizontal angeordneten Arbeitsplattenabschnitt 150 des Thermocyclers angeordnet ist. Der Arbeitsplattenabschnitt 150 ist im aufgeklappten Zustand des Deckels für den Benutzer weitgehend zugänglich, um den zentral im Arbeitsplattenabschnitt 150 angeordneten Aufnahmebereich, der z. B. als Silber-Thermoblock ausgebildet sein kann, mit einer Mikrotiterplatte zu bestücken, die z. B. mit PCR-Proben gefüllt und mit einer Abdichtfolie bedeckt sein kann. Im gezeigten Zustand deckt der Klappdeckel den Arbeitsplattenabschnitt 150, insbesondere dessen Thermoblock mit Mikrotiterplatte ab, ist aber noch nicht verriegelt. Angeordnet an der Unterseite des Arbeitsplattenabschnitts 150 erstreckt sich eine Temperier-Rippenanordnung 151 nach unten, die dem Wärmeaustausch zwischen Peltierelementen (nicht sichtbar) und der Umgebung dient, wenn der Thermoblock bei einem PCR-Zyklus schnell auf andere Temperaturen geregelt werden muss.
Das erste Teil der Pressanordnung 100 ist der Hebel 112, der vom Benutzer manuell aus der in 4a gezeigten Position, nämlich der beschriebenen dritten Position, in die vierte Position (4b) überführt wird. Die Einstellung der Presskraft Fz wird in Abhängigkeit von der Zielposition automatisch bewirkt. Unabhängig von der Zielposition, d. h. unabhängig von der Höhe der eingesetzten Mikrotiterplatte bzw. der Höhe des Zielbereichs, welcher durch die nach oben weisende Kontaktfläche der Abdichtfolie definiert ist, und unabhängig von der auf den Zielbereich aufgebrachten Presskraft Fz, bewirkt der Benutzer die Presskraft immer durch dieselbe Anregungsbewegung von der dritten in die vierte Position, mittels einer Anregungskraft Fa. Die Presskraft wird also automatisch aufgebracht, ohne dass sich der Benutzer Gedanken über die Dosierung der Presskraft machen muss, was die Benutzung sehr komfortabel macht.
Der Hebel 112 weist zwei gegenüberliegende spiegelbildliche Befestigungsbereiche 112a und 112b auf, mittels derer der Hebel 112 jeweils am Befestigungsabschnitt 131c eines Zahnradsegmentes 131 montiert ist. Entsprechend dieser Anlenkung ist die Übertragungseinrichtung zur Übertragung der Kraft vom Hebel 112 auf die Pressplatte 113 in zwei im Wesentlichen spiegelbildlichen Kraftübertragungswegen angeordnet. Die Anregungskraft wird jeweils über eine Getriebeeinrichtung 130 auf die Lagerstange 118 übertragen, an welcher jeweils ein Ende einer Schraubfeder 114 gelagert ist, welche als Spannungselement dient. Mit ihrem anderen Ende ist die Schraubfeder 114 jeweils mit einem Übertragungsteil 116 verbunden, so dass die Anregungsbewegung des Hebels 112 eine Zwischenbewegung der Übertragungsteile 116 bewirkt. Durch die beiden Kraftübertragungswege kann eine größere Anregungskraft noch gleichmäßiger bewirkt werden als im ebenfalls möglichen Falle nur eines Kraftübertragungswegs.
Die Getriebeeinrichtung 130 umfasst jeweils ein Zahnradsegment 131, das mittels der Schraube 131a rotierbar an der Hebelnabe 131b gelagert ist. Am Befestigungsabschnitt 131c wird der Hebel 112 befestigt. Die Getriebeeinrichtung bewirkt eine Umsetzung der ersten Anregungsbewegung, nämlich der um weniger als –90° rotierenden ersten Anregungsbewegung des Hebels 112 mit Zahnradsegment 131, in eine zweite Anregungsbewegung, die das kleinste Zahnrad 133 durchführt, bei der das kleinste Zahnrad um ca. –240° rotiert. 4a und 4b zeigen jeweils die korrekte Winkelposition des Hebels 112 und der Zahnräder 131, 133, auch wenn aufgrund der Explosionsansicht der Hebel und das Zahnradsegment 131 aus ihrer richtigen Position ausgerückt dargestellt sind. Das in 4a und 4b sichtbare Zahnradsegment 131 und das kleinste Zahnrad 133 bewegen sich für den Betrachter jeweils entgegen dem Uhrzeigersinn (UZS) und das mittlere Zahnrad 132 im UZS, wenn der Hebel 112 vom Benutzer zum Aufbringen der Presskraft in x-Richtung und nach unten bewegt wird. Die fest am Stützgestell 111 montierte vertikale Platte 134 dient als Lagerung der Rotationsachsen der Zahnräder 132, 133.
Am kleinsten Zahnrad 133 ist jeweils eine Auslegerplatte 133a befestigt, an der die Lagerstange 118 in einem Abstand zur Rotationsachse des Zahnrads 133 exzentrisch befestigt ist. Die Rotation des kleinsten Zahnrads 133 entgegen dem UZS lässt die Lagerstange 118 gleichsinnig rotieren. Dabei gleiten oder rollen die an der Lagerstange 118 angebrachten Lagerringe 118a an einer vertikalen Außenseite des Übertragungsteils 116 entlang nach unten. Diese Bewegung muss, um die Schwelle 116b der Außenseite des Übertragungsteils 116 zu überwinden, das Übertragungsteil in x-Richtung verschieben. Der dabei mittels der Schwelle 116b definierte Widerstand legt eine Arretierungsposition des Hebels 112 in dessen aufrechter Stellung (4a) fest, was insbesondere dem Benutzer das Erreichen oder Überwinden der dritten Position signalisiert.
Am Zahnradsegment 131 ist ferner noch ein kreisbogenförmiges Hakenelement 119a befestigt, welches beim Herunterklappen des Hebels 112 in ein zum Basisteil des Thermocyclers gehörendes Widerlagerteil 119b einhakt, wodurch der Deckel bzw. das Stützgestell 111 des Deckels verriegelt wird. Das Widerlagerteil 119b und die Hebelnabe 131b sind im Wesentlichen vertikal übereinander ausgerichtet, so dass die Haltekraft der Verriegelungseinrichtung im Wesentlichen parallel zur Vertikalen (z-Richtung) wirkt. Dadurch wird vermieden, dass die Haltekraft das Scharnier des Klappdeckels in x-Richtung belastet und die Haltekraft und damit die Presskraft kann gleichmäßiger auf den Zielbereich übertragen werden. Vorzugsweise ist das Widerlagerteil 119b ferner so angeordnet, dass es in der Ebene liegt, welche auf der Pressplatte 113 senkrecht steht und diese im Wesentlichen halbiert, wobei diese Ebene in den 4a und 4b parallel der y-z-Ebene liegt. Dadurch drückt die Pressplatte 113 gleichmäßig auf den Zielbereich. Diese Verriegelungseinrichtung dient u. a. als Widerlager beim Aufbringen der Presskraft der Pressplatte 113 auf den Zielbereich am Thermocycler. Indem die Verriegelungseinrichtung kinematisch an die Übertragungseinrichtung gekoppelt ist, wird durch die Anregungsbewegung also gleichzeitig die Verriegelungsbewegung durchgeführt, was einen separaten Verriegelungsvorgang erspart.
Die Rotation der Lagerstange 118 um die Achse des kleinsten Zahnrads 133 bewirkt, dass ab einer vorbestimmten Stellung der Lagerstange eine Auslenkung der Schraubfeder 114 in negative x-Richtung erfolgt. Dadurch wird das Übertragungsteil 116 auch in negative x-Richtung gedrängt.
Das Übertragungsteil 116 ist jeweils eine mit Rippen stabilisierte Übertragungsplatte, die parallel zur x-z-Ebene aufrecht angeordnet und gegenüber dem Stützgestell 111 entlang der x-Richtung translatorisch und gleitend beweglich angeordnet ist. Beide Übertragungsplatten 116 sind über das Deckteil 116c fest verbunden und ihre Bewegungen somit gekoppelt, was die Betätigung der Pressanordnung gleichmäßiger und leichter macht. Die vertikale Außenseite, an der die Lagerstange 118 entlang gleitet, ist die in 4a und 4b nicht sichtbare Seite der Übertragungsplatte 116, die im Wesentlichen parallel zur y-z-Ebene liegt und deren Normalenvektor im Wesentlichen in negative x-Richtung weist.
Die Übertragungsplatte 116 wird ferner als Kurvenplatte bezeichnet, da sie zwei parallel angeordnete Kulissenschlitze 116a aufweist, deren Verlauf als Kurvenbahnen in 7 nochmals genauer gezeigt ist. Die Bewegung der Kurvenplatte 116 in negativer x-Richtung erzeugt eine Zwangsführung der als gleitende Stifte ausgeführten Führungselemente 113a, die mit der Pressplatte 113 (dem zweiten Teil der Pressanordnung) fest verbunden sind. Da die Stifte 113a auch durch vertikale Führungsabschnitte 111c der Führungssockel 111a des Stützgestells 111 geführt werden, wird eine vertikale Bewegung der Pressplatte 113 erzwungen. Die in der Zielposition, nämlich der Höhe der Stifte 113a, in Anpressposition übertragene Kraft wird insbesondere durch die Spannung der Schraubfedern 114 und die Richtung der Normalkraft bestimmt, mit der die Kulissenschlitze 116a der Kurvenplatte 116 auf die Stifte 113a der Pressplatte 113 wirken. Diese Anpresskraft wirkt in der Pressposition der Pressanordnung, die in 4b gezeigt ist.
Die Federelemente 143 (vgl. 4c), die in 4a zu sehen sind, müssen weggedacht werden; sie sollten in der Anordnung der Pressanordnung in 4a nicht sichtbar sein, da sie innerhalb der Führungshohlzylinder 146 angeordnet sind (vgl. 4c).
4b zeigt in isometrischer Explosionsansicht die Pressanordnung der 4a in der zweiten, gesenkten Press-Position des zweiten Teils, der Pressplatte 113. Die Pressplatte 113 sitzt mit ihrer Kontaktseite auf dem Zielbereich auf, der später in Bezug auf 4c erläutert wird. Die Führungsstifte 113a sind dementsprechend weiter unten positioniert. Gegenüber der Situation in 4a ist die Kurvenplatte 116 weiter in negative x-Richtung verschoben. Die Führungsstifte 113a befinden sich deshalb gegenüber der 4a in einem weiter unten gelegenen Abschnitt der durch die Kulissenschlitze 116a definierten Kurvenbahnen. Die Lagerstange 118 ist gegenüber der 4a ebenfalls weiter in negative x-Richtung verschoben und drängt die Kurvenplatte 116 über die gespannte Schraubfeder 114 ebenfalls in diese Richtung. Das kleine Zahnrad 133 ist gegenüber 4a um ca. –240° gegen den UZS rotiert worden, was die genannte Verlagerung der Lagerstange 118 bewirkte. Mittels der Getriebeeinrichtung 130, der Lagerstange 118, der Schraubfeder 114 und der Kurvenplatte 116, die alle der Übertragungseinrichtung zugeordnet sind, wird so die als Presskraft wirkende Kraft überfragen, was durch Aufbringen der Anregungskraft und Anregungsbewegung durch den Benutzer am Hebel 112 veranlasst wird.
4c zeigt in isometrischer Explosionsansicht den Aufbau des zweiten Teils 113 der Pressanordnung der 4a und 4b. Das zweite Teil 113 wird auch mit 140 und dessen Unterbestandteile mit 141–147 bezeichnet. Das zweite Teil 140 ist ein Plattenelement, das ein Primärsegment 141 und ein Sekundärsegment 142 aufweist. Diese segmentierte Bauweise ist natürlich auch bei anderen Ausführungsformen der Erfindung realisierbar. Das Primärsegment 141 ist vorliegend ein im Wesentlichen quaderförmiges Plattenteil. Es weist am oberen Rand seiner seitlichen, in die positive und negative y-Richtung weisenden Stirnseiten die Führungsstifte 144, 113a auf, welche die Kraft vom Übertragungsteil 116 aufnehmen. Im Inneren ist das Primärsegment 141 im Wesentlichen hohl, um das Sekundärsegment 142 aufnehmen zu können, weist aber im oberen Bereich über einer horizontalen Zwischenplatte eine wabenartige stabilisierende Rippenstruktur auf, die sich horizontal erstreckt und die Innenseiten der Außenwände des Primärsegments 141 verbindet. Durch die Rippenstruktur wird die Verwindungssteifheit des Primärsegments 141 verbessert, was insbesondere hinsichtlich des Vermeidens eines Verkantens der Führungselemente 144, 113a beim Gleiten in den Kulissenschlitzen 116a des Übertragungsteils 116 wünschenswert ist. Zudem stützt die Rippenstruktur die vier Führungshohlzylinder 146, welche jeweils ein fest mit dem Sekundärsegment verbundenes geführtes, vertikales Stiftelement 147 und ein elastisches Federelement 143 aufnehmen und führen. Die Führungshohlzylinder 146 sind nach unten offen und nach oben durch eine Kopfwand geschlossen, welche aber eine Öffnung 146a für den Durchtritt der vertikalen Stiftelemente 147 aufweist, was spätestens beim Anpressen der Pressplatte 140 erfolgt. Der planare Kontaktbereich der Pressplatte 140 bzw. des Sekundärsegments 142, nämlich die beheizte Kontaktplatte, mit dem die Pressplatte im Gebrauch der Vorrichtung die Gefäßoberseiten kontaktiert, ist in den Figuren nicht sichtbar. Das Primärsegment hat auch die Aufgabe, die beheizte Kontaktplatte gegenüber der Umgebung thermisch zu isolieren, insbesondere gegenüber dem Übertragungsteil und der Luft im Deckelinneren. Die Stiftelemente 147 greifen mit leichtem Spiel in die Öffnungen 146a ein, so dass eine sehr geringe Neigung des Sekundärsegments 142 gegenüber dem planaren Zielbereich am Thermocycler ermöglicht wird. Dadurch kann das Sekundärsegment 142 mittels einer elastischen Federeinrichtung gleichmäßiger an den Zielbereich gepresst werden:
Wie ferner in 4c gezeigt ist, ist das Primärsegment 141 über eine elastische Federeinrichtung an das Sekundärsegment 142 gekoppelt, so dass eine Pressbewegung des Primärsegments das Sekundärelement anpresst. Die elastische Federeinrichtung weist vier elastische Federelemente 143 auf. Durch die Pressbewegung werden die elastischen Federelemente verformt. Das Bereitstellen der Federelemente bewirkt, dass die Presskraft des zweiten Teils gleichmäßig auf den Zielbereich übertragen wird. Insbesondere liegt auf diese Weise die im Wesentlichen planare Kontaktfläche des zweiten Teils bzw. des Sekundärsegments parallel und planar auf der ebenfalls im Wesentlichen planaren Kontaktfläche des Zielbereichs auf, was ein gleichmäßiges Anpressen der Kontaktflächen bewirkt. Die Kraft, die das Primärsegment als Presskraft von der Übertragungseinrichtung empfängt, ist die Kraft, die das Sekundärelement über die Federeinrichtung vom Primärsegment empfängt und als Presskraft an den Zielbereich überträgt. Das Ermitteln der gewünschten Funktion Fz(z) für die Presskraft wird deshalb durch die Federeinrichtung nicht wesentlich komplizierter.
Das Sekundärelement 142 des zweiten Teils weist zudem eine Heizfolie und einen Temperatursensor auf (nicht gezeigt), die über das Flachbandkabel 148 angesteuert werden, das mit einer Steuereinrichtung des Thermocyclers verbunden ist. Auf diese Weise ist der Deckel des Thermocyclers als temperierbarer Deckel ausgebildet. Die Temperatur des Kontaktbereichs des Sekundärelements, bzw. des Deckels, kann so auf 35°C bis 115°C, vorzugsweise auf 95°C bis 105°C geregelt werden. Insbesondere, wenn die Temperatur des Heizdeckels höher ist als die des Thermoblocks, der die PCR-Proben in den Gefäßen temperiert, kann durch den Kontakt des höher temperierten Kontaktbereichs des Deckels mit der Abdeckung der Probengefäße die Kondensation von Probendampf in den Probengefäßen an der Innenseite der Probenabdeckung verhindert werden. Dadurch wird die Konzentration der PCR-Substanzen, insbesondere DNA-Fragmente, in den Proben konstant gehalten, was die PCR-Reaktion zuverlässiger kontrollierbar macht.
Wie ferner in 4c gezeigt ist, weist der Arbeitsplattenabschnitt 150 des Thermocyclers den Thermoblock 152 auf. Dieser stellt den Aufnahmebereich für die Aufnahme von bis zu 96 Probengefäßen dar. Er kann z. B. mit Mikrotiterplatten (96-wellplates), PCR-Platten oder Einzelgefäßen bestückt werden. Eine Mikrotiterplatte kann mit einer Abdichtfolie als Abdeckung versehen sein. Deren Oberseite stellt den Zielbereich zum Aufbringen der Presskraft Fz dar.
5a zeigt in isometrischer Explosionsansicht, von schräg vorne, die Pressanordnung 30 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform, in der ersten, angehobenen Position der Pressplatte. Statt der Kurvenbahnplatte 16 weist die Pressanordnung 30 eine Exzenterplatte 16' auf. In der Bedienhebelnabe sind an beiden Seiten vorgespannte Drehfedern 14' montiert. Eingespannt sind diese zur einen Seite in der Hebelachse 18 des Bedienhebels 12 und zur anderen Seite an einem Übertragungsstift 19, der fest mit der Exzenterplatte 16' verbunden ist. Die Exzenterplatte 16' ist auf diese Weise kinematisch an den Bedienhebel 12 gekoppelt. Parallel zur Exzenterplatte 16' ist eine Kreisscheibenplatte 12a' angeordnet, die zentrisch mit der Bedienhebelnabe 18 angeordnet ist und fest mit dem Bedienhebel 12 verbunden ist. Die Kreisscheibenplatte 12a' weist eine Langlochführung 12b auf, in welcher sich der Übertragungsstift 19 bewegt, wenn die Kreisscheibenplatte 12a' gegenüber der Exzenterplatte 16' verdreht wird. In 5a liegt die Langlochführung 12b mit ihrem hebelnahen Ende gegen den Übertragungsstift 19 an.
Die Exzenterplatte 16' weist eine kreisförmige Basisplatte auf, deren Zentrum in der Bedienhebelnabe 18 liegt. Ein Abschnitt der Außenseite der Exzenterplatte 16' ist als Exzenterkurvenabschnitt 16a' geformt, der eine radial außen verlaufende Kontakt- und Gleitfläche 16a' definiert, deren Abstand a von der Bedienhebelnabe 18 sich mit der Umlaufposition ω kontinuierlich ändert, wobei die zweite Ableitung der Funktion a(ω) vorzugsweise ungleich Null ist. Das Verdrehen der Exzenterplatte 16' mittels der Drehfeder 14' drückt geführte Führungsstifte 13a'', die fest mit der Außenseite der Heizplatte 13 verbunden sind, nach unten.
Der Bedienhebel 12 und die Pressanordnung 30 sind so ausgestaltet, dass der Bedienhebel 12 vom Benutzer immer von derselben Startposition, nämlich der dritten Position, die in 5a gezeigt ist, in dieselbe Endposition überführt wird, die in 5b gezeigt ist. Die Anregungsbewegung des Bedienhebels, die der Benutzer durchführt, ist also immer dieselbe Bewegung. Der Benutzer hat auch hier den Vorteil, dass er sich nicht um die „Dosierung” der Presskraft Fz kümmern muss, da diese durch die spezielle Pressanordnung immer automatisch in Abhängigkeit von der anliegenden Zielposition, nämlich in Abhängigkeit von der Höhe der Mikrotiterplatte (nicht gezeigt) im Thermoblock 22, eingestellt wird. Dies wird bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pressanordnung 30 durch die nachfolgend beschriebenen Bewegungsabläufe und Kraftübertragungen erreicht:
In der aufrechten Position des Bedienhebels 12 (dritte Position) in 5a kontaktiert die Gleitfläche 16a' der Exzenterplatte 16' den Führungsstift 13a'' der Heizplatte 13 zunächst in einer Kontaktpunkt-Startposition, die näher an der Bedienhebelnabe 18 angeordnet ist als die Kontaktpunkt-Endposition in 5b, in der der Bedienhebel 12 horizontal liegend angeordnet ist. Die Kopplung der Drehfeder an die Bedienhebelnabe und die Exzenterplatte 16' bewirkt, dass die Heizplatte 13 bzw. deren Führungsstifte 13'' zunächst in einem ersten Abschnitt der Schwenkbewegung des Bedienhebels 12 vertikal nach unten bewegt werden, bis die Heizplatte 13 in der Zielposition auf der Mikrotiterplatte im Thermoblock 22 anschlägt. Der Hebel 12 liegt beim Senken der Heizplatte 13 solange an der Langlochführung an, bis der Anschlag der Heizplatte 13 auf dem Zielbereich einer Mikrotiterplatte erfolgt. Dabei sind im Wesentlichen nur Reibungskräfte und die Rückstellkräfte der Rückstellfedern 17 zu überwinden. Die Kurvenbahn 16a' des Exzenters 16' eilt während der Druckaufbringung auf den Zielbereich mittels der Heizplatte 13 dem Anschlag des Übertragungsstiftes in der rotatorischen Langlochführung 12b voraus. Dadurch wirkt das Federmoment der sich leicht entspannenden Drehfeder 14' (relativ konstant für alle Zielpositionen) direkt auf den Exzenter 16' und wird nicht über den Bedienhebel und dessen nötige Arretierung an der Basis 21 abgeführt.
Wird der Bedienhebel wieder geöffnet, so wird zunächst die Drehfeder 14 um den Betrag der Bogenlänge gespannt, mit welchem der Exzenter 16' vorgeeilt ist. Nachdem die rotatorische Langlochführung 12b nun im Anschlag mit dem Übertragungsstift liegt, erfolgt die Übertragung der Hebel-Öffnungsbewegung auf den Exzenter 16', und dieser wird angehoben. Zusätzlich wird die Heizplatte mit Mitteln 11a, 13a' zur vertikalen Führung vertikal geführt. Ferner muss die Heizplatte 13 beim Öffnen wieder angehoben werden. Dies wird durch Rückstellfedern 17 bewirkt. Die Rückstellfedern 17 mit kleiner Federkonstante haben auch die Aufgabe, die Heizplatte 13 anzuheben, um für eine dauerhafte Anlage an den Exzenterkurvenabschnitt 16a' zu sorgen. Die Rückstellfedern könnten auch durch eine Zwangsführung, ähnlich der Kulissenführung in den 4a–c, ersetzt werden.
6a zeigt in isometrischer Explosionsansicht die Pressanordnung 40 gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform, in der ersten, angehobenen Position der Pressplatte. Ein zweites Übertragungsteil ist hier ein horizontal rotatorisch um die vertikale Rotationsachse gelagertes Scheibenteil 16'' mit einem mehrzügigen Gewinde, dessen vier Gewindezüge 16a'' exzenterartig geformt sind, also eine sich zumindest abschnittsweise ändernde Steigung aufweisen. Das Spannungselement 14'' ist hier eine horizontal drehbar gelagerte Drehfeder 14''. Diese ist am einen Ende mit einem Übertragungsstift 19' verbunden, der hier mit dem Scheibenteil 16'' fest verbunden ist, und mit dem anderen Ende mit dem Scheibenteil 16''.
Die Kraftaufbringung der Pressanordnung 40 ähnelt dem Fall der Pressanordnung 30 der 5a, 5b. Die bei der Pressanordnung 40 vom Bedienhebel 12 ausgehende Anregungsbewegung wird zunächst über das fest mit dem Hebel 12 verbundene Scheibenteil 12a'', welches ein Kegelzahnrad (nicht vollständig sichtbar) trägt, und über das außen an der Scheibe 15 angeordnete Kegelzahnrad auf die Scheibe 15 umgelenkt, die horizontal drehbar am Stützgestell 11 gelagert ist. Die rotatorische Anregungsbewegung des Hebels 12 in der x-z-Ebene wird dabei in eine Zwischenbewegung der Scheibe 15 in x-y-Ebene gewandelt.
Die Krafteinleitung erfolgt wiederum über eine Drehfeder 14'', die kinematisch zwischen Abtriebszahnrad 15 und Übertragungsteil 16'' angeordnet ist. Dazu weist die Scheibe 15 die konzentrisch um die vertikale Drehachse 23 verlaufenden Langlochführung 15a auf. In dieser Führung wird der Führungsstift 19' der Drehfeder 14'' geführt, bis er am Ende der Langlochführung anschlägt, wodurch die weitere Rotation der Scheibe 15 zu einer Auslenkung und Spannung der Drehfeder 14'' führt. Die Drehfeder 14'' wird so vom Abtriebszahnrad 15 gespannt und dreht das erste Übertragungsteil 16''. Dieses überträgt die Bewegung bzw. Kraft über die vier Kurvenbahnen 16a'' der vier Gewindezüge an vier Übertragungselemente 42, die einstückig mit dem zweiten Übertragungsteils 41 ausgebildet sind. Das zweite Übertragungsteil 41 ist an der Heizplatte 13 befestigt und mit dieser gegenüber dem Stützgestell 11 und entlang der z-Richtung linear translatorisch bewegbar angeordnet. Die Rotation des ersten Übertragungsteils 16'' ändert den Kontaktpunkt an der Kurvenbahn eines Gewindezugs 16a'' mit dem Übertragungselement 42. Eine Rotation des ersten Übertragungsteils 16'' bewirkt deshalb die Abwärtsbewegung des zweiten Übertragungsteils 41, welches mit der Presskraft Fz gegen die Heizplatte 13 gepresst wird, die wiederum gegen die Anschlagsposition nach unten presst. Die Heizplatte muss selbst durch die Führung 11a, 13a' gegen ein Verdrehen in x-y-Ebene gesichert werden. Die Rückstellung der Heizplatte während des Öffnens des Bedienhebels geschieht wiederum durch Rückstellfedern 17, was aber auch, wie z. B. zuvor beschrieben, auch anders gelöst sein kann.
Auch die Pressanordnung 40 ist so ausgestaltet, dass der Bedienhebel 12 vom Benutzer immer von derselben Startposition, nämlich der dritten Position, in dieselbe Endposition (vierte Position) überführt wird. Die Anregungsbewegung des Bedienhebels, die der Benutzer durchführt, ist also auch bei der dritten bevorzugten Ausführungsform immer dieselbe Bewegung. Der Benutzer hat auch hier den wesentlichen Vorteil, dass er sich nicht um die „Dosierung” der Presskraft Fz kümmern muss, da diese durch die spezielle Pressanordnung immer automatisch in Abhängigkeit von der anliegenden Zielposition, nämlich in Abhängigkeit von der Höhe der Mikrotiterplatte im Thermoblock 22, eingestellt wird.
7 zeigt das Übertragungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pressanordnung, das insbesondere im Ausführungsbeispiel der 4a, 4b, 4c eingesetzt wird. Bei diesem Übertragungselement 16 wurde der Verlauf einer Kurvenbahn durch Berechnung ermittelt und festgelegt. Dies gilt ebenso für die entsprechenden Kurvenbahnen der Kurvenbahnelemente in den Ausführungsformen der 5a und 5b bzw. 6a und 6b. Gegenüber den 4a–4c weist die x-Achse in 7 in die entgegengesetzte Richtung. Sichtbar ist eine aufrecht angeordnete Kurvenbahnplatte 16. Die Kurvenbahnplatte 16 ist entlang der x-Richtung mittels der Führungsschlitze 16e im unteren Bereich der Kurvenplatte 16 und mittels der Führungsstifte 11e des Stützgestells horizontal beweglich am Stützgestell 11 angeordnet und ist in y- und z-Richtung gegenüber dem Stützgestell 11 im Wesentlichen nicht beweglich. Eine durch die Zugfeder 14 in x-Richtung auf die Kurvenbahnplatte übertragene Kraft Fx bewegt die Kurvenbahnplatte in (positive) x-Richtung (hier: nach rechts) und zwingt dabei das zwangsgeführte Führungselement 13a, das fest mit der Heizplatte 13 verbunden ist, sich nach unten zu bewegen.
Die Kurvenbahnplatte 16 ist hier derart ausgestaltet, dass die auf die Heizplatte 13 übertragene Presskraft Fz eine bestimmte Abhängigkeit von der Zielposition z hat. Dazu weist die Kurvenbahn ein oberes Kurvensegment im Bereich 16a1 und ein unteres Kurvensegment im Bereich 16a2 auf. Im unteren Kurvensegment werden Mikrotiterplatten mit unterschiedlichen, relativ niedrigen Höhen (z. B. TT-skirted und TT-semiskirted) bedient, die idealer Weise mit der gleichen, relativ hohen Kraft beaufschlagt werden sollen. Nur höhere Gefäße (z. B. 0,5-ml Gefäße) werden mit niedrigerer Kraft beaufschlagt. Hierzu dient der obere, steilere Kurvenabschnitt. Im obersten Kurvenführungsabschnitt im Bereich 16a3 weist die Kurvenbahn einen flacheren Verlauf, also eine geringere Steigung auf als im Bereich 16a1. Der Übergang des steileren Abschnitts 16a1 in den flacheren Bereich 16a3 begünstigt die vom Benutzer spürbare Rückführung des Hebels 12 in die in 4a gezeigte Position, bei der die Führungsstifte 13a im obersten Bereich 16a3 angeordnet sind. Die Distanz 16a1 in 7 entspricht ca. 6,9 mm und kann generell z. B. zwischen 4 bis 8 mm liegen. Die Endlage in 16a3, also „Hebel offen”, liegt z. B. bei 9,5 mm (ausgehend von der gestrichelten Linie zwischen 16a2 und 16a1). Die Höhe der Kurvenbahn im Bereich 16a2 beträgt ca. 7,1 mm und kann generell z. B. zwischen 4 bis 8 mm liegen. Die Höhe der Kurvenbahn im Bereich 16a3 beträgt ca. 3,1 mm und kann generell z. B. zwischen 2 bis 4 mm liegen. Die Darstellung in 7 ist maßstabsgetreu, so dass weitere bevorzugte Maße ggf. der Figur entnommen werden können. Mittels einer solchen Kurvenbahn können z. B. Gefäßhöhen mit einem Höhenunterschied der Gefäßoberseite (Anschlagsposition, „Zielbereich”) bezüglich der Basis des Geräts von maximal z. B. 24 mm angefahren werden, um in Abhängigkeit von dieser Höhe eine durch die Kurvenbahn bestimmte Presskraft auszuüben. Dieser maximale Höhenunterschied kann auch anders sein, kann vorzugsweise zwischen 0,5 cm und 5 cm zwischen 1 cm und 4 cm, zwischen 1,5 cm und 3,5 cm oder zwischen 2,0 cm und 3,0 cm betragen.
Im unteren Kurvensegment 16a2 gilt Folgendes: Da sich bei geringerer Höhe der Mikrotiterplatte die Kurvenbahnplatte nach rechts verschiebt, wird sich die Feder 14 entspannen. Dies soll durch entsprechende Anpassung des Winkels α in der Kulisse kompensiert werden. Damit im unteren Kurvensegment die Gefäße unabhängig von ihrer Höhe mit derselben Kraft Fz beaufschlagt werden, lässt sich der nachfolgend berechnete Verlauf z(x) des unteren Kurvensegmentes herleiten, der in Gleichung (10) angegeben ist. Dabei kann zudem aus Gleichung (7) der Kraftverlauf Fz(z) ermittelt werden, wenn die Funktionen z(x) bzw. x(z) des Kurvenbahnverlaufs bekannt sind. Aus Gleichung (9) kann zudem die erforderliche Kurvenbahn z(x) für eine beliebige gewünschte Funktion Fz(z) der Presskraft ermittelt werden:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0955097 B1 [0005]
US 6153426 [0006]
EP 1964609 A1 [0007, 0007]

Claims

Pressanordnung für einen Deckel, insbesondere bei einem Laborthermostaten, mit zumindest: einem ersten Teil, das angeordnet ist, um eine Anregungskraft auszuüben, einem zweiten Teil, insbesondere einem Plattenelement, das angeordnet ist, um in mindestens einer Zielposition eine Presskraft Fz auszuüben, einer Übertragungseinrichtung, die zur Kraftübertragung vom ersten Teil auf das zweite Teil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung ein Übertragungsteil aufweist, das dazu angeordnet ist, um vom ersten Teil angetrieben zu werden und das zweite Teil anzutreiben, und die Übertragungseinrichtung mindestens ein elastisches Spannungselement aufweist, das dazu angeordnet ist, um angetrieben durch das erste Teil seine Spannung zu ändern und das Übertragungsteil anzutreiben, und das Übertragungsteil die Einstellung der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Zielposition bewirkt.
Pressanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die vom Spannungselement übertragene Kraft zu wandeln und als gewandelte Kraft zum zweiten Teil zu übertragen.
Pressanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung mindestens einen Wandlerabschnitt aufweist, der insbesondere am Übertragungsteil angeordnet sein kann, und der die vom Spannungselement übertragene Kraft wandelt und diese als gewandelte Kraft, vorzugsweise als diese Presskraft, zum zweiten Teil überträgt.
Pressanordnung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil zur Durchführung einer Pressbewegung zwischen einer ersten Position p1 und einer zweiten Position p2, insbesondere ausgehend von der ersten Position bis zu einer Anschlagposition des zweiten Teils, an der Pressanordnung bewegbar angeordnet ist, wobei die Anschlagsposition insbesondere jene Position ist, in der das zweite Teil in seiner Pressbewegung in mindestens einer Richtung blockiert wird.
Pressanordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressbewegung eine lineare Bewegung nach unten ist, d. h. in negativer Richtung der z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems.
Pressanordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung, insbesondere der Wandlerabschnitt, so ausgebildet ist, dass die Presskraft Fz in verschiedenen Zielpositionen z des zweiten Teils einen vorbestimmten Betrag aufweist, der durch die Gestaltung der Übertragungseinrichtung, insbesondere des Wandlerabschnitts, festgelegt ist, der insbesondere zumindest abschnittsweise mindestens einer Kurvenbahn folgt und die Funktion Fz(z) bestimmt oder mitbestimmt.
Pressanordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerabschnitt einen ersten Kurvenführungsabschnitt definiert, der einen ersten Kurvenbahnabschnitt fz1(x, y) aufweist und der eine erste Funktion Fz1(z) mitbestimmt und einen zweiten Kurvenführungsabschnitt definiert, der einen zweiten Kurvenbahnabschnitt fz2(x, y) aufweist und der eine zweite Funktion Fz2(z) mitbestimmt, wobei insbesondere die Steigung an jeder Stelle im zweiten Kurvenführungsabschnitt größer oder gleich der Steigung an jeder Stelle im unteren Kurvenführungsabschnitt verläuft, d. h. insbesondere d/dx(fz2(x, y)) >= d/dx(fz1(x, y)).
Pressanordnung gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsteil, der Wandlerabschnitt- und/oder zumindest abschnittsweise der Kurvenführungsabschnitt- so ausgebildet ist, dass die durch die Kraftübertragung resultierende Presskraft Fz1 in solchen ersten Zielbereichen z1, die einen kleineren Abstand a1 zur zweiten Position p2 haben, größer ist als die Presskraft Fz2 in zweiten Zielbereichen z2, die einen größeren Abstand a2 zur zweiten Position p2 haben (z, z1, z2, p1 (Position 1), p2 (Position 2) vertreten hierbei jeweils einen Wert der positiven kartesischen Koordinate z > 0, kleinere z-Werte bedeuten also „niedriger”), also Fz1(z1) > Fz2(z2) mit p2 < z1 < p2 + a1 < p2 + a2 < z2 < p1, a2 > a1.
Pressanordnung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft Fz1(z1) im Wesentlichen konstant ist.
Deckel eines Laborgerätes, insbesondere eines Thermocyclers, zum Anpressen eines zweiten Teils, insbesondere Plattenelements, auf einen abzudeckenden Probenbereich des Laborgerätes, wobei der Deckel eine Pressanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
Laborgerät, insbesondere Thermocycler, das eine Pressanordnung oder einen Deckel gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
Verfahren zum Anpressen eines Teils, insbesondere eines Plattenelements, gegen einen Zielbereich, insbesondere Probenbereich, mittels einer Pressanordnung, insbesondere der Pressanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Pressanordnung zumindest eine erstes Teil aufweist, ein zweites Teil, insbesondere ein Plattenelement, und eine Übertragungseinrichtung, die ein Übertragungsteil und mindestens ein elastisches Spannungselement aufweist, umfassend insbesondere die Schritte, in variabler Reihenfolge: – Überführen des zweiten Teils in eine Zielposition; – Ausüben einer Anregungskraft mittels des ersten Teils; – Übertragen der Kraft vom ersten Teil auf das zweite Teil mittels der Übertragungseinrichtung, um mittels des zweiten Teils eine Presskraft auszuüben; – Antreiben des Übertragungsteils mittels des ersten Teils und Antreiben des zweiten Teils mittels des Übertragungsteils; – Bewirken einer Spannungsänderung des Spannungselements durch den Antrieb des ersten Teils; – Antreiben des Übertragungsteils mittels des Spannungselements, – Aufbringen der Presskraft Fz in Abhängigkeit von der Zielposition des zweiten Teils.