DE102011088678A1

DE102011088678A1 - Ventilanordnung und Analysegerät zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Messflüssigkeit mit einer solchen Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102011088678A1
Application number: DE102011088678A
Authority: DE
Inventors: Tobias ZACHMANN; Robert Tamegger
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Eine Ventilanordnung (60), insbesondere für die Verteilung und Mischung von Flüssigkeiten in einem Analysegerät zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Messflüssigkeit, umfasst: eine erste Keramikscheibe (61) und eine an einer Auflagefläche (65) der ersten Keramikscheibe (61) anliegende zweite Keramikscheibe (63), wobei die Ventilanordnung (60) mindestens ein Ventil (V1, V2, V3, V4) umfasst, welches gebildet ist durch einen in die Auflagefläche (65) der ersten Keramikscheibe (61) eingeschnittenen Kanal (67), und mindestens zwei dem Kanal (67) zugeordnete Durchgangsbohrungen (69.1, 69.2, 69.3) in der zweiten Keramikscheibe (63), die in einer durch eine Relativbewegung zwischen der ersten (61) und der zweiten (63) Keramikscheibe einstellbaren Ventilstellung über den Kanal (67) miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere für die Verteilung und Mischung von Flüssigkeiten in einem Analysegerät zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Messflüssigkeit, sowie ein Analysegerät mit einem zentralen Schaltsystem, welches eine derartige Ventilanordnung umfasst.
In der Prozessmesstechnik, beispielsweise in chemischen, biotechnologischen, pharmazeutischen und lebensmitteltechnischen Prozessen, und in der Umweltmesstechnik kommen solche automatischen Analysegeräte zur Bestimmung einer Messgröße einer flüssigen Probe zum Einsatz. Beispielsweise können Analysegeräte zur Überwachung und Optimierung der Reinigungsleistung einer Kläranlage, zur Überwachung von Trinkwasser oder zur Qualitätsüberwachung von Lebensmitteln eingesetzt werden. Gemessen und überwacht wird beispielsweise der Gehalt der Flüssigkeitsprobe an einer bestimmten Substanz, die auch als Analyt bezeichnet wird. Analyte können zum Beispiel Ionen wie Ammonium, Phosphat, Silikat oder Nitrat, biologische oder biochemischen Verbindungen, z. B. Hormone, oder auch Mikroorganismen sein. Andere Messgrößen, die durch Analysegeräte in der Prozessmesstechnik, insbesondere im Bereich der Überwachung von Wasser, bestimmt werden, sind der Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC) oder der chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Analysegeräte können beispielsweise als Schrankgeräte oder als Bojen ausgestaltet sein.
Häufig wird in Analysegeräten die zu analysierende Probe behandelt, indem sie mit einem oder mehreren Reagenzien versetzt wird, so dass eine chemische Reaktion in der Flüssigkeitsprobe auftritt. Vorzugsweise werden die Reagenzien so gewählt, dass die chemische Reaktion mittels physikalischer Methoden, beispielsweise durch optische Messungen, mittels potentiometrischer oder amperometrischer Sensoren oder durch eine Leitfähigkeitsmessung nachweisbar ist. Beispielsweise kann die chemische Reaktion eine Färbung oder einen Farbumschlag bewirken, der mit optischen Mitteln detektierbar ist. Die Farbintensität ist in diesem Fall ein Maß für die zu bestimmende Messgröße. Die Messgröße kann beispielsweise fotometrisch ermittelt werden, indem elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, von einer Strahlungsquelle in die Flüssigkeitsprobe eingestrahlt wird und nach Transmission durch die Flüssigkeitsprobe von einem geeigneten Empfänger empfangen wird. Der Empfänger erzeugt ein von der Intensität der empfangenen Strahlung abhängiges Messsignal, aus dem die Messgröße abgeleitet werden kann.
Um solche Analyseverfahren automatisiert beispielsweise im industriellen Bereich oder zur Überwachung einer Kläranlage oder eines Gewässers im Freien einzusetzen, ist es wünschenswert, ein Analysegerät bereitzustellen, das die benötigten Analyseverfahren automatisiert durchführt. Die wichtigsten Anforderungen an ein solches Analysegerät sind, neben einer ausreichenden Messgenauigkeit, Robustheit, einfache Bedienbarkeit und die Gewährleistung einer ausreichenden Arbeits- bzw. Umweltsicherheit.
Aus dem Stand der Technik sind bereits automatische Analysegeräte bekannt. So zeigen beispielsweise DE 102 22 822 A1 , DE 102 20 829 A1 und DE 10 2009 029 305 A1 Online-Analysatoren zum Analysieren von Messproben. Diese Online-Analysatoren sind jeweils als Schrankgerät ausgestaltet, das eine Kontrolleinheit, Vorratsbehälter für Reagenzien, Standardlösungen und Reinigungsflüssigkeiten, Pumpen zum Fördern und Dosieren der Flüssigkeitsprobe und des oder der Reagenzien in eine Messzelle und einen Messaufnehmer für optische Messungen an der in der Messzelle enthaltenen, mit dem oder den Reagenzien umgesetzten Flüssigkeitsprobe aufweist. Die Reagenzien, Standardlösungen oder Reinigungsflüssigkeiten werden aus den Vorratsbehältern gefördert und in die Messzelle transportiert. Entsprechend wird verbrauchte Flüssigkeit aus der Messzelle in einen Abfallbehälter überführt. Muss der Abfallbehälter oder einer oder mehrere der Reagenzienvorratsbehälter ausgetauscht werden, ist dafür Sorge zu tragen, dass die Schlauchverbindungen anschließend wieder richtig angeschlossen werden. Die Schläuche und die Förderpumpen sind anfällig für Materialermüdung und müssen ebenfalls von Zeit zu Zeit gewartet oder ausgetauscht werden.
In DE 10 2009 029 305 A1 ist ein Analysegerät zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Flüssigkeitsprobe beschrieben, das einen oder mehrere Flüssigkeitsbehälter für eine oder mehrere Flüssigkeiten, z. B. Reagenzien, eine Messzelle zur Aufnahme einer durch Vermischen der Flüssigkeitsprobe mit einem oder mehreren Reagenzien erzeugten Messflüssigkeit und eine Messeinrichtung zur Bereitstellung von einem oder mehreren mit der Messgröße korrelierten Messsignalen aufweist. Das Analysegerät besitzt außerdem eine Elektronikeinheit, welche eine Steuerungseinheit zur Steuerung des Analysegerätes und zur Bestimmung der Messgröße anhand der von der Messeinrichtung bereitgestellten Messsignale umfasst. Zusätzlich weist das Analysegerät eine von der Steuerungseinheit gesteuerte Verfahrenstechnik-Einheit auf, die eine Förder- und Dosiereinrichtung zur Förderung und Dosierung der Flüssigkeitsprobe und von Flüssigkeiten aus dem Flüssigkeitsspeicher in die Messzelle umfasst. Das Analysegerät besitzt mindestens eine austauschbare Kassette, in die die Flüssigkeitsbehälter und/oder mindestens Teile der Verfahrenstechnik-Einheit integriert sind.
Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Flüssigkeitsbehälter oder Verschleißteile der Verfahrenstechnik-Einheit, z. B. Schläuche oder Verschleißteile der Förder- und Dosiereinrichtung, die von Zeit zu Zeit vom Bedienpersonal erneuert werden müssen, in der Kassette angeordnet werden können. Eine Bedienperson muss dann zur Bereitstellung neuer Flüssigkeiten oder zum Ersetzen der Verschleißteile lediglich die „verbrauchte” Kassette mit den auszutauschenden Flüssigkeitsbehältern bzw. Verschleißteilen durch eine neue Kassette ersetzen.
In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 075 762.7 ist ein Analysegerät mit einem zentralen, von der Kontrolleinheit des Analysegeräts steuerbaren Ventilschaltwerk beschrieben. Die Verwendung eines solchen zentralen Ventilschaltwerks ermöglicht einen kompakten und robusten Aufbau des Analysegeräts, bei dem auch der Aufwand für Wartungsmaßnahmen verhältnismäßig gering ist. Auch die Ausgestaltung des zentralen Ventilschaltwerks soll möglichst einfach und robust sein.
Robuste und kostengünstige Keramikscheibenventile werden in Einhebelmischern im Sanitärbereich häufig eingesetzt. Solche Keramikscheibenventile weisen zwei plane, flüssigkeitsdicht aneinanderliegende, gegeneinander verschiebbare Keramikscheiben auf. Eine der Keramikscheiben weist drei Durchgangsbohrungen auf, von denen eine als Kaltwassereinlass, eine andere als Heißwassereinlass und die dritte als Auslassöffnung dient. Die andere Keramikscheibe weist eine einzige, als Mischkanal dienende Durchgangsbohrung auf, die zur Einstellung eines Mischungsverhältnisses zwischen heißem und kaltem Wasser gegenüber den entsprechenden Einlässen gedreht wird, um graduell den einen Einlass weiter zu öffnen und gleichzeitig den anderen weiter zu schließen. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in DE 694 02 132 T2 beschrieben.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine für die Anwendung zur Verteilung, Dosierung und Mischung von Flüssigkeiten in einem automatischen Analysegerät geeignete Ventilanordnung anzugeben, die eine hohe Flexibilität des Analyseverfahrens erlaubt und dabei geeignet ist, den Wartungsaufwand für das Analysegerät gering zu halten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung nach Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung, insbesondere für die Verteilung, Dosierung und Mischung von Flüssigkeiten in einem Analysegerät zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Messflüssigkeit, umfasst:
eine erste Keramikscheibe und eine an einer Auflagefläche der ersten Keramikscheibe anliegende zweite Keramikscheibe, wobei die Ventilanordnung mindestens ein Ventil umfasst,
welches gebildet ist durch einen in die Auflagefläche der ersten Keramikscheibe eingeschnittenen, insbesondere rinnenförmigen, Kanal und mindestens zwei dem Kanal zugeordnete Durchgangsbohrungen in der zweiten Keramikscheibe, die in einer durch eine Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Keramikscheibe einstellbaren Ventilstellung über den Kanal miteinander verbunden sind.
Eine Ventilstellung der Ventilanordnung entspricht einer bestimmten Orientierung der ersten Keramikscheibe bezüglich der zweiten Keramikscheibe. Die Auflagefläche der ersten Keramikscheibe und die daran anliegende Fläche der zweiten Keramikscheibe sind so plan ausgebildet, dass sie mediumsdicht, insbesondere flüssigkeits- und/oder gasdicht aneinander anliegen, dabei aber gegeneinander in der Ebene der Auflagefläche beweglich, insbesondere gegeneinander verdrehbar, sind. Die Keramikscheiben können beispielsweise aus einer Oxidkeramik, wie z. B. Al₂O₃, gebildet sein.
Eine solche Ventilanordnung kann sehr unterschiedliche Ausgestaltungen von Ventilen, insbesondere Mehrwegeventile, zur Verfügung stellen. Sie ermöglicht daher eine hohe Flexibilität und ist dabei gleichzeitig robust. Im Gegensatz zu vielen anderen Ventilanordnungen kann bei dieser Ventilanordnung auf zusätzliche Dichtungen, z. B. Kunststoff-Dichtungsringe, verzichtet werden. Dies reduziert den Wartungsaufwand gegenüber herkömmlichen Ventilanordnungen erheblich, denn Dichtungen, insbesondere Kunststoff-Dichtungen, zwischen gegeneinander beweglichen Teilen unterliegen durch die bei der Bewegung entstehenden Reibkräfte erheblichem Verschleiß, und müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Dies entfällt bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung.
Die Ventilanordnung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung mehrere Ventile umfassen, wobei jedes Ventil einen in die Auflagefläche der ersten Keramikscheibe eingeschnittenen, insbesondere rinnenförmigen, Kanal und mindestens zwei dem Kanal zugeordnete Durchgangsbohrungen der zweiten Keramikscheibe umfasst, die in einer durch eine Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Keramikscheibe einstellbaren Ventilstellung über den Kanal miteinander verbunden sind. Unter über einen Kanal miteinander verbundenen Durchgangsbohrungen sind hier und im Folgenden Durchgangsbohrungen zu verstehen, die über den Kanal miteinander kommunizieren, so dass ein durch die eine Durchgangsbohrung eingeleitetes Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, über den Kanal in die andere Bohrung gelangt. Die mehreren Ventile können dabei unterschiedlich ausgestaltet sein, z. B. kann mindestens ein Ventil als 3/2-Wegeventil und mindestens ein weiteres Ventil als 4/3-Wegeventil ausgestaltet sein. Damit kann die Ventilanordnung insbesondere als zentrales Ventil-Schaltsystem eines Analysegeräts dienen, in dem eine Vielzahl von zentral betätigbaren Ventilen zur Verteilung, Dosierung und Mischung von Flüssigkeiten gebildet sind.
Die Ventilanordnung kann mindestens ein Mehrwegeventil umfassen, welches durch einen in die Auflagefläche der ersten Keramikscheibe eingeschnittenen Kanal und eine erste, eine zweite und eine dritte Durchgangsbohrung in der zweiten Keramikscheibe gebildet ist, wobei die erste und die zweite Keramikscheibe relativ zueinander zwischen mindestens einer ersten Ventilstellung, in der die erste Durchgangsbohrung mit der zweiten Durchgangsbohrung über den Kanal verbunden ist, und einer zweiten Ventilstellung, in der die erste Durchgangsbohrung über den Kanal mit der dritten Durchgangsbohrung verbunden ist, beweglich sind.
Die erste und die zweite Keramikscheibe können um eine gemeinsame, senkrecht durch die Auflagefläche verlaufende Rotationsachse relativ zueinander verdrehbar sein, wobei die zweite und die dritte Durchgangsbohrung entlang eines um einen auf der Rotationsachse liegenden Mittelpunkt verlaufenden Kreisbogens angeordnet sind und die erste Durchgangsbohrung bezogen auf diesen Kreisbogen radial versetzt angeordnet ist.
Der Kanal kann in dieser Ausgestaltung einen ersten um den auf der Rotationsachse liegenden Mittelpunkt verlaufenden kreisbogenförmigen Abschnitt und einen mit dem ersten Abschnitt kommunizierenden, im Wesentlichen radial verlaufenden zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der Radius des kreisbogenförmigen Abschnitts derart auf den Abstand der ersten Durchgangsbohrung von der Rotationsachse abgestimmt ist, dass durch eine relative Drehbewegung der ersten Keramikscheibe gegenüber der zweiten Keramikscheibe der erste Abschnitt des Kanals mit der ersten Durchgangsbohrung zur Deckung bringbar ist, und wobei die Länge des zweiten Abschnitts mindestens derart auf den Abstand der zweiten und dritten Durchgangsbohrung von der Rotationsachse abgestimmt ist, dass durch eine relative Drehbewegung der ersten Keramikscheibe gegenüber der zweiten Keramikscheibe der zweite Abschnitt mit der zweiten oder der dritten Durchgangsbohrung zur Deckung bringbar ist.
Beispielsweise ist der Abstand des ersten Abschnitts des Kanals von der Rotationsachse gleich groß wie der Abstand der ersten Durchgangsbohrung von der gemeinsamen Rotationsachse R der ersten und der zweiten Keramikscheibe, so dass der erste Abschnitt des Kanals durch eine Drehung der ersten Keramikscheibe um die Rotationsachse gegenüber der zweiten Keramikscheibe mit der ersten Durchgangsbohrung zur Deckung bringbar ist. Die Länge des radial verlaufenden zweiten Abschnitts ist dann mindestens so groß wie die Differenz der Radien des kreisbogenförmigen ersten Kanalabschnitts und des gedachten Kreisbogens, entlang dessen die zweite und die dritte Bohrung angeordnet sind. Durch eine Drehbewegung der ersten Keramikscheibe um die Rotationsachse relativ zur zweiten Keramikscheibe ist wahlweise eine erste Stellung, in der gleichzeitig der erste Abschnitt des Kanals die erste Durchgangsbohrung und der zweite Abschnitt des Kanals die zweite Durchgangsbohrung überdeckt, oder eine zweite Stellung in der gleichzeitig der erste Abschnitt die erste Durchgangsbohrung und der zweite Abschnitt die dritte Durchgangsbohrung überdeckt, erreichbar.
Die relative Drehbewegung der beiden Keramikscheiben kann zum Beispiel derart realisiert werden, dass eine der Keramikscheiben, beispielsweise die die Durchgangsbohrungen enthaltende, zweite Keramikscheibe als Stator, und die andere Keramikscheibe als gegenüber dem Stator drehbar gelagerter Rotor ausgestaltet ist. Hierzu kann die zweite Keramikscheibe drehfest in einer Halterung fixiert sein, während die erste Keramikscheibe mit einer entlang der Rotationsachse verlaufenden Antriebswelle verbunden ist, über die eine Drehbewegung der ersten Keramikscheibe um die Rotationsachse bewirkt werden kann.
In dieser Ausgestaltung sind somit drei Ventilstellungen des Mehrwegeventils realisierbar, nämlich eine erste Ventilstellung, in der der erste Abschnitt des Kanals die erste Durchgangsbohrung überdeckt und der zweite Abschnitt des Kanals die zweite Durchgangsbohrung überdeckt, und eine zweite Ventilstellung, in der der erste Abschnitt die erste Durchgangsbohrung überdeckt und der zweite Abschnitt die dritte Durchgangsbohrung überdeckt. In einer dritten Ventilstellung überdeckt der zweite Abschnitt keine Durchgangsbohrung, das Ventil ist in dieser Stellung geschlossen.
Weist das Ventil nur drei Durchgangsbohrungen und einen Kanal in der voranstehend beschriebenen Ausgestaltung auf, dient es als 3/2-Wegeventil. In ähnlicher Weise können weitere Mehrwegeventile realisiert werden, z. B. ein 4/3-Wegeventil mit vier Durchgangsbohrungen, von denen drei Durchgangsbohrungen entlang eines um die Rotationsbohrung verlaufenden Kreisbogens und eine weitere Durchgangsbohrung radial gegenüber diesen Bohrungen versetzt angeordnet ist, und der in der gegenüberliegenden Keramikscheibe eingeschnittene Kanal derart auf die Anordnung der Durchgangsbohrungen abgestimmt ist, dass in drei Ventilstellungen die radial versetzte Durchgangsbohrung jeweils mit einer der drei auf dem Kreisbogen angeordneten Durchgangsbohrungen verbunden ist, während in einer vierten Ventilstellung die radial versetzte Durchgangsbohrung mit keiner dieser Durchgangsbohrungen verbunden ist und das Ventil somit geschlossen ist.
Die zweite Keramikscheibe kann darüber hinaus eine Vielzahl von entlang mehrerer konzentrischer, um einen auf der Rotationsachse liegenden Mittelpunkt verlaufenden Kreisbögen angeordneten Durchgangsbohrungen und die erste Keramikscheibe mehrere in die Auflagefläche eingeschnittene Kanäle aufweisen, welche jeweils dazu ausgestaltet sind, entlang eines der Kreisbögen angeordnete Durchgangsbohrungen nacheinander mit einer oder mehreren bezogen auf diesen Kreisbogen radial versetzt angeordneten Durchgangsbohrungen zu verbinden, so dass durch jeden Kanal und dem Kanal zugeordneten Durchgangsbohrungen ein Mehrwegeventil gebildet ist. Auf diese Weise können eine Vielzahl von Ventilen mittels nur zweier relativ zueinander beweglicher Keramikscheiben realisiert werden.
Insbesondere müssen die verschiedenen, durch diese Ventilanordnung realisierten Ventile nicht identisch aufgebaut sein. Beispielsweise können nebeneinander verschiedenartige Mehrwegeventile zur Verfügung gestellt werden. Dabei können die Anordnung und die Abstände der in den Keramikscheiben gebildeten Ventile derart aufeinander abgestimmt sein, dass die einzelnen Ventilstellungen der Ventile voneinander entkoppelt sind. Die Ventile sind dann unabhängig voneinander betätigbar. In einer anderen Ausgestaltung können dagegen bestimmte Kombinationen von gemeinsam zu betätigenden, beispielsweise gleichzeitig zu öffnenden und/oder zu sperrenden, Ventilen vorgesehen sein. In dieser Ausgestaltung können durch eine relative Drehbewegung der ersten Keramikscheibe gegenüber der zweiten Keramikscheibe alle kombinierten Ventile gleichzeitig betätigt werden.
Ein Analysegerät zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Messflüssigkeit mit einem zentralen Schaltsystem umfassend eine Ventilanordnung nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen umfasst zusätzlich mindestens:

– eine Messzelle zur Aufnahme der Messflüssigkeit;
– einen Messaufnehmer zur Erfassung eines mit der Messgröße korrelierten Messwerts der in der Messzelle aufgenommenen Messflüssigkeit;
– eine Kontrolleinheit, welche zur Bestimmung der Messgröße anhand des von dem Messaufnehmer erfassten Messwerts ausgestaltet ist;
– ein System von Flüssigkeitsleitungen;
– einen ersten Flüssigkeitsbehälter, welcher über einen in dem System von Flüssigkeitsleitungen verlaufenden, mittels des zentralen Schaltsystems sperrbaren, ersten Flüssigkeitsweg mit der Messzelle verbunden ist,
– einen zweiten Flüssigkeitsbehälter, welcher über einen in dem System von Flüssigkeitsleitungen verlaufenden zweiten, mittels des zentralen Schaltsystems sperrbaren, Flüssigkeitsweg mit der Messzelle verbunden ist,

Indem dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsbehälter jeweils eine eigene Pumpe zum Transport der in dem ersten oder in dem zweiten Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit entlang eines durch mindestens ein Ventil sperrbaren Flüssigkeitswegs zwischen dem jeweiligen Flüssigkeitsbehälter und der Messzelle zugeordnet ist, lassen sich für die in dem ersten Flüssigkeitsbehälter enthaltene Flüssigkeit und für die in dem zweiten Flüssigkeitsbehälter enthaltene Flüssigkeit individuelle Förderraten einstellen und/oder individuelle Volumina der ersten bzw. zweiten Flüssigkeit in die Messzelle dosieren. Es ist auch möglich, jeweils nur eine der Flüssigkeiten oder beide Flüssigkeiten gleichzeitig mit gleicher oder unterschiedlicher Förderrate aus den Flüssigkeitsbehältern in die Messzelle zu transportieren. Dies führt zu einer hohen Flexibilität bei der Durchführung von Analyseverfahren mit dem Analysegerät. Die Verwendung eines zentralen Schaltsystems mit einer Ventilanordnung nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen erlaubt einen im Vergleich zu einem Aufbau mit einer Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Ventilen einen kompakteren Aufbau und eine vereinfachte Steuerung. Vorzugsweise werden das Schaltsystem und die Pumpen mittels der Kontrolleinheit gesteuert.
Die Kontrolleinheit kann eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung umfassen, die mindestens einen Mikrokontroller und eine oder mehrere Datenspeicherschaltungen, sowie mindestens eine erste Schnittstelle zur Verbindung der Kontrolleinheit mit einer übergeordneten Einheit, beispielsweise einem Prozessleitsystem oder einer sonstigen externen, d. h. nicht zum Analysegerät selbst gehörigen Datenverarbeitungseinrichtung aufweist. Die Kontrolleinheit kann dazu ausgestaltet sein, das Analysegerät zur vollautomatischen Durchführung von Analysen zu steuern und aus den vom Messaufnehmer erfassten Messwerten die zu bestimmende Messgröße zu ermitteln.
In der Ventilanordnung des zentralen Schaltsystems kann zur wahlweisen Sperrung oder Freigabe des ersten Flüssigkeitswegs ein erstes Ventil und zur wahlweisen Sperrung oder Freigabe des zweiten Flüssigkeitsweg ein zweites Ventil gebildet sein.
Das Analysegerät kann neben dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsbehälter mehrere weitere Flüssigkeitsbehälter umfassen, in denen weitere Flüssigkeiten enthalten sind. Alle Flüssigkeitsbehälter des Analysegeräts können über das System von Flüssigkeitsleitungen mit der Messzelle verbunden sein. Die Verbindung jedes der Flüssigkeitsbehälter mit der Messzelle kann durch einen individuellen mittels des zentralen Schaltsystems sperrbaren, durch das System von Flüssigkeitsleitungen verlaufenden Flüssigkeitsweg gebildet sein, dem eine individuelle Pumpe zum Transport von Flüssigkeit entlang des Flüssigkeitswegs zugeordnet ist.
Das zentrale Schaltsystem kann eine Vielzahl von Ventilen, insbesondere alle Ventile des Analysegeräts, umfassen. Die Ventile können, wie weiter oben beschrieben in den beiden Keramikscheiben der Ventilanordnung gebildet sein. Für sehr komplexe Analyseaufgaben kann das Analysegerät auch mehrere Schaltsysteme umfassen oder das zentrale Schaltsystem kann mehrere Ventilanordnungen der hier beschriebenen Art mit zwei Keramikscheiben umfassen, in denen jeweils eine Vielzahl von Ventilen gebildet ist.
Weiterhin kann in dem System von Flüssigkeitsleitungen mindestens ein, ebenfalls durch ein in der Ventilanordnung des zentralen Schaltsystems gebildetes Ventil sperrbarer zusätzlicher Flüssigkeitsweg gebildet sein, der eine Probenvorlage, aus der das Analysegerät zu untersuchende Flüssigkeitsproben entnimmt, mit der Messzelle verbindet. Diesem zusätzlichen Flüssigkeitsweg kann eine zusätzliche Pumpe individuell zugeordnet sein. Alternativ kann eine der Pumpen, die in dem Analysegerät zum Transport einer Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsbehälter dient, zusätzlich die Förderung der Flüssigkeitsprobe in die Messzelle übernehmen.
Als vorteilhaft erweist sich eine Ausgestaltung des Analysegeräts, bei der die erste Pumpe, die zweite Pumpe und gegebenenfalls vorhandene weitere Pumpen des Analysegeräts als Kolbenpumpen, insbesondere Spritzenpumpen, ausgestaltet sind. In diesem Fall können die Ventile als Mehrwegventile ausgestaltet sein, wobei in einer ersten Ventilstellung ein erster Flüssigkeitswegabschnitt von den Flüssigkeitsbehältern zu den Kolbenpumpen freigegeben und ein zweiter Flüssigkeitswegabschnitt von den Kolbenpumpen zur Messzelle gesperrt ist, und wobei in einer zweiten Ventilstellung der erste Flüssigkeitswegabschnitt von den Flüssigkeitsbehältern zu den Kolbenpumpen gesperrt und der zweite Flüssigkeitswegabschnitt von den Kolbenpumpen in die Messzelle freigegeben ist. Zum Ansaugen von Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsbehälter in die Kolbenpumpe wird die erste Ventilstellung gewählt, während zum Transport der Flüssigkeit aus der Kolbenpumpe in die Messzelle die zweite Ventilstellung gewählt wird.
Das Analysegerät kann eine, insbesondere aus einzelnen Modulen gebildete, Analysegerät-Grundstruktur und eine mit der Analysegerät-Grundstruktur verbundene, austauschbare Kassette aufweisen, welche mindestens den ersten und zweiten Flüssigkeitsbehälter und gegebenenfalls weitere Flüssigkeitsbehälter des Analysegeräts umfasst. Die Verwendung eines zentralen Schaltsystems zur Sperrung von Flüssigkeitswegen aus den Flüssigkeitsbehältern zur Messzelle erlaubt einen besonders kompakten Aufbau und ist daher für ein derartiges Analysegerät mit austauschbarer Kassette gut geeignet. Die austauschbare Kassette ist im Betrieb des Analysegeräts mit der Analysegerät-Grundstruktur über mechanische Verbindungselemente verbunden. Sie kann ein Gehäuse besitzen, das das Kassetteninnere gegenüber der Umgebung bis auf einen oder mehrere Anschlüsse abschließt, über die fluidische Verbindungen zwischen Flüssigkeitsleitungen oder Flüssigkeitsbehältern innerhalb der Kassette und Flüssigkeitsleitungen oder Flüssigkeitsbehältern außerhalb der Kassette gebildet werden können. Vorzugsweise sind diese Anschlüsse flüssigkeitsdicht verschließbar. Unter einer fluidischen Verbindung wird hier eine strukturelle Verbindung zwischen den Komponenten verstanden, über die ein Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, von der ersten zur zweiten Komponente transportiert werden kann. Insbesondere soll nicht ausgeschlossen sein, dass zusätzliche Komponenten zwischen der ersten und der zweiten Komponente, die in fluidischer Verbindung stehen, angeordnet sind. Eine fluidische Verbindung ist weiterhin insbesondere derart abgedichtet, dass eine verlustfreie Übertragung des Fluids zwischen der ersten und der zweiten Komponente möglich ist.
Unter einer austauschbaren Kassette ist eine Kassette zu verstehen, die über einen oder mehrere Anschlüsse mit der Analysegerät-Grundstruktur verbunden und wieder von dieser gelöst werden, und durch eine gleichartige Kassette ersetzt werden kann. Gleichartige Kassetten weisen gleiche Anschlüsse auf, so dass jede der gleichartigen Kassetten ohne weitere Modifikationen des Analysegeräts mit der Analysegerät-Grundstruktur verbunden werden kann. Vorzugsweise besitzen gleichartige Kassetten auch ein Gehäuse mit im Wesentlichen identischer Geometrie, insbesondere mit im Wesentlichen identischen Abmessungen. Dies erlaubt einen sehr einfachen Austausch mindestens der Flüssigkeitsbehälter, da eine Bedienperson nur noch die Kassette auswechseln muss, ohne direkt mit den in den Flüssigkeitsbehältern enthaltenen Chemikalien umgehen zu müssen. Die Gehäuse der Analysegerät-Grundstruktur und der austauschbaren Kassette können so ausgestaltet sein, dass die Position und Orientierung der Kassette bezüglich der Analysegerät-Grundstruktur eindeutig vorgegeben ist. So wird gewährleistet, dass die Kassette ausschließlich in der für den bestimmungsgemäßen Gebrauch des Analysegeräts vorgesehenen Position bezogen auf die in der Analysegerät-Grundstruktur angeordneten Komponenten des Analysegeräts angeordnet werden kann.
Die Analysegerät-Grundstruktur kann insbesondere langlebige, wenig wartungsanfällige und/oder kostspielige Komponenten des Analysegeräts enthalten, während die austauschbare Kassette vorzugsweise neben den Flüssigkeitsbehältern auch weitere Komponenten des Analysegeräts enthält, die weniger langlebig sind und von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden müssen. Insbesondere kann die Analysegerät-Grundstruktur die Kontrolleinheit enthalten.
Sind die Pumpen des Analysegeräts als Kolbenpumpen ausgestaltet, können sie jeweils einen Zylinder und einen in dem Zylinder beweglichen Kolben, insbesondere einen Zylinder und einen in dem Zylinder beweglichen Kolben einer Einweg-Spritze, umfassen, welche in der austauschbaren Kassette aufgenommen sind, wobei die Analysegerät-Grundstruktur einen oder mehrere Pumpenantriebe, insbesondere einen oder mehrere Linearantriebe, aufweist, welcher oder welche mit den Kolben in Wirkverbindung stehen, wenn die Kassette mit der Analysegerät-Grundstruktur verbunden ist. Die in der austauschbaren Kassette aufgenommenen Kolben und Zylinder können aus einem preiswerten Material, beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein.
Die Kassette kann einen Verfahrenstechnikblock aufweisen, in dem mindestens ein Teil des Systems von Flüssigkeitsleitungen als innerhalb des Blocks verlaufende Kanalstruktur gebildet ist, und der Anschlüsse zur flüssigkeitsdichten Verbindung der Kanalstruktur mit den Flüssigkeitsbehältern und Anschlüsse zur fluidischen Verbindung der Kolbenpumpen mit der Kanalstruktur aufweist. Vorzugsweise verbinden die Anschlüsse die Kanalstruktur unmittelbar, d. h. ohne dazwischengeschaltete Schläuche, mit den Ausgängen der Kolbenpumpen und mit der Messzelle oder einer der Messzelle vorgeschalteten Mischzelle. Auf diese Weise kann gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Analysegeräten die Anzahl der defektanfälligen Schlauchleitungen stark reduziert werden.
Das zentrale Schaltsystem kann mit dem Verfahrenstechnikblock, in dem mindestens ein Teil des Systems von Flüssigkeitsleitungen als innerhalb des Blocks verlaufende Kanalstruktur gebildet ist, derart, insbesondere lösbar, verbunden sein, dass die in der Ventilanordnung gebildeten Ventile mit den in dem Verfahrenstechnikblock gebildeten Flüssigkeitsleitungen zu deren Sperrung und/oder Freigabe zusammenwirken.
Die Analysegerät-Grundstruktur kann einen durch die Kontrolleinheit steuerbaren Antrieb aufweisen, der, wenn die Kassette mit der Analysegerät-Grundstruktur verbunden ist, mit einer drehbaren Welle lösbar verbunden ist, welche mit der ersten Keramikscheibe der Ventilanordnung in Wirkverbindung steht, um die erste Keramikscheibe um die senkrecht zur Auflagefläche der ersten Keramikscheibe verlaufende Rotationsachse zu drehen, und so eine Relativbewegung der ersten Keramikscheibe gegenüber der zweiten Keramikscheibe anzutreiben.
Das zentrale Schaltsystem kann Bestandteil der austauschbaren Kassette sein. In diesem Fall kann die Welle des Antriebs bei in die Analysegerät-Grundstruktur eingesetzter Kassette mit der gegenüber der drehfest fixierten ersten Keramikscheibe drehbaren zweiten Keramikscheibe lösbar verbunden sein. Die Verbindung kann wieder gelöst werden, wenn die Kassette entnommen wird. Auf diese Weise kann der relativ aufwändige, aber wenig verschleißanfällige Antrieb in der Grundstruktur verbleiben, während die Keramikscheiben der Ventilanordnung mit der austauschbaren Kassette getauscht und regelmäßig erneuert werden können.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Längsschnitt-Darstellung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung
a) in einer ersten Stellung;
b) in einer zweiten Stellung;
2 eine schematische Explosions-Darstellung einer Ventilanordnung, in der mehrere Ventile gebildet sind;
3 eine schematische Darstellung der in 2 dargestellten Ventilanordnung in zusammengebautem Zustand;
4a) eine schematische Querschnitt-Darstellung der in 2 dargestellten Ventilanordnung in einer ersten Stellung;
b) eine schematische Querschnitt-Darstellung der in 2 dargestellten Ventilanordnung in einer zweiten Stellung;
c) eine schematische Querschnitt-Darstellung der in 2 dargestellten Ventilanordnung in einer dritten Stellung;
5 eine schematische Darstellung eines Analysegeräts;
6 eine schematische Schnitt-Darstellung einer austauschbaren Kassette eines Analysegeräts gemäß der schematischen Darstellung in 5;
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ventilanordnung 60 mit einer ersten Keramikscheibe 61 und einer an einer Auflagefläche 65 der ersten Keramikscheibe 61 anliegenden zweiten Keramikscheibe 63. Als Material für die Keramikscheiben 61, 63 kommt beispielsweise eine Oxidkeramik, z. B. Al₂O₃, in Frage. Die Auflagefläche 65 der ersten Keramikscheibe 61 und die daran anliegende Fläche der zweiten Keramikscheibe 63 sind so plan gearbeitet, dass sie flüssigkeitsdicht, insbesondere bezüglich wässriger Flüssigkeiten, aneinanderliegen. Eine Relativbewegung der Keramikscheiben 61 und 63 gegeneinander in der Ebene der Auflagefläche 65 ist bei an der ersten Keramikscheibe 61 anliegender zweiter Keramikscheibe 63 jedoch möglich.
Die zweite Keramikscheibe 63 weist mehrere Durchgangsbohrungen 69.1, 69.2 und 69.3 auf, die im wesentlichen senkrecht zu der Auflagefläche 65 bzw. zu der an der Auflagefläche 65 anliegenden Planfläche der zweiten Keramikscheibe 63 verlaufen. In die Auflagefläche 65 der ersten Keramikscheibe ist ein rinnenförmiger Kanal 67 eingeschnitten, der in der in 1a) gezeigten Ventilstellung eine erste Durchgangsbohrung 69.1 mit einer zweiten Durchgangsbohrung 69.2 verbindet, so dass die beiden Bohrungen miteinander über den Kanal 67 verbunden sind. Da die beiden Keramikscheiben 61, 63 flüssigkeitsdicht aneinanderliegen, bilden die erste Durchgangsbohrung 69.1, die zweite Durchgangsbohrung 69.2 und der Kanal 67 in dieser Stellung einen gegenüber seiner Umgebung dichten Flüssigkeitsleitungsabschnitt.
Durch eine Drehbewegung der ersten Keramikscheibe 61 relativ zur fest stehenden zweiten Keramikscheibe 63 kann die Ventileinrichtung in eine zweite Stellung (1b)) überführt werden, in der Kanal 67 die erste Durchgangsbohrung 69.1 mit einer dritten Durchgangsbohrung 69.3 verbindet, so dass beide Durchgangsbohrungen 69.1, 69.3 miteinander über den Kanal 67 kommunizieren. In dieser Stellung der Ventilanordnung 60 ist somit eine von der ersten Durchgangsbohrung 69.1 über den Kanal 67 in die dritte Durchgangsbohrung 69.3 führende Flüssigkeitsleitung gebildet.
Die drei Durchgangsbohrungen 69.1, 69.2, 69.3 und der Kanal 67 bilden somit ein 3/2-Wegeventil. Dieses kann beispielsweise, wie in 1 angedeutet, in Kombination mit einer hier nicht näher dargestellten Kolbenpumpe S1, insbesondere einer Spritzenpumpe, eingesetzt werden, um Flüssigkeit von einer mit der zweiten Durchgangsbohrung 69.2 verbundenen Leitung in eine mit der dritten Durchgangsbohrung 69.3 verbundene Leitung zu transportieren. In der ersten Stellung (1a)) der Ventilanordnung 60 kann die Kolbenpumpe S1 Flüssigkeit über die zweite Durchgangsbohrung 69.2 ansaugen. In der zweiten Stellung (1b)) der Ventilanordnung 60 kann die Kolbenpumpe S1 die angesaugte Flüssigkeit über den Kanal 67 in die dritte Durchgangsbohrung 69.3 und in eine daran anschließende Flüssigkeitsleitung transportieren.
In den 2 bis 4 ist die Ventilanordnung 60 detaillierter gezeigt. Die zweite Keramikscheibe 63 besitzt an ihrem Rand drei Fixiervorsprünge 73, an denen sie in einer Halterung drehfest fixierbar ist. Die erste Keramikscheibe 61 ist gegenüber der zweiten Keramikscheibe 63 um die Rotationsachse R drehbar gelagert. Zur Herstellung einer Wirkverbindung mit einer Antriebswelle (in 2 nicht zu sehen) ist die Keramikscheibe 61 mit einem Kunststoffdeckel 71 verbindbar. Hierzu weist sie an ihrem Rand drei Einkerbungen 77 auf, in die als nach innen weisende Vorsprünge in dem zylindermantelförmigen Deckelrand ausgestaltete, korrespondierende Mitnehmerelemente des Kunststoffdeckels 71 eingreifen, so dass eine Rotationsbewegung des Kunststoffdeckels 71 eine entsprechende Rotationsbewegung der ersten Keramikscheibe 61 bewirkt. Die hier nicht dargestellte Antriebswelle kann in eine zentrale Vertiefung 75 in der Oberfläche des Kunststoffdeckels 71 eingreifen, um die Rotationsbewegung anzutreiben.
Im hier gezeigten Beispiel weist der Kunststoffdeckel 71 an seiner zylindermantelförmigen Randfläche drei Anschläge 79 auf, die mit den Fixiervorsprüngen 73 zusammenwirken, um eine Rotationsbewegung der ersten Keramikscheibe 61 relativ zur zweiten Keramikscheibe 63 um mehr als 120° unterbinden. Selbstverständlich können die Fixiervorsprünge und korrespondierende Anschläge auch dazu ausgestaltet sein, Rotationsbewegungen über größere oder kleinere vorgegebene Winkelbereiche zuzulassen.
In der in den 2 bis 4 dargestellten Ventilanordnung 60 sind durch eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 69 in der zweiten Keramikscheibe 63 und damit korrespondierenden in die Auflagefläche der zweiten Keramikscheibe 61 eingeschnittene Kanäle 67 eine Vielzahl von Ventilen V1, V2, V3, V4 usw. gebildet. Der Übersichtlichkeit wegen sind nicht alle hier gezeigten Ventile, Kanäle und Durchgangsbohrungen mit Bezugszeichen versehen. Das Zusammenspiel zwischen den Kanälen und Bohrungen wird im Folgenden anhand der 4a) bis c) näher erläutert.
In 4a) bis c) ist eine Schnittdarstellung der Ventilanordnung 60 senkrecht zur Rotationsachse R in verschiedenen Stellungen gezeigt. Jeder der in der ersten Keramikscheibe 61 gebildeten Kanäle 67 bildet zusammen mit ihm zugeordneten Durchgangsbohrungen 69 ein Ventil der Ventilanordnung 60. Die Kanäle 67 setzen sich aus einem ersten, um einen auf der Rotationsachse R liegenden Mittelpunkt Z verlaufenden, kreisbogenförmigen Abschnitt und einem zweiten, bezüglich der Rotationsachse R bzw. des Mittelpunkts Z und bezüglich des kreisbogenförmigen Abschnitts radial verlaufenden, Abschnitt zusammen. Einem Kanal 67 zugeordnete Durchgangsbohrungen 69 der zweiten Keramikscheibe 63 umfassen mehrere entlang eines um den auf der Rotationsachse R liegenden Mittelpunkt Z verlaufenden gedachten Kreisbogens angeordnete Durchgangsbohrungen, z. B. die Durchgangsbohrungen 69.2, 69.3, sowie eine weitere gegenüber diesen Durchgangsbohrungen radial versetzt angeordnete Durchgangsbohrung, z. B. die Durchgangsbohrung 69.1. Dabei sind Länge und Radius des ersten Abschnitts sowie die Länge des zweiten Abschnitts eines Kanals 67 so auf die Anordnung der zugehörigen Durchgangsbohrungen abgestimmt, dass in einer Stellung der Ventilanordnung, in der der zweite Abschnitt eine der entlang eines Kreisbogens angeordnete Durchgangsbohrungen bedeckt, gleichzeitig der kreisbogenförmige erste Abschnitt des Kanals 67 die radial versetzte Durchgangsbohrung überdeckt. Auf diese Weise ist es möglich, mittels einer Rotationsbewegung der ersten Keramikscheibe 61 und damit des Kanals 67 abwechselnd eine der entlang des Kreisbogens angeordneten Durchgangsbohrungen mit der radial versetzten Durchgangsbohrung zu verbinden. Dies erlaubt die Realisierung eines Mehrwegeventils.
So umfasst das Ventil V3 beispielsweise einen Kanal 67, dessen erster Abschnitt in der in 4a) gezeigten ersten Stellung der Ventileinrichtung 60 die erste Durchgangsbohrung 69.1 überdeckt, während sein zweiter Abschnitt gleichzeitig die zweite Durchgangsbohrung 69.2 überdeckt. Die beiden Durchgangsbohrungen 69.1 und 69.2 sind in dieser Stellung, wie bereits anhand von 1a) beschrieben, über den Kanal 67 miteinander verbunden. Durch eine Rotationsbewegung der ersten Keramikscheibe 61 um die Rotationsachse R im Uhrzeigersinn (vgl. Pfeilrichtung in 3) kann die Ventileinrichtung 60 in eine zweite Stellung gebracht werden, die in 4b) gezeigt ist. In dieser Stellung überdeckt der Kanal 67 des Ventils V3 mit seinem ersten Abschnitt nach wie vor die Durchgangsbohrung 69.1, sein zweiter Abschnitt überdeckt nun aber die dritte Durchgangsbohrung 69.3, so dass die erste und die dritte Durchgangsbohrung 69.1, 69.3 über den Kanal 67 kommunizieren (vgl. 1b)).
Die Ventilanordnung 60 ist im hier gezeigten Beispiel so ausgestaltet, dass bestimmte Ventile, beispielsweise die Ventile V1, V2 und V3, gleichzeitig betätigt werden, so dass in der ersten und in der zweiten Stellung der Ventilanordnung 60 jeweils ein Flüssigkeitsweg durch jedes der Ventile freigegeben ist. Dagegen sind andere Ventile, beispielsweise das Ventil V4, nur in der ersten Stellung für den Durchfluss von Flüssigkeit geöffnet, während in der zweiten Stellung der zum Ventil V4 gehörige Kanal die von seinem ersten Abschnitt überdeckte Durchgangsbohrung 69 nicht mit einer weiteren Durchgangsbohrung verbindet. In dieser zweiten Stellung der Ventilanordnung 60 ist das Ventil V4 also geschlossen. Je nach Bedarf können die Funktionen der Ventile in dieser Weise aufeinander abgestimmt werden.
Durch Fortsetzung der Rotationsbewegung in Uhrzeigersinn kann schließlich eine dritte Stellung erreicht werden, in der alle in der Ventilanordnung 60 gebildeten Ventile V1, V2, V3, V4 usw. gleichzeitig geschlossen sind. Diese Stellung ist in 4c) dargestellt. Die Durchgangsbohrungen 69 und Kanäle 67 in den Keramikscheiben sind so angeordnet, dass diese Stellung erreicht ist, wenn die Anschläge 79 an den Fixiervorsprüngen 73 anliegen.
Die in den 2 bis 4 gezeigte Ventilanordnung kann als zentrales Schaltsystem eines automatischen Analysegeräts eingesetzt werden. Dies wird im Folgenden anhand der 5 und 6 näher beschrieben.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Analysegeräts 1 mit mehreren Flüssigkeitsbehältern 3, 5, 7, 9, 11, 13 und einem System von Flüssigkeitsleitungen 14–29, über das die Flüssigkeitsbehälter 3, 5, 7, 9, 11, 13 über eine Mischzelle 31 mit einer Messzelle 32 verbunden sind. Die von den Flüssigkeitsbehältern 3, 5, 6, 9, 11, 13 zur Messzelle 32 durch das System von Flüssigkeitsleitungen verlaufenden Flüssigkeitswege sind jeweils durch mindestens ein Mehrwege-Ventil V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 sperrbar. Alle Ventile V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7 sind in einem zentralen Schaltsystem 34 gebildet, das eine Ventilanordnung wie die anhand der 2 bis 4 beschriebene Ventilanordnung 60 umfasst. Der Flüssigkeitstransport entlang der in dem System von Flüssigkeitsleitungen gebildeten Flüssigkeitswege erfolgt mittels einer Reihe von Kolbenpumpen S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7.
Das Analysegerät 1 kann vollständig automatisiert betrieben werden. Hierzu besitzt es eine Kontrolleinheit 33, die im hier gezeigten Beispiel sowohl die Funktionen einer Auswertungseinheit zur Bestimmung der Messgröße als auch die Funktionen einer Steuerungseinheit zur Steuerung des in dem Analysegerät 1 durchgeführten Verfahrens zur Verfügung stellt. Die Kontrolleinheit 33 umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder einen Messumformer, mit mindestens einem Prozessor und gegebenenfalls einem oder mehreren Datenspeichern. Sie kann auch über eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Befehlen oder Parametern durch eine Bedienperson und/oder eine Schnittstelle zum Empfang von Befehlen, Parametern oder sonstigen Daten von einer übergeordneten Einheit, beispielsweise von einem Prozessleitsystem, verfügen. Weiterhin kann die Kontrolleinheit 33 auch über eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe von Daten, insbesondere Messergebnissen oder Betriebsinformationen an einen Benutzer oder über eine Schnittstelle zur Ausgabe von Daten an die übergeordnete Einheit verfügen. Die Kontrolleinheit 33 kann auch durch mehrere, insbesondere räumlich verteilte, miteinander zur Kommunikation in Verbindung stehenden Datenverarbeitungseinheiten realisiert sein.
Die Kontrolleinheit 33 ist mit Pumpenantrieben 36–42 (in 1 ist nur die Verbindung mit Antrieb 42 exemplarisch dargestellt) der Kolbenpumpen S1, S2, S3, S4, S5, S6 und S7 und mit einem Antrieb M des zentralen Schaltsystems 34 verbunden, um Flüssigkeiten in die Mischzelle 31 und von dort weiter in die Messzelle 32 bzw. aus der Messzelle 32 heraus zu transportieren. Die Kontrolleinheit 33 ist außerdem mit einem optischen Messaufnehmer 35 verbunden, der einen optischen Sender und einen optischen Empfänger umfasst, um zum einen den Messaufnehmer 35 zu steuern und zum anderen aus Messsignalen des Empfängers 35 die zu bestimmende Messgröße zu ermitteln.
Das Analysegerät 1 weist eine Flüssigkeitsleitung 14 zur Förderung einer Flüssigkeitsprobe aus einer nicht näher dargestellten Probenvorlage auf. Die Flüssigkeitsleitung 14 für die Flüssigkeitsprobe ist über eine weitere Flüssigkeitsleitung 16 mit der Mischzelle 31 verbunden. Die Kontrolleinheit 33 fördert die Flüssigkeitsprobe durch entsprechende Ansteuerung des Pumpenantriebs 36 und des zentralen Schaltwerks 34 mittels des Antriebs M zur Betätigung des Ventils V1 in die Mischzelle 31.
Im vorliegenden Beispiel ist die von dem Analysegerät 1 zu bestimmende Messgröße eine Analytkonzentration in der Flüssigkeitsprobe. Das Analysegerät 1 weist drei Flüssigkeitsbehälter 9, 11 und 13 auf, die Reagenzien enthalten, welche gleichzeitig oder nacheinander mit der Flüssigkeitsprobe vermischt werden, um mittels einer chemischen Reaktion mit einem in der Flüssigkeitsprobe enthaltenen Analyten eine mittels des Messaufnehmers 35 fotometrisch detektierbare Veränderung in der Probe, beispielsweise eine Färbung oder einen Farbumschlag zu bewirken. Die Reagenzien können von der Kontrolleinheit 33 durch Betätigen der Pumpenantriebe 40, 41, 42 im Zusammenspiel mit den Ventilen V5, V6 und V7 in die Mischzelle 31 eindosiert und dort mit der Flüssigkeitsprobe vermischt werden. Zur fotometrischen Bestimmung der Analytkonzentration kann die durch Vermischen der Flüssigkeitsprobe mit den Reagenzien erzeugte Messflüssigkeit weiter in die Messzelle 32 transportiert werden. Die durch die Messflüssigkeit transmittierte Strahlung wird vom Empfänger des optischen Messaufnehmers 35 empfangen, der ein mit der Intensität der transmittierten Strahlung korreliertes Messsignal an die Kontrolleinheit 33 ausgibt. Diese ist dazu ausgestaltet, aus dem Messsignal einen Messwert der zu bestimmenden Messgröße, hier der Analytkonzentration, abzuleiten und abzuspeichern und/oder über eine Benutzerschnittstelle oder an eine übergeordnete Einheit auszugeben.
Das Analysegerät 1 verfügt über drei weitere Vorratsbehälter 3, 5 und 7. Der Vorratsbehälter 3, der über dieselbe Flüssigkeitsleitung 16 mit der Mischzelle verbunden ist wie die Flüssigkeitsleitung 14, über die die Flüssigkeitsprobe aus der Probenvorlage entnommen wird, enthält eine Reinigungslösung. Die beiden weiteren Vorratsbehälter 4 und 5 enthalten jeweils eine Standardlösung zur Kalibrierung und/oder Justierung des Analysegeräts 1. Mittels der Kolbenpumpen S1, S2 und S3 im Zusammenspiel mit den Ventilen V1, V2 und V3 können diese Flüssigkeiten gesteuert durch die Kontrolleinheit über die Flüssigkeitsleitungen 15, 16, 17, 18, 19 und 20 in die Mischzelle 31 und weiter in die Messzelle 32 gefördert werden.
Die Mischzelle 31 ist über einen mittels des Ventils V4 sperrbaren, durch die Flüssigkeitsleitungen 23 und 21 verlaufenden Flüssigkeitsweges mit einem nicht näher dargestellten Abfallbehälter verbunden. Die Pumpe S4 dient dazu, verbrauchte Messflüssigkeit aus der Messzelle 32 über die Mischzelle 31 und die Flüssigkeitsleitungen 23 und 21 in den Abfallbehälter zu transportieren.
Die Flüssigkeitsbehälter 3, 5, 7, 9, 11, 13, Teile der Kolbenpumpen S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, zumindest ein Teil des Systems von Flüssigkeitsleitungen und die Mischzelle 31 können in einer austauschbaren Kassette angeordnet sein, die lösbar mit einer Analysegerät-Grundstruktur verbunden werden kann. Die Analysegerät-Grundstruktur umfasst die weiteren Komponenten des Analysegeräts 1, beispielsweise die Messzelle 32, den Messaufnehmer 35, die Kontrolleinheit 33, die Pumpenantriebe 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42 der Kolbenpumpen S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 den Antrieb M des zentralen Schaltsystems 34 und gegebenenfalls weitere Komponenten, wie z. B. ein Lüftungs- und/oder Kühlungssystem für das Analysegerät. Die Analysegerät-Grundstruktur kann einteilig oder aus mehreren, insbesondere lösbar miteinander verbundenen Modulen gebildet sein.
Ein Beispiel für eine austauschbare Kassette 50 ist schematisch in 6 dargestellt. Die in der Kassette enthaltenen Flüssigkeitsbehälter sind im hier gezeigten Beispiel als Reagenzienbeutel 53 mit flexibler Wandung ausgestaltet, die in einer in der Kassette 50 gebildeten Stützstruktur 52 aufgenommen sind. Sie können aber auch als herkömmliche Behälter mit fester Wandung ausgestaltet sein.
Der Reagenzienbeutel 53 weist einen mit einer Flüssigkeitsleitung 55 verbundenen Anschluss 54 auf, über den die Flüssigkeit dem System von Flüssigkeitsleitungen, das im hier gezeigten Beispiel als in einem Verfahrenstechnikblock 56 gebildete Kanalstruktur 57 ausgestaltet ist, zuführbar ist. Die Kanalstruktur 57 bildet die in 5 gezeigten Flüssigkeitsleitungen 14–29 aus. Der Verfahrenstechnikblock 56 weist an einer Seite Anschlüsse für mehrere Kolbenpumpen 58 und an einer anderen, hier gegenüberliegenden, Seite einen Anschluss an die Mischzelle 31 auf. Die Anzahl von durch Schläuche gebildeten Flüssigkeitsleitungen ist in dieser Ausgestaltung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Analysegeräten stark reduziert. Da Schlauchverbindungen anfällig für Alterungserscheinungen und Defekte sind, wird so die funktionale Stabilität des Analysegeräts erheblich verbessert und der Wartungsaufwand gesenkt. Außerdem wird das Risiko verringert, dass bei einem Eingriff in die Kassette 50 durch eine Wartungsperson Schlauchanschlüsse vertauscht werden.
Die Kolbenpumpen 58 weisen jeweils einen Zylinder und einen in dem Zylinder zum Ansaugen von Flüssigkeit in den Zylinder oder zum Abgeben von Flüssigkeit aus dem Zylinder axial beweglichen Kolben auf. Es hat sich gezeigt, dass eine Kolbenpumpe 58 mit ausreichender Dosiergenauigkeit aus einem Zylinder und Kolben einer herkömmlichen Einweg-Spritze, insbesondere aus Kunststoff, unter Verwendung einer in einer umlaufenden Ausnehmung des Kolbens befestigten, in dem Zylinder bei der Kolbenbewegung gleitenden Ringdichtung aus einem chemisch inerten Dichtungsmaterial zur Abdichtung des zur Aufnahme von Flüssigkeit dienenden Zylinderinnenraums gebildet werden kann. Jede Kolbenpumpe 58 kann mittels eines eigenen Pumpenantriebs (vgl. Pumpenantriebe 36–42 in 5) betätigt werden. Die Pumpenantriebe sind als Linearantriebe ausgestaltet und außerhalb der austauschbaren Kassette 50 in der Analysegerät-Grundstruktur angeordnet. Beim Verbinden der Kassette 50 mit der Analysegerät-Grundstruktur greifen die Kolben oder mit den Kolben verbundene Verbindungselemente in eine bewegliche Komponente, beispielsweise einen Schlitten, der Linearantriebe ein.
Die austauschbare Kassette 50 weist weiterhin eine Elektronik-Einheit 59 auf, die mindestens einen Datenspeicher umfasst. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Elektronik-Einheit 59 auch als Mikrocomputer mit mindestens einem Mikroprozessor und einem Datenspeicher ausgestaltet sein.
Die Elektronik-Einheit 59 weist eine Schnittstelle auf, über die sie mit der in der Analysegerät-Grundstruktur untergebrachten Kontrolleinheit 33 zum Datenaustausch und zur Energieversorgung der Elektronik-Einheit 59 durch die Kontrolleinheit 33 verbindbar ist. Im Datenspeicher der Elektronik-Einheit 59 können Informationen über die Kassette 50 oder über die in den Flüssigkeitsbehältern der Kassette 50 aufgenommenen Flüssigkeiten gespeichert sein. Mögliche im Datenspeicher abgespeicherte Informationen zu den Flüssigkeiten können deren chemische Zusammensetzung, ein Mindesthaltbarkeitsdatum oder die in den Flüssigkeitsbehältern enthaltene Flüssigkeitsmenge sein. Die Kontrolleinheit 33 kann Daten aus dem Datenspeicher auslesen und Daten in den Datenspeicher schreiben. Beispielsweise kann die Kontrolleinheit 33 die aktuelle in den Flüssigkeitsbehältern 53 enthaltene Flüssigkeitsmenge aus dem Datenspeicher auslesen und während des Analysebetriebs den Verbrauch der einzelnen Flüssigkeiten überwachen und von Zeit zu Zeit anhand des von der Kontrolleinheit 33 registrierten Flüssigkeitsverbrauchs aktualisierte Werte der noch in den Flüssigkeitsbehältern 53 enthaltenen Flüssigkeitsmengen in den Datenspeicher schreiben.
An einer Seite des Verfahrenstechnikblocks 56, in dem die einen Teil der Flüssigkeitsleitungen bildende Kanalstruktur 57 gebildet ist, ist das zentrale Schaltsystem 34 angeordnet, mittels dessen die zwischen den Flüssigkeitsbehälter und der Probenvorlage verlaufenden Flüssigkeitswege sperrbar sind (nicht in 6 dargestellt). Das Schaltsystem 34 umfasst eine Ventilanordnung 60, wie die anhand der 2 bis 4 dargestellte, in der vorzugsweise alle Ventile V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7 des Analysegeräts 1 gebildet sind. Das zentrale Schaltsystem 34 ist vorzugsweise Bestandteil der Kassette 50. Beispielsweise kann es auf der Außenseite der Wand, an deren Innenseite der Verfahrenstechnikblock 56 befestigt ist, angeordnet, und über fluidische Anschlüsse mit den in dem Verfahrenstechnikblock gebildeten Flüssigkeitsleitungen verbunden sein. Beispielsweise kann die zweite Keramikscheibe 63 drehfest in einer mit der Wand verbundenen Halterung gehalten sein. Die Durchgangsbohrungen 69 der zweiten Keramikscheibe 63 können dabei mit fluidischen Anschlüssen der in dem Verfahrenstechnikblock 56 gebildeten Leitungen kommunizieren.
Beim Verbinden der Kassette 50 mit der Analysegerät-Grundstruktur kann eine Welle eines in der Analysegerät-Grundstruktur angeordneten Antriebs M in die Ausnehmung 75 des mit der ersten Keramikscheibe 61 verbundenen Deckels 71 eingreifen, um eine Rotationsbewegung der ersten Keramikscheibe 61 anzutreiben. Beim Austauschen der Kassette 50 wird somit nur die Ventilanordnung 60 mit den Keramikscheiben 61, 63 ausgetauscht, während der hochwertigere Antrieb und die damit verbundene Welle im Analysegerät 1 verbleiben.
Ist die Kassette 50 nicht mit der Analysegerät-Grundstruktur verbunden, kann die Ventilanordnung 60 in die in 4c) gezeigte Stellung gebracht werden, in der sämtliche Ventile geschlossen sind. In dieser Stellung kann keine Flüssigkeit aus der Kassette 50 austreten, so dass beim Handhaben der Kassette keine Gefahr einer Kontamination der Umwelt oder einer Bedienperson durch austretende Flüssigkeit besteht.
Im Folgenden wird nun anhand der 5 der Ablauf eines von dem Analysegerät durchgeführten Analyseverfahrens zur Bestimmung einer Analytkonzentration in einer Flüssigkeitsprobe beschrieben:
Zu Beginn eines Analysezyklus wird die Flüssigkeitsprobe entlang eines ersten Flüssigkeitsweges entlang der Flüssigkeitsleitungen 14 und 16 in die Mischzelle 31 transportiert. Das zentrale Schaltsystem 34 wird gesteuert durch die Kontrolleinheit 33 in eine Stellung gebracht, in der durch ein in der Ventilanordnung 60 gebildetes Ventil V1 ein erster Flüssigkeitswegabschnitt von der Probenvorlage in die Kolbenpumpe S1 freigegeben wird, während ein zweiter Flüssigkeitswegabschnitt von der Kolbenpumpe S1 zur Mischzelle 31 gesperrt ist. Auch ein weiterer Flüssigkeitsweg von dem eine Reinigungsflüssigkeit enthaltenen Flüssigkeitsbehälter 3 zu der Kolbenpumpe über die Flüssigkeitsleitung 15 ist in dieser Ventilstellung gesperrt. Nachdem eine von der Kontrolleinheit 33 durch entsprechende Steuerung des Pumpenantriebs 36 vorgegebene Flüssigkeitsmenge in die Kolbenpumpe S1 gefördert wurde, wird das Ventil V1 in eine zweite Ventilstellung geschaltet, bei der der zweite Flüssigkeitswegabschnitt freigegeben ist, während der erste Flüssigkeitswegabschnitt gesperrt ist und der Flüssigkeitsweg zu dem die Reinigungsflüssigkeit enthaltenden Flüssigkeitsbehälter 3 ebenfalls gesperrt ist. Die Steuereinheit steuert dann den Pumpenantrieb 36 in geeigneter Weise, um eine vorgegebene Menge der Flüssigkeitsprobe in die Mischzelle 31 einzudosieren.
Gleichzeitig oder nacheinander können in die Mischzelle 31 Reagenzien aus den Flüssigkeitsbehältern 9, 11 und 13 dosiert werden. Hierzu werden die Ventile V5, V6 und V7 mittels des zentralen Schaltsystems 34 in eine erste Ventilstellung geschaltet, in der der jeweilige erste Flüssigkeitswegabschnitt von den Flüssigkeitsbehältern 9, 11 und 13 über die Flüssigkeitsleitungen 24, 26 und 28 in die Zylinder der Kolbenpumpen S5, S6 und S7 freigegeben ist, während der zweite Flüssigkeitswegabschnitt von den Kolbenpumpen S5, S6 und S7 über die Flüssigkeitsleitungen 25, 27 und 29 in die Mischzelle 31 gesperrt ist. Die Kolbenpumpen S5, S6, S7 können bei dieser Stellung der Ventile V5, V6 und V7 jeweils eine von der Kontrolleinheit 33 vorgegebene Flüssigkeitsmenge in ihre Zylinder ansaugen. Danach werden die Ventile V5, V6 und V7 in eine zweite Ventilstellung umgeschaltet, in der der zweite Flüssigkeitswegabschnitt freigegeben und der erste Flüssigkeitswegabschnitt gesperrt ist. Die Kontrolleinheit kann die Pumpenantriebe 40, 41 und 42 dann zur Dosierung der jeweils gewünschten Menge der Reagenzien in die Mischzelle 31 betätigen. Da jedem Reagenz eine individuelle Kolbenpumpe mit einem individuellen Pumpenantrieb zugeordnet ist, kann jedes Reagenz mit einer unterschiedlichen Förderrate und/oder mit variablem Volumen in die Mischzelle 31 transportiert werden.
In der Mischzelle 31 werden die Reagenzien mit der Flüssigkeitsprobe vermischt. Enthält die Flüssigkeitsprobe den Analyten, dessen Konzentration zu bestimmen ist, erfolgt dabei eine chemische Reaktion, die eine fotometrisch zu detektierende Veränderung bewirkt. Die Messflüssigkeit wird mittels der Kolbenpumpe S1 weiter in die Messzelle 32 transportiert, wo der optische Messaufnehmer 35 ein von der zu bestimmenden Analytkonzentration abhängiges Messsignal erfasst. Die Kontrolleinheit 33 empfängt das erfasste Messsignal des Messaufnehmers 35 und leitet daraus die in der Flüssigkeitsprobe vorliegende Analytkonzentration ab. Nach Beendigung der Messung wird die Messzelle 32 entleert, indem mittels des Ventils V4 ein Flüssigkeitsweg von der Messzelle 32 über die Mischzelle 31 und die Flüssigkeitsleitung 23 in die Kolbenpumpe S4 freigegeben wird, und die Kolbenpumpe S4 betätigt wird, um die verbrauchte Messflüssigkeit aus der Messzelle 32 abzusaugen. Die Messflüssigkeit wird dann nach Umschalten des Ventils V4 in eine zweite Ventilstellung, in der der Flüssigkeitsweg zwischen der Messzelle 32 und der Kolbenpumpe S4 gesperrt ist und ein Flüssigkeitsweg von der Kolbenpumpe S4 über die Flüssigkeitsleitung 21 in einen Abfallbehälter freigegeben ist. Die verbrauchte Messflüssigkeit wird dann von der Kolbenpumpe S4 in den Abfallbehälter transportiert. Der Analysezyklus ist damit beendet.
Das Analysegerät 1 kann wiederholt einen solchen Analysezyklus durchführen. Zwischen den einzelnen Analysezyklen oder nach Durchführung einer Reihe von Analysezyklen kann außerdem noch ein Reinigungsschritt durchgeführt werden, bei dem mittels der Kolbenpumpe S1, die im hier gezeigten Beispiel auch der Förderung der Flüssigkeitsprobe in die Mischzelle 31 dient, aus dem Behälter 3 eine Reinigungsflüssigkeit in die Mischzelle 31 und weiter in die Messzelle 32 gefördert wird und mittels der Kolbenpumpe S4 wieder abgesaugt und in einen Abfallbehälter entleert wird. Der Flüssigkeitstransport erfolgt, wie detailliert anhand des Messzyklus beschrieben, durch Betätigen der Pumpenantriebe 36 und 39 und durch entsprechende Schaltung der Ventile V1 und V4 mittels des zentralen Schaltsystems 34.
In vorgegebenen Zeitabständen, zum Beispiel nach einer vorgegebenen Anzahl von Analysezyklen oder vor Durchführung eines jeden Analysezyklus können eine oder mehrere Kalibriermessungen durchgeführt werden, bei der/bei denen anstelle einer Flüssigkeitsprobe aus der Probenvorlage eine Standardlösung aus den Flüssigkeitsbehältern 5 und/oder 7 mittels der Kolbenpumpen S2 und/oder S3 und der zugehörigen Ventile V2 und V3 in analoger Weise wie weiter oben für die Förderung der Reagenzien aus den Behältern 9, 11 und 13 beschrieben in die Mischzelle 31 gefördert wird. Der Ablauf einer Kalibriermessung erfolgt im übrigen in gleicher Weise wie ein Analysezyklus mit einer Flüssigkeitsprobe aus der Probenvorlage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10222822 A1 [0005]
DE 10220829 A1 [0005]
DE 102009029305 A1 [0005, 0006]
DE 102011075762 [0008]
DE 69402132 T2 [0009]

Claims

Ventilanordnung (60), insbesondere für die Verteilung und Mischung von Flüssigkeiten in einem Analysegerät zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Messflüssigkeit, umfassend: eine erste Keramikscheibe (61) und eine an einer Auflagefläche (65) der ersten Keramikscheibe (61) anliegende zweite Keramikscheibe (63), wobei die Ventilanordnung (60) mindestens ein Ventil (V1, V2, V3, V4) umfasst, welches gebildet ist durch einen in die Auflagefläche (65) der ersten Keramikscheibe (61) eingeschnittenen Kanal (67), und mindestens zwei dem Kanal (67) zugeordnete Durchgangsbohrungen (69.1, 69.2, 69.3) in der zweiten Keramikscheibe (63), die in einer durch eine Relativbewegung zwischen der ersten (61) und der zweiten (63) Keramikscheibe einstellbaren Ventilstellung über den Kanal (67) miteinander verbunden sind.
Ventilanordnung (60) nach Anspruch 1, umfassend mehrere Ventile (V1, V2, V3, V4), wobei jedes Ventil (V1, V2, V3, V4) einen in die Auflagefläche (65) der ersten Keramikscheibe (61) eingeschnittenen Kanal (67) und mindestens zwei dem Kanal (67) zugeordnete Durchgangsbohrungen (69) der zweiten Keramikscheibe (63) umfasst, die in einer durch eine Relativbewegung zwischen der ersten (61) und der zweiten (63) Keramikscheibe einstellbaren Ventilstellung über den Kanal (67) miteinander verbunden sind.
Ventilanordnung (60), nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ventilanordnung (60) mindestens ein Mehrwegeventil (V1, V2, V3, V4) umfasst, welches durch einen in die Auflagefläche (65) der ersten Keramikscheibe (61) eingeschnittenen Kanal (67) und eine erste (69.1), eine zweite (69.2) und eine dritte (69.3) Durchgangsbohrung in der zweiten Keramikscheibe (63) gebildet ist, und wobei die erste (61) und die zweite (63) Keramikscheibe relativ zueinander zwischen mindestens einer ersten Ventilstellung, in der die erste Durchgangsbohrung (69.1) mit der zweiten Durchgangsbohrung (69.2) über den Kanal (67) verbunden ist, und einer zweiten Ventilstellung, in der die erste Durchgangsbohrung (69.1) über den Kanal (67) mit der dritten Durchgangsbohrung (69.3) verbunden ist, beweglich sind.
Ventilanordnung (60) nach Anspruch 3, wobei die erste (61) und die zweite (63) Keramikscheibe um eine gemeinsame, senkrecht zur Auflagefläche (65) verlaufende Rotationsachse (R) relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die zweite (69.2) und die dritte (69.3) Durchgangsbohrung entlang eines um einen auf der Rotationsachse (R) liegenden Mittelpunkt (Z) verlaufenden Kreisbogens angeordnet sind und die erste Durchgangsbohrung (69.1) bezogen auf diesen Kreisbogen radial versetzt angeordnet ist.
Ventilanordnung (60) nach Anspruch 4, wobei der Kanal (67) einen ersten um den auf der Rotationsachse (R) liegenden Mittelpunkt (Z) verlaufenden kreisbogenförmigen Abschnitt und einen mit dem ersten Abschnitt kommunizierenden, im Wesentlichen radial verlaufenden zweiten Abschnitt aufweist, wobei der Radius des kreisbogenförmigen Abschnitts derart auf den Abstand der ersten Durchgangsbohrung (69.1) von der Rotationsachse (R) abgestimmt ist, dass durch eine relative Drehbewegung der ersten Keramikscheibe (61) gegenüber der zweiten Keramikscheibe (63) der erste Abschnitt des Kanals (67) mit der ersten Durchgangsbohrung (69.1) zur Deckung bringbar ist, und wobei die Länge des zweiten Abschnitts mindestens derart auf den Abstand der zweiten (69.2) und dritten Durchgangsbohrung (69.3) von der Rotationsachse (R) abgestimmt ist, dass durch eine relative Drehbewegung der ersten Keramikscheibe (61) gegenüber der zweiten Keramikscheibe (63) der zweite Abstand mit der zweiten (69.2) oder der dritten Durchgangsbohrung (69.3) zur Deckung bringbar ist.
Ventilanordnung (60) nach Anspruch 5, wobei in der ersten Ventilstellung der erste Abschnitt die erste Durchgangsbohrung (69.1) überdeckt und der zweite Abschnitt die zweite Durchgangsbohrung (69.2) überdeckt und in der zweiten Ventilstellung der Ventilanordnung der erste Abschnitt die erste Durchgangsbohrung (69.1) überdeckt und der zweite Abschnitt die dritte Durchgangsbohrung (69.3) überdeckt.
Ventilanordnung (60) nach Anspruch 5 oder 6, wobei in einer dritten Ventilstellung der zweite Abschnitt keine Durchgangsbohrung überdeckt.
Ventilanordnung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Keramikscheibe (63) eine Vielzahl von entlang mehrerer konzentrischer, um einen auf der Rotationsachse (R) liegenden Mittelpunkt (Z) verlaufenden Kreisbögen angeordneten Durchgangsbohrungen (69) und die erste Keramikscheibe (61) mehrere in die Auflagefläche (65) eingeschnittene Kanäle (67) aufweist, welche jeweils dazu ausgestaltet sind, entlang eines der Kreisbögen angeordnete Durchgangsbohrungen (69) nacheinander mit einer oder mehreren bezogen auf diesen Kreisbogen radial versetzt angeordneten Durchgangsbohrungen (69) zu verbinden, so dass durch jeden Kanal (67) und dem Kanal (67) zugeordneten Durchgangsbohrungen (69) ein Mehrwegeventil (V1, V2, V3, V4) gebildet ist.
Analysegerät (1) zur automatisierten Bestimmung einer Messgröße einer Messflüssigkeit mit einem zentralen Schaltsystem (34) umfassend eine Ventilanordnung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zusätzlich umfassend: – eine Messzelle (32) zur Aufnahme der Messflüssigkeit; – einen Messaufnehmer (35) zur Erfassung eines mit der Messgröße korrelierten Messwerts der in der Messzelle (32) aufgenommenen Messflüssigkeit; – eine Kontrolleinheit (33), welche zur Bestimmung der Messgröße anhand des von dem Messaufnehmer (35) erfassten Messwerts ausgestaltet ist; – ein System von Flüssigkeitsleitungen; – einen ersten Flüssigkeitsbehälter (3, 5, 7, 9, 11, 13), welcher über einen in dem System von Flüssigkeitsleitungen verlaufenden, mittels des zentralen Schaltsystems (34) sperrbaren, ersten Flüssigkeitsweg mit der Messzelle (32) verbunden ist, – einen zweiten Flüssigkeitsbehälter (3, 5, 7, 9, 11, 13), welcher über einen in dem System von Flüssigkeitsleitungen verlaufenden zweiten, mittels des zentralen Schaltsystems (34) sperrbaren, Flüssigkeitsweg mit der Messzelle (32) verbunden ist, wobei dem ersten Flüssigkeitsbehälter (3, 5, 7, 9, 11, 13) eine erste Pumpe (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) zum Transport von Flüssigkeit entlang des ersten Flüssigkeitswegs zugeordnet ist, und wobei dem zweiten Flüssigkeitsbehälter (3, 5, 7, 9, 11, 13) eine, von der ersten Pumpe (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) verschiedene, zweite Pumpe (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) zum Transport von Flüssigkeit entlang des zweiten Flüssigkeitswegs zugeordnet ist.
Analysegerät (1) nach Anspruch 9, wobei in der Ventilanordnung (60) des zentralen Schaltsystems (34) ein erstes Ventil (V1, V2, V3, V4) zur wahlweisen Sperrung oder Freigabe des ersten Flüssigkeitswegs und ein zweites Ventil (V1, V2, V3, V4) zur wahlweisen Sperrung oder Freigabe des zweiten Flüssigkeitswegs gebildet ist.
Analysegerät (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Pumpe (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) und die zweite Pumpe (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) als Kolbenpumpen (58), insbesondere als Spritzen oder Spritzenpumpen, und die Ventile als in der Ventilanordnung des zentralen Schaltsystems (34) gebildete Mehrwegeventile (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7) ausgestaltet sind, wobei in einer ersten Ventilstellung der Ventilanordnung ein erster Flüssigkeitswegabschnitt von den Flüssigkeitsbehältern (3, 5, 7, 9, 11, 13) zu den Kolbenpumpen (58) freigegeben und ein zweiter Flüssigkeitswegabschnitt von den Kolbenpumpen (58) zur Messzelle (32) gesperrt ist, und wobei in einer zweiten Ventilstellung der erste Flüssigkeitswegabschnitt von den Flüssigkeitsbehältern (3, 5, 7, 9, 11, 13) zu den Kolbenpumpen (58) gesperrt und der zweite Flüssigkeitswegabschnitt von den Kolbenpumpen (58) in die Messzelle (32) freigegeben ist.
Analysegerät (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Analysegerät (1) eine, insbesondere aus einzelnen Modulen gebildete, Analysegerät-Grundstruktur und eine mit der Analysegerät-Grundstruktur verbundene, austauschbare Kassette (50) aufweist, welche mindestens den ersten und zweiten Flüssigkeitsbehälter und gegebenenfalls weitere Flüssigkeitsbehälter des Analysegeräts (1) umfasst.
Analysegerät (1) nach Anspruch 12, wobei die Kassette (50) einen Verfahrenstechnikblock (56) aufweist, in dem mindestens ein Teil des Systems von Flüssigkeitsleitungen als Kanalstruktur (57) gebildet ist, und der Anschlüsse zur flüssigkeitsdichten Verbindung der Kanalstruktur (57) mit den Flüssigkeitsbehältern (53) und Anschlüsse zur flüssigkeitsdichten Verbindung der Pumpen, insbesondere Kolbenpumpen (58), mit der Kanalstruktur (57) aufweist.
Analysegerät (1) nach Anspruch 13, wobei das zentrale Schaltsystem (34) mit dem Verfahrenstechnikblock (56), in dem mindestens ein Teil des Systems von Flüssigkeitsleitungen als Kanalstruktur (57) gebildet ist, derart, insbesondere lösbar, verbunden ist, dass die in der Ventilanordnung (60) gebildeten Ventile (V1, V2, V3, V4) mit den in dem Verfahrenstechnikblock (56) gebildeten Flüssigkeitsleitungen zu deren Sperrung und/oder Freigabe zusammenwirken.
Analysegerät (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Analysegerät-Grundstruktur einen durch die Kontrolleinheit (33) steuerbaren Antrieb (M) aufweist, der, wenn die Kassette (50) mit der Analysegerät-Grundstruktur verbunden ist, mit einer drehbaren Welle (70) lösbar verbunden ist, welche mit der ersten Keramikscheibe (61) der Ventilanordnung (60) in Wirkverbindung steht, um die erste Keramikscheibe (61) um eine senkrecht zur Auflagefläche der ersten Keramikscheibe (61) verlaufende Rotationsachse (R) zu drehen, und so eine Relativbewegung der ersten Keramikscheibe (61) gegenüber der zweiten Keramikscheibe (63) anzutreiben.