DE102012211207A1

DE102012211207A1 - Pipettiervorrichtung mit Hysteresebremse

Info

Publication number: DE102012211207A1
Application number: DE201210211207
Authority: DE
Inventors: Andreas Städler
Original assignee: Hamilton Bonaduz AG
Current assignee: Hamilton Bonaduz AG
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung, insbesondere Pipettierautomat, umfassend wenigstens eine Pippettiervorrichtung (10) mit wenigstens einer Pipettierspitze, wobei die Pipettiervorrichtung (10) wenigstens einen die Pipettierspitze umfassenden Pipettierkanal (14) aufweist, wobei dem wenigstens einen Pipettierkanal (14) eine Antriebseinrichtung (16) mit wenigstens einem motorischen Antriebsmittel (22) zugeordnet ist, das derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine Pipettierspitze in im Wesentlichen vertikaler Richtung zu wenigstens einem Probenbehälter hin oder von diesem weg beweglich ist, so dass mittels der wenigstens einen Pipettierspitze Probenfluid aus einem betreffenden Probenbehälter aspiriert oder in einen betreffenden Probenbehälter dosiert werden kann, wobei dem wenigstens einen motorischen Antriebsmittel (22) eine Hysteresebremse zugeordnet ist mit einem ersten magnetischen Element (40) und einem zweiten magnetischen Element (44). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung (16), insbesondere die Hysteresebremse eines betreffenden motorischen Antriebsmittels (22), derart ausgebildet ist, dass zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (40, 44) wirkende magnetische Kräfte in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung (BR) des Pipettierkanals (14) veränderbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung, insbesondere Pipettierautomat, umfassend wenigstens eine Pipettiervorrichtung mit wenigstens einer Pipettierspitze, wobei die Pipettiervorrichtung wenigstens einen die Pipettierspitze umfassenden Pipettierkanal aufweist, wobei dem wenigstens einen Pipettierkanal eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem motorischen Antriebsmittel zugeordnet ist, das derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine Pipettierspitze in im Wesentlichen vertikaler Richtung zu wenigstens einem Probenbehälter hin oder von diesem weg beweglich ist, so dass mittels der wenigstens einen Pipettierspitze Probenfluid aus einem betreffenden Probenbehälter aspiriert oder in einen betreffenden Probenbehälter dosiert werden kann, wobei dem wenigstens einen motorischen Antriebsmittel eine Hysteresebremse zugeordnet ist mit einem ersten magnetischen Element und einem zweiten magnetischen Element.
Aus der US 2005/0238544 A1 ist eine Pipettiervorrichtung bekannt, bei der ein Pipettierkanal mittels eines angetriebenen ersten Zahnrads, das in Eingriff mit einer Zahnstange steht, in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Zusätzlich umfasst der Pipettierkanal eine mit Hysteresebremse mit einem nicht angetriebenen zweiten Zahnrad, das ebenfalls in Eingriff mit der Zahnstange steht. Dieses Hysteresezahnrad ist in axialer Richtung zwischen zwei Platten aufgenommen, die an ihren zum Zahnrad weisenden Flächen mehrere Magneten umfassen. Diese Magneten üben eine permanente magnetische Anziehungskraft auf das Hysteresezahnrad aus, so dass für den gesamten Pipettierkanal eine magnetische Bremskraft wirkt, welche durch den Antrieb des ersten Zahnrads überwunden werden muss, um den Pipettierkanal nach oben oder nach unten bewegen zu können. Wird die Bewegung des Pipettierkanals verlangsamt und angehalten, ermöglicht die Hysteresebremse ein Festhalten des Pipettierkanals an der gewünschten vertikalen Position unabhängig davon, ob eine beim Antrieb bzw. dem ersten Zahnrad auftretende Hysterese eine Positionsverschiebung bewirken würde, da die ausgeübte Bremskraft die aufgrund der Hysterese wirkenden Kräfte kompensiert.
Die permanent wirkende Bremskraft der Hysteresebremse muss aber in jedem Fall überwunden werden, so dass immer ein erhöhter Energiebedarf des Antriebs besteht.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Dosiervorrichtung bereitzustellen, bei welcher eine Hysteresbremse derart ausgeführt ist und eingesetzt werden kann, dass die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden können.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung, insbesondere die Hysteresebremse eines betreffenden motorischen Antriebsmittels, derart ausgebildet ist, dass zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element wirkende magnetische Kräfte in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Pipettierkanals veränderbar sind.
Durch eine Veränderung der wirkenden magnetischen Kräfte ist es möglich, die Wirkung der Hysteresebremse an unterschiedliche Betriebssituationen des Antriebsmittels anzupassen. Hierdurch kann insbesondere der Energieverbrauch des Antriebsmittels optimiert werden.
Vorzugsweise ist die Hysteresebremse derart eingerichtet ist, dass die wirkenden magnetischen Kräfte bei einer Bewegung des Pipettierkanals entgegen der Schwerkraft kleiner sind als bei einer Bewegung des Pipettierkanals mit der Schwerkraft.
Bei einer Bewegung des Pipettierkanals entgegen der Schwerkraft muss die Antriebseinrichtung bzw. das Antriebsmittel mehr Energie aufnehmen, um das Gewicht des Pipettierkanals entgegen der Schwerkraft zu bewegen. Es ist daher vorteilhaft, wenn in einer solchen Situation, die bereits eine Mehraufnahme von Energie erfordert, nicht zusätzlich eine durch das Antriebsmittel zu kompensierende starke magnetische Kraft der Hysteresebremse wirkt. Im umgekehrten Fall wirken bei einer Bewegung mit der Schwerkraft größere Kräfte auf die Antriebseinrichtung, wenn der Pipettierkanal gebremst werden muss. In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, wenn durch die Hysteresebremse möglichst starke magnetische Kräfte wirken, um schwerkraftbedingte Wirkungen auf das Antriebsmittel zu verringern und das Halten des Pipettierkanals entgegen der Schwerkraft zu unterstützen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das wenigstens eine motorische Antriebsmittel mit einer Gewindestange gekoppelt sein und der zugehörige Pipettierkanal kann mit der Gewindestange verbunden sein, derart, dass der Pipettierkanal bei einer Drehbewegung der Gewindestange entlang der Gewindestange beweglich ist. Hierzu wird ferner vorgeschlagen, dass der Pipettierkanal entlang einer Linearführung beweglich ist, mit der ein mit dem Pipettierkanal verbundener Schlitten gekoppelt ist.
Für diese Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Hysteresebremse um eine Welle des motorischen Antriebsmittels angeordnet ist, wobei die Welle mit der Gewindestange gekoppelt ist.
Dabei ist das erste magnetische Element vorzugsweise ringförmig ausgebildet und an der Welle des motorischen Antriebsmittels drehfest angebracht. Das zweite magnetische Element kann ebenfalls ringförmig ausgebildet sein und ist vorzugsweise um das erste magnetische Elemente herum, insbesondere konzentrisch angeordnet, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element ein Luftspalt gebildet ist und wobei das erste und das zweite magnetische Element relativ zueinander beweglich sind.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass das erste magnetische Element ringförmig ausgebildet ist und an der Welle des motorischen Antriebsmittels drehfest angebracht ist, dass das zweite magnetische Element ringförmig ausgebildet ist und entlang der Welle oberhalb oder unterhalb des ersten magnetischen Elements insbesondere parallel angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element ein Luftspalt gebildet ist und wobei das erste und das zweite magnetische Element relativ zueinander beweglich sind.
Das erste magnetische Element wird bei einer Bewegung der Welle zum Verfahren des Pipettierkanals mit der Welle mitgedreht. Zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element ist während der Drehbewegung eine magnetische Wechselwirkung vorhanden, welche der Drehbewegung entgegenwirkt, diese insbesondere abbremst.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Hysteresebremse derart eingerichtet ist, dass der Luftspalt zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des motorischen Antriebsmittels veränderbar ist.
Das erste magnetische Element oder das zweite magnetische Element kann mehrere nebeneinander angeordnete Permanentmagneten umfassen, wobei vorzugsweise zwischen benachbarten Permanentmagneten ein Abstand vorgesehen ist. Denkbar ist beispielsweise bei einem ringförmigen Element die Anordnung von drei oder mehr Permanentmagneten, welche entlang der Umfangsrichtung des Rings gleichmäßig verteilt sind, also alle 120° im Falle von drei, alle 90° im Falle von vier Permanentmagneten.
Vorzugsweise umfasst die Hysteresebremse wenigstens ein weiteres, insbesondere drittes Element, das zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element im Luftspalt beweglich angeordnet ist, um die zwischen den beiden magnetischen Elementen wirkenden Kräfte zu beeinflussen.
Hierzu wird ergänzend vorgeschlagen, dass das dritte Element ringförmig ausgebildet ist mit mehreren in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Öffnungsbereichen und Abdeckbereichen, wobei ein Öffnungsbereich in Umfangsrichtung durch zwei Abdeckbereiche begrenzt wird.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Öffnungsbereiche gleich ist wie die Anzahl der am ersten oder zweiten magnetischen Element vorgesehenen Anzahl Permanentmagneten.
Die Öffnungsbereiche und Abdeckbereiche des dritten Elements sind vorzugsweise derart dimensioniert, dass sie die zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element wirkenden magnetischen Kräfte in Abhängigkeit von der Relativstellung der Öffnungsbereiche bzw. der Abdeckbereiche zu den Permanentmagneten vergrößern oder verringern können.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das dritte Element ein insbesondere magnetisches Element ist, das mit den Permanentmagneten in Wechselwirkung steht, derart, dass die wirkende magnetische Kraft zwischen erstem und zweiten magnetischen Element verringert, insbesondere wenigstens teilweise abgeschirmt wird, wenn das dritte Element relativ zum ersten bzw. zweiten magnetischen Element so ausgerichtet ist, dass die Abdeckbereiche gegenüber den Permanentmagneten liegen, und derart, dass die wirkende magnetische Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element unterstützt, insbesondere nicht abgeschirmt wird, wenn das dritte Element relativ zum ersten bzw. zweiten magnetischen Element so ausgerichtet ist, dass die Öffnungsbereiche gegenüber den Permanentmagneten liegen.
Dabei ist es bevorzugt, dass eine Bewegung des dritten Elements relativ zum ersten und zweiten magnetischen Element in Abhängigkeit der Drehrichtung des motorischen Antriebsmittels, insbesondere der Gewindestange bzw. der Welle erfolgt, wobei vorzugsweise eine gewünschte Relativstellung zwischen dem dritten Element und dem ersten bzw. zweiten magnetischen Element zu Beginn einer ersten Umdrehung der Gewindestange bzw. Welle einstellbar ist und bei gleichbleibend Drehsinn solange beibehalten wird bis der Drehsinn gewechselt wird.
Zu der oben bereits erwähnten Alternative, bei welcher das zweite magnetische Element oberhalb oder unterhalb des ersten magnetischen Elements angeordnet ist, wird insbesondere daran gedacht, dass die wirkende magnetische Kraft durch Verändern des vertikalen Abstands zwischen den beiden magnetischen Elementen beeinflusst werden kann, wobei der Luftspalt vergrößert oder verkleinert werden kann. Dabei kann der Luftspalt zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element durch eine relative Bewegung der beiden magnetischen Elementen entlang der Welle des motorischen Antriebsmittels vergrößert oder verkleinert werden.
Hierzu wird ferner vorgeschlagen, dass das erste magnetische Element in Abhängigkeit der Drehrichtung der Welle zwischen einer angenäherten und einer entfernten Position bezogen auf das feststehende zweite magnetische Element angeordnet werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die angenäherte Position des ersten magnetischen Elements bei einer Drehrichtung der Welle vorgesehen ist, welche zu einer linearen Bewegung des Pipettierkanals in Richtung der Schwerkraft führt, und dass die entfernte Position des ersten magnetischen Elements in einer Drehrichtung der Welle vorgesehen ist, welcher zu einer linearen Bewegung des Pipettierkanals entgegen der Schwerkraft führt.
Auch bei dieser Alternative ist es möglich, dass ein drittes Element vorgesehen ist, wie dies oben für die Ausführung mit konzentrisch angeordnetem ersten und zweiten magentischen Element beschrieben worden ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das motorische Antriebsmittel ein Linearmotor sein. Dabei werden das erste und das zweite magnetische Element von Magneten gebildet, die beim Linearmotor zur Erzeugung der Bewegung eines Schlittens entlang einer Schiene sowieso vorgehen sind. Für eine Dosiervorrichtung kann davon ausgegangen werden, dass der Schlitten des Linearmotors mit dem Pipettierkanal gekoppelt ist, um diesen in insbesondere vertikaler Richtung auf und ab zu bewegen.
Im Falle eines Linearmotors kann die die Hysteresebremse ebenfalls wenigstens ein weiteres, insbesondere drittes Element umfassen, das derart angeordnet ist, dass es die zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element wirkenden Kräfte beeinflusst, wobei das weitere Element vorzugsweise beweglich angeordnet ist. Denkbar sind beispielsweise am Schlitten vorgesehene weitere Elemente, welche die Anziehungskraft zwischen Schlitten und Schiene je nach bedarf vergrößern oder verringern. Dies könnten beispielsweise bewegliche Magnete oder magnetische Elemente sein, die zur Schiene hin bzw. von dieser weg bewegt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
1 zeigt vereinfacht und schematisch einen Pipettierkanal mit Antriebseinrichtung und einer Ausführungsform einer Hysteresebremse in perspektivischer Explosionsdarstellung.
2 zeigt die Antriebseinrichtung mit Hysteresebremse der 1 in vergrößerter Darstellung.
3 zeigt einen Längsschnitt durch den Pipettierkanal entsprechend der Schnittlinie III-III der 1.
4 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des in 3 bei IV umkreisten Bereichs, wobei der Zustand bei einer Aufwärtsbewegung des Pipettierkanals dargestellt ist.
5 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des in 3 bei IV umkreisten Bereichs, wobei der Zustand bei einer Abwärtsbewegung des Pipettierkanals dargestellt ist.
6 zeigt eine Querschnittsdarstellung entsprechend der Schnittlinie VI-VI der 4, wobei der Zustand bei einer Aufwärtsbewegung des Pipettierkanals dargestellt ist.
7 zeigt eine Querschnittsdarstellung entsprechend der Schnittlinie VII-VII der 4, wobei der Zustand bei einer Aufwärtsbewegung des Pipettierkanals dargestellt ist.
8 zeigt eine Querschnittsdarstellung entsprechend der Schnittlinie VIII-VIII der 5, wobei der Zustand bei einer Abwärtsbewegung des Pipettierkanals dargestellt ist.
9 zeigt eine Querschnittsdarstellung entsprechend der Schnittlinie IX-IX der 5, wobei der Zustand bei einer Abwärtsbewegung des Pipettierkanals dargestellt ist.
10 zeigt in den Teilfiguren a) bis d) stark vereinfacht mögliche weitere Ausgestaltungen einer Hysteresebremse für eine Antriebseinrichtung.
1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Explosionsdarstellung eine Pipettiervorrichtung 10, welche vorzugsweise Teill eines übergeordneten Pipettierautomaten ist. Ein solcher Pipetierautomat umfasst in der Regel einen nicht dargestellten Arbeitsarm, an welchem eine Basis 12 der Pipettiervorrichtung 10 angebracht ist. Die Pipettiervorrichtung 10 ist entlang des Arbeitsarms in Y-Richtung beweglich. Der nicht dargestellte Arbeitsarm selbst ist bevorzugt in X-Richtung beweglich. Die Pipettiervorrichtung 10 umfasst einen zur Basis 12 in Z-Richtung, also in der Regel in vertikaler Richtung, beweglichen Pipettierschlitten 14, der mittels einer Antriebseinrichtung 16 entlang der Z-Richtung verstellbar ist. An dem Pipettierschlitten 14 ist in der Regel ein sogenannter Pipettierkanal angebracht mittels welchem unter Verwendung von Pipettierspitzen Probenflüssigkeit aus Probenbehältern aspiriert bzw. in Probenbehälter dispensiert werden können. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Pipettierschlitten 14 als Repräsentation des gesamten hier nicht näher dargestellten Pipettierkanals dienen. Es ist in diesem Zusammenhang auch anzumerken, dass an der Basis 12 der Pipettiervorrichtung bzw. am Pipettierschlitten 14 nicht zwangsweise ein Pipettierkanal angebracht werden muss. Es ist auch denkbar, dass am Pipettierschlitten oder einem hierzu ähnlichen Bauelement beispielsweise eine Greifvorrichtung oder eine Sensoreinrichtung wie etwa eine Kamera, vorgesehen sein kann.
Der Pipettierschlitten 14 ist, wie dies aus der Schnittdarstellung der 3 ersichtlich ist, mit einer Gewindestange 18 verbunden, die auch zur Antriebseinrichtung 16 zugeordnet werden kann. Diese Gewindestange 18 ist mit einer Antriebswelle 20 eines motorischen Antriebs 22 der Antriebseinrichtung 16 verbunden, so dass sie in Drehbewegung versetzt werden kann. Je nach Drehsinn des Antriebs 22 bewegt sich der Pipettierschlitten 14 entlang der Gewindestange 18 in Z-Richtung nach oben oder nach unten. Wie bereits erwähnt sind am Pipettierschlitten 14 in der Regel weitere, hier nicht dargestellte Elemente der Pipettiervorrichtung 10 bzw. des Pipettierkanals vorgesehen, durch die dann der eigentliche Vorgang des Pipettierens (Aspirieren und Dispensieren von Probenflüssigkeit) durchgeführt werden kann. Zu diesen Elementen gehört auch eine in der Regel austauschbare Pipettierspitze.
Die Antriebseinrichtung 16 wird nun unter Bezugnahmen auf die 1 bis 5 genauer beschrieben, wobei die 4 und 5 vergrößerte Schnittdarstellungen des in 3 eingekreisten Bereichs IV/V darstellen
Neben dem Antrieb 22, der hier als Elektromotor ausgebildet ist, umfasst die Antriebseinrichtung 16 eine Kupplung 24, welche die Verbindung zwischen der Motorwelle 20 und der Gewindestange 18 herstellt. Der Antrieb 22 ist mittels einer Halterung 26 an der Pipettiervorrichtung 10 befestigt, wobei diese Halterung 26 ein unteres Halterungselement 26-1 und ein oberes Halterungselement 26-2 umfasst. Der Antrieb 22 ist mit der Oberseite des oberen Halterungselements 26-2 verbunden und seine Antriebswelle 20 erstreckt sich durch eine im oberen Halterungselement 26-2 ausgebildete Öffnung 28. Das obere Halterungselement 26-2 liegt mit flanschartigen Abschnitten 30 auf korrespondierenden Abschnitten 32 des unteren Halterungselements 26-1 auf. Die beiden Halterungselemente 26-1 und 26-2 werden mittels Schrauben 33, hier vier Schrauben miteinander verbunden. Dabei dienen die Schrauben 33 gleichzeitig auch der Befestigung der gesamten Halterung 26 mit dem an ihr befestigten Antrieb 22 an der Pipettiervorrichtung 10.
Das untere Halterungselement 26-1 umfasst einen Hülsenabschnitt 34, der im zusammengebauten Zustand der Antriebseinrichtung in einer Öffnung 36 in der Pipettiervorrichtung 10 aufgenommen ist. Am oberen Rand 38 des Hülsenabschnitts 34 ist ein ringförmiges magnetisches Element 40 (zweites magnetisches Element), das mehrere dem Umfang entlang verteilte Permanentmagnete 40-1 bis 40-4 aufweist. Die Lage der Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 ist durch stark vereinfachte und schematische Magnetfeldlinien 42 angedeutet, die in den 1, 2, 6 und 7 ersichtlich sind. Diese Magnetfeldlinien 42 sind rein illustrativ und haben keine konstruktiven Eigenschaften für den Aufbau der Antriebseinrichtung 16. Ferner geben diese schematischen Magnetfeldlinien keinen exakten Verlauf wieder.
Die Kupplung 24 umfasst an ihrem oberen Abschnitt ein weiteres ringförmiges magnetisches Element 44 (erstes magnetisches Element), das auf einem radial nach außen gerichteten Wulst 46 der Kupplung 24 abgestützt ist. Ein unterer Abschnitt der Kupplung 24 (unterhalb des Wulstes 46) ist von zwei Kugellagern 48, 50 (3, 4, 5) umgeben, von denen in der Explosionsdarstellung der 1 und 2 nur das obere Kugellager 48 ersichtlich ist. Die beiden Kugellager 48, 50 ermöglichen die drehende Lagerung der Kupplung 24 und eines dritten vorzugsweise magnetischen Elements 52, das in radialer Richtung zwischen dem zweiten magnetischen Element 40 und dem ersten magnetischen Element 44 angeordnet ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element 40, 44 ist ein Luftspalt 45 vorhanden, in welchem sich das dritte Element 52 befindet. Das dritte Element 52 ist als Hülse ausgebildet und weist in einem axial oberen Bereich in Umfangsrichtung verteilte Öffnungen 54 auf. Zwischen den Öffnungen 54 befinden sich Streben 56. Unterhalb der Öffnungen 54 weist die Hülse 52 an ihrem Innenumfang einen Vorsprung 58 auf, mittels welchem die Hülse 52 auf dem oberen Kugellager 48 aufliegt. Ferner weist die Hülse 52 in Umfangsrichtung zwischen zwei Öffnungen 54 und in axialer Richtung unterhalb dieser Öffnungen 54 eine Kulisse 60 auf. In diese Kulisse 60 greift ein Nocken bzw. Stift 62 ein, der fest mit dem unteren Halterungselement 26-1, insbesondere mit dem zugehörigen Hülsenabschnitt 34 verbunden ist. Das Zusammenwirken der Kulisse 60 und des Stifts 62 ermöglicht eine Drehung der Hülse 52 um einen bestimmten Winkel bis die Kulisse mit einem ihrer Enden 60-1 bzw. 60-2 (8, 9) am Stift 62 anschlägt.
Die drei (magnetischen) Elemente 40, 44 und 52 bilden gemeinsam Hauptkomponenten einer Hysteresebremse 64 für die Antriebseinrichtung 16 bzw. die Pipettiervorrichtung 10. Die Funktionsweise dieser Hysteresebremse 64 wird nun insbesondere anhand der Schnittdarstellungen der 6 bis 9 beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass die beiden Darstellungen der 6 und 8 den Zustand zeigen, wenn der Pipettierschlitten 14 nach oben, also entgegen der wirkenden Schwerkraft bewegt wird, wobei sich in diesem Falle die Antriebswelle 20, die Kupplung 24, das erste magnetische Element 44 und die Gewindestange 18 im Uhrzeigersinn drehen. Die beiden Darstellungen der 7 und 9 zeigen den Zustand, wenn der Pipettierschlitten 14 nach unten, also mit der wirkenden Schwerkraft bewegt wird, wobei sich in diesem Falle die Antriebswelle 20, die Kupplung 24, das zweite magnetische Element 44 und die Gewindestange 18 im Gegenuhrzeigersinn drehen. Der Drehsinn ist in den 6 bis 9 jeweils durch einen Pfeil DS angedeutet. In den 3 bis 5 ist durch einen jeweiligen (Doppel-)Pfeil BR die (mögliche) Bewegungsrichtung des Pipettierschlittens 14 (3) nach oben oder unten angedeutet.
Wie bereits erwähnt ist aus den Darstellungen der 6 und 7 ersichtlich, dass das zweite magnetische Element 40 vier in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 aufweist. Diese Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 üben eine magnetische Kraft auf das mit der Kupplung 24 und somit mit der Antriebswelle 20 verbundene erste magnetische Element 44 aus. In radialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element ist die Hülse 52 als drittes magnetisches Element angeordnet. Die Hülse 52 ist relativ zu den Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 drehbar gelagert. Im Falle einer Drehung der Antriebswelle 20, der Kupplung 24 und des zweiten magnetischen Elements 44 im Uhrzeigersinn wird die Hülse 52 ebenfalls in diese Richtung kurzzeitig mitgedreht bis ihre Kulisse 60 mit ihrem Ende 60-1 am Stift 62 anliegt (8). In dieser Position verbleibt die Hülse 52 solange, bis der Drehsinn des Antriebs 20 geändert wird.
In der in den 6 und 8 dargestellten Stellung liegen die Streben 56 der Hülse 52 in radialer Richtung zwischen den Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 und dem ersten magnetischen Element 44. Die Streben 56 führen zu einer Umlenkung bzw. Abschirmung des Magnetfelds 42 der Permanentmagnete 40-1 bis 40-4, so dass eine verringerte Magnetkraft auf das erste magnetische Element 44 wirkt. Die Streben 56 können somit auch als Abschirmungsbereiche des dritten Elements (Hülse) 52 bezeichnet werden.
Wird ausgehend von einer Stellung gemäß den 6 und 8 der Drehsinn geändert, wird die Hülse 52 zusammen mit der Antriebswelle 20, der Kupplung 24 und dem ersten magnetischen Element 44 im Gegenuhrzeigersinn relativ zu den Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 bewegt. Während die Antriebswelle 20, die Kupplung 24 und das erste magnetische Element 44 in dieser Drehsinnrichtung weiter gedreht werden können, schlägt die Kulisse 60 mit ihrem anderen Ende 60-2 am Stift 62 an, so dass keine weitere Drehung der Hülse 52 im Gegenuhrzeigersinn möglich ist. In dieser Stellung liegen die Öffnungen 54 der Hülse 52 gegenüber den Permanentmagneten 40-1 bis 40-4. Hierdurch können die Magnetfelder 42 der Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 auf das erste magnetische Element 44 und ggf. die Kupplung 24 und die Welle 20 eine magnetische Kraft ausüben, die eine vom Antrieb 22 zu überwindenden Kraftkomponente darstellt. Die magnetische Kraft wirkt dabei verzögernd bzw. bremsend auf die angetriebenen Bauteile. Wird die Drehung im Gegenuhrzeigersinn angehalten, weil der Pipettierschlitten 14 die gewünschte Position in Richtung der wirkenden Schwerkraft erreicht hat, üben die Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 eine Haltekraft auf das erste magnetische Element 44 aus, so dass eventuell auftretende Hystereseeinflüsse aufgrund der Ansteuerung des Antriebs 20 oder/und aufgrund der wirkenden Schwerkraft kompensiert werden können.
Wie sich aus der Zusammenschau der 4, 6 und 8 sowie 5, 7 und 9 ergibt, ist die Hysteresebremse 64 so eingerichtet, dass die magnetische Kraft des zweiten magnetischen Elements 40, insbesondere seiner Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 dann verstärkt auf das zweite magnetische Element 44 wirkt, wenn der Pipettierschlitten 14 und eine daran befestigte Apparatur, wie Pipettierkanal, Greifer oder der dergleichen, in Richtung der Schwerkraft bewegt wird. Wird der Pipettierschlitten 14 entgegen der Wirkung der Schwerkraft bewegt, ist die Wirkung der magnetischen Kräfte verringert, insbesondere durch die Abschirmung der Wirkung der Magnetfelder 42 auf das erste magnetische Element 44. Das Umschalten zwischen abgeschirmten und nicht abgeschirmten Magnetfeldern erfolgt durch einfaches kurzzeitiges Verdrehen des dritten Elements 52 beim Wechsel des Drehsinns des Antriebs 20. Somit kann die Hysteresebremse in Abhängigkeit der Drehrichtung des Antriebs 20 unterschiedlich wirken. Bei einer Bewegung des Pipettierschlittens 14 entgegen der Schwerkraft ist die verzögernde bzw. bremsende Wirkung der Hysteresebremse nicht oder nur teilweise vorhanden. Bei einer Bewegung des Pipettierschlittens in Richtung der Schwerkraft wird die verzögernde bzw. bremsende Wirkung der Hysteresebremse möglichst vollständig genutzt.
In der in den 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform wird die Hysteresebremse 64 durch konzentrisch zueinander angeordnete ringartige bzw. hülsenartige Element gebildet, insbesondere das zweite magentische Element 40 mit seinen vier Permanentmagneten 40-1 bis 40-4, das erste magnetische Element 44 und das dritte magnetische Element (Hülse) 52. Eine derartige konzentrische Anordnung ist insbesondere Platz sparend in axialer Richtung.
Die hier dargestellte Ausführungsform mit vier Permanentmagneten 40-1 bis 40-4 ist rein exemplarisch, es ist durchaus denkbar, dass eine beliebige andere Anzahl an Permanentmagneten, beispielsweise 3 oder 6, im ersten magnetischen Element vorgesehen sein kann.
Entsprechend wäre dann die Anzahl der Öffnungen bzw. Streben beim dritten Element (Hülse) 52 anzupassen und die Kulisse 60 in Umfangsrichtung zu verlängern oder zu verkürzen.
Es ist allerdings auch denkbar, die gewünschte Funktion der Hysteresebremse in Abhängigkeit der Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung des Pipettierschlittens auch mit alternativen Ausführungsformen zu erreichen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die 10a) bis d) kurz erläutert werden. Es ist zu beachten, dass die Darstellungen in den 10a) bis d) vereinfachte und schematische Prinzipdarstellungen sind.
Gemäß einer ersten Alternative, die in den 10a) und b) dargestellt ist, kann die Anordnung des ersten, zweiten und dritten magnetischen Elements 140, 144, 152 auch in axialer Richtung übereinander erfolgen, wobei das erste und das zweite magnetische Element 140, 144 oberhalb oder unterhalb des dritten Elements 152 angeordnet sind. Das dritte Element 152 ist hier als ringförmige Scheibe ausgeführt, mit Öffnungen 154 und Abschirmbereichen 156. Je nach Drehsinn der Antriebswelle 120 wird das dritte Element 152 kurzzeitig mitgedreht analog wie oben beschrieben für die Hülse 52. Auch in diesem Beispiels sind wieder vier Öffnungen 154 dargestellt; es könnten aber auch weniger oder mehr solche Öffnungen 154 bzw. Abschirmbereiche 156 vorgesehen sein. Auch in diesem alternativen Beispiel ist das erste magnetische Element 144 drehfest mit der Kupplung 124 verbunden, wohingegen das zweite magnetische Element 140 mit mehreren, hier vier Permanentmagneten nicht mitgedreht wird. Im dargestellten Beispiel ist das erste magnetische Element 144 oberhalb des zweiten magnetischen Elements 140 angeordnet. Dies kann aber auch umgekehrt sein. Die magnetischen Elemente 140, 144, 152 sind hier im axialen Bereich der Kupplung 124 dargestellt. Auch dies stellt keine Einschränkung dar, vielmehr können die magnetischen Elemente 140, 144, 152 oder wenigstens eines von Ihnen in axialer Richtung auch oberhalb oder unterhalb der Kupplung 124, also im Bereich der Antriebswelle 120 oder der Gewindestange 118 angeordnet sein.
Ferner ist es auch denkbar, eine Hysteresebremse aus erstem und zweiten magnetischem Element 140, 144 zu bilden ohne ein drittes Element. Dies ist in den 10c) und d) dargestellt. Hierzu kann eines der beiden magnetischen Elemente, hier das erste magnetische Element 144 in axialer Richtung entlang der Welle 122 bzw. Kupplung 124 bewegt werden, so dass sich der Abstand (Luftspalt 145) zwischen diesen ändert. Bei kleinem Abstand 145 (10c) wirkt eine größere magnetische Kraft als bei größerem Abstand 145 (10d). Bei Veränderung des Drehsinns müsste das axial bewegliche Element, hier das erste magnetische Element 144, entsprechend nach oben oder unten bewegt werden können. Beispielsweise könnte bei einer Bewegung des Pipettierschlittens nach unten das entsprechende magnetische Element ebenfalls nach unten bewegt werden, so wie dies hier beispielhaft dargestellt ist, wenn man davon ausgeht, dass 10c) eine Abwärtsbewegung illustriert und 10d) eine Aufwärtsbewegung.
Denkbar ist ferner auch eine Kombination der beiden hier dargestellten Alternativen, mit gleichzeitiger Veränderung des Abstands 145 zwischen erstem und zweiten magnetischen Element 140, 144 und Zwischenlage des dritten Elements 152.
Schließlich wird darauf hingewiesen, dass eine vom Funktionsprinzip gleich wirkende Hysteresebremse auch bei einer anderen Art von Antrieb zum Einsatz kommen kann. Es wird hier insbesondere daran gedacht, dass der Pipettierschlitten mittels eines Linearmotors angetrieben sein kann. Dabei könnten Permanentmagnete und Spulen des Linearmotors als erstes bzw. zweiten magnetisches Element dienen. Ein drittes magnetisches Element könnte beispielsweise am bewegten Teil des Linearmotors vorgesehen sein und bei einer Abwärtsbewegung (in Richtung der Schwerkraft) näher an die Permanentmagneten des Linearmotors bewegt werden, um eine verzögernde bzw. bremsende Kraft hervorzurufen.
Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Prinzip, die Wirkung einer Hysteresebremse je nach Bewegungsrichtung, insbesondere unter Berücksichtigung der wirkenden Schwerkraft bzw. Schwerkraftkomponenten, zu beeinflussen ist besonders vorteilhaft einsetzbar zur präzisen Ansteuerung von Positionen eines Schlittens, welcher entlang einer geneigten oder im Extremfall vertikal stehenden Bahn (Führung, Schiene, Gewindestange) bewegt wird. Da die Schwerkraft bei einer Bewegung nach unten zusätzlich zur Antriebskraft wirkt, ist es besonders vorteilhaft, wenn bei dieser Bewegung eine kompensierende Kraft durch eine Hysteresebremse erzeugt werden kann. Bei einer Bewegung entgegen der Schwerkraft, also nach oben, wirkt die Schwerkraft der Antriebskraft entgegen und es ist vorteilhaft, wenn die Hysteresebremse in einem solchen Fall eine geringere oder keine Kraft ausübt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005/0238544 A1 [0002]

Claims

Dosiervorrichtung, insbesondere Pipettierautomat, umfassend wenigstens eine Pippettiervorrichtung (10) mit wenigstens einer Pipettierspitze, wobei die Pipettiervorrichtung (10) wenigstens einen die Pipettierspitze umfassenden Pipettierkanal (14) aufweist, wobei dem wenigstens einen Pipettierkanal (14) eine Antriebseinrichtung (16) mit wenigstens einem motorischen Antriebsmittel (22) zugeordnet ist, das derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine Pipettierspitze in im Wesentlichen vertikaler Richtung zu wenigstens einem Probenbehälter hin oder von diesem weg beweglich ist, so dass mittels der wenigstens einen Pipettierspitze Probenfluid aus einem betreffenden Probenbehälter aspiriert oder in einen betreffenden Probenbehälter dosiert werden kann, wobei dem wenigstens einen motorischen Antriebsmittel (22) eine Hysteresebremse (64) zugeordnet ist mit einem ersten magnetischen Element (40) und einem zweiten magnetischen Element (44), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (16), insbesondere die Hysteresebremse (64) eines betreffenden motorischen Antriebsmittels (22), derart ausgebildet ist, dass zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (40, 44) wirkende magnetische Kräfte in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung (BR) des Pipettierkanals (14) veränderbar sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysteresebremse (64) derart eingerichtet ist, dass die wirkenden magnetischen Kräfte bei einer Bewegung des Pipettierkanals (14) entgegen der Schwerkraft kleiner sind als bei einer Bewegung des Pipettierkanals (14) mit der Schwerkraft.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine motorische Antriebsmittel (22) mit einer Gewindestange (18) gekoppelt ist und dass der zugehörige Pipettierkanal (14) mit der Gewindestange verbunden ist, derart, dass der Pipettierkanal (14) bei einer Drehbewegung der Gewindestange (18) entlang der Gewindestange (18) beweglich ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pipettierkanal entlang einer Linearführung beweglich ist, mit der ein mit dem Pipettierkanal verbundener Schlitten (14) gekoppelt ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysteresebremse (64) um eine Welle (20, 24) des motorischen Antriebsmittels (22) angeordnet ist, wobei die Welle (20, 24) mit der Gewindestange (18) gekoppelt ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Element (44) ringförmig ausgebildet ist und an der Welle des motorischen Antriebsmittels drehfest angebracht ist, dass das zweite magnetische Element (40) ringförmig ausgebildet ist und um das erste magnetische Elemente (44) herum, insbesondere konzentrisch angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (40, 44) ein Luftspalt (45) gebildet ist und wobei das erste und das zweite magnetische Element (40, 44) relativ zueinander beweglich sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Element (144) ringförmig ausgebildet ist und an der Welle (120, 124) des motorischen Antriebsmittels drehfest angebracht ist, dass das zweite magnetische Element (140) ringförmig ausgebildet ist und entlang der Welle (120, 124) oberhalb oder unterhalb des ersten magnetischen Elements (144) insbesondere parallel angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (140, 144) ein Luftspalt (145) gebildet ist und wobei das erste und das zweite magnetische Element (140, 144) relativ zueinander beweglich sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysteresebremse (64) derart eingerichtet ist, dass der Luftspalt (45) zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (40, 44) in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung (DS) des motorischen Antriebsmittels (22) veränderbar ist.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Element (44) oder das zweite magnetische Element (40) mehrere nebeneinander angeordnete Permanentmagneten (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) umfasst, wobei vorzugsweise zwischen benachbarten Permanentmagneten (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) ein Abstand vorgesehen ist.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysteresebremse (64) wenigstens ein weiteres, insbesondere drittes Element (52; 152) umfasst, das zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (40, 44; 140, 144) im Luftspalt (45; 145) beweglich angeordnet ist, um die zwischen den beiden magnetischen Elementen wirkenden Kräfte zu beeinflussen.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (52; 152) ringförmig ausgebildet ist mit mehreren in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Öffnungsbereichen (54; 154) und Abdeckbereichen (56; 156), wobei ein Öffnungsbereich (54; 154) in Umfangsrichtung durch zwei Abdeckbereiche (56; 156) begrenzt wird.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Öffnungsbereiche (54; 154) gleich ist wie die Anzahl der am ersten oder zweiten magnetischen Element (40, 44; 140, 144) vorgesehenen Anzahl Permanentmagneten (40-1, 40-2, 40-3, 40-4).
Dosiervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsbereiche (54; 154) und Abdeckbereiche (56; 156) des dritten Elements (52; 152) derart dimensioniert sind, dass sie die zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (40, 44; 140; 144) wirkenden magnetischen Kräfte in Abhängigkeit von der Relativstellung der Öffnungsbereiche bzw. der Abdeckbereiche zu den Permanentmagneten vergrößern oder verringern können.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (52) ein insbesondere magnetisches Element ist, das mit den Permanentmagneten (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) in Wechselwirkung steht, derart, dass die wirkende magnetische Kraft zwischen erstem und zweiten magnetischen Element (40, 44) verringert, insbesondere wenigstens teilweise abgeschirmt wird, wenn das dritte Element (52) relativ zum ersten bzw. zweiten magnetischen Element so ausgerichtet ist, dass die Abdeckbereiche (56) gegenüber den Permanentmagneten (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) liegen, und derart, dass die wirkende magnetische Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (40, 44) unterstützt, insbesondere nicht abgeschirmt wird, wenn das dritte Element (52) relativ zum ersten bzw. zweiten magnetischen Element (40, 44) so ausgerichtet ist, dass die Öffnungsbereiche (56) gegenüber den Permanentmagneten (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) liegen.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des dritten Elements (52; 152) relativ zum ersten und zweiten magnetischen Element (40, 44; 140, 144) in Abhängigkeit der Drehrichtung (DS) des motorischen Antriebsmittels (22), insbesondere der Gewindestange (18) bzw. der Welle (20; 120) erfolgt, wobei vorzugsweise eine gewünschte Relativstellung zwischen dem dritten Element (52; 152) und dem ersten bzw. zweiten magnetischen Element (40, 44; 140, 144) zu Beginn einer ersten Umdrehung der Gewindestange (18) bzw. Welle (20; 120) einstellbar ist und bei gleichbleibend Drehsinn (DS) solange beibehalten wird bis der Drehsinn gewechselt wird.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (145) zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element (140, 144) durch eine relative Bewegung der beiden magnetischen Elemente (140, 144) entlang der Welle (120, 124) des motorischen Antriebsmittels vergrößert oder verkleinert wird.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Element (144) in Abhängigkeit der Drehrichtung der Welle (120) zwischen einer angenäherten und einer entfernten Position bezogen auf das feststehende zweite magnetische Element (140) angeordnet werden kann.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die angenäherte Position des ersten magnetischen Elements (144) bei einer Drehrichtung der Welle (120) vorgesehen ist, welche zu einer linearen Bewegung des Pipettierkanals in Richtung der Schwerkraft führt, und dass die entfernte Position des ersten magnetischen Elements (144) in einer Drehrichtung der Welle (120) vorgesehen ist, welcher zu einer linearen Bewegung des Pipettierkanals entgegen der Schwerkraft führt.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend ein drittes Element (152) gemäß den Ansprüchen 10 bis 15.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das motorische Antriebsmittel ein Linearmotor ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysteresebremse wenigstens ein weiteres, insbesondere drittes Element umfasst, das derart angeordnet ist, dass es die zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Element wirkenden Kräfte beeinflusst, wobei das weitere Element vorzugsweise beweglich angeordnet ist.