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Die Erfindung betrifft eine Labormühle, insbesondere Laborschwingmühle, mit wenigstens einem Probenhalter zur Aufnahme wenigstens eines Probengefäßes, insbesondere zur Aufnahme einer Mehrzahl von Probengefäßen, weiter insbesondere zur Aufnahme von Reaktionsgefäßen für kleine Probenvolumina im Milliliterbereich, und mit wenigstens einer um eine Drehachse drehbar und/oder um eine Schwingachse schwingfähig angeordneten Halteeinrichtung zur Halterung und Mitführung des Probenhalters während des Betriebs der Labormühle, insbesondere einer mit einer Schwinge der Labormühle verbundenen und während des Mühlenbetriebs mit der Schwinge mitbewegten Halteeinrichtung, wobei das Probengefäß beim Betrieb der Labormühle auf einer Umlaufbahn um die Dreh- und/oder Schwenkachse mit einem Wirkradius bewegt wird, insbesondere wobei die Mehrzahl von Probengefäßen auf Umlaufbahnen mit unterschiedlichen Wirkradien bewegt werden.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Probenhalter für eine Labormühle der vorgenannten Art.
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Eine Labormühle der vorgenannten Art ist bereits aus der
DE 10 2020 101 523 A1 bekannt. Bei der bekannten Labormühle handelt es sich um eine Schwingmühle für zwei in horizontaler Lage kreisbogenförmige Schwingungen ausführende Mahlbecher als Probenhalter. Ein Pendelantrieb der Schwingmühle ist mehrteilig ausgebildet mit einer um eine vertikale Exzenterachse drehbar gelagerten Exzenterwelle und mit zwei jeweils um vertikale Schwingachsen schwingfähig gelagerten und über Koppeln mit der Exzenterwelle verbundenen Schwingen. An den Schwingen sind Mahlbecherhalterungen für die Mahlbecher befestigt. Jede Mahlbecherhalterung weist eine Kühlplatte als Wärmeübertragungselement auf, die an eine Temperierleitung angeschlossen ist. Damit ist eine hochwirksame Temperierung des Mahlbechers und damit der vom Mahlbecher aufgenommenen Probe möglich, wobei es bei Durchleitung eines kalten oder warmen bzw. heißen Temperiermediums durch die Temperierleitung zu einer Wärmeübertragung zwischen dem Temperiermedium und dem Mahlbecher über eine Wandung des Wärmeübertragungselements kommt. Beim Mahlbetrieb liegt eine äußere Seite der Kühlplatte gegen eine Bodenfläche des Mahlbechers an, wobei die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung über die Kontaktfläche der Kühlplatte und die Bodenfläche des Mahlbechers erfolgt.
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Die Mahlbecherhalterung der bekannten Labormühle weist einen mit einer Schwinge der Labormühle fest verbundenen Haltebügel auf, der mit einem horizontal verstellbaren weiteren Haltebügel zusammenwirkt. Durch Verstellen einer Spannschraub lässt sich der außenliegende Haltebügel gegen einen innenliegenden Haltebügel verspannen und damit ein Mahlbecher zwischen den Haltebügeln horizontal verspannen.
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An einer Außenseite des Mahlbechers ist ein Kopplungselement vorgesehen, das mit einem weiteren Kopplungselement an dem mit der Schwinge verbundenen Haltebügel koppel- bzw. verbindbar ist. Die Kopplungselemente weisen äußere Funktionsflächen auf, die Kopplungsgeometrien bilden und sich beim Einsetzen des Mahlbechers in die Mahlbecherhalterung ineinanderfügen. Bei der Verspannung des Mahlbechers in der Mahlbecherhalterung kommt es zur Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Kopplungsgeometrien. Über die Kopplungsgeometrien wird der Mahlbecher beim Einsetzen in die Mahlbecherhalterung geführt und im verspannten Zustand positionsgenau an der Mahlbecherhalterung gehalten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus der
DE 10 2020 101 523 A1 bekannte Labormühle weiterzubilden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Labormühle zur Verfügung zu stellen, die sich durch homogene Ergebnisse bei der Probenbehandlung, insbesondere bei Bestückung des Probenhalters mit mehreren Proben und gleichzeitiger Behandlung der Proben während des Betriebs der Labormühle, auszeichnet. Schließlich soll der Anwendungsbereich der aus der
DE 10 2020 101 523 A1 bekannte Labormühle vorteilhaft erweitert werden.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Labormühle der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass an dem Probenhalter und der Halteeinrichtung mehrere komplementär ausgebildete Kopplungsgeometrien für eine insbesondere formschlüssige Kopplung des Probenhalters mit der Halteeinrichtung vorgesehen sind, wobei der Probenhalter über die Kopplungsgeometrien in wenigstens zwei unterschiedlichen Ausrichtungen zur Drehachse und/oder Schwingachse mit der Halteeinrichtung koppelbar ist und wobei der Wirkradius der Umlaufbahn eines Probengefäßes, insbesondere die Wirkradien der Umlaufbahnen mehrerer Probengefäße, durch Änderung der Ausrichtung des Probenhalters abänderbar ist. Durch die Kopplungsgeometrien wird eine bestimmte Ausrichtung des Probenhalters im Kopplungszustand relativ zur Halteeinrichtung vorgegeben.
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Insbesondere ist es so möglich, die Kinematik von im Probenhalter beim Betrieb der Labormühle radial innenliegenden Proben und radial außenliegenden Proben durch Wechsel der Ausrichtung des Probenhalters anzugleichen. Hierzu kann der Betrieb der Labormühle beispielsweise nach der halben Behandlungsdauer bzw. Vermahldauer unterbrochen werden und der Probenhalter wird aus der Halteeinrichtung entnommen bzw. von der Halteeinrichtung entkoppelt. Anschließend wird der Probenhalter um 180° gedreht und mit dieser neuen Ausrichtung zur Dreh- und/oder Schwenkachse wieder über die Kopplungsgeometrien mit der Halteeinrichtung verbunden bzw. gekoppelt. Wird dagegen der Probenhalter über die gesamte Vermahldauer bei gleicher Ausrichtung der Proben zur Drehachse und/oder Schwingachse an der Halteeinrichtung gehalten und mitgeführt, bewirkt die Kinematik der Labormühle, dass sich die radial innenliegenden Proben und die radial außenliegenden Proben auf Umlaufbahnen mit ungleichen Wirkradien bewegen und somit gegebenenfalls ungleiche Behandlungsergebnisse bei der Probenbehandlung erzielt werden.
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Ein Wechsel der Ausrichtung des Probenhalters kann auch dann von Vorteil sein, wenn dieser lediglich eine Probe oder eine Mehrzahl von Proben aufnimmt bzw. hält, die während des Mühlenbetriebs auf einer gleichen Umlaufbahn um die Dreh- und/oder Schwenkachse bewegt werden. Ein Wechsel der Ausrichtung kann dann insbesondere vorgesehen werden, um ein homogenes Behandlungs- bzw. Mahlergebnis der Probe innerhalb eines Probengefäßes sicherzustellen.
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Zusätzlich zu der Kopplung des Probenhalters über die Kopplungsgeometrien mit der Halteeinrichtung kann die Halteeinrichtung eine Spanneinrichtung aufweisen, um beispielsweise gemäß der in der
DE 10 2020 101 523 A1 beschriebenen Weise den Probenhalter in und/oder an der Halteeinrichtung zu verspannen. Bei der Verspannung des Probenhalters in und/oder an der Halteeinrichtung kann es dann zur Ausbildung einer formschlüssigen Kopplung bzw. Verbindung der Kopplungsgeometrien kommen, so dass der Probenhalter an der Halteeinrichtung festgesetzt ist.
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Funktionsflächen der Kopplungsgeometrie an dem Probenhalter und Funktionsflächen der Kopplungsgeometrie an der Halteeinrichtung sind komplementär ausgebildet. Bei der Kopplung können komplementäre Funktionsflächen der Kopplungsgeometrien zusammenwirken und insbesondere ineinander gefügt werden. Beispielsweise können komplementäre Kopplungsgeometrien in der Art einer Schwalbenschwanzverbindung ineinander gefügt werden, weiter insbesondere beim Einsetzen des Probenhalters von oben in die Halteeinrichtung.
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Die Kopplungsgeometrien können derart ausgebildet sein und entsprechende Funktionsflächen aufweisen, dass sich die Funktionsflächen mit ausreichend Spiel ineinanderfügen lassen. Die Kopplungsgeometrien können dann der Führung des Probenhalters dienen. Nach dem Ineinanderfügen und vor der Verspannung des Probenhalters in und/oder an der Halteeinrichtung über ein Spannmittel der Halteeinrichtung können sich die Funktionsflächen der Kopplungsgeometrien relativ zueinander bewegen. Dies lässt es zu, die Kopplungsgeometrie des Probenhalters in eine komplementäre Kopplungsgeometrie der Halteeinrichtung in einfacher Weise von oben beim Einsetzen des Probenhalters in die Halteeinrichtung einzufügen.
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Beim Verspannen des Probenhalters in und/oder an der Halteeinrichtung werden dann die Funktionsflächen der Kopplungsgeometrien aufeinander zu bewegt, so dass es zum Formschluss kommt und der Probenhalter im Kopplungszustand positionsgenau an der Haltereinrichtung festgesetzt ist.
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Vorzugsweise liegen bezogen auf den Betrieb der Labormühle bzw. im Kopplungszustand des Probenhalters mehrere an dem Probenhalter vorgesehene Kopplungsgeometrien auf Umlaufbahnen mit unterschiedlichen Wirkradien. In Abhängigkeit davon, über welche Kopplungsgeometrie des Probenhalters eine Kopplung des Probenhalters mit der Halteeinrichtung erfolgt, lässt sich so eine unterschiedliche Ausrichtung des Probenhalters relativ zur Halteeinrichtung und damit auch relativ zur Dreh- und/oder Schwingachse erreichen, um die der Probenhalter beim Betrieb der Labormühle bewegt wird.
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Insbesondere lässt sich der Probenhalter über die an dem Probenhalter vorgesehenen Kopplungsgeometrien in zwei unterschiedlichen Ausrichtungen mit der Halteeinrichtung koppeln, die um 180° zueinander gedreht sind. Nach der Drehung der Ausrichtung und der Kopplung liegen dann die zuvor radial innenliegenden Proben bzw. Probenbereiche radial außen und umgekehrt. Für eine Änderung des Wirkradius der Umlaufbahn eines Probengefäßes, insbesondere der Wirkradien der Umlaufbahnen mehrerer Probengefäße, kann dementsprechend eine um eine ersten Mittelebene des Probenhalters drehsymmetrische Ausbildung der Kopplungsgeometrien an dem Probenhalter vorgesehen sein, insbesondere um eine quer zur Radialen durch die Dreh- und/oder Schwenkachse verlaufende Mittelebene des Probenhalters.
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Für eine Änderung der Links-Rechts-Ausrichtung des Probenhalters relativ zur Radialen durch die Dreh- und/oder Schwenkachse kann eine weitere drehsymmetrische Ausbildung der Kopplungsgeometrien an dem Probenhalter um eine zweite Mittelebene des Probenhalters vorgesehen sein, insbesondere wobei die zweite Mittelebene orthogonal zur ersten Mittelebene verläuft, weiter insbesondere wobei die zweite Mittelebene die Dreh- und/oder Schwenkachse schneidet. Der Begriff „Links-Rechts-Ausrichtung des Probengefäßes“ bezieht sich hierbei auf die Lage des Probengefäßes links oder rechts von der Radialen durch die Schwenk- und/oder Drehachse, um die die Halteeinrichtung beim Betrieb der Labormühle gedreht wird und/oder schwingt. Im Ergebnis lässt sich der Probenhalter durch die drehsymmetrische Ausbildung um zwei orthogonal zueinander verlaufenden Mittelebenen in insgesamt vier unterschiedlichen Ausrichtungen mit der Halteeinrichtung koppeln, insbesondere in die Halteeinrichtung einsetzen.
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Vorzugsweise weist der Probenhalter an beiden radialen Außenseiten Kopplungsgeometrien auf, die sich mit wenigstens einer Kopplungsgeometrie an der Halteeinrichtung koppeln lassen, um den Wirkradius der Umlaufbahn eines Probengefäßes, insbesondere die Wirkradien der Umlaufbahnen mehrerer Probengefäße, durch Änderung der Ausrichtung des Probenhalters im Mühlenbetrieb zu verändern. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass der Probenhalter leidglich an einer Außenseite eine Kopplungsgeometrie aufweist, wobei dann an der Halteeinrichtung entsprechend zwei komplementäre Kopplungsgeometrien vorgesehen sein können und wobei jede Kopplungsgeometrie der Halteeinrichtung einer radialen Außenseite des Probenhalters gegenüberliegt. Damit lässt sich der Probenhalter auch bei dieser Ausführungsform bedarfsweise bei unterschiedlicher Ausrichtung zur Dreh- und/oder Schwenkachse mit der Halteeinrichtung koppeln.
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Nicht ausgeschlossen ist im Übrigen eine Ausführungsform, bei der der Probenhalter auf gegenüberliegenden radialen Außenseiten jeweils wenigstens eine Kopplungsgeometrie aufweist und die Halteeinrichtung mehrere komplementäre Kopplungsgeometrien, wobei jeder Kopplungsgeometrie auf einer radialen Außenseite des Probenhalters wenigstens eine komplementäre Kopplungsgeometrie an der Halteeinrichtung zugeordnet ist. Im Kopplungszustand erfolgt dann eine Kopplung des Probenhalters mit der Halteeinrichtung auf zwei gegenüberliegenden Außenseiten des Probenhalters jeweils über komplementär ausgebildete Kopplungsgeometrien des Probenhalters und der Halteeinrichtung.
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Für einen vereinfachten Aufbau des Probenhalters ist es zweckmäßig, wenn zwei Kopplungsgeometrien auf radial gegenüberliegenden Außenseiten des Probenhalters gleich ausgebildet sind. Nicht ausgeschlossen ist aber eine Ausführungsform, bei der der Probenhalter unterschiedliche Kopplungsgeometrien auf radial gegenüberliegenden Außenseiten aufweist, die mit entsprechend unterschiedlichen komplementär zur jeweiligen Kopplungsgeometrie des Probenhalters ausgebildeten Kopplungsgeometrien der Halteeinrichtung zusammenwirken.
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Wie bei der in der
DE 10 2020 101 523 A1 gezeigten Ausführungsform kann der Probenhalter im Kopplungszustand wenigstens bereichsweise gegen ein an eine Temperiermittelleitung angeschlossenes, insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement anliegen, insbesondere auf den Wärmeübertragungselement aufstehen. An der Halteeinrichtung kann eine Kühlplatte vorgesehen sein, auf der der Probenhalter aufsteht und indirekt durch die Kühlplatte gekühlt oder erwärmt wird. Durch Drehen des Probenhalters um 180° um die Radiale bzw. durch Änderung der Links-Rechts-Ausrichtung der Proben lässt sich das Temperaturgefüge homogenisieren. Der Probenhalter weist zu diesem Zweck vorzugsweise zwei eben ausgebildete axiale gegenüberliegenden Flachseiten auf, die in Abhängigkeit von der Drehung des Probenhalters gegen die Kühlplatte anliegen können.
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Zur Ausbildung einer Kopplungsgeometrie kann wenigstens ein vorzugsweise lösbar an dem Probenhalter oder der Halteeinrichtung befestigtes Kopplungselement vorgesehen sein. Alternativ kann die Kopplungsgeometrie auch durch eine Struktur eines Grundkörpers des Probenhalters oder der Halteeinrichtung gebildet werden. Funktionsflächen der Kopplungsgeometrie können einem erhöhten Verschleiß unterliegen, so dass bei Erreichen eines bestimmten Verschleißzustandes das Kopplungselement in einfacher Weise ausgetauscht werden kann. Das Kopplungselement kann zur Verringerung der Verschleißneigung beispielsweise aus gehärtetem rostfreiem Stahl bestehen.
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Es ist konstruktiv und im Hinblick auf die Bestückung des Probenhalters mit einem Probengefäß oder mehreren Probengefäßen von Vorteil, wenn der Probenhalter zwei vorzugsweise gelenkig miteinander verbundene Halbteile aufweist, insbesondere wobei jedes Halbteil zur Aufnahme einer Mehrzahl von Reaktions- und/oder Mahlgefäßen ausgebildet ist. Eine Gelenkverbindung kann vorzugsweise außenliegend an den Außenrändern der Halbteile vorgesehen sein. Die Halbteile können Öffnungen bzw. Aussparungen zur Aufnahme von wenigstens einem Probengefäß, vorzugsweise aber zur Aufnahme einer Mehrzahl von Probengefäßen, aufweisen. Jedes Halbteil kann durch einen Materialblock aus einem Vollmaterial gebildet sein, in das die Öffnungen, insbesondere in Form von Durchgangsbohrungen, eingebracht sind.
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An jedem Halbteil des Probenhalters kann wenigstens ein Kopplungselement befestigt sein, dass eine Kopplungsgeometrie ausbildet. Die Kopplungsgeometrie an der Halteeinrichtung kann ebenfalls durch ein Kopplungselement gebildet sein, dass an der Halteeinrichtung befestigt ist. Alternativ können Kopplungsgeometrien auch durch Funktionsflächen der Halbteile selbst oder durch Funktionsflächen der Halteeinrichtung, beispielsweise ausgebildet an einem Haltebügel der Halteeinrichtung, gebildet sein.
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Aufgrund der Zweiteilung des Probenhalters mit gelenkig verbundenen Halbteilen weist der Probenhalter eine unterbrochene Kopplungsgeometrie auf den radialen Außenseiten der Halbteile auf. Jedes Halbteil weist daher vorzugsweise auf beiden radialen Außenseiten jeweils ein Kopplungselement und/oder eine Kopplungsgeometrie auf. Zwei auf gleichen radialen Außenseiten der Halbteile vorgesehene Kopplungselemente bzw. Kopplungsgeometrien können mit einem Kopplungselement bzw. einer Kopplungsgeometrie der Halteeinrichtung bei der Kopplung des Probenhalters mit der Halteeinrichtung zusammenwirken.
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In einem geschlossenen Zustand des Probenhalters können die Halbteile zumindest bereichsweise formschlüssig verbunden sein, wobei die Halbteile hierzu entsprechende mit den Halbteilen verbundene Formschlussmittel aufweisen können oder die Halbteile selbst weisen Vorsprünge, Ausnehmungen oder sonstige geometrische Ausgestaltungen auf, die sich formschlüssig zusammenfügen, wenn der Probenhalter geschlossen wird.
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In einem Öffnungszustand des Probenhalters können die Halbteile auseinandergeschwenkt sein, wobei im Öffnungszustand des Probenhalters über im geschlossenen Zustand des Probenhalters innenliegende und einander zugewandte Flachseiten der Halbteile eine Bestückung mit den Reaktionsgefäßen erfolgen kann.
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Es kann wenigstens eine mechanische Trennsperre vorgesehen sein, um nach dem Schließen des Probenhalters ein unbeabsichtigtes Öffnen des Probenhalters durch Auseinanderschwenken der Halbteile zu erschweren bzw. zu verhindern. Beispielsweise können Rast- und/oder Federmittel vorgesehen sein, um die Halbteile im geschlossenen Zustand des Probenhalters zusammenzuhalten.
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Vorzugsweise besteht der Probenhalter aus zwei Halbteilen, die als Gleichbauteile ausgebildet sind. Durch den gespiegelten Aufbau ist eine kostengünstige Herstellung des Probenhalter möglich. Der gespiegelte Aufbau betrifft insbesondere auch die Ausbildung und Anordnung der die Kopplungsgeometrie(n) des Probenhalters bildenden Funktionsflächen.
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Die Halbteile können für einen verbesserten Wärmeübergang vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Aluminium, bestehen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben wird. In der Zeichnung zeigen
- 1 eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Labormühle mit einem in eine Halteeinrichtung der Labormühle eingesetzten Probenhalter in einer Ansicht schräg von oben,
- 2 eine perspektivische Ansicht des Probenhalters aus 1 in einem geschlossenen Zustand,
- 3 eine perspektivische Ansicht des Probenhalters aus 2 in einem geöffneten Zustand,
- 4 eine perspektivische Teilansicht der Labormühle aus 1, die den in einem Kopplungszustand mit der Halteeinrichtung verbundenen Probenhalter zeigt,
- 5 eine weitere perspektivische Teilansicht der Labormühle aus 1, die den in einem Kopplungszustand mit der Halteeinrichtung verbundenen Probenhalter zeigt,
- 6 eine Seitenansicht der Labormühle aus 1, teilweise freigeschnitten, und
- 7 eine Draufsicht auf die Halteeinrichtung und den in der Halteeinrichtung aufgenommenen Probenhalter der in 1 gezeigten Labormühle.
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In den 1 bis 7 ist eine Labormühle 1 gezeigt, die als Laborschwingmühle ausgebildet ist. Die Labormühle weist einen Probenhalter 2 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Probengefäßen 3 auf. Der Probenhalter 2 ist in eine um eine Schwingachse Y (1, 5) schwingfähig angeordnete Halteeinrichtung 4 zur Halterung und Mitführung des Probenhalters 2 während des Betriebs der Labormühle 1 eingesetzt. Die Halteeinrichtung 4 ist mit einer Schwinge 5 der Labormühle 1 verbunden und wird während des Mühlenbetriebs mit der Schwinge 5 mitbewegt.
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Die in
1 lediglich in einer Teilansicht gezeigte Labormühle 1 weist zwei in horizontaler Lage kreisbogenförmige Schwingungen ausführende Halteeinrichtungen 4 für Probenhalter 2 auf, wobei
1 beispielhaft lediglich eine Halteeinrichtung 4 mit einem darin aufgenommenen Probenhalter 2 zeigt. Der Grundaufbau der Labormühle 1 ist bereits in der
DE 10 2020 101 523 A1 beschrieben. Auf den Offenbarungsgehalt der vorgenannten Veröffentlichung wird Bezug genommen.
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Die konstruktive Ausgestaltung der Halteeinrichtung 4 ist ebenfalls bereits aus der
DE 10 2020 101 523 A1 bekannt. Durch Bezugnahme auf die
DE 10 2020 101 523 A1 wird der Offenbarungsgehalt der vorgenannten Druckschrift in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Figurenbeschreibung einbezogen.
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Die Halteeinrichtung 4 weist einen mit der Schwinge 5 fest verbundenen Haltebügel 6 auf, der mit einem horizontal verstellbaren weiteren Haltebügel 7 zusammenwirkt. Durch Verstellen einer Spannschraube 8 lässt sich der außenliegende Haltebügel 7 gegen den innenliegenden Haltebügel 6 verspannen und damit der Probenhalter 2 zwischen den Haltebügeln 6, 7 horizontal einspannen.
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Über eine nicht dargestellte Temperiereinrichtung ist eine Temperierung, d.h. eine Kühlung oder Wärmung, des Probenhalters 2 möglich. Die Temperierung erfolgt über eine Kühlplatte 9 und ist bereits in der
DE 10 2020 101 523 A1 beschrieben; auf den Offenbarungsgehalt der
DE 10 2020 101 523 A1 wird Bezug genommen.
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Zum Transport eines Temperiermediums, dass flüssig oder gasförmig sein kann, von einem stationären Teil der Labormühle 1 zur Halteeinrichtung 4 und zum Ableiten von der Halteeinrichtung 4 zu dem stationären Teil ist die Halteeinrichtung 4 mit zwei Temperierleitungen 10, 11 verbunden. Jeweils eine der beiden Temperierleitungen 10, 11 ist für die Zuleitung eines gasförmigen oder flüssigen Temperiermediums, insbesondere von flüssigem Stickstoff, zu der Halteeinrichtung 4 vorgesehen, die andere der beiden Temperierleitungen 10, 11 ist für die Ableitung vorgesehen.
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Der Probenhalter 2 ist zur Aufnahme von Probengefäßen 3 insbesondere für biologische Proben vorgesehen. Für temperatursensible biologische Proben ist eine aktive Temperaturregelung über die Temperierung des Probenhalters 2 mit der Kühlplatte 9 von Vorteil. Die Temperierung bietet die Möglichkeit, diskrete Temperaturen in engen Grenzen zu regeln. Hierfür können verschiedene Kühlmöglichkeiten und Heizmöglichkeiten zur Verfügung stehen.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Probenhalter 2 zur Aufnahme von insgesamt 18 Probengefäßen 3 ausgebildet. Es versteht sich, dass der Probenhalter 2 auch zur Aufnahme einer größeren Anzahl oder einer kleineren Anzahl von Probengefäßen 3 ausgebildet sein kann.
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Die Kinematik der Labormühle 1 bewirkt, dass radial innenliegende Proben und radial außenliegende Proben auf Umlaufbahnen mit ungleichen Wirkradien r1, r3 liegen. Wie sich aus 5 ergibt, liegen die radial außenliegenden Proben auf einer Umlaufbahn mit dem Wirkradius r1, die radial mittig liegenden Proben auf einer Umlaufbahn mit dem Wirkradius r2 und die radial innenliegenden Proben auf einer Umlaufbahn mit dem Wirkradius r3. Die Schwingungs- bzw. Schwenkbewegung der Halteeinrichtung 4 beim Betrieb der Labormühle 1 um die Dreh- bzw. Schwenkachse Y ist in 5 mit dem Pfeil 12 gekennzeichnet.
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An dem Probenhalter 2 und der Halteeinrichtung 4 sind komplementär ausgebildete Kopplungsgeometrien für eine Kopplung des Probenhalters 2 mit der Halteeinrichtung 4 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform ermöglichen die Kopplungsgeometrien eine Verbindung des Probenhalters 2 mit der Halteeinrichtung 4 in der Art einer Schwalbenschwanzverbindung. Andere Kopplungsgeometrien sind möglich. Die Kopplungsgeometrien an dem Probenhalter 2 werden gebildet durch insgesamt vier an unterschiedlichen radialen Außenseiten des Probenhalters 2 angeordnete Kopplungselemente 13-16. Bei der gezeigten Ausführungsform (4) sind die radial innenliegenden, das heißt der Schwenkachse Y benachbarten Kopplungselemente 13, 14 mit einem Kopplungselement 17 gekoppelt, das an dem mit der Schwinge 5 fest verbundenen Haltebügel 6 befestig ist. Die an der gegenüberliegenden Außenseite des Probenhalters 2 vorgesehenen Kopplungselemente 15, 16 sind dagegen ungekoppelt.
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Die Kopplungsgeometrien werden gebildet durch komplementäre Funktionsflächen der Kopplungselemente 13-17. Die Funktionsflächen der jeweils auf einer gleichen Außenseite des Probenhalters 2 angeordneten Kopplungslemente 13, 14 bzw. 15, 16 lassen sich unter Ausbildung von Hinterschneidungen mit der komplementären Funktionsfläche des an der Halteeinrichtung 4 vorgesehenen Kopplungselements 17 beim Einsetzen des Probenhalters 2 von oben in die Halteeinrichtung 4 ineinanderfügen.
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Die Kopplungsgeometrien sind so dimensioniert, dass sich die zusammenwirkenden Funktionsflächen mit seitlichem Spiel ineinanderfügen lassen. Beim Einsetzen des Probenhalters 2 in die Halteeinrichtung 4 wird der Probenhalter 2 bei der vertikalen Bewegung über die Kopplungsgeometrien an den Kopplungselementen 13, 14, 17 geführt. Beim anschließenden Verspannen der Haltebügel 6, 7 mit der Spannschraube 8 wird der Probenhalter 2 mit dem radial außenliegenden Haltebügel 7 in radialer Richtung zur Schwenkachse Y verspannt, so dass es zu einem Formschluss zwischen den Funktionsflächen kommt. Dadurch wird der Probenhalter 2 positionsgenau an der Halteeinrichtung 4 gehalten bzw. verspannt.
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Die auf einer gleichen radial innenliegenden Außenseite des Probenhalters 2 vorgesehenen Kopplungselemente 13, 14 einerseits und die auf einer gleichen radial außenliegenden Außenseite des Probenhalters 2 vorgesehenen Kopplungselemente 15, 16 andererseits liegen auf Umlaufbahnen mit unterschiedlichen Radien.
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Wie sich aus 4 weiter ergibt, ist eine drehsymmetrische Anordnung der Kopplungselemente 13-16 und eine drehsymmetrische Ausbildung der Kopplungsflächen an dem Probenhalter 2 um eine quer zur Radialrichtung verlaufende Mittelebene des Probenhalters 2 vorgesehen. Durch eine drehsymmetrische Anordnung und Ausbildung der Kopplungsgeometrien lässt sich der Probenhalter 2 in zwei unterschiedlichen Ausrichtungen zur Schwenkachse Y in die Halteeinrichtung 4 einsetzen und mit der Halteeinrichtung 4 koppeln. Dies ermöglichst es, durch Drehung des Probenhalters 2 um eine mittlere Querachse Z1 die Kinematik der radial innenliegenden Proben und der radial außenliegenden Proben anzugleichen, wobei beispielsweise der Probenhalter 2 nach halber Mahldauer von der Halteeinrichtung 4 gelöst und anschließend zur Fortsetzung des Mahlbetriebs nach einer Drehung um 180° um die Mittelebene wieder in die Halteeinrichtung 4 eingesetzt und der Mahlvorgang fortgesetzt wird. Die Möglichkeit, den Probenhalter 2 bedarfsweise mit jeder der beiden radialen Außenseiten mit dem radial innenliegenden Haltebügel 6 zu koppeln, ist in 4 schematisch durch den Pfeil 18a gezeigt.
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Nicht ausgeschlossen ist eine andere Ausführungsform, bei der an beiden Haltebügeln 6, 7 entsprechende Kopplungsgeometrien ausgebildet sind, wobei beispielsweise jeder Haltebügel 6 ein Kopplungselement 17 benachbart zum Probenhalter 2 aufweisen kann. Der Probenhalter 2 kann dann lediglich an einer radialen Außenseite eine komplementäre Kopplungsgeometrie, beispielsweise ausgebildet durch zwei Kopplungselemente 13, 14 bzw. 15, 16 der in 4 gezeigten Art, aufweisen.
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Es versteht sich, dass die gezeigte Ausbildung der Kopplungsgeometrien bzw. die Konturverläufe der die Kopplungsgeometrie bildenden Funktionsflächen an den Kopplungselementen 13-17 beispielhaft ausgewählt sind.
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Wie sich weiter aus 4 ergibt, ist im Übrigen eine drehsymmetrische Ausbildung der Kopplungsgeometrien an dem Probenhalter 2 und der Halteeinrichtung 4 um eine zweite Mittelebene vorgesehen, um die Links-Rechts-Ausrichtung der Proben durch Drehung des Probenhalters um die mittlere Längsachse Z2 zu ändern. Dies ist in 4 durch den Pfeil 18b gezeigt. Die Spiegelachse Z2 schneidet vorzugsweise die Gelenkachse des Gelenks 21 (7) und die Schwenkachse Y (5).
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In einer Draufsicht oder Querschnittsansicht sind die Funktionsflächen, die die Kopplungsgeometrien bilden, spiegelsymmetrisch zu den Mittelebenen bzw. den Spiegelachsen Z1 und Z2 (4). Damit lässt sich der Probenhalter 2 in insgesamt vier unterschiedlichen Ausrichtungen in die Halteeinrichtung 4 einsetzen und über die Kopplungsgeometrien mit der Halteeinrichtung 4 koppeln.
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Die Kopplungselemente 13, 14 an der radial innenliegenden Außenseite des Probenhalters 2 und die Kopplungselemente 15, 16 an der radial außenliegenden Außenseite des Probenhalters 2 sind gleich ausgebildet, so dass alle Kopplungsgeometrien gleich ausgebildet sind. Dadurch wird ein einfacher konstruktiver Aufbau erreicht, wobei sich die Kopplungsgeometrien an beiden radialen Außenseiten des Probenhalters 2 bedarfsweise mit der komplementären Kopplungsgeometrie an der Halteeinrichtung 4 bzw. an dem Haltebügel 6 koppeln bzw. ineinanderfügen lassen.
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Bei der gezeigten Ausführungsform (2, 3) weist der Probenhalter 2 zwei vorzugsweise gelenkig miteinander verbundene Halbteile 19, 20 auf, wobei jedes Halbteil 19, 20 beispielsweise zur Aufnahme von neun Probengefäßen 3 ausgebildet sein kann. Die Halbteile 19, 20 sind über ein Gelenk 21 verbunden, so dass die Halbteile 19, 20 zur Überführung des Probenhalters 2 aus der in 2 gezeigten Verschlussstellung in eine in 3 gezeigte Öffnungsstellung auseinandergeschwenkt werden können. Im auseinandergeschwenkten Zustand lassen sich Probengefäße 3 über zugewandte, innenliegende Flachseiten der Halbteile 19, 20 in Öffnungen 22 der Halbteile 19, 20 einsetzen. Die Probengefäße 3 können Deckel aufweisen, wobei dann jedes Probengefäß 3 über den Deckelrand auf den Halbteilen 19, 20 aufliegt und innenseitig gehalten ist.
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Die klappbare Verbindung der Halbteile 19, 20 bzw. die mehrteilige Ausbildung des Probenhalters 2 erfordert eine Unterbrechung der Kopplungsgeometrie an den radialen Außenseiten des Probenhalters 2. Zu diesem Zweck weist jedes Halbteil 19, 20 jeweils wenigstens ein Kopplungselement 13, 15 bzw. 14, 16 an der radial innenliegenden Außenseite und der an der radial außenliegenden Außenseite auf. Wie oben beschrieben, wirken je nach Ausrichtung des Probenhalters 2 die zwei radial innenliegende Kopplungselemente 13, 14 der Halbteile 19, 20 bzw. die zwei radial außenliegende Kopplungselemente 15, 16 der Halbteile 19, 20 mit dem Kopplungselement 17 zusammen bzw. sind mit dem Kopplungselement 17 wie oben beschrieben gekoppelt.
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Jedes Halbteil 19, 20 wird aus einem Materialblock aus einem Vollmaterial, insbesondere aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium, gefertigt. Im Kopplungszustand, wenn der Probenhalter 2 in die Halteeinrichtung 4 eingesetzt und in die Halteeinrichtung 4 verspannt ist, liegen die Halbteile 19, 20 unterseitig gegen die Kühlplatte 9 an. Hierdurch ist eine sehr exakte Temperierung des Probenhalters 2 möglich, wobei eine gesteuerte Temperaturänderung des Probenhalters 2 durch Änderung der Temperatur der Kühlplatte 9 in kurzer Zeit möglich ist. Durch Drehung des Probenhalters 2 um eine radiale Achse bzw. die Achse Z2 (4) lässt sich das Temperaturgefüge in einfacher Weise homogenisieren.
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Im Übrigen sind die Kopplungselemente 13-17 vorzugsweise lösbar über Schrauben 23 mit den Halbteilen 19, 20 bzw. dem Haltebügel 6 verbunden. Die Kopplungselemente 13-17 können aus einem gehärteten Werkstoff, insbesondere gehärtetem, rostfreiem Stahl, bestehen, so dass die Funktionsflächen der Kopplungsgeometrien weniger leicht verschleißen.
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Die Halbteile 19, 20 sind als Gleichbauteile ausgebildet. Durch den gespiegelten Aufbau kann der Probenhalter 2 kostengünstig hergestellt werden.
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Auf der vom Gelenk 21 abgewandten radialen Außenseite der Halbteile 19, 20 können Griffmulden 24 für die Finger eines Benutzers vorgesehen sein, um das Öffnen des Probenhalters 2 zu vereinfachen.
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Als Trennsperre gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen des Probenhalters 2 können die Halbteile 19, 20 ein Rastmittel aufweisen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist beispielsweise ein federndes Druckstück 25 an einem Vorsprung 26 des ersten Halbteils 20 vorgesehen, dass federnd in eine komplementäre Öffnung in einem Vorsprung 27, des zweiten Halbteils 19 eingreift und als Trennsperre dient, wenn die Halbteile 19, 20 aufeinander geklappt und der Probenhalter 2 geschlossen ist.
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Im Übrigen sind an den einander zugewandten Innenseiten der Halbteile 19, 20 Randstege 31 ausgebildet, die gegenüber inneren Flachseiten 32 der Halbteile 19, 20 um wenigstens die Höhe der Deckel der Probengefäße 3 überstehen. Nach der Bestückung mit den Probengefäßen 3 lassen sich die Halbteile 19, 20 aufeinanderklappen, wobei über die Randstege 31 der Halbteile 19, 20 im Wesentlichen geschlossene Seitenflächen des Probenhalters 2 realisiert werden. Die Vorsprünge 26, 27 liegen dann gegen die benachbarten Flachseiten 32 an, so dass auch die radiale Außenfläche des Probenhalters 2 auf der vom Gelenk 21 abgewandten Seite des Probenhalters 2 angrenzend zu dem Einsetzbereich der Halbteile 19, 20 für die Probengefäße 3 im Wesentlichen geschlossen ist.
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Der Probenhalter 2 kann Schrägen 28 aufweisen (6), die mit Schrägen 30 an Klemmstücken 29 zusammenwirken, wobei die Klemmstücke 29 an der Innenseite des außenliegenden Haltebügels 7 angeordnet sind. Die Klemmstücke 29 sind in den Eckbereichen des Haltebügels 7 angeordnet und führen beim horizontalen Verspannen des Probenhalters 2 in der Halteeinrichtung 4 dazu, dass der Probenhalter 2 durch Kraftumlenkung automatisch nach unten gegen die Kühlplatte 9 gedrückt wird. Dadurch wird die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung zwischen den Halbteilen 19, 20 und der Kühlplatte 9 verbessert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Labormühle
- 2
- Probenhalter
- 3
- Probengefäß
- 4
- Halteeinrichtung
- 5
- Schwinge
- 6
- Haltebügel
- 7
- Haltebügel
- 8
- Spannschraube
- 9
- Kühlplatte
- 10
- Temperierleitung
- 11
- Temperierleitung
- 12
- Pfeil
- 13
- Kopplungselement
- 14
- Kopplungselement
- 15
- Kopplungselement
- 16
- Kopplungselement
- 17
- Kopplungselement
- 18a
- Pfeil
- 18b
- Pfeil
- 19
- Halbteil
- 20
- Halbteil
- 21
- Gelenk
- 22
- Öffnung
- 23
- Schraube
- 24
- Griffmulde
- 25
- Druckstück
- 26
- Vorsprung
- 27
- Vorsprung
- 28
- Schräge
- 29
- Klemmstück
- 30
- Schräge
- 31
- Randsteg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020101523 A1 [0003, 0006, 0010, 0020, 0032, 0033, 0035]
