DE102022207709A1

DE102022207709A1 - Hydraulikantriebseinrichtung für ein Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe, Analysegerät und Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikantriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102022207709A1
Application number: DE102022207709.1A
Authority: DE
Inventors: Armin Schuelke; Ronny Leonhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Der hier vorgestellte Ansatz betrifft eine Hydraulikantriebseinrichtung (125) für ein Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe, wobei die Hydraulikantriebseinrichtung (125) einen Hydraulikkreislauf (205) zum Führen eines hydraulischen Betriebsmediums, eine Pumpeinheit (200) mit einem ersten Pumpenanschluss (204) und einem zweiten Pumpenanschluss (202), wobei die Pumpeinheit (200) ausgebildet ist, um das Betriebsmedium in dem Hydraulikkreislauf (205) zu fördern, und einen Antriebszylinder (212) aufweist, der durch das Betriebsmedium bewegbar ist, um die Kartusche (105) in einem in das Analysegerät eingesetzten Zustand derselben zu fixieren.

Description

Stand der Technik
Der Ansatz geht von einer Hydraulikantriebseinrichtung für ein Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe, einem Analysegerät und einem Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikantriebseinrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.
Mikrofluidische Analysesysteme (sog. Lab-on-Chips, kurz LoCs) erlauben ein automatisiertes, zuverlässiges, schnelles, kompaktes und kostengünstiges Prozessieren von Patientenproben für die medizinische Diagnostik. Durch die Kombination einer Vielzahl von Operationen für die kontrollierte Manipulation von Fluiden können komplexe molekulardiagnostische Testabläufe in einer mikrofluidischen Vorrichtung, welche auch als Lab-on-Chip-Kartusche bezeichnet wird, durchgeführt werden. Das Prozessieren der Lab-on-Chip-Kartusche und die Analyse der Patientenprobe können dabei in einem kompakten Analysegerät erfolgen. Dazu kann die Kartusche das Analysegerät eingesetzt werden, wobei die Kartusche mittels eines sogenannten Clamping-Prozesses in dem Analysegerät fixiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Hydraulikantriebseinrichtung für ein Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe, ein verbessertes Analysegerät sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikantriebseinrichtung, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann insbesondere ein Hydraulikantrieb realisiert werden, der zum einen flexibel ausgestaltet sein und zum anderen eine Mehrzahl von Funktionen abdecken kann. Das bedeutet, dass der Hydraulikantrieb in einer Vielzahl von Bereichen, unter anderem auch im medizinischen Bereich zur automatisierten Diagnostik, eingesetzt werden kann. Durch einen geschlossenen Hydraulikkreislauf kann der Hydraulikantrieb beispielsweise über Lebenszeit wartungsfrei und für den Anwender nicht als Hydraulik wahrnehmbar realisiert sein.
Es wird eine Hydraulikantriebseinrichtung für ein Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe vorgestellt, wobei die Hydraulikantriebseinrichtung einen Hydraulikkreislauf zum Führen eines hydraulischen Betriebsmediums, eine Pumpeinheit mit einem ersten Pumpenanschluss und einem zweiten Pumpenanschluss, wobei die Pumpeinheit ausgebildet ist, um das Betriebsmedium in dem Hydraulikkreislauf zu fördern und einen Antriebszylinder aufweist, der durch das Betriebsmedium bewegbar ist, um die Kartusche in einem in das Analysegerät eingesetzten Zustand derselben zu fixieren.
Die Hydraulikantriebseinrichtung kann ein Stellventil mit einer ersten Ventilschnittstelle und einer zweiten Ventilschnittstelle aufweisen, wobei die erste Ventilschnittstelle zwischen dem ersten Pumpenanschluss und dem zweiten Pumpenanschluss mit dem Hydraulikkreislauf fluidmechanisch verbunden sein kann, und wobei die zweite Ventilschnittstelle mit dem Antriebszylinder verbunden sein kann.
Die Hydraulikantriebseinrichtung kann ferner beispielsweise für eine Mehrzahl von zusätzlichen Funktionen des Analysegerätes genutzt werden, wie beispielsweise um eine Verteilereinheit oder um eine Analysetür des Analysegerätes bewegen zu können. Die Kartusche kann beispielsweise als eine Mikrofluidikkartusche ausgeformt sein, welche die Probe enthalten kann, die zu analysieren ist. Der Hydraulikkreislauf kann beispielsweise als ein offener oder als ein geschlossener Kreislauf realisiert sein, durch den das Betriebsmedium geführt werden kann. Beispielsweise kann das Betriebsmedium Wasser sein, welches vorteilhafterweise gegenüber anderen Fluiden, sauber und umweltfreundlich ist. Dies kann insbesondere bezüglich bei der Entsorgung, der Freigabe, und beim Umgang mit Montagevorschriften vorteilhaft sein. Wasser als Betriebsmedium kann auch insbesondere im offenen Kreis vorteilhaft sein, da mögliche Abscheidungen, Ausfällungen oder Ablagerungen über Reinigungsintervalle beseitigt werden können. Weiterhin können die einzelnen Komponenten der Hydraulikantriebseinrichtung flexible oder systemangepasste Leitungen aufweisen oder durch solche verbunden sein, durch welche die Hydraulikantriebseinrichtung als konstruktiv voll integriertes System realisiert sein kann, welches eine hohe Kraft erzeugen, einen kleinen Bauraum aufweisen und eine gleichmäßige Bewegung ermöglichen kann.
Die Pumpeinheit kann beispielsweise auch als Pumpe bezeichnet werden und weist die Pumpenanschlüsse auf. Vorteilhafterweise kann die Pumpeinheit als eine bidirektionale oder als eine unidirektionale Pumpe ausgeführt sein. Der erste Pumpenanschluss kann dabei beispielsweise auch als Pumpeneingang und der zweite Pumpenanschluss als Pumpenausgang bezeichnet werden. Insgesamt kann die Pumpeinheit über Niederspannungsquellen versorgt und durch eine Bedarfssteuerung sowie einer Möglichkeit, Teilbereiche abzukoppeln, energieeffizient betrieben werden. Beispielsweise kann anhand dessen auf eine Flussrichtung des Betriebsmediums und somit auf eine Pumprichtung der Pumpeinheit rückgeschlossen werden. Das Stellventil kann vorteilhafterweise als ein Wege-Ventil ausgeformt sein, dessen Ventilschnittstellen jeweils mindestens einen Anschluss aufweisen können, wobei vorteilhafterweise je nach gewünschtem Einsatzbereich oder Funktionsumfang ein unterschiedliches Ventil realisiert sein kann. Beispielsweise kann das Stellventil also zwischen den Hydraulikkreislauf, genauer gesagt die Pumpeinheit und den Antriebszylinder geschaltet sein. Beispielsweise kann das Stellventil in Verbindung mit einer unidirektionalen Pumpeinheit verwendet werden. Der Antriebszylinder kann vorteilhafterweise optional zusätzlich mit einer Mehrzahl von Gerätekomponenten des Analysegerätes mechanisch verbunden sein, sodass die entsprechende Gerätekomponente aktiviert und zusätzlich oder alternativ bewegt werden kann. Eine solche Gerätekomponente kann beispielsweise eine Verteilereinheit sein, die beispielsweise mit der Kartusche zum Prozessieren der Probe gekoppelt werden kann.
Beispielsweise kann die Hydraulikantriebseinrichtung zusätzlich einen Temperatursensor aufweisen, der beispielsweise ausgebildet sein kann, um eine Kreislauftemperatur des Hydraulikkreislaufs zu erfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Hydraulikantriebseinrichtung einen Ausgleichsbehälter aufweisen, der über eine Behälterschnittstelle zwischen dem zweiten Pumpenanschluss und einer möglichen Ventilschnittstelle mit dem Hydraulikkreislauf fluidmechanisch verbunden sein kann. Der Ausgleichsbehälter kann dabei eine Ausgleichseinheit aufweisen, die als eine flexible Membran oder als ein beweglicher Kolben mit einem Dichtelement ausgeformt sein kann. Weiterhin kann die Ausgleichseinheit ausgebildet sein, um einen Innenraum des Ausgleichsbehälters variabel in zwei aneinander angrenzende Kammern teilen zu können, vorteilhafterweise fluiddicht. Das bedeutet, dass der Ausgleichsbehälter durch die Ausgleichseinheit beispielsweise vorgespannt sein kann, wobei interne Leckagen innerhalb des Ausgleichsbehälters verhindert werden können. Beispielsweise kann die Membran an einer Behälterwand des Ausgleichsbehälters fest und fluiddicht verbunden sein. Das Dichtelement kann vorteilhafterweise als ein O-Ring realisiert sein, der die Kammern fluiddicht voneinander trennen kann. Beispielsweise kann der Ausgleichsbehälter ausgebildet sein, um druck- und temperaturbedingte Volumenänderungen des Betriebsmediums im Hydraulikkreislauf ausgleichen zu können. Vorteilhafterweise kann ein Volumen des Ausgleichsbehälters auf ein Verdrängungsvolumen des Antriebszylinders angepasst sein oder werden. Ein Vordruck innerhalb des Hydraulikkreislaufs kann initial beispielsweise zwischen 3 und 5 bar Überdruck gegenüber der Atmosphäre betragen, um mögliche fluidische Phänomene, wie Luftausgasung und Kavitation in Stellelementen unterdrücken zu können. Ferner kann dabei der Hydraulikkreislauf mindestens eine Leitung mit einem Innendurchmesser von bis zu 15 mm aufweisen. Die Leitung kann vorteilhafterweise minimal lang sein, das bedeutet, dass eine Länge der Leitung mit einer Größe oder Abmessung der Hydraulikantriebseinheit und somit mit einer Größe oder Abmessung des Hydraulikkreislaufs zusammenhängen kann und zudem nicht länger ist als es für eine Funktionalität der Hydraulikantriebseinheit nötig ist Beim Verwenden einer flexiblen Leitung kann die Funktion eines Ausgleichsbehälters zum Teil oder gar vollständig in die Leitung integriert werden. Vorteilhafterweise kann die Leitung einen Innendurchmesser von 4 mm aufweisen. Alternativ kann der Innendurchmesser der Leitung abhängig von einem Einsatzbereich unterschiedlich realisiert sein und demnach beispielsweise 12mm betragen.
Auch kann die Pumpeinheit als eine Membranpumpe oder als eine Kreiselpumpe, oder als eine Zahnradpumpe, und insbesondere als Turbinenpumpe als eine bedarfsgesteuerte Förderpumpe ausgeformt sein, die nur während der Stellphase des Zylinders fördert. Durch die Wahl der Art der Pumpeinheit kann vorteilhafterweise durch eine funktionsbedingte Begrenzung eines Maximaldrucks ein Überdruckschutz realisiert werden, sodass der Hydraulikkreislauf eine verbesserte Lebensdauer aufweisen kann und somit ein Wartungszyklus reduziert werden kann und eine Sicherheitsfunktion intergiert wird. Ohne Druckbegrenzungsventil ist eine solche Pumpeinheit vorteilhaft, da sie konstruktiv und wirktechnisch druckbegrenzt ist. Alternativ sind auch andere Pumpen und andere Verdränger als Pumpeinheit.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Hydraulikantriebseinrichtung eine Blende zum Erzeugen eines Druckabfalls im Hydraulikkreislauf aufweisen, wobei die erste Ventilschnittstelle des Stellventils einen ersten und einen zweiten Ventilanschluss aufweisen kann. Der erste Ventilanschluss kann zwischen der Blende und dem ersten Pumpenanschluss mit dem Hydraulikkreislauf verbunden sein. Der zweite Ventilanschluss kann zwischen dem zweiten Pumpenanschluss und der Blende mit dem Hydraulikkreislauf verbunden sein. Die Blende kann auch als eine Drossel bezeichnet werden. Beispielsweise kann der durch die Blende erzeugte Druckabfall eine Verfahrcharakteristik des Antriebszylinders beeinflussen. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Geschwindigkeit beeinflusst werden kann, mit der ein Kolben des Antriebszylinders bewegt wird. Das Stellventil kann beispielsweise als ein Wege-Ventil, beispielsweise als ein 4/3-Wege-Ventil oder als ein 3/2-Wege-Ventil ausgeführt sein. Alternativ zur Blende kann die Drosselwirkung auch über einen Filter oder einen integrierten Teilkreis, wie beispielsweise Manifoldkühlleitungen oder eine Verengung, integriert werden.
Dabei kann die zweite Ventilschnittstelle des Stellventils einen dritten und einen vierten Ventilanschluss aufweisen. Der dritte Ventilanschluss kann mit einem Kolbenraum des Antriebszylinders fluidmechanisch verbunden sein. Der vierte Ventilanschluss kann mit einem Stangenraum des Antriebszylinders fluidmechanisch verbunden sein. Folglich können das Stellventil und der Antriebszylinder mittels zweier Leitungen miteinander verbunden sein, wobei eine der Leitungen das Betriebsmedium zu dem Kolbenraum hin und von demselben weg und die zweite der Leitungen zu dem Stangeraum hin und von demselben weg führen kann. Vorteilhafterweise kann dadurch die Hydraulikantriebseinrichtung flexibel eingesetzt werden, da eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen ermöglicht werden kann. Vorteilhafterweise kann der Antriebszylinder unter Verwendung beispielsweise eines 4/3-Wege-Ventils in jeder beliebigen Position anhalten, sofern ein Kräftegleichgewicht eingehalten werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Ventilschnittstelle fluidmechanisch mit einem Kolbenraum des Antriebszylinders verbunden sein, wobei ein Stangenraum des Antriebszylinders als Kompressionsvolumen wirken kann oder mit einem vorgespannten pneumatischen Zusatztank verbunden sein kann oder ein elastisches Mittel aufweisen kann. Beispielsweise kann das Stellventil hierbei als 2/2-Wege-Ventil ausgeformt sein. Das elastische Mittel kann vorteilhafterweise als eine Feder ausgeformt sein, die auf den Kolben des Antriebszylinders wirken kann, um den Kolben in Richtung des Kolbenraums elastisch vorzuspannen. Der pneumatische Zusatztank oder das Kompressionsvolumen können ebenfalls einen Druck auf den Kolben bewirken, sodass dieser in Richtung des Kolbenraums bewegt werden kann. Eine Stange des Antriebszylinders im Stangenraum kann dabei beispielsweise mit weiteren Bauteilen des Analysegerätes gekoppelt sein.
Ferner kann die Hydraulikantriebseinrichtung ein Sicherheitsventil aufweisen, das fluidmechanisch parallel zu der Pumpeinheit in den Hydraulikkreislauf geschaltet sein kann. Das Sicherheitsventil kann beispielsweise als eine Sicherung fungieren, durch welche die Pumpeinheit vorteilhafterweise vor einem Schaden geschützt werden kann.
Es wird weiterhin ein Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe vorgestellt, wobei das Analysegerät eine Verteilereinheit zum Koppeln mit der Kartusche und eine Hydraulikantriebseinrichtung in einer zuvor genannten Variante zum Fixieren der Kartusche in einem in das Analysegerät eingesetzten Zustand aufweist.
Das Analysegerät kann vorteilhafterweise im Bereich der Diagnostik oder zu Forschungszwecken eingesetzt werden. Die Verteilereinheit kann auch als Manifold bezeichnet werden, welches in einem Betriebszustand des Analysegerätes unter Verwendung der Hydraulikantriebseinrichtung bewegt und mit der Kartusche gekoppelt oder fixiert werden kann. Durch die Hydraulikantriebseinrichtung kann ferner auf ein zusätzliches Getriebe verzichtet werden, sodass Bauraum eingespart werden kann und das Analysegerät somit kompakter realisierbar ist. Des Weiteren können dadurch Fertigungskosten reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verteilereinheit mindestens einen Kühlkanal aufweisen, der mit dem Hydraulikkreislauf der Hydraulikantriebseinrichtung fluidmechanisch verbunden oder verbindbar sein kann. Vorteilhafterweise kann die Verteilereinheit eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufweisen, die mit dem Hydraulikkreislauf verbunden sein oder werden kann. Beispielsweise kann der mindestens eine Kühlkanal ausgeformt sein, um mindestens ein Verteilerventil der Verteilereinheit zu kühlen. Dazu kann der mindestens eine Kühlkanal an dem mindestens einen Verteilerventil vorbeiführen, beispielsweise parallel zu einer Leitung des Hydraulikkreislaufs. Die Mehrzahl von Kühlkanälen kann beispielsweise auch als Kühleinheit oder Kühlsystem bezeichnet werden, welches beispielsweise zwischen der ersten Ventilschnittstelle und dem zweiten Pumpenanschluss und zusätzlich oder alternativ dem ersten Pumpenanschluss mit dem Hydraulikkreislauf verbunden sein kann. Aufgrund der hohen Wärmekapazität des Betriebsmediums und der Form des Kühlkanals, wie beispielsweise seines Innendurchmessers von 0,5 bis 2 mm, kann bei entsprechender Leitungsgestaltung eine effiziente Kühlung erfolgen. Der Kühlkanal kann beispielsweise als eine flexible Leitung realisiert sein.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikantriebseinrichtung in einer zuvor genannten Variante umfasst einen Schritt des Ansteuerns der Pumpeinheit, um das Betriebsmedium in dem Hydraulikkreislauf zu fördern, um den Antriebszylinder durch das Betriebsmedium zu bewegen, um die Kartusche in einem in das Analysegerät eingesetzten Zustand derselben zu fixieren.
Beispielsweise kann dabei der Schritt des Ansteuerns der Pumpeneinheit und somit eine Laufzeit der Pumpeinheit in Abhängigkeit mit einem so genannten Clampingszenario stehen. Das Clampingszenario kann sich dabei beispielsweise auf ein Fixieren der Kartusche in dem Analysegerät und optional zusätzlich auf ein Koppeln einer Verteilereinheit des Analysegerätes mit der Kartusche beziehen. Folglich kann dies bedeuten, dass die Pumpeinheit in Abhängigkeit eines Prozessierungsablaufs der Probe angesteuert werden kann. Das kann vorteilhafterweise bedeuten, dass die Pumpeinheit dann aktiv sein kann, wenn ein Aktor aktiv verfahren wird oder wenn eine Kühlung erfolgt. Der Aktor kann beispielsweise ein Kolben des Antriebszylinders sein. Beispielsweise kann vor dem Ansteuern der Pumpeinheit eine Temperatur innerhalb des Hydraulikkreislaufs erfasst werden. Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Steuerns des Stellventils umfassen.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung;
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung;
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung;
7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung;
8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Hydraulikantriebseinrichtung; und
9 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung; und
11 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts 100. Das Analysegerät 100 ist ausgebildet, um eingegebene Proben zu analysieren, wodurch zum Beispiel PCR-Tests durchführbar sind. Hierfür ist eine mikrofluidische Vorrichtung, bei der es sich um eine Kartusche 105 mit einem Kunststoffgehäuse und einem mikrofluidischen Netzwerk zum Prozessieren der Probe handelt, in einen Aufnahmebereich 110 des Analysegeräts 100 eingebbar. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Analysegerät 100 weiterhin ein Display 115 mit einer Touchfunktion, mittels dessen lediglich beispielhaft Einstellungen zum gewünschten Analyseprozess manuell eingebbar sind. Zudem ist das Display 115 lediglich beispielhaft ausgebildet, um Analyseergebnisse anzuzeigen.
Das Analysegerät 100 umfasst weiterhin eine Verteilereinheit 120 zum Koppeln mit der Kartusche 105 sowie eine Hydraulikantriebseinheit 125 zum Fixieren der Kartusche 105 in einem in das Analysegerät 100 eingesetzten Zustand.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Hydraulikantriebseinrichtung 125 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Genauer gesagt ist ein fluidmechanisches Schaltbild einer Hydraulikantriebseinrichtung 125 dargestellt. Die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 entspricht dabei beispielsweise der in 1 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125. Die Hydraulikantriebseinrichtung weist dabei eine Pumpeinheit 200 mit einem zweiten Pumpenanschluss 202 und einem ersten Pumpenanschluss 204 auf, welche mit einem Hydraulikkreislauf 205 zum Führen eines hydraulischen Betriebsmediums verbunden sind. Beispielsweise ist die Pumpeinheit 200 als eine Membranpumpe, als eine Kreiselpumpe, als eine bedarfsgesteuerte Förderpumpe oder als eine Zahnradpumpe, und insbesondere als eine Turbinenpumpe, ausgeformt. Weiterhin weist die Hydraulikantriebseinrichtung 125 ein Stellventil 206 mit einer ersten Ventilschnittstelle 208 und einer zweiten Ventilschnittstelle 210 auf. Die erste Ventilschnittstelle 208 ist dabei mit dem ersten Pumpenanschluss 204 und dem zweiten Pumpenanschluss 202 fluidmechanisch verbunden. Weiterhin weist die Hydraulikantriebseinrichtung 125 einen Antriebszylinder 212 auf, der fluidmechanisch mit der zweiten Ventilschnittstelle 210 verbunden ist. Der Antriebszylinder 212 ist dabei durch das Betriebsmedium bewegbar, um die Kartusche in einem in das Analysegerät eingesetzten Zustand zu fixieren.
Ferner weist der Antriebszylinder 212 einen Stangenraum 214 und einen an den Stangenraum 214 angrenzenden Kolbenraum 216 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der Stangenraum 214 und der Kolbenraum 216 mit der zweiten Ventilschnittstelle 210 verbunden. Genauer gesagt weist die erste Ventilschnittstelle 208 einen ersten Ventilanschluss 218 und einen zweiten Ventilanschluss 220 auf, welche mit dem Hydraulikkreislauf 205 fluidmechanisch verbunden sind. Die Blende 222 ist dabei beispielsweise zwischen beide Anschlussstellen der Ventilanschlüsse 218 und 220 des Stellventils 206 fluidmechanisch in den Hydraulikkreislauf 205 geschaltet. Die Blende 222 wird beispielsweise auch als Drossel bezeichnet bzw. fungiert als eine Drossel in dem Hydraulikkreislauf 205. Die Blende 222 ist ausgebildet, um einen Druckabfall in dem Hydraulikkreislauf 205 zu erzeugen. Das Stellventil 206 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein 4/3-Wege-Ventil ausgeformt.
Die erste Ventilschnittstelle 208 des Stellventils 206 weist also den ersten Ventilanschluss 218 auf, der zwischen der Blende 222 und dem ersten Pumpenanschluss 204 mit dem Hydraulikkreislauf 205 verbunden ist. Der zweite Ventilanschluss 220 ist zwischen dem zweiten Pumpenanschluss 202 und der Blende 222 mit dem Hydraulikkreislauf 205 verbunden. Die zweite Ventilschnittstelle 210 weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen dritten Ventilanschluss 224 und einen vierten Ventilanschluss 226 auf.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der dritte Ventilanschluss 224 mit dem Kolbenraum 216 des Antriebszylinders 212 und der vierte Ventilanschluss 226 mit dem Stangenraum 214 des Antriebszylinders 212 fluidmechanisch verbunden. Die Blende 222 ist jedoch lediglich optional aufgeführt. Ein Ausführungsbeispiel ohne Blende 222 wird in mindestens einer der 9 bis 10 näher beschrieben.
Weiterhin weist die Hydraulikantriebseinrichtung 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Ausgleichsbehälter 230 auf, der über eine Behälterschnittstelle 232 zwischen dem zweiten Pumpenanschluss 202 und der Blende 222 mit dem Hydraulikkreislauf 205 fluidmechanisch verbunden ist.
In anderen Worten ausgedrückt ist die Hydraulikantriebseinheit 125 auch als eine hydraulische Closed-Loop-Clampingeinheit bezeichenbar, die vorteilhaft gegenüber pneumatischen oder elektro-mechanischen Antriebsvarianten ist. Dabei wird beispielsweise ein Stellen verschiedender Teilkomponenten mit einer in sich autarken und geschlossenen Hydraulik umgesetzt. Als Betriebsmedium wird eine neutrale Flüssigkeit, wie beispielsweise deionisiertes Wasser, verwendet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der als Hydraulikkreislauf 205 beschriebene Fluidkreis als geschlossenes System realisiert, wodurch dieser wartungsfrei und vom User nicht als Hydraulik wahrnehmbar ist. Weiterhin optional ist es denkbar, den geschlossenen Kreis unter Druck zu setzen, wie beispielsweise auf 3 bis 5 bar, um beispielsweise eine Luftausgasung zu unterdrücken. Er ist alternativ auch als ein unter Druck stehender offener Kreis konstruktiv ausführbar.
Gegenüber einem Clamping mit einem Servomotor in Kombination mit einem Getriebe, welches die rotatorische Bewegung in eine Linearbewegung übersetzt, und einem pneumatischen Klemmantrieb wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Hydraulikantriebseinheit 125 als hydraulischer Antrieb vorgestellt, der die Vorteile eines Servomotors und eines pneumatischen Arbeitskonzepts vereint. Weiterhin wird durch eine verglichen mit Pneumatik geringe Kompressibilität eine starke Kopplung zwischen Aktorseite, also Pumpeinheit 200, und Stellelement ermöglicht. Das Stellelement ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Antriebszylinder 212. Durch den Hydraulikkreislauf 205 in geschlossener Ausführung ist die Hydraulikantriebseinheit 125 über Lebenszeit wartungsfrei und für den Anwender nicht als Hydraulik wahrnehmbar. Mit Wasser als Hydraulikmedium wird ein sehr kostengünstiges, sauberes und umweltfreundliches Medium genutzt, was insbesondere bei der Entsorgung, der Freigabe, und beim Umgang mit Montagevorschriften Vorteile aufweist. Aufgrund der hohen Wärmekapazität des Betriebsmediums ist die Hydraulikantriebseinheit 125 daher bei entsprechender Leitungsgestaltung zudem effizient für eine Kühlung nutzbar.
Anders ausgedrückt ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Grundsystem für eine Hydraulikantriebseinrichtung 125 dargestellt und beschrieben, das in einem auch als Analyser bezeichneten Analysegerät Verwendung findet. Der Hydraulikkreis ist dabei als Hydraulikkreislauf 205 geschlossen ausgeführt. Die Pumpeinheit 200 saugt dazu ein Volumen, d. h. das Betriebsmedium, direkt aus dem als Speisesystem bezeichneten Hydraulikkreislauf 200. Volumenänderungen, die beispielsweise temperaturbedingt sind, werden durch ein vorgespanntes Volumen im Ausgleichsbehälter 230 ausgeglichen. Das gesamte System steht dabei beispielsweise initial unter einem Vordruck von 3 bis 5 bar, was im Vergleich zur Atmosphäre einen Überdruck repräsentiert, um mögliche Luftausgasungseffekte und Kavitation in der Blende 222 bzw. dem Stellventil 206 zu vermeiden oder zu minimieren. Die Leitungen sind lediglich optional minimal lang ausgeführt und weisen kleine Innendurchmesser auf, beispielsweise 4 mm. Bei höchster Kompaktheit ist die Hydraulikantriebseinrichtung 125 alternativ auch ohne zusätzliche Leitungen ausführbar, wobei Verbindungen in einem solchen Fall direkt in einem Trägerblock, der alle Komponenten beinhaltet, integriert sind.
Die Blende 222 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet, um in dem Hydraulikkreislauf 205 einen Druckabfall zu erzeugen, der eine Verfahrcharakteristik des vereinfacht auch als Zylinder bezeichneten Antriebszylinders 212 beeinflusst. Je höher eine erzeugte Druckdifferenz ist, desto schneller verfährt der Antriebszylinder 212 und desto höher ist eine zu realisierende wirkende Kraft am Antriebszylinder 212. Dabei ist es von Vorteil, wenn die wirkende Kraft nicht zu groß ist, um Kavitations- und Luftausgasung nicht zu begünstigen. Eine resultierende Druckdifferenz wird daher in Abhängigkeit des Gesamtsystems ausgelegt und beträgt beispielsweise Δp = 2bar. Alternativ zur Blende 222 ist die Drosselwirkung auch über einen Filter oder einen integrierten Teilkreis, wie beispielsweise Manifoldkühlleitungen oder eine Verengung, integrierbar.
Eine Befüllung und Druckbeaufschlagung erfolgt beispielsweise in einem Finalsystem, um das gesamte Grundvolumen Vo zu erfassen, welches aus der Summe aller Initialvolumen der beinhalteten Komponenten definiert ist. Besonders wichtig ist dies, wenn beispielsweise flexible Leitungen zum Einsatz kommen. Die Pumpeinheit 200 ist demnach beispielsweise als bedarfsgesteuerte Pumpe ausgeführt, sodass deren Laufzeit in Abhängigkeit eines Clampingszenarios bzw. eines Ablaufs eines Clamping-Prozesses reduziert wird, was sich positiv auf die Lebensdauer und den Energiebedarf auswirkt. Das bedeutet, dass die Pumpeinheit 200 nur dann aktiviert ist, wenn der Aktor aktiv verfahren wird oder eine Kühlung von Zusatzkomponenten erfolgen soll.
Durch die Verwendung des Stellventils 206 als 4/3-Wege-Ventil und somit als Hauptventil für die Ansteuerung des Antriebszylinders 212 ist der Antriebszylinder 212 in der Mittelstellung in jeder beliebigen Ausfahrposition haltbar, das bedeutet in Abhängigkeit des wirkenden Kräftegleichgewichts. Folglich ist die Pumpeinheit 200 abschaltbar. Alternativ sind aber auch andere Ventilarten denkbar.
Das Volumen des Ausgleichsbehälters 230 ist an den Betriebspunktbereich des Analyzers bzw. Analysegeräts angepasst ausgelegt, beispielsweise hinsichtlich eines Temperatureinsatzbereichs und daraus resultierender Stoffdatenbeeinflussung, wie Dichte und Viskosität, und mit einem Verdrängungsvolumen des Zylinders abgestimmt. Hierbei ist insbesondere das Zylinderarbeitsvolumen ΔV = x_Zylinder (A_Kolbenraum - A_Stangenraum) zu berücksichtigen. Um interne Leckagen im Ausgleichsbehälter 230 zu unterbinden, weist der Ausgleichsbehälter 230 lediglich optional eine Ausgleichseinheit 234 auf, die vorzugsweise als eine flexible Membran oder als ein beweglicher Kolben mit einem beispielsweise O-förmigen Dichtelement ausgeformt ist, wobei die Ausgleichseinheit 234 ausgebildet ist, um einen Innenraum des Ausgleichsbehälters 230 fluiddicht variabel in zwei aneinander angrenzende Kammern zu teilen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausgleichseinheit 234 fest und fluiddicht mit der Wand des Ausgleichsbehälters 230 verbunden.
Sind zusätzliche Funktionalitäten gewünscht, wie zum Beispiel die Kühlung von Manifold-Ventilen, wird ein Teil des Fluidkreislaufes 205 an beispielsweise Verteilerventilen der Verteilereinheit vorbeigeführt, um diese mit dem Betriebsmedium aktiv zu kühlen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Auch hier handelt es sich um ein fluidmechanisches Schaltbild. Die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 entspricht der in 2 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125 mit Ausnahme dessen, dass die Hydraulikantriebseinrichtung 125 zusätzlich eine Kühleinheit 300 aufweist, die eine Mehrzahl von Kühlkanälen aufweist. Die Kühleinheit 300 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen den Ausgleichsbehälter 230 und die Pumpeinheit 200 in den Hydraulikkreislauf 205 geschaltet. Genauer gesagt ist die Kühleinheit 300 zwischen der Behälterschnittstelle 232 und dem zweiten Pumpenanschluss 202 mit dem Hydraulikkreislauf 205 verbunden.
Anders ausgedrückt ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Variante der Hydraulikantriebseinrichtung 125 mit einem integrierten Wärmetauscher zur Kühlung von stark temperaturentwickelnden (oder Temperatur entwickelnden) Bauteilen des Analysegerätes dargestellt, wie beispielsweise eines Heizerblocks oder eines Verteilerventils.
Verteilerventile können lokal sehr heiß werden, was die Funktionalität dieser insbesondere im Magnetkraftverhalten beeinflusst. Gerade durch den Einsatz von Wasser als Betriebsmedium wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine effiziente Kühlung realisiert. Hierbei kühlt das Wasser als Betriebsmedium, welches Temperaturen zwischen Umgebungstemperatur und beispielsweise T = 50 C besitzt. Eine Temperaturüberwachung erfolgt beispielsweise über einen Temperatursensor im Hydraulikblock und die Pumpeinheit 200 wird daraufhin angesteuert. Eine Alternative zu der benannten Steuerung stellt die Möglichkeit dar, die Pumpeinheit 200 in Abhängigkeit des Prozessierungsablaufes, das bedeutet während einer Probenanalyse, anzusteuern.
Alternativ dazu wird beispielsweise durch die Wahl der Pumpe ein Überdruckschutz indirekt generiert, wenn die Pumpeinheit 200 beispielsweise als eine Membranpumpe oder eine turbinenbasierte Pumpe ausgeformt ist, deren Maximaldruck funktionsbedingt begrenzt ist oder durch die Verwendung eines Sicherheitsventils.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 ähnelt der in einer der 2 bis 3 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125. Auch hier handelt es sich um ein fluidmechanisches Schaltbild einer Hydraulikantriebseinrichtung 125 und somit um eine Beispielalternative, bei der die Blendenfunktion direkt in die Kühlbohrungsgeometrien umfassende Kühleinheit 300 integriert ist. Lediglich beispielhaft weist die Hydraulikantriebseinrichtung 125 zusätzlich ein beispielsweise als ein Rückschlagventil realisierbares Sicherheitsventil 400 auf, das fluidmechanisch parallel zu der Pumpeinheit 200 in den Hydraulikkreislauf 205 geschaltet ist. Das Sicherheitsventil 400 ist ausgebildet, um die Hydraulikantriebseinrichtung 125, insbesondere die Pumpeinheit 200 vor einer Fehlfunktion zu schützen. Somit entspricht die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 der in 3 dargestellten Hydraulikantriebseinrichtung mit Ausnahme dessen, dass die Kühleinheit 300 an der Position der Blende angeordnet ist, welche hier weggelassen ist, und dass das Sicherheitsventil 400 vorgesehen ist.
Der Schutz wird durch das zusätzliche Sicherheitsventil 400 erweitert. Alternativ dazu wird beispielsweise durch die Wahl der Pumpe ein Überdruckschutz indirekt ermöglicht, wenn die Pumpeinheit 200 als eine Membranpumpe oder eine turbinenbasierte Pumpe ausgeführt ist, deren Maximaldruck funktionsbedingt begrenzt ist. Bei Wasserhydraulik eignen sich beide Pumpentypen.
Da ein Druckverlust in Leitungen mit kleinen Durchmessern hoch ist, beispielsweise in solchen, welche die Kühlung der Ventile adressieren, ist es auch möglich, die Drosselblende im Hydrauliksystem bzw. dem Hydraulikkreislauf 205 wegzulassen und die Funktion durch den Druckabfall im Kühlbereich bzw. der Kühleinheit 300 zu nutzen, wie es beispielsweise in mindestens einer der 9 bis 10 dargestellt ist. Die Leitungen sind dabei beispielsweise in dem Bereich mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1 mm ausgeführt. Wenn keine explizite Abkopplung, das bedeutet eine Ventilmittelstellung oder Zwischenpositionierung des Antriebszylinders 212 gewünscht ist, dieser nur in den jeweiligen Endpositionen agiert und die Pumpeinheit 200 im Dauerbetrieb laufen soll, ist das Stellventil 206 als zwei 3/2-Wege-Ventile und entsprechender Anbindung an das System realisierbar.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 entspricht oder ähnelt der in 4 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125. Auch hier handelt es sich um ein fluidmechanisches Schaltbild einer Hydraulikantriebseinrichtung 125, wobei zusätzlich zu Veranschaulichungszwecken Verteilerventile 500 eine Verteilereinheit 120 des Analysegeräts eingezeichnet sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zudem Kühlkanäle 505 dargestellt, die als Teil der Kühleinheit realisiert oder realisierbar sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Kühlkanäle 505 im Bereich der Verteilereinheit 120 ausgeführt und mit dem Hydraulikkreislauf 205 verbunden.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 ähnelt der in mindestens einer der 2 bis 5 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125. Auch hier handelt es sich um ein fluidmechanisches Schaltbild einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Abweichend ist das Stellventil 206 gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich als einfaches Wege-Ventil insbesondere ein 2/2-Wege-Ventil ausgeformt, das mit dem Hydraulikkreislauf 205 verbunden und zwischen die Pumpeinheit 200 und den Antriebszylinder 212 geschaltet ist. Das Schaltventil 206 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich optional realisiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Hydraulikantriebseinrichtung 125 zusätzlich einen Tank 600 oder Behälter auf, der benachbart zu dem ersten Pumpenanschluss 204 in den Hydraulikkreislauf 205 geschaltet ist. Ein Tankvolumen des Tanks 600 ist dabei vorgespannt. Ferner ist die zweite Ventilschnittstelle 210 fluidmechanisch mit dem Kolbenraum 216 des Antriebszylinders 212 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Stangenraum 214 ein elastisches Mittel 605 auf, das beispielsweise als Feder ausgeformt ist. Das bedeutet, dass der Antriebszylinder 212 vorgespannt ausgeformt ist. Weiterhin weist die Hydraulikantriebseinrichtung 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Blende 222 auf, die vor den zusätzliche Tank 600 geschaltet ist. Auch hier ist die Pumpeinheit 200 beispielsweise als eine bedarfsgesteuerte Förderpumpe realisiert oder realisierbar.
In anderen Worten ausgedrückt ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine hydraulikbasierende Clampinglösung, das bedeutet eine Hydraulikantriebseinrichtung 125 mit einer passiven Rückstellung dargestellt. Dabei ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein einfaches Hydrauliksystem dargestellt, mit welchem der Antriebszylinder 212 nach einer optionalen Zuschaltung ausgefahren wird. Dabei wird das elastische Mittel 605 gespannt. Die gespeicherte potentielle Energie wird genutzt, um den Antriebszylinder 212 nach dem Abschalten der Pumpeinheit 200 wieder in den Ausgangszustand zu versetzen.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 ähnelt der in 6 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125. Auch hier handelt es sich um ein fluidmechanisches Schaltbild einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Stangenraum 214 des Antriebszylinders 212 mit einem vorgespannten pneumatischen Zusatztank 700 verbunden oder weist einen solchen auf. Der Zusatztank 700 fungiert hierbei als Ersatz für das elastische Mittel des Ausführungsbeispiels aus 6. Der Zusatztank 700 ist jedoch lediglich optional vorgesehen.
Dadurch wird in anderen Worten ausgedrückt ein kombinierter Hydraulik- und Pneumatikantrieb, das bedeutet ein auf Hydraulik- und Pneumatikressourcen zugreifendes kombiniertes System beschrieben. Hier wird bei einem Clampingvorgang eine pneumatische Feder, die hier als pneumatischer Zusatztank 700 ausgeführt und beschrieben ist, vorgespannt, welche die Energie speichert, um den Zylinder 212 nach Abschalten der Pumpe 200 wieder in einen Ausgangszustand zu versetzen. Der Zusatztank 700 ist vorgespannt, um wiederum an Drosselstellen Luftausgasung und Kavitation zu verhindern. Je nach Dimensionierung ist der Zusatztank 700 notwendig. Alternativ zum Zusatztank 700 wirkt der Stangenraum 214 als Kompressionsvolumen V₀.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 800 zum Betreiben einer Hydraulikantriebseinrichtung. Das Verfahren 800 umfasst dazu einen Schritt 805 des Ansteuerns der Pumpeinheit, um das Betriebsmedium in dem Hydraulikkreislauf zu fördern und einen optionalen Schritt 810 des Steuerns des Stellventils, um den Antriebszylinder durch das Betriebsmedium zu bewegen, um die Kartusche in einem in das Analysegerät eingesetzten Zustand derselben zu fixieren. Weiterhin ist es denkbar, dass in einem Schritt 815 des Ablaufs eine Temperatur erfasst wird, bevor die Pumpeinheit angesteuert wird.
Lediglich optional wird im Schritt 805 des Ansteuerns die Pumpeinheit in Abhängigkeit eines Prozessierungsablaufs der Probe angesteuert, welcher beispielsweise ein Koppeln mit der Kartusche umfasst. Das bedeutet anders ausgedrückt, dass die Pumpeinheit optional nur dann läuft, wenn ein Aktor aktiv verfahren wird oder eine Kühlung von Zusatzkomponenten des Analysegerätes erfolgt. Des Weiteren ist es optional möglich, den Antriebszylinder in jeder beliebigen Position anzuhalten, wobei dabei ein Kräftegleichgewicht einzuhalten ist.
Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
9 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 900 ist dabei ausgebildet, um ein Verfahren anzusteuern und/oder durchzuführen, wie es beispielsweise in 8 beschrieben wurde. Die Vorrichtung 900 weist dazu eine Ansteuereinheit 905 auf, die ausgebildet ist, um die Pumpeinheit anzusteuern, um das Betriebsmedium in dem Hydraulikkreislauf zu fördern. Weiterhin optional weist die Vorrichtung 900 eine Steuereinheit 910 auf, die ausgebildet ist, um das Stellventil zu steuern, um den Antriebszylinder durch das Betriebsmedium zu bewegen, um die Kartusche in einem in das Analysegerät eingesetzten Zustand derselben zu fixieren.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Die hier beschriebene Hydraulikantriebseinrichtung 125 ähnelt dabei der in 2 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125 und ist als optionale Variante dessen zu verstehen, die ohne Blende auskommt. Demnach wirkt die hier dargestellte Hydraulikantriebseinrichtung 125 rein nach dem Verdrängerprinzip, bei dem das Betriebsmedium in den Ausgleichsbehälter 230 führbar ist. Das Betriebsmedium ist dabei ausgeführt, um den Kolben des Antriebszylinders 212 zu verfahren. Die Pumpeinheit 200 ist dabei wie auch in den zuvor beschriebenen 2 bis 7 als unidirektionale, bedarfsgesteuerte Förderpumpe ausgeführt. Zwischen die Pumpeinheit 200 und den Antriebszylinder 212 ist das Stellventil 206 beispielsweise als 4/2-Wege-Ventil geschaltet. Optional kann der Ausgleichbehälterfunktion wieder vollständig oder anteilig in flexible Leitungen verlegt werden.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Hydraulikantriebseinrichtung 125. Die hier beschriebene Hydraulikantriebseinrichtung 125 ähnelt dabei der in 10 beschriebenen Hydraulikantriebseinrichtung 125 und ist als optionale Variante dessen zu verstehen, die ohne Stellventil auskommt. Wie auch in 10 funktioniert die Hydraulikantriebseinrichtung 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Verdrängerprinzip, sodass nur das Volumen, das zum Verfahren des Kolbens des Antriebszylinders 212 gefördert und keine Druckdifferenz benötigt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Pumpeinheit 200 dazu als bidirektionale Pumpe und ohne Stellventil ausgeführt und wird beispielsweise als Minimalsystem bezeichnet.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Hydraulikantriebseinrichtung (125) für ein Analysegerät (100) zum Analysieren einer in einer Kartusche (105) enthaltenen Probe, wobei die Hydraulikantriebseinrichtung (125) die folgenden Merkmale aufweist: - einen Hydraulikkreislauf (205) zum Führen eines hydraulischen Betriebsmediums; - eine Pumpeinheit (200) mit einem ersten Pumpenanschluss (204) und einem zweiten Pumpenanschluss (202), wobei die Pumpeinheit (200) ausgebildet ist, um das Betriebsmedium in dem Hydraulikkreislauf (205) zu fördern; und - einen Antriebszylinder (212), der durch das Betriebsmedium bewegbar ist, um die Kartusche (105) in einem in das Analysegerät (100) eingesetzten Zustand derselben zu fixieren.
Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß Anspruch 1, mit einem Stellventil (206) mit einer ersten Ventilschnittstelle (208) und einer zweiten Ventilschnittstelle (210), wobei die erste Ventilschnittstelle (208) zwischen dem ersten Pumpenanschluss (204) und dem zweiten Pumpenanschluss (202) mit dem Hydraulikkreislauf (205) fluidmechanisch verbunden ist, und wobei die zweite Ventilschnittstelle (210) mit dem Antriebszylinder (212) verbunden ist.
Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß Anspruch 2, mit einem Ausgleichsbehälter (230), der über eine Behälterschnittstelle (232) zwischen dem zweiten Pumpenanschluss (202) und der ersten Ventilschnittstelle (208) mit dem Hydraulikkreislauf (205) fluidmechanisch verbunden ist, insbesondere wobei der Ausgleichsbehälter (230) eine Ausgleichseinheit (234) aufweist, die als eine flexible Membran oder als ein beweglicher Kolben mit einem Dichtelement ausgeformt ist, wobei die Ausgleichseinheit (234) ausgebildet ist, um einen Innenraum des Ausgleichsbehälters (230) variabel in zwei aneinander angrenzende Kammern zu teilen.
Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Hydraulikkreislauf (205) mindestens eine Leitung mit einem Innendurchmesser von bis zu 15 mm aufweist.
Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, mit einer Blende (222) zum Erzeugen eines Druckabfalls im Hydraulikkreislauf (205), wobei die erste Ventilschnittstelle (208) des Stellventils (206) einen ersten Ventilanschluss (218) und einen zweiten Ventilanschluss (220) aufweist, wobei der erste Ventilanschluss (218) zwischen der Blende (222) und dem ersten Pumpenanschluss (204) mit dem Hydraulikkreislauf (205) verbunden ist, wobei der zweite Ventilanschluss (220) zwischen dem zweiten Pumpenanschluss (202) und der Blende (222) mit dem Hydraulikkreislauf (205) verbunden ist.
Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß Anspruch 5, wobei die zweite Ventilschnittstelle (210) des Stellventils (206) einen dritten Ventilanschluss (224) und einen vierten Ventilanschluss (226) aufweist, wobei der dritte Ventilanschluss (224) mit einem Kolbenraum (216) des Antriebszylinders (212) fluidmechanisch verbunden ist, und wobei der vierte Ventilanschluss (226) mit einem Stangenraum (214) des Antriebszylinders (212) fluidmechanisch verbunden ist.
Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die zweite Ventilschnittstelle (210) fluidmechanisch mit einem Kolbenraum (216) des Antriebszylinders (212) verbunden ist, wobei ein Stangenraum (214) des Antriebszylinders (212) als Kompressionsvolumen wirkt oder mit einem vorgespannten pneumatischen Zusatztank (700) verbunden ist oder ein elastisches Mittel (605) aufweist.
Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Sicherheitsventil (400), das fluidmechanisch parallel zu der Pumpeinheit (200) in den Hydraulikkreislauf (205) geschaltet ist.
Analysegerät (100) zum Analysieren einer in einer Kartusche (105) enthaltenen Probe, wobei das Analysegerät (100) die folgenden Merkmale aufweist: - eine Verteilereinheit (120) zum Koppeln mit der Kartusche (105); und - eine Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zum Fixieren der Kartusche (105) in einem in das Analysegerät (100) eingesetzten Zustand.
Analysegerät (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Verteilereinheit (120) mindestens einen Kühlkanal (505) aufweist, der mit dem Hydraulikkreislauf (205) der Hydraulikantriebseinrichtung (125) fluidmechanisch verbunden oder verbindbar ist.
Verfahren (800) zum Betreiben einer Hydraulikantriebseinrichtung (125) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren (800) den folgenden Schritt umfasst: - Ansteuern (805) der Pumpeinheit (200), um das Betriebsmedium in dem Hydraulikkreislauf (205) zu fördern.
Vorrichtung (900), die eingerichtet ist, um den Schritt (805) des Verfahrens (800) gemäß Anspruch 11 in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, den Schritt (805) des Verfahrens (800) gemäß Anspruch 11 auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.