DE1212316B - Geraet zur genauen Ferndosierung geringer, insbesondere radioaktiver Fluessigkeitsmengen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIn

Deutsche Kl.: 421-3/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1212 316
C18678IXb/421
26. März 1959
10. März 1966

Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur genauen Ferndosierung geringer, insbesondere radioaktiver Flüssigkeitsmengen, bei dem in einem am einen Ende mit einer Öffnung versehenen zylindrischen Hohlkörper ein Kolben gleitet.

Es sind bereits pipettenartige Geräte zur mechanischen Dosierung von Flüssigkeiten bekannt, die aus einem in einem Zylinder bewegbaren Kolben bestehen und zur genauen Dosierung eine Mikrometerschraube aufweisen. Dabei hat man auch schon die Mikrometerschraube mit dem Kolben starr verbunden und den Kolben undrehbar gelagert, so daß durch eine Drehbewegung einer Antriebsmutter eine Axialbewegung des Kolbens in dem Zylinder bewirkt wird. Man hat derartige Geräte über Spannungsteilerschaltungen auch bereits ferngesteuert.

Um eine zuverlässige Abdichtung zu erzielen, mußte dabei der Kolben genau in dem Zylinder eingeschliffen sein, was eine große Präzision bei der Fertigung erfordert. Auch bereitet es Schwierigkeiten, _ao eine genaue Koaxialität des Kolbens bzw. der als Spindel ausgebildeten Kolbenstange und der Antriebsmutter herzustellen. Der Genauigkeit der Flüssigkeitsdosierung mittels derartiger Pipetten und der Menge der in der Zeiteinheit zu dosierenden, d. h. der einzusaugenden oder abzugebenden, Flüssigkeit waren daher Grenzen gesetzt.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, derartige fernsteuerbare Geräte so auszubilden, daß eine größere Toleranz für die Maße des Innendurchmessers des Zylinders und des Außendurchmessers des Kolbens bei der Fertigung zugelassen werden kann; auch soll die Möglichkeit einer gewissen Schwenkung der als Spindel ausgebildeten Kolbenstange und der Antriebsmutter bestehen. Die Genauigkeit der Dosierung und die Menge der pro Zeiteinheit zu dosierenden Flüssigkeit sollen gegenüber bekannten Geräten erhöht werden.

Dieses Ziel wird bei einem Gerät, bei dem die Flüssigkeit unter Einwirkung eines in einem Zylinder gleitenden Kolbens in geringen Mengen eingesogen und abgegeben wird und die von elektromechani-■ sehen Einrichtungen ferngesteuerten Drehbewegungen eines Schaftes über ein mikrometrisches Spindel-Mutter-System in Längsbewegungen des Kolbens umgewandelt werden, dadurch erreicht, daß einerseits die Mutter, in der die fest mit dem Kolben verbundene und gegenüber dem Zylinder unverdrehbar angeordnete Spindel geführt ist, gegenüber dem Zylinder durch ein Paar von Kugellagern in solcher Weise abgestützt ist, daß einerseits eine Relativbewegung zwischen Mutter und Zylinder in dessen Gerät zur genauen Ferndosierung geringer,
insbesondere radioaktiver Flüssigkeitsmengen

Anmelder:

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dr. W. P. Radt und Dipl.-Ing. E. E. Finkeher,
Patentanwälte, Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Als Erfinder benannt:
Jacques Desfosses,
Jean Savouyaud,
Jean Germond, Paris

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 27. März 1958

Achsrichtung ausgeschlossen und andererseits eine leichte Schwenkbewegung der Mutter um das durch die beiden Kugellager definierte Zentrum möglich ist, und andererseits der zylindrische Kolben länger ist als eine Buchse, die auf der Innenseite mit einem Überzug aus einem von der zu dosierenden Flüssigkeit nicht angreifbaren und nur wenig benetzbaren Werkstoff verkleidet und in der der Kolben mit radialem Spiel geführt ist, wobei eine oder mehrere Dichtungs- und Zentrierscheiben zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden des Kolbens und der Buchse angeordnet sind.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch die wesentlichen Teile zur Fernbetätigung der Pipette;

F i g. 2 ist ein Axialschnitt der Pipette.

Der zylindrische Körper 1 der Pipette ist an seinem unteren Ende an ein Kapillarrohr 2 angeschlossen. Der Kolben 3 gleitet dicht in dem Körper 1. Eine Mikrometerschraube 4 ist in der Achse des Kolbens 3 angeordnet und mit diesem für eine axiale Translationsbewegung starr verbunden. Die Drehung der Schraube 4 wird durch das radiale Eingreifen eines mit dem Körper 1 fest verbundenen Fingers 5 in eine Längsnut der Schraube 4 verhindert. Eine mit einem der Schraube 4 entsprechenden Innengewinde versehene Mutter 7 ist auf die Schraube aufgesetzt und wird an einer axialen Translations-

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bewegung durch zwei an dem Körperl befestigte Der aus der unter der Handelsbezeichnung Kugeldrucklager 8 und 9 verhindert, so daß die »Monel« bekannten Nickellegierung bestehende Drehung der Mutter eine axiale Translationsbewe- Kolben 3 hat in axialer Richtung eine längliche gung der Schraube 4 und somit des Kolbens 3 zur Form und ist in der Buchse I₁ angeordnet, wobei in Folge hat. Getriebe 10 und 11 verwandeln die Dreh- 5 :der Durchmesserrichtung ein Spiel (z.B. in der bewegung der Mutter 7 in eine Verstellung des Größenordnung von 1 mm) zwischen den einander Läufers des Präzisionsspannungsteilers 12 (nächste- gegenüberliegenden Flächen vorgesehen ist, so daß hend »Nachlaufspannungsteiler« genannt) und die eine sehr genaue Bearbeitung dieser Flächen unDrehung der Ausgangswelle 13 eines Motors 14 nötig wird. Infolge der geringen Benetzbarkeit der (welcher sich entsprechend seiner Erregung in der io Innenwand der Buchse besteht keine Gefahr, daß einen oder der anderen Richtung drehen kann) in der durch dieses Spiel erzeugte Ringraum zwischen eine Drehung der Mutter 7. den Flächen von der zu dosierenden Flüssigkeit aus-

Ein vorzugsweise von der Pipette entferntes gefüllt wird. Dieser Raum ist nur für das geringe Steuerglied 15 (Fig. 1) gestattet, dem Läufer eines Luftyolumen zugänglich, welches zu Anfang in dem Steuerspannungsteilers 16 jede beliebige gewünschte 15 Kapillarrohr 2 enthalten ist und infolge des Vorstellung zu geben, welche durch die Verstellung eines handenseins der Lochscheibe 2I₁ bei der Benutzung Zeigers 17 vor einer Teilung 18 genau abgelesen der Pipette unter einem geringen Druck in diesem werden kann. Raum eingeschlossen bleibt.

Zwei Spannungen, deren Werte Funktionen der Die die axiale Translationsbewegung der Mutter 7 Stellungen der Läufer des Steuerspannungsteilers 16 zo verhindernden Kugeldrucklager 8 und 9 setzen der bzw. des Nachlaufspannungsteilers 12 sind, werden Drehbewegung der Mutter einen praktisch vernacheiner elektromechanischen Vergleichsanordnung 19 lässigbaren Widerstand entgegen und lassen sehr zugeführt. Diese Anordnung 19 ist so ausgebildet, geringe Schwenkbewegungen der Schraube 4 um ein daß sie diese beiden Spannungen miteinander ver- durch diese beiden Kugeldrucklager definiertes Zengleicht und in Abhängigkeit von diesem Vergleich 25 trum O zu. Hierzu ist zu bemerken, daß die Einsteleinen Strom liefert, welcher den Motor 14 erregt lung dieser Kugeldrucklager mit großer Sorgfalt mit- und ihn so in Umdrehung versetzt, daß die hier- tels der Schrauben 22 so vorgenommen werden durch bewirkten Verstellungen des Läufers des Nach- muß, daß die Berührung der Kugeln mit ihren Lauflauf spanungsteilers 12 diesen in eine Stellung bringen, flächen in axialer Richtung eindeutig hergestellt wird, in welcher die von den beiden Spannungen herriih- 30 jedoch ohne die Blockierung der Kugeln zu berenden Wirkungen sich genau in der Vergleichs- wirken.

anordnung 19 aufheben, wobei dann der gelieferte Zur Aufholung des Spiels zwischen der Mutter 7

Erregerstrom Null ist. und der Schraube 8 in axialer Richtung besteht die

Wenn dieser Strom Null ist, bleibt der Kolben, Mutter 7 aus zwei getrennten Gewindeteilen 7₁ und welcher gleichzeitig mit dem Nachlaufläufer verstellt 35 ⁷ ₂> welche unter Zwischenschaltung von Zwischenwird, in einer durch die Stellung des Steuerläufers lagen 23 in einstellbaren gegenseitigen axialen Stelgenau bestimmten Stellung stehen. In diesem Augen- hingen aneinander befestigt sind, wobei diese blick enthält die durch ihn in dem zylindrischen Zwischenlagen zum Ausgleich der Abnutzung der Körperl abgegrenzte untere Kammer eine Flüssig- Gewindegänge leicht periodisch ausgewechselt werkeitsmenge, welche an der Teilung 18 genau abge- 40 den können. Bei der dargestellten Ausführungsform lesen werden kann, welche durch eine vorherige sind die Teile I_x und 7₂ durch Schrauben 24 an Eichung unmittelbar in Volumen geeicht ist. einer Zwischenmuffe 7₃ befestigt, welche eine glatte

Bei der obigen Ausbildung gelingt es, mit einer axiale Bohrung und eine Außenverzahnung aufweist, erfindungsgemäßen Pipette zwischen 0 und 30 cm³ welche mit einer dem selbstsperrenden Getriebe 11 liegende Volumina mit einer Genauigkeit zu dosie- 45 angehörenden Schnecke im Eingriff steht,
ren, welche 10 mm³ (d. h. etwa ein Fünftel eines Die Getriebe 10 und 11 sind mit bekannten VorTropfens bei einer wäßrigen Lösung) und sogar noch richtungen zur selbsttätigen Aufholung des Spiels weniger erreichen kann, wobei die Flüssigkeitsströ- versehen.

mung in dem Rohr 2 1 cm³ in der Sekunde erreichen Die benutzten Spannungsteiler 12 und 16 haben

kann. 50 einen schraubenförmigen Widerstand mit weitgehen-

Diese bemerkenswerte Ergebnisse wurden mit der der Linearität, bei welchem die Widerstandsändein Fig. 2 dargestellten Pipette erhalten. Bei dieser rungen bis auf 0,25°/oo genau zu den entsprechenden wird der den Kolben umgebende Teil des Zylinders Winkelverstellungen der Läufer proportional sind, durch eine Buchse I₁ gebildet, welche wenigstens Es ist eine Bremsvorrichtung vorgesehen, welche innen mit einem Werkstoff, z. B. aus Polytetrafluor- 55 die Schwingungen des Mechanismus bei der Annäheäthylen, überzogen ist, welcher von den verschie- rung an die Gleichgewichtsstellung verhindert,
denen zu dosierenden Flüssigkeiten nicht ange- Das obige Gerät arbeitet folgendermaßen: Wenn griffen und nur wenig benetzt wird. ein Volumen V einer z. B. radioaktiven Flüssigkeit

Torische Dichtungen 20 aus einem gummiartigen entnommen werden soll, wird die leere Pipette mit

Werkstoff, z.B. aus einem Mischpolymerisat aus 60 dem Ende des Rohres2 in die Flüssigkeit einge-

Butadien und Acrylnitril, stellen die dichte Verbin- taucht, indem z. B. die Pipette aus der Entfernung dung zwischen den verschiedenen Teilen des Kör- mit besonderen Greifern betätigt wird, worauf man

pers 1 her, welche aneinandergeschraubt sind. das Steuerglied 15 betätigt, bis der Zeiter 17 das

Zwischen den verschiedenen Bestandteilen des Volumen V an der Teilung 18 anzeigt. Die Entnahme Körper 1 sind Lochscheiben 21 aus Polytetrafluor- 65 erfolgt dann selbsttätig.

äthylen festgepreßt, vpn denen wenigstens eine, 2I₁, Zum Ausspritzen der gleichen Flüssigkeit genügt an dem Kolben 3 reibt, wodurch dieser abgedichtet es, den Zeiger 17 mittels des Steuergliedes 15 auf den

und zentriert wird. _ Teilstrich 0 der Teilung 18 einzustellen.

Der Beginn und das Ende eines jeden Vorgangs werden zweckmäßig durch das Aufleuchten oder das Erlöschen eines Leuchtzeichens angezeigt.

Ein derartiges Gerät weist gegenüber den bisher bekannten Geräten zahlreiche Vorteile auf, insbesondere folgende:

Möglichkeit der Fernsteuerung, da die Steuer- und Ableseteile 15 bis 19 in beliebiger Entfernung von der Pipette angeordnet sein können, mit welcher sie durch Drähte verbunden sind; Genauigkeit der Dosierung, welche Vioo ml und weniger für Gesamtdosen erreichen kann, welche 30 el übersteigen können;

schnelles Arbeiten, da die Flüssigkeitsströmung leicht 1 cl/sec. und mehr erreichen kann;

Leichtigkeit des Ersatzes der durch den Kolben 3, die Buchse I₁, in welcher er gleitet, und die an der Oberfläche des Kolbens bei seiner Gleitbewegung reibende Lochscheibe 2I₁ gebildeten Anordnung ohne Änderung der anderen Teile durch eine andere Anordnung von Teilen mit anderen Querschnitten, da das die Buchse I₁ enthaltende GehäuseI₂ einfach bei I₃ an den* Rest des Körpers 1 angeschraubt ist und der Kolben 3 einfach an die Schraube 4 angeschraubt ist. Eine derartige Auswechselbarkeit gestattet, ein und dieselbe Pipette für zahlreiche Anwendungen zu benutzen, wobei die mit einem Kolben sehr kleinen Durchmessers erzielte theoretische Genauigkeit 1 mm³ erreichen kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gerät zur genauen Ferndosierung geringer, insbesondere radioaktiver Flüssigkeitsmengen mit einem zylindrischen Hohlkörper, der wenigstens auf der Innenseite mit einem Überzug aus einem von der zu dosierenden Flüssigkeit nicht angreifbaren und nur wenig benetzbaren Werkstoff verkleidet und am einen Ende mit einer Öffnung versehen ist, durch die die Flüssigkeit unter der Einwirkung der ferngesteuerten Bewegungen eines dicht im Zylinder gleitenden Kolbens in geringen Mengen eingesogen oder abgegeben wird, mit einem mikrometrischen Spindel-Mutter-System, um die Drehbewegungen eines Schaftes in Längsbewegungen des Kolbens umzuwandeln, und ferner mit elektromechanischen Einrichtungen zur genauen Fernsteuerung der Drehbewegungen des Schaftes, dadurch gekennzeichnet, daß:

a) die Spindel (4) fest mit dem Kolben (3) verbunden und gegenüber dem Zylinder (1) unverdrehbar angeordnet ist,

b) die Mutter (7) gegenüber dem Zylinder (1) durch ein Paar von Kugellagern (8, 9) in solcher Weise abgestützt ist, daß einerseits eine Relativbewegung zwischen Mutter (7) und Zylinder (1) in dessen Achsrichtung ausgeschlossen und andererseits eine leichte Schwenkbewegung der Mutter (7) um das durch die beiden Kugellager (8, 9) definierte Zentrum (O) möglich ist,

c) der in axialer Richtung längere zylindrische Kolben (3) mit radialem Spiel in einer Buchse (I₁) geführt ist, wobei eine oder mehrere Dichtungs- und Zentrierscheiben (2I₁) zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden des Kolbens (3) und der Buchse (I₁) angeordnet sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Kolben (3), die Buchse (I₁) und die Dichtungs- und Zentrierscheiben (2I₁) gebildete Anordnung so ausgebildet ist, daß sie leicht durch eine andere Kolben-Buchsen-Zentrierscheiben-Anordnung ersetzbar ist, bei der Buchse (I₁) die gleiche äußere Gestalt, aber einen unterschiedlichen Innendurchmesser aufweist, und wobei der Außendurchmesser des Kolbens (3) und der Innendurchmesser der Dichtungs- und Zentrierscheibe (2I₁) dem Innendurchmesser der BuChSe(I₁) der Ersatzanordnung angepaßt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Patentschrift Nr. 9824 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschrift Nr. 2 622 765;

The Biochemical Journal, 1950. S. 558 bis 560; Science, 118, 1953, S. 102 und 103;

Science, 110, 1949, S. 431 und 432;

Analytical Chemistry, 1950, S. 848;

Chemical Processing and Equipment, 1955, S. 163, und 170.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 537/341 3. 66 © Bundesdruckerei Berlin