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Vorrichtung und Vorfahren zum Zerlegen von Zellen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrifchtung nd Verfahren zum Zerlegen
von Zellen, ci die Struktur und die Punktion der einzelnen Teile untersduchen su
können.
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Die Esforsochung von Mitkoorganiamen kann dadruch wesentlich erleichtert
wardem, daß die Zellen in ihre einzelnen Bestandtetle zerlegt und diese voneinander
getrennt werden können. Es sind bereits Zerkleinerungsgerätge und Ultraschallgeräte
zur Zerlegun von Mikro organismen benutzt worden. Vielfach waren aber die Zellwände
so stark zerstört, daß es unmöglich war sie vollständig vom Protoplamsa zu trennen.
Es war nicht möglich, das Protoplasme ohne größere Oie mischungen von Zellwänden
su erhalten. Außderdem konnten
durch diese bekannten Vorrichtungen
weder Zellwände noch Protoplasme in ausreichendem Maße von tuberocelbacillen isoliert
werden, da die zerlegten und uzerlegten Zellen und das Proteoplame butterähnliche
Konsistenz annehme.
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Eine bessere Lösung versprach die französische Druckseile, in der
eine unter Druck stehende Microbenlösung in einer Düse entspannt wird, da der Druck
regelbar entsprechend der Stärke der Zelwände ist. Es war damit zu rechnen, daß
die Zellen beim Austreten durch die Oese zerbrechen, aber nicht weiter zerstört
werden. Zwar war auch bei anwendung dieser Vorreichtung die Aubsteute an Zellwandmaterial
zielich befriedigend, jedoch wuche die Temperatur sn den Düsen derart, daß teilweise
Veränderungen bestimmter Protoplasmabestandteile einestten. Das Matarial setzte
sich dann an der Innanwand der Zellwände fest und konnte nicht entfernt werden0
Ubliohe Kühlmethoden breachte keinen Erfolg, Es nrde dann vorgeschlagen, die Düse
und das Nadelventil der Druckezelle einem Strom vrogekühlten Gases auszusetzen.
das aus einem zweiten Natdlventil austrat.
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Be gelang damit zwar, bessere Resultate bei der Gewinnung reiner Zellwände
und des Protoplasmas zu erzielen.
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Die Ausbeute war aber noch nicht befriedigend.
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Erfindungsgemäß werden das Nadelventil und die Kühlung derart verbessert,
daß die Bestandteile der zelegten Zellen, näMlich die Zellwände und da. Protoplasma,
sich gut voneinander trennen lassen und in einem für die Untersundgtung geeigneten
Zustand und in geeigneter Menge zur Verfügung stehen.
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Wesentlich filr die Erfidung ist die verbesserte Ventilkonstuktion.
die aus leicht serlegbaren und zusasmmensetzhearen Einzelteilen besteht und au der
auch Vorrichtungen gehören, die die komprimierte Zellösung durch eine Ventilkammer
und eine Nadelventildüse in eine Expansionakammer leiten. Außerdem ist eine Vorrichtung
vorgesehen, um' die Expansionskammer- und die Düse gleichmäßig zu kühlen und dadurch
die Eigenschaften der getrennten Zellbestantile zu erhaltne.
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Zur Erfindung gehören außerdem ein Nadelventil, um die komprimierte
lösung regelbar ablassen su können, ein Ventil, um die komprimierte Lösung in die
er zu befördern und Mittel, um mit einem einzigen KUhlsystem den Ioapresaor für
die Zellösung, die Expansionskammer
und die Nadelventildüse zu
kühlen.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielweise und
schematisch dargestellt. Es zeigen; Fig. 1 einen senkreehten Schnitt durch das Ventil
zum Zerlegen der Zellen, Fig 2 einen Schnitt durch einen fei1 des Ventil. gemäß
Fig, 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 einen Sohnitt nach Linie 3 - 3 in Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der gesamten Zerleugnsvorrichung.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, befindet sich das zu untersuchende Material
11 in einer Vorratflasche 12.
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Das Material kann aus Bacterien, Sapltpilzen, Sporen, Viren, Blutzellen
od. dgl. in einer Lösung bestehen.
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Die Lösung ist in der Regel eine Nährlösung, die auch als Transprotflüssigkeit
dient. In die flasche 12 ragt ein Ende eines biegsamen Schlauches 13. Das andere
Ende des Schlauches ist an den Einlaß eines Einwegentils 14 angeschlossen, das durch
eine Steuerstange 16 lit Handrad 17 verstellt werden kann.
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Die Auslaßseite des Ventils 14 ist durch ein Verbeindungs rohr 18
mit der Ansaugseite eines Koipressors 19 verbunden. Dieser besteht aus einem Zylinder
21,
in dessen Bohrung ein Kolben 22 hineinragt, der über wine Kolbenstange
23 mit einem gelben 24 wesentlich größeren Durchmessers verbunden iBt. Der Kolben
24 ist in einem hydraulischen Zylinder 26 gelagert. Wird der Kompressorkolben 22
durch den Kolben 24 aus der Zylinderbohrung 21 herausgezogen, so wird aus der Flasche
12 Material über das Ventil 14 in den Zylinder 2t gesaugt. Drtickt dann der Kolben
24 den Kompressorkolben 22 in den Zylinder hinein, so wird das Material im Kolben
21 unter Druck gesetzt und fließt durch ein Rohr 28 in das Expansionvetil 29, das
in den Fig.
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1 - 3 dargestellt ist. Von dem Ventil 29 aus gelangen die zerlegten
Zellen durch einen Schlauch 31 in eine Flasche 32, in die vorher 100 oder 200 ccm
Lösungsmittel eingebracht sind. Aus der Flasche 32 kann die Lösung dann in eine
Zentrifuge abgesogen werden, wo die Bestandtetle für die weitere Untersuchung auf
physikaliche Art und Weise getrennt werden Duroh den Gummistopfen 33 im Hals der
Flasche 32, durch das das Rohr 31 hindurchgeführt ißt, ragt auch noch ein Entlüftjungsrchr
34, das das Füllen der flasche erleichtert.
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Zur Steuerung des hydraulischen Zylinders 26 dient in
einem
Behälter 36 gespeichert. Hydraulikflüssigkeit.
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Sine Pumpe 38 Saugt über ein ansaugrohr 37 Flüssigkeit aus dem Behälter
36 an und drückt sie durch ein Rohr 39 und ein Ventil 41, das durch Magnete 42 und
43 in drei verschiedene Stellungen geschaltet werden kann. In der stellung A des
Ventil 41 kann die Flüssigkeit zum Zylinder 26 strömen und auch aus diesem zurückströmen.
In der mittleren Stellung B des Ventils 41 wird der Kolben 24 in der jeweiligen
Stellung festgehalten. In der linken Stellung C sind die Durchlässe im Ventil über
Kreuz gechaltet.
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In dieser Stellung macht der Kolben 24 in Zylinder 26 die gegenläufige
Bewegung.
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In der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Ventils 41 strömt hydraulische
flüssigkeit unter Druck durch das Rohr 44, das Filter 46, das Rohr 47 und ein Steuerrentil
48, das den Durchfluß durch das Rohr 49 in den Hydraulikzylinder 26 regelt.
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Mit dem Leitungsrochr 39 ist ein Überdruchkrohr 51 verbunden, das
in ein Überdruckventil 52 mündet, dessen Regelfunktionen durch eine Feder 53 chematisch
dargestellt ist und das bei zu hohem Druck Hydraulikflüssigkeit durch ein Auslaßrohr
54 in den hydraulikbehälter
36 surücklaufen läßt. Das Regelventil
48 ist ebenfalls mit einem Überlaufrovhr 56 versehen.
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Das Einleiten von Hydraulikflüssigkeit unter Druck durch das Rohr
49 in den Zylinder 26 bewirkt über den Kolben 24 eine Verschiebung des Kompressorkolbens
22 ia den Zylinder 21 hinein. Während dieser Druckperiode fließt aus dz Zylinder
26 Druckflüssigkeit durch die Rohrleitung 57 und 58 in den Hydroalickchälter 36
zurück.
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Durch Verstellung des Ventils 41 in die Stellung C wird erreicht,
daß Druckflüssigkeit durch das Rohr 57 in d.n Zylinder ## 26 strömt und der Kompressorkolben
22 aus dem Zylinder 21 zurückgezgen wird, wobei über die Leitung 49 Druckflüssigkeit
in den Hydraulikbehälter surüokströien kann. In der Stellung B des Vernils 41 wird
line Druck ii hydraulischen Zylinder 26, ausgeübt.
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Die von der Pumpe durch die Leitung 39 geförderte Druckflüssigkeit
strömt über die Rückleitung 58 wieder in den Behälter 36 zurück.
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Während des Ansaughubes des Kompressorkolbene 22 wird die zu untersuchende
Flitssigkeit aus der Vorratsflasche 12 in den Zylinder 21 des Kompressors angesaugt.
Während des Druckhubes des Kompressrkolbens 22 wird die angesaugte Flüssigkeit durch
das Rohr 28 in das Zerlegunsgveil 29 gedrückt. Das Einwegventil 14 verhindert
dabei
das Zurückdrücken von Flüssigkeit au. da Komprssor in die Vorratsflasohe 12.
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Eine Kühlvorrichtung dient sowohl zur Kühlung des Komproessors 21
als auch des Zerlegunsvetils 29 da in beiden Wärme entsteht. Das Kühlmedium besteht
aus trockenem Stiocstoff. Luft. Kchlendixyd oder einem anderen neutralen Medium
und wird in einem Yorratstank 61 unter Druck aufbewahrt. In einem Wärmeaustauscher
6b ist eine Kühlschalnge 62 vorgesehen, die über Rohre 64 und 65 an eine nicht dargestellte
Kühlmaschine angeschlesen ist und stadig von einem kalten Medium, s.B. Freon, druchströmt
wird.
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Der Stickstoff wird durch ein I.hr 66 und eine Kühslchhnge 67 im Wärmesustauscher
63 gepumpt und strömt dann gekühlt durch ein Rohr 68 und eine Rohrschlange 69, die
um den Kompressor 19 gelegt ist.
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Nachdem das Stickstoffgas in der Schlange 69 Wärme absorbiert hat,
gelangt es durch ein Rohr 71 in eine zweite Kühlschlange 72 b Wärmeaustanscher 73
63 und wird wiederum gekült. Numberh strömt es durch eine Leitung 73 in das Zerlegunsvenitl
29 , we es an der Austrittsdüse für die Zellen die erfrderliche niedrige Temperatur
gewährliestet. Von hier gelangt
das Stickstoffgas zusammen mit
den zerflegten Zellen dadurch das Rohr 31 in die flasche 32, aus der es durch das
Entlüftnugsorchr 34 entweicht.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Zerlegungsventil 29 aus einem
Hauptteil 76 besteht, an dessen Oberseite ein kopfteil 77 dadurch Bolzen 78 befestigt
ist. An der Unterseite des Hasuptteils ist eine Bodenplatte 79 durch mahrere Bolzen
81 befestigt. haupt teil, 76, Koepfetil 77 und Bodenpaltte 79 bestehen aus Stahl
oder einem ähnhohen Material und können kreisförmigen Querschnitt haben. Der Druchmesser
kam 6,5 mm betragen.
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Der Kopfteil 77 ist mit einer senkrechten Mittelbohrung 82 versehen,
in die eine hohle lange Schraube 83 eingeschraubt ist, deren oberes Ende sich über
die Oberseite des Kopfteils heraua erstireckt. Eine Mittelbohrung 84 der Schraube
83 int am oberen Ende bei 86 erweitert und mit Innengewinde versehen, in die eine
Stellschrunbe 87 eingeschraubt ist.
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Die Mittelbohrung 84 in der langen Schraube 83 nimmt einen langen
Ventillschaft 88 auf, der sich durch die Bohrung 89 im Hauptteil 76 erstreckt, die
mit der Bohrung 84 Fluchtet, Das untere Ende des Ventilchaftes
88
läuft in einen konischen Ventikopf 91 aus, dessen Funktion weiter unten beschrieben
wird. Das obere Ende des Ventilsohaftes 88 stadt gegen das untere Ende der Stellschrabe
87. durch deren Verstellung eine Abnützung des Ventilkopfes 91 ausgeglichen werden
kann.
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Am unteren Ende der Bohrung 89 des Hauptteils 76 ist eine erweiterte
konzentrische Bohrung 92 vorgesehen. Diese Bohrung 92 mündet unten in eine wesentlich
gröbere konzentrische Bohrung 93, die eine Düsenplatte 94 aufnimmt, die durch die
Bodenplatte 79 in ihrer Lage festgehalten wird.
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Die Düsenplatte 94 ist auf der Oberseite mit einer konzentrischen
Bohse 96 versehen, die in die Bohrung 92 hineinragt. lader Bohrung 92 ist eine Ringrille
97 vorgesehen zur Aufnahme eines elasti@ schen Dichtungsirnges 98. Auf der Oberseite
der Buohse 96 ist ein weiterer Dichtungsring 99 in die Bohrung. 92 eingebracht,
der den Ventilschaft 88 dichtend umgibt. Die Dichtwirkung der Ringe 98 und 99 wird
durch die während des Betriebes auftretenden Drücke nooh verstärkt.
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Dz unter. Ende des Ventilschaftes 88 ragt konzentrisch in das Innere
der. in der Buchse 96 gebildeten Vontilkammer 101 hinein. Der Zwischenraum Zweichen
der Außenwand des Ventilschates und der Innenwand der Vetilkammer 101 ist schr gering.
Die Buchse 96 ist etwa in ihrer Mitte mit radialen Druchlässen 102 versehen, deren
äußere versenkten Enden in eine RinS rille 103 im Hauptteil 76 münden. Die Ringrille
103 dient zur Verteilung der in sie eintretenden Flüssigkeit, so daß diese durch
alle Druchlässe 102 in die Ventilkammer 101 eintreten kann. Die Ringrille 103 steht
über eine Bohrung 104 mit der Gewindbehrung 106 in dor Außenwand des Hauptteiles
76 in Verbindung.
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Da die zu untersuchende Masse von den Luapressor 19 (wiche Fig. 4)
unter hohem Druck zum Zerlegunsventil 29 geleitet wird, nuß das Rohr 28 aus fetem
Material bestehen und hat beispielsweise einen äußeren Durchmesser von etwa 3 mm
und einen inneren Druchmesser von etwa 1,5 ». Das Bade 107 des Rohres 28 ist konisch
ausgebildet und paßt in einen konischen Sitz 108 as inneren Ende der Gewindebohrung
106 ii Hauptteil 76.
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Um eine gute Abdichtung zwischen dem Rohrende 107 und dem Sitz 108
zu gewährleisten, ist daß in dt. Gewindebohrung hineinragende Ende des Rohres 28
mit Außengewinde versehen, auf das ein mit Innengeweinde versehener Ring 109 aufgeschraubt
ist. In die Gewindebohrung 106 ist eine Gewindebuchse 111 aufgeschraubt, die mit
einer koaseatrischen Mittelbohrung 112 den Ring 109 überfaßt, Am äußeren Ende der
Gewindebuchse 111 ißt ein Flanschrand 113 vorgesehen, der das chrauben der Gewicnebuchese
erleichtert. Die Schulter 114 am inneren Ende der Bohrung 112 drückt beim Einsohrauben
der Gewindebuchse 111 gegen die Stirnfläche des Ringes 109 und preßt dadurch das
konische Ende 107 des Rohres 28 in den Sitz 108.
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Ähnliche durckdichte Verbindungenbe stechen zwischen dem Kompressor
19 und den Rohren 18 und 28 und dem Bohr 18 und dem Einwegventil 14.
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Das untere Ende 116 der Kammer 101 in der Düsenplatte 94 verjüngt
sich konisch oder konkav-konisch bis su eine eggsten Kreisquerschnitt 117, von dei
aus sich der Querschnitt in die Entspannungskammer 118 wieder konisch erseitert.
Wird die Schraube 83 gedreht, so bewegt sieh das untere Ende des konsichen Vetilkopfes
91 in den
Querschnitt 117 hinein, und legt sich schließlich gegen
die Wandung 116, die als Ventilsit für den Ventilkopf dient. In dieser Stellung
des Ventilkopfes 91 kann keine Flüssigkeit aus der Kammer 101 in die Expansichnskammer
118 austreten.
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An die Expansichskammer 118 schließt sich eine Bohrung 119 in der
Bodenplatte 79 an. Seitlich in die Bohrung 119 mündet eine wagereohte Bohrung 121,
in deren erweitertes äußeres Ende t22 ein Anschlußnippel 123 eingesetzt ist. Dieser
Nippel dient zinn Anschluß der Kühlmitteleitung 75 (siche Fig. 4);in die Bohrung
119 mündet von unten her ein Anschlußnippel 124, an den der in die Aufnahmeflasche
32 mündende Schlauch 91 angeschlossen ist.
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Der Anschlußnippel 124 weist ein abgesetztes Inneres Ende 126 auf,
das sich frei in die Bohrung 119 hineinerstreckt, so daß eine Verbindung zwischen
der Bohrung 119 und der Expansichskmmer 118 vorhanden ist.
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Das kalte Stickstoffgas strömt durch die wagerechte Bohrung 121 in
die Bohrung 119, umströmt das abgesetzte Ende 126 des Nippels 124 und strömt von
dort
aufwärts in die Expansicnskmmer 118, so daß die Däse und das
untere Ende des Ventilkopfes 91 gekühlt werden.
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Wird in der GC tellung des Kompressoventils 41 das zu untersuchende
material aus der Vorratsflache 12 in den Kompressor angesaugt und anschließend nach
Verstellung des Ventils in die A-Stellung die angesaugte Xaterialmenge durch den
Kompressorkolben 22 unter Druck gesetzt, so wird zunächst der Ventilkopf 91 in der
untersten Stellung, d. h. in der Schließstellung gehalten, bis der gewünschte Druck
erreicht ist, der am Manometer 131 abgelesen werden kann. Das Manometer 131 ist
so gewicht, daß es den Druck im Kompressor 19 anzeigt, obwohl es unter dem Einfluß
des auf den größeren Kolben 21 24 wirkenden wesentlioh geringeren Druckes steht.
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Wird dann der Ventilsohaft 88 vorsichtig durch Drehen der charube
83 angehoben und der Ventilkopf 91 vom Ventilsitz 116 abgehoben, so bildet sich
ein Spalt in der Größenordnung von wenigen hundertstel Millimetern. Durch dieaen
ringförmigen DEsenspalt zwischen dem Yentilkopf 91 und dem Ventilsitz 116 tritt
die zu behandelnde Flüssigkeit aus der
kammer 101 aus. Sie erleide
nach Druchtritt druch den engsten Querschnitt 117 der Der eine explosive Entspannung
in die Expansinskammer 118 hinein.
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Unterstützt durch den Fluß des köhlenden Gases bewegen sich die aufgeplattzen
Zellen dann unter der wirkung der Schwerkraft in den Anschlußnippel 124 und das
Rohr 31 und gelangen in die Flasche 32.
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Da große energien in Kompresor 19 frei werden, wend ii Zylinder 21,
das zu untersuchende Material unter Druck gesetzt ird, der beispielsweise 4000 kg/cm2
betragen kann, muß die der Kompressor 19 umgebende lühleohlange 69 die freiwerdende
@ärme aufnehmen, indem eie den Konpreseor entsprechend kühlt.
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Um die zu untersuchende ubstanz bei der Entspannung vor übermäßiger
Erwärmung zu bewahren, muß das kühlende Medium durch die Leitung 71 in den Wärmeaustauscher
63 zur eneuten Kühlung zurückgeführt werden und gelangt dann durch die Leitung 73
und den Einlaß. nippel 123 in die Bohrung 119 und von dort in die Entspannungskammer
118, wo das kontimuierliche nachströmende kalte Gas die Düse und den Unterteil des
Ventilkopfes 91 kühlt. Auf diese Weise wird vermieden,
daß das
in die Expansionskarmer austretende Material höhere Temperaturen als etwa 100 a
erreicht.
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Das im Bereich der Düse austretende Kühlgas mischt sieh ständig mit
den aufgebrochenen Zellen, die aus der Ventilkammer 101 austreten und erhält diese
in einem ftir die spätere Untersuchung erwünschten Zustand.
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Dadruch, daß der koniche Ventilkpf 91 in dem engsten Düsenquerschnitt
117 hineinragt, wo das ausströmende Material unter großem Druck durch eine ringförmige
Däse strömt und in die Expansionskmmer gelangt, wird nicht nur ein genaues Öffnen
den Ventilkopfes 91 erleichtert, sondern auch eine einwandreie Kühlunhg des Bereiches
erricht, in dem die coplosive Entspannung der Zellen stattfindet. Dies konnte bisher
nicht erreicht werden, da das zu untersuchende Material unter hohem Druck gegen
den Ventilkopf strömte, se daß das kühiende medium keinen Zutritt zum Ventilkepf
und Ventilsitz hatte. Mit der Erfindung wird des weiteren Vermieden. daß das ausströmende
Material auf ein Hindernis auftrifft, da es in Richtung des Ventikopfes in eine
konzentrische Expansionsdüse strömt. Äuoh auf diese Weise werden unterwünschte Veränderungen
des zu untersuchenden Materials vermieden.
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Den Ventilsohaft aus zwei Teilenherzustallen, nämlich dem Schaft 88
und der Schraube 83, stellt eine wesentliche Verbesserug gegenüber der einteiligen
Ausführung dar, En ist eine große Herstllungsgauigkeit erforderlich, um eine genaue
konzetrische Lage des Ventilkopfes zum Ventilsitz und dem engsten Düsenquerschnitt
117 zu gewährleisten. Es hat sich nun gezeigt, daß der Ventil schaft 88 und die
Schraube 83 getrennt voneinander genauer hergestellt werden kennen. Es ergibt sich
auf diese Weise auoh eine genauere Lage der Bohrung 89 im Hauptteil 76 zur Bohrung
64. Die richtige Lage von dem Yentilachaft 88 zur chraube 83 ist daruch die Verstellschrbe
87 gestichert.
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Wenn der Ventilkopf 91 durch Drehen der Schraube 83 -um den Bruchteil
einer umdrahung vom Ventilsitz 116 abgehoben wird und das zu untersuchende Material
durch die Düse austritt, entsteht in der Ventilkammor 101 ein Druck, der den Vetilschaft
nach oben gegen die Stell3chraube 87 drückt und so die gewünschte Lage gegenüber
der Schraube 83 sichert.
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Sollte eine Abnützung des Ventilkopfes 91 oder des Ventilsitzes 116
eintreten, so wird die gewünschte Lage zwischen Ventilschaft 88 und Sohraube 83
durch
Verstellung der Verstellschraube 87 wieder hergeutellt.
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Da der Ventilechaft, der Ventilkopf und der Ventilsitz genau hergestellt
sind, ist die etwa entstehende Abnutzung gleichmäßig. so daß ein Nachstellen er
Schraube 83 genügt, um die Vorrichtung fwlktionefähig zu erhalten.
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Die gesamte in Fig. 4 dargestellte Einrichtung kann in einem geeigneten
Gehäuse untergebracht sein. Soll die Untersuchung bei Ultraviolettbestrahlung oder
bei Anwesenheit inaktiver Gase stattfinden, um Bacterien oder poren abzutöten und
das zu untersuchende Material vor Zersetzung zu bewahren, so kann ein Teil der Vorrichtung
in einem besonderen Gehäuse 132 untergebracht werden. Dieses Gehäuse schützt auch
das Bedienungspersonal, wenn beispielsweise infektiöses Material untersucht werden
soll.
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Das Gehäuse 132 kann mit geeigneten dichten Anschlüssen zur Ein- und
Abführung des Kühlmediums versehen sein.
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Die durch die Gehäusewand hindurchgeführte Kelbenstange wird durch
eine Manschette 133 abgedichtet. Schließlich müssen auch dichte Druchführungen vorgesehen
sein, um das Einwegventil 14 und die behraube 83 des Ventils 29 betätigen zu können.
Solche dichten Druchfchrungen schützen nioht nur die außen liegenden Teile der Anlage
vor Verunreinigungen, sondern verhindern auch das
Austreten von
ansteckenden und giftigen Beatandteilen in die Athmosphäre des Laboratoriums