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Gerät zur Fraktionierung von Zellen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Gerät
zum Aufbrechen oder Fraktionieren von Zellen, um die Struktur und Funktion der Bestandteile
der Zellen zu erforschen.
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Man hat seit langem erkannt, daß die Erforschung der Struktur und
Funktion von Mikroorganismen sehr vereinfacht würde, wenn es möglich wäre, die Zellen
aufzubrechen und ihre Strukturelemente, wie etwa die Zellwände und das Protoplasma,
ohne nennen@werte Veränderung dieser Bestandteile zu trennen. Kürzlich ha@ man der
Entwicklung von Werkzeugen und Verfahren zu diesem Zweck große AuSmerksamkeit entgegengebracht
und es wurden verschiedene Instrumente erzeugt. Man hat Schüttel-und Mahlvorrichtungen
einschließlich U1-traschall Oszillatoren zum Aufbrechen von Mikroorganismen benutzt,
beim Versuch zur Trennung der Fraktionierungserzeugnisse zeigte sich jedoch, daß
ein Teil der Zellwände so weit zerkleinert war, daß sie nicht mehr durch DiSSerentialzentrifugierung
vollständig vom Protoplasma getrennt werden konnten. Die Ausbeute an reinem Zellwandmaterial
war im Verhältnis zur Menge des Ausgangsmaterials klein und es konnte kein Protoplasma
erzeugt werden, das im wesentlichen frei von Zellwandmaterial war. Durch die Verwendung
dieser Vorrichtungen konnten weder die Zellwände noch das Protoplasma von
Mycobakterien
(Tuberkelbazillen) in nennenswerten Mengen isoliert werden, weil die zerbrochenen
und die unzerbrochenen Zellen und das Protoplasma dazu neigten, sich in einer'butterähnl;ichen
Konsistenz zusammenzuballen .
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Die französische Druckzeile (French pressure cell), bei der eine unter
Druck gesetzte Milcrobensuspension an einer Öffnung entspannt wird, schien die sinnvollste
Annäherung an das Problem zu sein, da die Drucke entsprechend der Härte der Zellwände
bestimmter Mikroorganismen gewählt und einreguliert werden konnten. Die Zellen zerbrechen
beim Austritt aus der Öffnung und werden keiner weiteren Zerkleinerung unterworfen.
Bei der Anwendung dieses Verfahrens war die Ausbeute an Zellwandmaterial fast zufriedenstellend,
die Temperaturen an der Öffnung stiegen jedoch auf eine Höhe, bei der bestimmte
Protoplasmabestandteile eine teilweise Veränderung erfehren, und dieses Material
haftet an der Innenseite der Zellwand und konnte nicht entfernt werden. Herkömmliche
Kühlverfahren waren nicht wirksam.
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Es wurde dann vorgeschlagen, die Öffnung und das Nadelventil der Druckzelle
einem Külluftstrom auszusetzen, der von einem gesonderten Nadelventil herkommt.
Während dadurch die Erzeugung etwas besserer Ergebnisse in Form reiner Zellwände
und Protoplasma möglich wurde, wurden in geeigneter Weise gesteuerte Mengenergebnisse
erst mit der Einführung des Gerätes und des Verfahrens erzielt, welche im USA-Patent
Nr. Z ... ... (Sierial Number 171,674 vom 7. Februar 1962) beschrieben sind. Die
vorliegende Erfindung befaßt @@@ mit einer Verbesserung gegenüber der Vorrichtung
nach diesen USA-Patent, indem sie wirksamere Mittel zum Kühlen des Ventilsitzes
und der Expansions- oder Dekompressionskammer schafft, so daß die Ausbeute an
biologischen
Proben, die zur Analyse und zu Experimenten geeignet sind, deutlich verbessert wird.
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Die verbesserte Kühlvorrichtung weist u. a. eine Mehrzahl radial angeordneter
Kanäle auf, die den Ventilsitz und die Expansionskammer umgeben. Das Kühlmedium
wird durch diese Kanäle hindurchgeschickt und in die Expansionskammer in unmittelbarer
Nähe des Ventilsitzes ausgestoßen. Durch die Anordnung der Kanäle in radialer Aufreihung
tmd um den Ventilsitz und um die Expansionskarnnier herum wird auch der Blook gekühlt,
in dem der Ventilsitz und die Expansionskammer ausgebildet sind, so daß der am Ventilsitz
erzeugten Hitze wirksam entgegengewirkt wird. Durch die einleitung des Kühlmediums
unmittelbar an den icritiachen Raum der Expansionskammer wird eine wirksamere Kühlung
der Expansionskammer erreicht als bei den bisherigen, mit indirekter Zirkulation
arbeitenden Vorrichtungen.
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Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der erfindung ergeben sich
aus der rolgenden Beschreibung.
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Die für die Erfindung als charakteristisch erachteten neuen Merkmale
werden hier dargestellt und werden sowohl hinsichtlich ihrer Grundprinzipien als
auch ihrer besonderen AusfUhrungsformen am besten anhand der Beschreibung und der
beiliegenden Zeichnungen verstündlich.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Mlttelschnitt durch das verbesserte
Fraktionierungs-Ventilsystem und die Kühleinrichtung für dessen Auslaßöffnung, wobei
einige Teile teilweise in Ansicht dargestellt und einige Teile weggebrochen sind.
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Fig. 2 zeigt in wesentlich größerem Maßstab einen Schnitt durch
einen
Teil des in Fig. 1 dargestellten erätes.
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Fig. 3 zeigt ebenso eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teiles
des Gerätes, wobei der Schnitt nach der Linie 3 - 3 in Fig. 2 geführt ist.
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Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4 - 4 in Fig. 2, wobei die
Darstellung teilweise in Schnitt und teilweise in Ansicht ausgeführt ist, und Fig.
5 ist eine verkleinerte, nicht maßstäbliche, schernatische Darstellung des gesamten
Systems zur Fraktionierung von Zellen, von dem die in Fig. 1 dargestellte Ventilvorrichtung
einen einstückigen Teil bildet.
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Das Verfahren zur Fraktionierung von Zellen ist in Fig. 5 % schematisch
dargestellt, wo in einer Vorratsflasche 12 eine Probe 11 enthalten ist, die etwa
aus in einer flüssigen Suspension befindlichen hakterien, Pilzen, poren, Viren,
Blutkörperchen und dergleichen besteht.
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Die Probe wird in normaler Weise in Nährstoffen kultiviert, die einen
flüssigen Träger darstellen. In Die Vorratsflasche 12 ist ein Ende eines biegsamen
Schlauches 13 aus Gummi, Heopren oder dergleichen eingeführt, dessen anderes Ende
an die @inlaßöffnung eines Hochdruck-Einwegventiles 14 angeschlossen ist, daß mittels
eines Stellstates 16 eingestellt wird, wobei das äußere nde dieses Stellstabes mit
einem von Hand oder mechanisch betätigbaren Stellknopf 17 versehen ist.
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An die Auslaßöffnung des Ventils 14 ist ein Ende eines Leitungsrohras
18 angeschlossen, dessen anderes Ende an die inlaßciffnung einer
Druckzelle
19 angeschlossen ist. Die Druckwelle 19 hat einen Zylinder 21, in dem gleitend ein
Kolben 22 gelagert ist, der wiederum mit einem Stempel 25 verbunden ist; dieser
Stempel 25 ist auf einem Kolben 24 montiert, der gleitend in einem hydraulischen
Zylinder 2 angeordnet ist. Wenn der Kolben 22 aus der Druckzelle 19 herausbewegt
wird, entsteht ein Unterdruck, durch den eine Probe aus der Probenvorratsflasche
12 durch das Ventil 1 in den Hohlraum des Zylinders 21 der Zelle gesaugt wird. Bei
einer Einwärtsbewegung des Kolbens 22 in den Zylinder 21 wird Druck auf die Probe
iin Hohlraum der Druckzelle ausgeübt, wodurch die Probe durch das Leitungsrohr 28
getrieben wird, von denn 1 Ende mit dem Zylinder 21 und das andere Ende mit d den
Inneren der Expansionsventilanordnung in Verbindung steht, die allgemein mit 29
bezeichnet ist und deren Einzelheiten in den Figuren 1, 2 und 7 dargestellt sind.
Noch dem Durchtritt durch das Expansionsventil 29 gelangen die im Suspensionsmedium
befindlichen fraktionierten Zellen durch des Rohr )1 in eine Aufnahmeflasche 52.
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Danach kann der in der Aufnahmeflasche befindliche Stoff zu einer
Zentrifuge geführt werden, wo die Bestandteile zur weiteren Erforschung je nach
den Erfordernissen physikalisch getrennt werden Das Rohr 51 erstreckt sich durch
einen %\ummistopfen 55 oder dercleichen in der Öffnung der Aufnahmeflasche 32 hindurch
und außerdem erstreckt sich ein Rohr 34 durch diesen Stopfen, um das Kühlgas azzuleiten,
das sich init dem Ausfluß gemischt hatte.
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Das Steuersystem für den hydraulischen Zylinder 26 weist einen Sumpf
oder Behälter 56 für ein hydraulisches Fluidum auf Eine in den Sumpf 30 rangende
Saugleitung 37 ist an eine geeignete Pumpe 38 angeschlossen, die das hydraulische
Fluidum durch eine Rohrleitung 39 und durch ein mittels zweier Elektromagnete 42
und 43 betätigtes
Ventil 41 mit drei Stellungen treibt. Die Elektromagnete
werden mittels geeigneter elektrischer Schaltungen betätigt, die allge@ein bekannt
sind und die in keiner Weise einen Tcil de-r vorliegend @n@@rfindung bilden. In
der Darstellung befindet sie) das Ventil @1 in seiner rechtsseitigen Stellulg A,
in der das hydrnulisch@ @ frei zum hydraulischen Zylinder 26 u;td von diesem wegfließen
Der mittlere Abschnitt des Ventils 41 bildet die @bschaltstellung, w1rCnd dci ii.fl
?jcnitt u'i'2C Ubu.'rkro1z%rei':L:7a1?,%J um den Strom des hydraulischen Fluidums
umzukehr@@.
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In der in Fig. 5 dargestellten 2tellWa' des Ventils 41 tritt das hydraulische
Fluidum unter Druck über die Nohrleitung @ durch den Filter 4'ö und Uber di Leitun
7 in Cifl DurchflU£ste'.z'Yjntii r8> das die Durchflußgeschwindigkeit des hydraulischen
Fluid@@s durch eine Leitung 49 in den hydraulischen Zylinder 20 @estimmt. @s Ist
zu erkennen, daß die Rohrleitung @@ mit einer Überdruck-Entlastungsleitung 51 versehen
ist, die Mit einen Druckbegrenzeungsventil 52 in Verbindung steht, dessen Drucksteuerfunktion
schematisch durch in Feder 53 dargestellt ist; dieses Ventil 52 kann also einen
überhöhten Druck dadurch ablassen, daß es das hydraulische Fluidum durch eine Auslaßleitung
54 zum Sumpf 36 strömen lädt. Das Durchflußsteuer ventil 48 ist ebenso mit einer
Überlaufleitung 5(3 versehen, die zurück in den Sumpf 36 führt.
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Durch die einführung des unter Druck. stehenden hydraulischen Fluidums
über die Rohrleitung 49 in den Zylinder 26 wird über den Lolben 24 und den Stempel
23 der Kolben 22 in den Zylinder 21 der Druck zelle getrieben. Dies geschieht, wenn
sich das Ventil 41 in der in Fig.
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5 dargestellten Stellung befindet. Das während des Druckhubes aus
deni Zylinder 26 austretende hydraulische Fluidum kehrt durch die
Rohrleitungen
%7 und 58 zurn Sumpf 36 zurück. in Rückzug- oder 5aughub des Kolbens @@ wird dadurch
erzeugt, daß das Ventil 41 nach rechts in die Stellung C bewegt wird, wodurch die
Strömungsrichtung des hydraulischen Fluidums umge@chrt wird und die Rohrleitung
57 zur Druckleitung, die Rohrleitung $9 zur Rückleitung und die Rohrleitung 50 zur
Überlaufleitung in den Sumpf 36 wird. lii der Stellung b des Ventils 41 st t, der
hydraulische Jylindei' still, d. h., wenn die Pumpe 38 weiter arbeitet, kehrt das
hydraulische Fluidum einfach über die Leitung 3. zum Sumpf 30 zurück.
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Beim @aughu@ des Kolbens 22 wird eine Probe Aus der Vorratsflasche
in den Zylinder .1 der Druckzelle gesaugt. Beim Druckhub des Kolbens 22 wird die
Probe durch die Leitung 2@ zum Expansionsventil 29 geführt, wobei eine Rückkehr
der Probe zur Vorratsflasche 12 durch das Einwegventil @@ vernindert wird.
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~ - .- j'i£. .-t zelle @l und @@@ expansionsventil ? uf der erforderlichen
niedrigen Temperatur zu @alten, da während des Betriebes beider dieser Tei le des
Gerätes eine erhebliche litze erzeugt wird. Das Kühlmedium, das aus treckener Stickstoffluft
oder eine: anderen neutralen Medium besteht, wird @@ einem Vorratstank 61 gespeichert,
der mit einem (nicht dargesvellten) Druckerzeugungsgerät versehen ist. Der Nühl
.eisl:'-:-ß, ------ jn i,.. nur t-eil";ie dargstelit ist, c.este$'lt aus einer Kühlschlange
62, die in einem geeigneten Wärmeaustauscher 63 montiert ist. Die Schlange 62 wird
von einer (nicht dargestellten) Hühlquelle durch die Leitungen c und 65 wit einem
kontinuierlichen Rühlmittelstrom gespeist, beispielsweise mit Frech oder dergleichen.
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Der @tickstoff wird durch die Leitung 60 in die Kühlschlange 67 im
Wärmeaustauscher
6p gepumpt, woraufhin das gekühlte Gas durch die Leitung 68 zu einer Kühlschlange
69 strömt, die um die Druckzelle 19 herum verläuft und diese kühlt. Da der stickstoff
in der KUhlschlange 69 Wärme aufnimmt, wird er durch die Leitung 71 zur neuerlichen
Kühlung in die Kühl schlange 72 im Wärmeaustauscher 63 geführt.
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Das neuerlich gelcühlte Gas tritt dann durch die Leitung 73 in die
Expansionsventilanordnung 29, wo es die erforderliche niedrige Temperatur an der
Austrittsöffnung für die aufgebrochenen oder fraktionierten Zellen aufrecht erhält.
Von dort tritt das Gas und die Zellen durch das Rohr 51 in die Aufnahmeflasche 52
und das Gas entweicht dann durch das Entlüftungsrohr 34 in die Atmosphäre.
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Gemäß der Darstellung in den Figuren 1 bis 3 weist die Expansionsventilanordnung
einen Körper 76 auf, an dessen Oberseite' eine Mutter 77 mit mehreren Bolzen 78
und an dessen Boden eine Bodenplatte 79 mit mehrere Bolzen 81 befestigt ist. Der
Körper 76, die Mutter 77 und die Bodenplatte 79 sind aus Stahl oder dergleichen
gefertigt und können kreisförmigen Querschnitt haben. Bei einer Ausführungsform
liegt ihr Durchmesser in der Größenordnung von etwa 6,33 cm (2,5 inch).
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Die Mutter 77 hat eine senkrechte, mittlere Gewindebohrung 82, die
eine mit Gewinde versehene Ventilspindelschraube 83 aufnimmt, deren" oberer Teil
über die Oberseite der Mutter hinausragt. Die Ventilspindel Schraube bS hat eine
mittlere Längs bohrung 84, deren oberes Ende in einer koaxialen Gewindebohrung 86
von etwas grö'3erem Durchmesser ausläuft elche eine Kopfschraube 87 aufnimmt.
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In der Bohrung 84 der Ventilspindelschraube 83 ist ein langgestreckter
Ventilstab
88 beweglich angeordnet, der außerdem in eine Bohrung 89 im Körper 7G hineinragt,
wobei die Bohrung 89 koaxial mit der Boh rung 84 fluchtet. Das untere Ende des Ventilstabes
88 läuft in einen konischen Ventilkopf 91 aus, dessen Funktion weiter unten beschreben-wird.
Das obere Ende des Ventilstabes 88 liegt gegen das untere Ende der Kopfschraube
87 an, die einstellbar ist, um Abnutzungen des Ventilkopfes 91 auszugleichen und
den Ventilstab 88 in der richtigen Stellung hinsichtlich der Spindelschraube 83
zu halten. Die Abmessungen des Ventilstabes 88 und der Bohrung 84 der Spindelschraube
83 sind derart, daß beide Teile gegeneinander beweglich sind, aor ein äußerst geringes
Spiel zwischen innen vorhanden Das ist. untere Ende der Bohrung 89 im Körper 76
läuft in einer koaxialen, kreisförmigen Bohrung 92 etwas größeren Durchmessers aus.
Das untere Ende der Bohrung 92 steht mit einer noch größeren, koaxialen, kreisförmigen
Aus nehmung 93 in Verbindung, welche den Expansionsventilsitzblock 94 aufnimmt,
der iil dieser Ausnehmung durch die Bodenplatte 79 festgehalten wird. Zwischen dem
Umfang des Blockes Die und den senkrechten Wänden der Ausnehmung 93 ist eine kreisförmige
Hülse 95 aus Teflon oder einem and'e'ren' geeigneten Isolierwerkstoff angeordnet,
an deren Oberseite ein nach innen ragender Kragen 95a einstückig ausgebildet ist,
der mit einer entsprechenden ringförmigen Schulter auf der Oberseite des Blockes
in Eingriff steht.
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Der Block 94 hat einen einstückig mit ihil ausgebildeten, nach oben
ragenden, mittleren Rohransatz 96, der genau in die Bohrung 92 paßt.
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Die Bohrung 92 hat eine ringförmige Ausnehmung 97, in der ein federnder
U-iing 90 aus geeignetem Material; wie etwa Gummi, Neopren, Teflon oder dergleichen,
angeordnet ist, wobei dieser liing als Dichtun; wischen dern Ansatz 96 und dem Körper
76 dient. Am oberen Ende des Ansatzes 96 ist ein ebenso aus ähnlichem, federndem
Werkstoff
hergestellter O-Ring 99 angeordnet, der zur Abdichtung
der Ventilstabes 88 gegenüber den ihm benachbarten Teilen dient. Dir Dichtwirkung
der O-Ringe 98 und 99 wird durch den Druck begünstigt, der in dem System vorhanden
ist, wenn das Gerät in Betrich ist', was i;n folgenden noch beschrieben wird.
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Das untere Ende des Ventilstabes 88 ragt koaxial in das Innere der
Ventilkammer 101 im Rohransatz 96 und im @lock 94, wobei ein ausreichend grßes Spiel
zwischen der Oberfläche dieses Ventilstabes und der Iineniandd der Kammer vorhanden
ist, um die flüssigen Proßen zur Füllung der Ventilkammer 101 frei zwischen diesen
Teilen nindurchtreten zu lassen. In seinem mittleren Teil weist der Ansatz 96 mehrere
radial und im gleichen Abstand voneinander aufgereihte Öffnungen 102 (Fig. 2 und
3) auf, deren äußere, versenkte Enden mit eiLer ringförmigen Ausnehmung 103 im Körper
76 in Verbindung stehen. Die Ausnehmung 105 dient dazu, das Probenmaterial im wesentlichen
gleich mäßig durch die Öffnungen 102 hindurch in die Kammer 161 zu verteilen.
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Die Verteilerausnehmung 105 steht nit einem waagerechten Prosenzufuhrkanal
104 in Verbindung, der zu einer mit einem Gewinde versehenen Einlaßöffnung 106 in
Körper 76 führt.
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Da die Probe von der Zelle 19 (Fio. 5), unter hohen Druck zur Expansionsventilanordnung
29 gebracht wird, ist die Rohrleitung 29 aus im wesentlichen starrem Werkstoff hergestellt,
der bei einer ; Ausführungsform aus eine, Roher von 0,635 cm (1/4 inch) Durchmesser
mit einem Innendurchmesser von 0,16 cm (1/16 inch) besteht. Das Rohr 28 hat ein
konisches Ende 107, das mit einer konischen Vertiefung 108 am inneren Ende der Ausnehmung
106 im Körper 76 in dichtem Eingriff steht.
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Zur Erreichung eines genau passenden, flüssigkeitsdichten Sitzes zwi
schen dem Rohrende 107 und dem Sitz 103 ist das Endteil des Rohres 28 mit einem
Gewinde versehen, -auf der; ein Sperring 109 sitzt. Die Ringwand der Einlaßöffnung
106 ist mit einen Gewinde versehen, das eine Schraubkappe 111 aufnimmt, diese Schraubkappe
111 hat eine kreisförmige Öffnung 112, in die der Sperring 109 eingepaßt ist. Die
Kappe 111 hat einen nach außen ragenden, einstückig Init ihr ausgebildeten Rand
113, mit dem die Kappe gedreht werden kann, so daß die Innenwand 114 der Öffnung
112 gegen das Ende der Sperringes 109 gepreßt wird, um das konisch zulaufende Ende
107 des Rohres 28 fest und in innige Berührung mit dem Sitz 108 zu pressen. Auf
diese Weise wird eine auch bei hohem Druck dichte Verbindung zwischen der, Inneren
des Rohres 28 und dem Kanal 104 im I'rper 76 hergestellt.
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Ähnliche, ei hohem Druck dichte Anschlüsse sind zwischen der Druckzelle
; S und den Leitungen 18 und 28 und zwischen der Leitung 1 und dem Einwegventil
14 vorgesehen. Die Festigkeit dieser Hochdruckansehlüsse weist einen ausreichenden
Sicherheitsspielraum auf, so daß sie den hohen Druckkräften widerstehen können,
die in der Druckzelle 19 erzeugt werden.
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Des untere Ende der Kammer 101 im b"lock 94 weist eine konische oder
konkav-konische Einziehung 116 auf, die in einem schmalen, kreisförmigen Hals 117
endert, welcher wiederum in eine konische, offene Expansionskammer 118 mündet, zu
der er koaxial liegt und deren -kleineres cnde bildet. Dreht man die Ventilspindelschraube
83 derart, daß das untere Ende des konischen Ventilkopfes 91 durch den Hals 117
hindurchragt, so daß ein ringförmiger Teil des Ventilkopfes 91 fest gegen einesn
ringförmigen Teil der als Ventilsitz für den Ventilkopf dienenden @insiekung 11@
anliegt, so entsteht eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung, die dem
durch die Druckzelle 19 erzeugten hohen Druck zu wiederstehen vermag, so daß kein
Probenmaterial von der Kammer 101 in die Expansionskammer 118 austreten kann.
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Das weite Auslaßende der Expansionskammer 118 steht mit dem oberen
Ende eines Aulaßanschlusses 121 in Verbindung, der durch die Bodenplatte 79 hindurchragt.
An das untere Ende des Anschlusses 121 ist ein Ende des ones 31 angeschlossen, dessen
anderes Ende mit dem Inneren der Sammelflasche 32 in Verbindung steht.
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In den Körper 7t ragt teilweise eine waagerechte Öffnung 122 (Fig.
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1 und 2) hinein, in die ein Einlaßanschluß 123 (Fig. 5) eingeschraubt
werden kann, an den die Rohrleitung 73 angeschlossen ist. Das innere Ende der Öffnung
122 steht mit einer Öffnung 124 in Verbindung, die durch einen oberen Kantenteil
der Hülse 95 hindurchragt. Die obe re Umfangskante des Blockes 9is ist abgekantet,
so daß ein ringfömiger Kanal 126 -entsteht, mit dem die Öffnung 124 in Verbindung
steht.' Schräg und radial durch den Block g4 ragen mehrer-e Kühlkanäle 127, deren
obere Enden init dem Ringkanal 126 in Verbindung stehen* während die unteren Enden
der Kanäle 127 in geringem Abstand unter dem Hals 111 des Ventilsitzes 116 in ringförmiger
Reihe in die Expansionskamrner 118 münden (s. Fig. 2 und 4).
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I;r Betrieb wird durch das Zurückziehen des Kolbens 22 das in der
Verratsflasche 12 befindliche Probenmaterial in den Zylinder 21 der Druckzelle ly
gesaugt, wobei während dieses Vorganges der Teil C des Ventils 41 zwischen den Leitungen
39 - 44 und 57 - 58 angeordnet ist.
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Danach wird das Ventil 41 in die Stellung A gemäß der Darstellung
in Fig. 5 bewegt, so daß das hydraulische System einen Druckhub des
Kolbens
22 im Zylinder 21 bewirkt; dadurch wird das Material im Zylinder 21 unter hohen
Druck gesetzt. Das Einwegventil 14 verhindert, daß das Probenmaterial in die Vorratsflasche
12 zurückkehrt, Während das vordere bnde des Systems einschließlich der Ventilkammer
101 durch den Ventilkopf 91 geschlossen, ist, der fest gegen seinen Ventilsitz 116
anliegt.
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Mit eine; auf der Rohrleitung 49 montierten Druckmeßgerät 131 oder
dergleichen kann man feststellen, ob der auf die Probe im geschlossenen System wirkende
Dfllci, die erforderliche Höhe erreicht hat. Das Meßgerät 131 ist derart geeicht,
daß auf ihm der iin geschlossenen System auf die Probe wirkende Druck abgelesen
werden kann, wobei bei der Eichung nur das konstante Verhältnis zu berücksichtigen
ist, d das zwischen dem auf den großen Kolben 24 im hydraulischen Zylinder 26 ausgeübten
Druck und dem Druck besteht, der vom Kolben 24 durch den kleineren Kolben 22 in
der Druckzelle 19 erzeugt wird.
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Danach wird der Ventilstab 68 durch Drehung der Schraube 83 um eine
sehr geringe Distanz zurückgezogen, um den VentilLopf 91 ganz geringfügig von der
Einziehung 11(3 zurückzuziehen, wobei der Abstand zwischen diesen beiden Teilen
bei einer Ausführungsform. in der Größenordnung von etwa 50/1.000.000 Zoll (inch)
liegt; auf diese Weise entsteht eine ringförmige Öffnung zwischen dem Ventilkopf
91 und der Verengung 116, durch die die Probe aus der Kammer 101 austritt. Nach
dem Durchtritt durch. diese Öffnung und durch den Hals. 117 wird die Probe. plötzlich
einer explosionsartigen Dekompression in der Expansionskammer 118 und sofortiger
Kühlung durch das Kühlmedium unterworfen. Unterstützt durch den .Kühlgasstrom bewegen
sich die gespreng ten Zellen dann unter ihrer Schwerkraft in und durch den Auslaßanschluß
121
und von dort durch das Rohr 31 in die Aufnahmeflasche 32.
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Infolge der Kompression des Materials im Zylinder 21, in dem bei einer
Ausführungsform eine Druckhöhe ois zu t .000 kg/cm (57.000 pounds per square inch)
erreicht wird, wird in der Druckzelle 15 ungeheure Energie freigesetzt; deshalb
wird das Kühlmedium vom Kühlsystemm um die Zelle 19 durch die Kühlschlange 69 geleitet,
um die erzeugte Hitze aufzunehmen und die Zelle zu kühlen und so den Zylinder 21
kühl zu halten.
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Es ist äußerst wichtig, daß die Probe während der Dekompression kühl
gehalten wird; das Kühlmedium wird daher zur neuerlichen @bkühlung zurück in das
Kühlsystem durch die Leitung 71 in den Wärmeaustauscher 63 geleitet und wandert
von dort über die Leitung 73, durch den Einlaßanschluß 123, die Öffnung 122, die
Öffnung 124, den Ringkanal 126 und weiter abwärts durch die Kühlkanäle 127, von
; wo es in und durch die Expansionskammer 118 zirkuliert. Auf diese Weise wird der
Hals 117 des Ventilsitzes 116 ebenso wie der Raum in der Expansions- oder Dekompressionskammer
118 auf einer niedrigen Temperatur gehalten, die bei manchen einsätzen nicht über
etwa 5° 0 oder weniger liegt.
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Die obigen Mittel zur Einleitung und Zirkulation des Kühlmediums nahe
an der Spitze des Ventilkopfes 91 und dem Hals 117 des Ventilssitzes 116, d. h.
nahe an derjenigen Stelle, an der die kritische Energieumwandlung vor sich geht,
erhöhen wesentlich die Ausbeute an brauchbaren biologischen Proben.
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Es wird nicht nur die kritische Temperatur an oder nahe bei der Dekompressionsstelle
und
im Bereich der Expansion gesteuert, sondern durch die Anordnung der Kanäle 127 schräg
und radial durch den Block 94 wird auch; dieser Block 94 gekühlt, so daß die normalerweise
bei;-i i"raict ionierungsvorgang erzeugte Wärme absorbiert und vom Ventilsitz, der
einen einstückigen Teil des Rlockes 94 bildet, weggeleitet wird.
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Die hülse 95 und der Kragen 9)C aus geeignetem Isolierwerkstoff die
nen zur Isolierung, um den Wärmeübergang zwischen dem Block 94 und dem Körper 7@
zu verhüten oder zu verringern. Diese Hülse und der Kragen erleichtern auch die
Montage und die Demontage des Blockes 94 am Körper 76, wenn die Anordnung gereinigt
oder ein Teil ausgetauscht werden soll oder muß.
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Durch die Schaffung eines kontinuierlich zirkulierenden Kühlmittelstromes
im kristischen Ventilbereich und in der Dekompressionskammer, wobei das Kühlmedium
sich @eim Austritt aus der Ventilkammer 101 innig mit den fraktionierten Zellen
@ischt, wird es mittels des hier beschriebenen Gerätes und Systems möglich, die
fraktionierten Zelle partikel und Hestandteile in eine Zustand zu halten, in dem
sie sich besonders z weiterer Erforschung, Untersuchung, Analyse und zur Durchführung
von Experimenten eignen.
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Die innig miteinander vermischten fraktionierten Zellen und das Kühlmedium
treten bwärts durch den Auslaßanschluß 124 und durch die Leitun 1 1 die' :2na' efl&'sc'i'z'
,C ffinin, in Cc" der Jsf1u' in flüs siger Suspension gesammelt wird.
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Dadurch, daß der konische Ventilkopf 91 durch die Verengung 116 und
durch den Hals 117 hindurchragt, so daß die Katerialien unter hohem Druck durch
eine vingförmige Öffnung unmitt@lbar in eine keaxiale
Expansionskammer
eintreten; wird nicht nur die gesteuerte Zurückziehung des Ventilkopfes 91 erieichtert,
sondern es wird dadurch auch möglich, den kritischen Bereich, in dem die unter hohem
Druck stehenden Proben eine explosive Dekompresssion oder expansion durchmachen,
mit Sicherheit genau gesteuert zu kühlen. Dies konnte bisher nicht erreicht werden,
eii die unter Druck stehende Probe in einer dem Ventilkopf entgegengesetzten Richtung
strömte und dadurch den Zugang des Kühlmediums zum Ventilkopf und zum Ventilsitz
verhinderte, um die Integrität der Probenstrukturen zu bewahren. Dadurch, das die
Probe in der gleichen Richtung wie der Vcntilkopf in eine koaxiale Expansionskammer
strömt, trifft die Probe nicht auf irgendein Hindernis in ihrem Strömungsweg, wodurch
das fraktionierte Material verändert würde.
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Gegenüber einer einteiligen ausoildung stellt die Herstellung der
Ventilstabkonstruktion aus zwei Teilen, nämlich den ta)b 88 und der Schraube 83,
eine Verbesserung dar. Wegen der Präzision, die erforderlich ist, um die winzige
Öffnung zwischen dem Ventilkopf 91 undder Verengung 116 bilden zu können, wobei
das konische Ende des Ventilkopfes gegenüber dem Ventil-itz und dem Hals 117- zur
gleichmäßiger Verteilung der Probe gena@ konzentrisch zueinander liegen müssen,
wurde gefunden, daß der Ventilstab @ und sein Kopf 91 leichter getrennt von der
Ventilspindelschraube 63 genauestens bearbeitet werden konnen; auch die Bohrung
64 der Ventilspindelschraube kann bei getrennter Ausführung dieser beiden Teils
hinsichtlich der Bohrung 69 im Kürper 76 mit grö@erer Genauigkeit @earbeitet werden.
Die Relativstellung des Ventilstabes @@ und der Spindelschraube 83 zuein-@nder wird
durch die Kopfschraube @@ festgelegt.
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0'."'. , c',"'a'£'e 7 fest," ~ Nach @rreichen des erforderlichen
Druckes auf die Probe im System
wird der Ventilkopf 91 durch Drehung
der Ventilspindelschraube 83 uni einen kleinen-Bruchteil einer Umdrehung geringfügig
von der Verengung 116 weggezogen. Während die Probe durch den hals 117 austritt,
ist der Druck im System groß genug, um zu bewirken, daß die Probe in der Ventilkammer
101 gegen den Ventilkopf 91 drückt und dadurch den Ventilstab 88 naeh oben gegen
das untere Ende der Kopfschraube 87 treibt, so daß die erforderliche Stellung des
Ventilstahes 88 relativ zur Stellung der Ventilspindelschraube 8)"" beibehalten
wird. Die O-Ringe 98 und 99 verhindern ein Austreten der Probenflüssigkeit zwischen
der VEntilkammer 101 und dem Körper 76; der Druck im Innern des Systems unterstützt
die Dichtwirkung dieser O-Ringe.
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Wenn ein Verschleiß am Ventilkopf 91 und/oder an der Verengung 116
infolge des Reibungseingriffes zwischen beiden Teilen auftritt, so kann ,die Stellung
des Ventilstabes 88 gegenüber der Ventilspindelschraube 83 durch Einstellung der
Kopfschraube 87 wieder ausgerichtet werden. Da der Ventilstab, der Ventilkopf und
der Ventilsitz mit äußerster Genauigkeit bearbeitet sind. ist eine zwischen diesen
Tei len möglicherweise auftretende Abnutzung oder ein Verschleiß im wesentlichen
gleichmäßig, und es genügt daher eine neuerliche Einstellung der Kopfschraube 87,
um das Gerät betriebsbereit zu halten.
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Das gesamte, in Fig. 5 schematisch dargestellte Gerät kann in ein
geeignetes Gehäuse oder dergleichen (nicht dargestellt) eingeschlossen sein. Bei
manchen Ausführungsformen ist es erwünscht, einige der Teile in einer gesonderten
Umfschließung anzuordnen, wie sie durch die strichpunktierte Linie 132 angezeigt
ist so üaß die Behandlung der Proben in einer Umgebung stattfinden kann, die mit
ultravioletten Strahlen bestrahlt oder mit verschiedenen Stoffen, wie etwa trägen
Gasen,
Bakteriziden oder keimtötenden Sprühmitteln, , getränkt wird, urn die Proben gegen
Verschmutzung zu schützen. Außerdem dient die Umschließung 152 zum. Schutz des Bedienungsmannes,
wenn bes timm.-te infizierende oder auf andere Weise gefährliche Materialien im
Gerät behandelt werden.
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In der'Abteilung 152 sind geeignete, flüssigkeitsdichte Anschlüsse
vorgesehen, um das Kühlmittel zu- und abzuleiten, die Tätigkeit des Druckzellenkolbens
durch einen biegsamen, luftdichten Anschluß 133 zu erleichtern und von außen verschiedene
Steuervorgänge vorzunehmen, beispielsweise den Druckwert des Einwegventils li'r
einzustellen, die Ventilspindelschraube 83 zu betätigen und dergleichen. Derartige
flüssigkeitsdichte Anschlüsse dienen außerdem nicht nur dazu, eine Verschmutzung
der äußeren Steuerorgane und Gerat-e zu verhüten sondern sie sollen auch verhindern,
da giftige oder gefährliche ilaterialien in die Atmosphäre des Laboratoriums austreten.
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P a t e n t » n s s r u c h e :