DE20102017U1

DE20102017U1 - Neuartiges modulares Temperaturregulationssystem für Mikroskope und Binokulare

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Publication number: DE20102017U1
Application number: DE20102017U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2011-02-07

Description

Neuartiges modulares Temperaturregulationssystem für Mikroskope und Binokulare

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges modulares elektrothermisches Niedervolt-Temperaturregulationssystem für optische Vergrößerungsinstrumente wie Mikroskope und Binokulare, welches die Temperatur der Objektaufnahmeplattform (Tisch oder Fuß) gleichermaßen erhöhen (Erwärmung) und erniedrigen (Kühlung) kann, wobei das aus drei Bauteilen (Klimamodul, primärer und sekundärer Wärmetauscher) modular aufgebaute Gerät universell adaptiert werden kann.

Die Anwendung zielt auf alle Mikroskope und Binokulare gängiger Bauart.

Bei optischen Untersuchungen verschiedener Proben mit Mikroskopen und Binokularen ist die Einhaltung definierter Temperaturbereiche von besonderer Bedeutung. So sind beispielsweise Lebenduntersuchungen vieler Protozoen und anderer Organismen deshalb problematisch, weil sich die Organismen bei höheren Umgebungstemperaturen äußerst schnell bewegen und aus dem Untersuchungsfeld verschwinden. Längen- oder Größenmessungen sind nur sehr schwierig durchzuführen und Ultrastrukturen nur schwer zu fokussieren.

Um die Bewegung von Organismen einzuschränken, bedient man sich entweder der Möglichkeit der Temperaturerniedrigung oder der Viskositätsveränderung des Milieus mit chemischen Mitteln. Die Methode, Organismen in ihrer Bewegungsaktivität durch Temperaturerniedrigung einzuschränken beruht darauf, dass sich die Stoffwechselintensität bei niedrigeren Temperaturen stark vermindert (R-G-T-Regel), was unmittelbar zur Aktivitätsverringerung führt. Die Viskositätsveränderung des Milieus hat den Nachteil, dass sie schwer zu steuern ist und negative chemische Einflüsse auf die Untersuchungsobjekte ausübt, da durch Konzentrationsänderungen osmoregulatorische Veränderungen auftreten. Weiterhin sind die

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Untersuchungsobjekte nur schwierig wieder in normales Milieu zu übertragen. Die Viskositätsveränderung hat allerdings gegenüber der Temperierung den Vorteil der vergleichsweise geringen Kosten. Im Gegensatz zur Viskositätsveränderung hat die Temperierung von Lebendmaterial keine negativen Folgen. Ein großer Vorteil der Temperierung von Trägertischen in der Mikroskopie besteht weiterhin darin, dass paraffinhaltige Schnitte oder Gefrierschnitte bei höheren Umgebungstemperaturen untersucht werden können, ohne Schaden zu nehmen. Weitere Anwendungen zielen auf enzymkinetische Untersuchungen, die eventuell auch höhere Temperaturen als die Umgebungstemperaturen benötigen oder allgemein Untersuchungen empfindlicher Objekte, die unbedingt vor dem Austrocknen geschützt werden müssen. Gleiches gilt für die Arbeit mit Stereolupen (Binokulare).

Stand der Technik sind spezielle temperierbare Trägertische von Mikroskopen oder anderen optischen Instrumenten, die mit aufwendigen Thermostaten je nach Bedarf gekühlt oder gewärmt werden. Es sind Temperaturregulationssysteme bekannt (Thermostaten), die nach dem Stand der Technik vorzugsweise mit Kühlmittelpumptechnik kühlen und mit Heizstabtechnik wärmen. Thermostaten, die über beide Optionen verfügen, sind von großer Bauart und sehr teuer. Das Kühl- oder Heizaggregat kühlt oder erwärmt vorzugsweise eine Flüssigkeit, die über Schläuche durch speziell ausgelegte Füße oder Trägertische gepumpt wird. Die Füße oder Trägertische für die Objektaufnahme bilden den eigentlichen Wärmetauscher des Kühl- bzw. Heizsystems. Die bislang angewandte Bauart bedarf grundsätzlich speziell temperierbarer Füße oder Trägertische. Eine universelle Verwendung für herkömmliche optische Instrumente ohne bereits vorhandene Adaptionsmöglichkeit ist nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein universelles, kompaktes, modulares und kostengünstiges Klimagerät für optische Vergrößerungsgeräte zu schaffen, welches auf Basis der Thermoelektrik (Peltiertechnik) Mikroskope und

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Binokulare mit bereits vorhandenem Temperiertisch, aber auch herkömmliche Geräte ohne Umbau durch Verwendung speziell angepasster Wärmetauscher temperierfähig macht, wobei das eigentliche Klimamodul unverändert bleibt. Die besondere Bauweise des Klimagerätes ermöglicht die Temperierung mittels Flüssigkeit, aber auch die Temperierung über Luft oder Gase bzw. Gasgemische anderer Zusammensetzung. Die modulare Bauweise aus Klimamodul mit primärem Wärmetauscher als Magazineinschub oder Ober-/Unterbaukonzeption und sekundärem Wärmetauscher am eigentlichen optischen Instrument ermöglicht die leichte Trennung aller Bauteile und damit die wirtschaftliche und kostengünstige Verwendung des Klimagerätes in Verbindung mit anderen Adaptionen und Applikationen durch einfachen Austausch einer Baugruppe. Die modulare Bauweise ermöglicht weiterhin die kostengünstige Wartung und entsprechend der gewünschten Leistungsanforderung den leichten Umstieg auf andere Temperiermedien (Gas/ Flüssigkeit).

Die erfinderische Lösung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit zwei unterschiedlich konzipierten Klimamodulen mit primärem Wärmetauscher (Magazinbauweise, Ober- /Unterbauweise) und unterschiedlich adaptierten sekundären Wärmetauschern (Auflage, Klammer, Einlage) erläutert. Weiterhin wird die Verwendung in Verbindung mit bereits temperierfähigen Systemen beschrieben.

Das System besteht aus dem Klimamodul und dem primären sowie dem sekundären Wärmetauscher, wobei die Gesamtkonfiguration als Klimagerät bezeichnet wird. Der primäre Wärmetauscher wird im folgenden als sog. Exchanger und der sekundäre Wärmetauscher als sog. Konverter bezeichnet. Exchanger und Konverter sind über Schläuche verbunden, durch die mittels Pumpen oder Lüfter das Temperiermedium (Flüssigkeit/Gas) geleitet wird. Klimamodul und Exchanger werden durch klemmende Formgebung oder durch Magnetkraft zueinander gehalten.

Fig. 1 zeigt schematisch den Grundaufbau des Systems am Beispiel eines Klimagerätes mit primärem Wärmetauscher (Exchanger) als Magazineinschub. Die Energie wird von einem mit Thermoelektrik ausgestatteten Klimamodul (1) hergestellt. Je nach Einstellung (Kühlung oder Erwärmung) wird einem sog. Exchanger (2) als primärem Wärmetauscher, der über große Kontaktflächen als Magazineinschub mit dem Klimamodul verbunden ist, Wärme zu- oder abgeführt. Der Exchanger ist bei jeder Ausführung über steckbare Schlauchsysteme (3) mit einem Konverter (4) als sekundärem Wärmetauscher verbunden, der Kontakt mit dem zu temperierenden Gerät (Mikroskop oder Binokular) hat und dessen Oberflächen bauartlich adaptiert kühlt oder erwärmt.

Fig. 2 zeigt in Übersicht ein Klimamodul (1) mit Exchanger (2) als Oberteil. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Exchanger als Unterteil zu konzipieren. Die energieaustauschenden Flächen von Klimamodul und Exchanger liegen sich deckungsgleich gegenüber, wobei der Halt zwischen beiden Teilen durch Magnetkraft eines oder mehrerer lösbarer Permanentmagnete (4) erreicht wird. Im Fall der Verwendung als Ober-/Unterteil verfügt der Exchanger über äußere Isolierung, um Energieverluste zu minimieren.

Fig. 3 zeigt in Übersicht ein Klimamodul (1) mit Exchanger (2) als Oberteil. Der Halt zwischen beiden Teilen wird durch klemmende innere Formgebung (Schlittenprofil, 3) oder durch klemmende äußere Formgebung (Klammerprofil) erreicht. In beiden Fällen liegen die energieaustauschenden Flächen von Klimamodul und Exchanger einander gegenüber.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch das eigentliche Klimamodul (1) mit eingeschobenem Exchanger (2) als Magazinbauteil. Das Klimamodul umschließt den Exchanger, wobei sich die energieaustauschende Fläche des Exchangers (10) gegenüber der energieaustauschenden Fläche des Klimamoduls (1) mit

dem oder den thermoelektrischen Element /-en (3,4,5) befindet. Bei Kühlbetrieb wird die dem Exchanger zugewandte Seite der thermoelektrischen Elemente kalt und dem Exchanger wird Energie entzogen. Das sich im Exchanger befindliche Medium wird über große innere Oberflächen gekühlt und mittels innenliegender Lüfter (11) bei Verwendung von Gas oder Pumpen bei Verwendung von Flüssigkeit aus dem System über die Öffnung /-en (15) zum sekundären Wärmetauscher am Instrument, dem Konverter geführt, wo ein weiterer Energieaustausch und bei der vorliegenden Einstellung eine Kühlung des Instrumententisches (Mikroskop) oder -Fußes (Binokular) erfolgt. Die sich auf der vom Exchanger abgewandten Seite der thermoelektrischen Elemente bildende Wärme im Klimamodul wird über große Oberflächen durch vorbeiströmende Luft abgeführt. Die nötige Luft wird durch eine Gehäuseöffnung (7) von vorzugsweise einem Lüftermotor (6) angesaugt und über Hohlräume (13, 8) abgeleitet.

Das eigentliche Klimamodul (1) ist mit einer Regelungs- und Sensorikeinheit (12) ausgestattet. Bei Heizbetrieb kehren sich die oben beschriebenen Vorgänge um. Bei großen Leistungsanforderungen kann die Kühlwirkung auf der vom Exchanger abgewandten Seite im Klimamodul dazu führen, dass Umgebungsfeuchtigkeit kondensiert und sich im Extremfall an der energieaustauschenden Fläche des Klimamoduls im Bereich der Kammer (13) niederschlägt. Ein Heizaggregat (15), vorzugsweise in Form einer Heizfolie, erwärmt die Kammer im Intervallbetrieb oder im ausgeschalteten Zustand des Kühlgerätes. Die wieder verdunstete Feuchtigkeit wird über kurzen Lüfterbetrieb (6) abgeführt, bis sensorisch Trockenheit ermittelt wurde. Am Ende des Magazinschachtes für den Exchanger befinden sich Kontakte (14) für die Stromversorgung des im Exchanger liegenden Lüfters oder der Pumpe. Auch eine induktive Stromversorgung ist möglich. Um Energieverluste so gering wie möglich zu halten, ist der Einschubschacht mit einer Isolierung versehen. Von der Isolierung ausgespart ist der Bereich der sich gegenüberliegenden Kontaktflächen von ernergieerzeugendem Teil und

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Exchanger. Die Stromversorgung ist aus sicherheitstechnischen Gründen für den Laborbereich mit Niedervolt ausgelegt. Die Temperatur im Bereich des Konverters wird sensorisch ermittelt, wobei das Regelungstei! im Klimamodul (1) über Kabel oder telemetrisch mit einem Temperatursensor verbunden ist, der sich im Konverter befindet.

Fig. 5 zeigt im Aufbruch den Exchanger. Die innere Oberfläche des Exchangers besteht aus Rippen, durch die das energietransportierende Medium geleitet wird. Der Lüfter (1) oder die Pumpe befinden sich vorzugsweise im Exchanger angeordnet.

Fig. 6 und Folgende zeigen verschiedene Konfigurationen des sekundären Wärmetauschers, des Konverters, an den eigentlichen optischen Instrumenten. Fig. 6 zeigt die Schlauchzuführung (3), die den Exchanger direkt mit einem bereits temperierfähigen Mikroskoptisch (1) über ein Stecksystem (2) verbindet. Das Temperiermedium gelangt direkt in den Mikroskoptisch und nimmt je nach Einstellung des Klimamoduls Energie vom Tisch auf oder gibt sie an den Tisch ab.

Fig. 7 stellt den Konverter als Auflageteil für Mikroskoptische dar, wobei der Konverter vorzugsweise zentrisch mit einer Bohrung versehen ist, die unter dem Objektiv liegt und den Lichtdurchgang ermöglicht.

Fig. 8 stellt den Konverter als Klammer dar, die seitlich an herkömmliche Mikroskoptische angelegt wird.

Fig. 9 zeigt den Konverter als Einlage, dessen Oberfläche plan ist und anstatt gängiger Tischeinsätze in Binokularen Verwendung findet.

Claims

1. Neuartiges modulares elektrothermisches Niedervolt-Temperaturregulationssystem für optische Vergrößerungsinstrumente wie Mikroskope und Binokulare, welches die Temperatur der Objektaufnahmeplattform (Tisch oder Fuß) gleichermaßen erhöhen (Erwärmung) und erniedrigen (Kühlung) kann, wobei das aus drei Bauteilen (Klimamodul, primärer und sekundärer Wärmetauscher) modular aufgebaute Gerät universell adaptiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das energieliefernde Teil eine Einschuböffnung aufweist, die einen primären Wärmetauscher magazinartig umschließt, so dass die energieaustauschenden Flächen eng zueinander liegen.

2. Neuartiges modulares elektrothermisches Niedervolt-Temperaturregulationssystem für optische Vergrößerungsinstrumente wie Mikroskope und Binokulare, welches die Temperatur der Objektaufnahmeplattform (Tisch oder Fuß) gleichermaßen erhöhen (Erwärmung) und erniedrigen (Kühlung) kann, wobei das aus drei Bauteilen (Klimamodul, primärer und sekundärer Wärmetauscher) modular aufgebaute Gerät universell adaptiert werden kann, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die energieaustauschenden Teile des Klimamoduls und des primären Wärmetauschers an den sich gegenüberliegenden Flächen deckungsgleich ausgebildet sind und in deren Flächen mindestens ein Dauermagnet integriert ist.

3. Neuartiges modulares elektrothermisches Niedervolt-Temperaturregulationssystem für optische Vergrößerungsinstrumente wie Mikroskope und Binokulare, welches die Temperatur der Objektaufnahmeplattform (Tisch oder Fuß) gleichermaßen erhöhen (Erwärmung) und erniedrigen (Kühlung) kann, wobei das aus drei Bauteilen (Klimamodul, primärer und sekundärer Wärmetauscher) modular aufgebaute Gerät universell adaptiert werden kann, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die energieaustauschenden Teile des Klimamoduls und des primären Wärmetauschers an den sich gegenüberliegenden Flächen deckungsgleich ausgebildet sind und formgebend klemmend zueinander gehalten werden.

4. Neuartiges modulares elektrothermisches Niedervolt-Temperaturregulationssystem für optische Vergrößerungsinstrumente wie Mikroskope und Binokulare, welches die Temperatur der Objektaufnahmeplattform (Tisch oder Fuß) gleichermaßen erhöhen (Erwärmung) und erniedrigen (Kühlung) kann, wobei das aus drei Bauteilen (Klimamodul, primärer und sekundärer Wärmetauscher) modular aufgebaute Gerät universell adaptiert werden kann, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Wärmetauscher für die induktive oder direkte Stromversorgung elektrische Kontakte besitzt.

5. Neuartiges modulares elektrothermisches Niedervolt-Temperaturregulationssystem für optische Vergrößerungsinstrumente wie Mikroskope und Binokulare, welches die Temperatur der Objektaufnahmeplattform (Tisch oder Fuß) gleichermaßen erhöhen (Erwärmung) und erniedrigen (Kühlung) kann, wobei das aus drei Bauteilen (Klimamodul, primärer und sekundärer Wärmetauscher) modular aufgebaute Gerät universell adaptiert werden kann, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im primären Wärmetauscher innenseitig vorzugsweise ein Lüfter oder eine Pumpe eingebaut ist.

6. Neuartiges modulares elektrothermisches Niedervolt-Temperaturregulationssystem für optische Vergrößerungsinstrumente wie Mikroskope und Binokulare, welches die Temperatur der Objektaufnahmeplattform (Tisch oder Fuß) gleichermaßen erhöhen (Erwärmung) und erniedrigen (Kühlung) kann, wobei das aus drei Bauteilen (Klimamodul, primärer und sekundärer Wärmetauscher) modular aufgebaute Gerät universell adaptiert werden kann, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Wärmetauscher eine Lichtdurchgangsöffnung aufweist, die der Öffnung des jeweils zu adaptierenden Mikroskoptisches entspricht.