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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laborgerätsystem mit einem Laborgerät zum Behandeln einer Probe und auf ein derartiges Laborgerät.
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Ein solches Laborgerät ist beispielsweise ein Rotationsverdampfer zum Verdampfen eines Stoffgemischs. Das Gemisch ist dabei in einem Rotationskolben bereitgestellt und wird durch Wärmezufuhr mittels eines Heizbads und einer Rotationsbewegung des Kolbens unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Kolben verdampft.
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Ein weiteres derartiges Laborgerät ist beispielsweise ein Magnet- oder Heizrührer. In einem solchen Gerät wird die in einem Probenbehälter vorgesehene Probe (beispielsweise eine Flüssigkeit) mittels einer Heizplatte erhitzt und gleichzeitig mittels eines sich in dem Probenbehälter drehenden Stäbchens (Rührfisch) durchmischt, indem dieses durch einen Antrieb des Magnetrührers magnetisch zu einer Rotationsbewegung angetrieben wird.
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Auch Schüttel- und Mischgeräte können beispielsweise bei der Erfindung zum Einsatz kommen. In einem Schüttel- und Mischgerät wird eine Durchmischung (bzw. Schütteln und Mischen) der Probe bzw. mehrerer Proben dadurch erzielt, dass diese in periodische ein-, zwei- oder dreidimensional ausgeführte Bewegungen versetzt wird bzw. werden, wie z.B. rotierende, vibrierende, kreisförmige, taumelnde oder wippende Bewegungen. Zudem ist durch Anordnen des Geräts in einem Inkubator zugleich ein Beheizen der Probe(n) möglich.
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Die beispielhaft genannten Laborgeräte sind somit in der Lage, verschiedene Bewegungen einer bzw. in einer Probe zu bewirken und dieser gleichzeitig Wärmeenergie zuzuführen. Dabei ist in der Regel die Zufuhr elektrischer Energie sowohl zu der Heizvorrichtung als auch zu einem Antrieb der die Bewegung initiiert bzw. zu weiteren in dem Laborgerät vorgesehenen elektrisch betriebenen Komponenten (z.B. einer Vakuumpumpe) nötig.
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Ferner kann es auch gewünscht sein, eine Probe in einem derartigen Laborgerät nicht nur zu heizen, sondern auch zu kühlen, d.h. Wärmeenergie von ihr abzuführen, beispielsweise als nachgeschalteten Prozess nach einem Heizvorgang und/oder zum Vermeiden unerwünschter, beispielsweise chemischer, Reaktionen in der Probe.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Laborgerätsystem bzw. ein verbessertes Laborgerät bereitzustellen, mit dem insbesondere eine bessere Nutzung der zugeführten, insbesondere elektrischen, Energie möglich ist und/oder das in der Lage ist, eine Probe wahlweise zu heizen und/oder zu kühlen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Laborgerätsystem gemäß Anspruch 1 und ein Laborgerät gemäß Anspruch 13. Weiterbildungen der Erfindung sind unten stehend bzw. in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann das Laborgerät auch durch die unten stehenden bzw. in den Unteransprüchen gegebenen Merkmale des Laborgerätsystems weitergebildet sein und umgekehrt, sofern dies sinnvoll ist.
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Ein erfindungsgemäßes Laborgerätsystem umfasst zumindest ein Laborgerät sowie zumindest ein Probenaufnahmeelement und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung. Die Wärmetransportvorrichtung dient zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement. Durch die Wärmetransportvorrichtung wird ein Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt.
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Der Wärmetransport kann dabei zu der Probe hin oder von dieser weg gerichtet sein, d.h. die Probe kann geheizt und/oder gekühlt werden. Die Wärmetransportvorrichtung (auch als Wärmetransportsystem bezeichnet) und das Probenaufnahmeelement können jeweils entweder integrale Bestandteile des Laborgeräts sein (d.h. in oder an dem Laborgerät vorgesehen sein), oder sie können separat von dem Laborgerät bereitgestellt sein. Generell ist mit „Temperieren“ gemeint „Heizen und/oder Kühlen“.
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Das Probenaufnahmeelement kann beispielsweise ein Behälter (z.B. ein Kolben oder ein Becherglas) zur Aufnahme einer Probe sein (z.B. eine Flüssigkeit) und/oder das Probenaufnahmeelement kann beispielsweise eine Platte bzw. Plattform sein, auf der die Probe oder ein die Probe enthaltender Behälter positioniert werden kann.
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Mit dem erfindungsgemäßen Laborgerätsystem ist es beispielsweise möglich, eine in dem Laborgerät selbst erzeugte Abwärme zum (Vor-) Heizen einer Probe zu nutzen und/oder eine in dem Laborgerät zu behandelnde Probe durch eine externe Heiz- und/oder Kühlvorrichtung zu heizen (z.B. auch durch die Abwärme eines anderen Laborgeräts) bzw. zu kühlen und/oder die Probe durch Wärmeaustausch mit z.B. der Umgebungsluft und/oder einem Heiz- bzw. Kältebad zu heizen bzw. zu kühlen.
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Das Probenaufnahmeelement kann dabei ein Teil des Laborgeräts sein oder außerhalb des Laborgeräts vorgesehen sein. So kann beispielsweise einer in bzw. auf dem Laborgerät positionierten Probe Wärme zu- und/oder abgeführt werden, oder einer für das Laborgerät vorgesehenen Probe vorab (d.h. vor Behandlung in dem Laborgerät) Wärmeenergie zu- und/oder abgeführt werden (z.B. zum Vorwärmen) und/oder die Abwärme des Laborgeräts zum Heizen einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Probe genutzt werden.
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Vorzugsweise umfasst das Laborgerät weiter eine Temperiervorrichtung zum Zu- bzw. Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von einem Probenaufnahmeelement des Laborgeräts. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Probenaufnahmeelement, auf dem eine Probe bzw. ein die Probe enthaltender Behälter vorgesehen ist, direkt, d.h. unmittelbar und mit möglichst wenig Energieverlust, zu heizen bzw. zu kühlen. Wenn das Probenaufnahmeelement eine Platte ist, so kann diese entweder selbst als Temperiervorrichtung ausgebildet sein, oder eine Temperiervorrichtung kann separat von der Platte vorgesehen sein um diese zu temperieren, wobei sie vorzugsweise direkt an die Platte angrenzt um einen möglichst guten Energieübertrag zu ermöglichen.
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Weiter bevorzugt ist die Temperiervorrichtung des Laborgeräts ein Peltier-Element, wobei die Wärmetransportvorrichtung dem Peltier-Element vorzugsweise Wärmeenergie zu- und/oder abführt. Ein Peltier-Element umfasst zwei Platten mit dazwischen vorgesehenen Halbleitern, wobei sich zwischen den Platten bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz einstellt. Das Peltier-Element kann sowohl zum Heizen als auch, bei Stromrichtungsumkehr, zum Kühlen des Probenaufnahmeelements verwendet werden. Der Effekt des Kühlens bzw. Heizens kann durch Kühlen der warmen Seite des Peltier-Elements bzw. durch Wärmen der kalten Seite des Peltier-Elements noch verstärkt werden. Die Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr erfolgt dabei durch die Wärmetransportvorrichtung. Somit ist es beispielsweise auf einfache Art und Weise möglich, eine in dem Laborgerät angeordnete Probe wahlweise zu heizen oder zu kühlen, wobei durch die Wärmetransportvorrichtung bei einem Wechsel von Heizen zu Kühlen Wärmeenergie schnell von der Probe abgeführt werden kann bzw. bei einem Wechsel von Kühlen zu Heizen schnell Wärmeenergie zugeführt werden kann.
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Die Wärmetransportvorrichtung kann einen Fluidkreislauf, vorzugsweise einen Flüssigkeitskreislauf, umfassen, der vorzugsweise weiter eine Pumpe aufweist. Damit kann beispielsweise auf einfache Art und Weise Wärmeenergie zu dem Probenaufnahmeelement transportiert bzw. von diesem abtransportiert werden.
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Alternativ kann die Wärmetransportvorrichtung auch jeweils einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gaseinlass und Gasauslass umfassen und vorzugsweise weiter einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gasdurchlass. Dadurch ist es beispielsweise möglich, durch einen Gasstrom (z.B. einen Luftstrom) einen Wärmetransport zu ermöglichen.
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Alternativ kann die Wärmetransportvorrichtung auch ein Wärmerohr sein, wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist. Ein Wärmerohr ist ein Wärmeübertrager von einem warmen Ort zu einem kalten Ort. An dem warmen Ort (Wärmequelle) verdampft das in dem Wärmerohr enthaltene Arbeitsmedium (z.B. Wasser oder Ammoniak). Der so entstandene Dampf strömt in dem Wärmerohr aufgrund des dadurch entstehenden Druckgefälles zu dem mit dem kalten Ort (Wärmesenke) in Verbindung stehenden Ende des Wärmerohres, wo er wieder kondensiert und so Wärme abgibt. Das wiederverflüssigte Arbeitsmedium kehrt durch Schwerkraft (Thermosiphon) bzw. durch Kapillarkräfte (Heatpipe) wieder zurück zu der Stelle, an der die Wärme eingeleitet wird.
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Insbesondere bei einem schwerkraftgetriebenem Rücktransport des Arbeitsmediums ist die Anordnung des Wärmerohrs in einem Gefälle von dem kälteren Ort zum wärmeren Ort hin für das Funktionieren des Wärmetransportes wichtig, d.h. dass das Wärmerohr eine Steigung von dem wärmeren zum kälteren Ort hin aufweist. Bei einem kapillargetriebenem Rücktransport des Arbeitsmediums kann der Rücktransport durch die Anordnung des Wärmerohres in einem Gefälle von kalt zu warm unterstützt werden, bzw. durch entgegengesetzte Anordnung des Wärmerohres (d.h. in einem Gefälle vom wärmeren zum kälteren Ort hin) der Rücktransport durch die Schwerkraft schlimmstenfalls verhindert werden.
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Vorzugsweise erfolgt durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport von einem Antriebselement (d.h. insbesondere eine elektrisch betriebene Komponente) der Vorrichtung, vorzugsweise einem Rotationsantrieb und/oder einer Pumpe und/oder einem Kompressor, zu einem Probenaufnahmeelement des Laborgeräts. Dadurch kann beispielsweise die dem Laborgerät zugeführte (elektrische) Energie optimal genutzt werden, da die Abwärme des Motors zum Erwärmen der Probe verwendet wird und somit nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Zudem wird dadurch das Antriebselement der Vorrichtung gekühlt, was einem Überhitzen des Antriebselements vorbeugt und/oder dessen Lebens- bzw. Nutzungsdauer erhöht.
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Vorzugsweise umfasst das Laborgerätsystem weiter zumindest einen Sensor, vorzugsweise eine Temperaturmesseinrichtung. Damit kann beispielsweise eine aktuelle Temperatur in der Vorrichtung, insbesondere in einer Probe, gemessen werden und diese beispielsweise mit einem Soll-Temperaturwert verglichen werden. Insbesondere ist es damit auch möglich den Wärmetransport über die Wärmetransportvorrichtung sensorgesteuert, vorzugsweise automatisch, durchzuführen.
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Vorzugsweise ist das Probenaufnahmeelement ein Behälter, der vorzugsweise thermisch isoliert ist und/oder eine Temperiervorrichtung umfasst. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Wärmeverluste von einer beheizten Probe an die Umgebung zu verringern und/oder einen besseren Wärmeübertrag in die Probe (d.h. das Medium) zu erzielen.
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Vorzugsweise umfasst das Laborgerät einen Magnetrührer und/oder einen Rotationsverdampfer und/oder ein Schüttel- und Mischgerät und/oder einen Inkubator und/oder einen Gefriertrockner bzw. ist als eines dieser Geräte ausgebildet.
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Vorzugsweise ist zumindest die Wärmetransportvorrichtung als Aus- oder Nachrüstsatz für das Laborgerät bereitgestellt. Damit kann ein bereits vorhandenes Laborgerät beispielsweise mit einer Wärmetransportvorrichtung nachgerüstet werden, so dass die oben beschriebenen Effekte der Erfindung auch mit einem bereits vorhandenen Laborgerät erzielt werden können.
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Ein erfindungsgemäßes Laborgerät umfassend zumindest ein Probenaufnahmeelement und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement, wobei durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt. Damit sind die oben in Bezug auf das erfindungsgemäße Laborgerätsystem beschriebenen Wirkungen auch mit einem Laborgerät erzielbar, d.h. wenn die Wärmetransportvorrichtung und das Probenaufnahmeelement integrale Bestandteile des Laborgeräts sind.
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Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Laborgerät, insbesondere ein Magnetrührer, ein Peltier-Element zum Temperieren des Probenaufnahmeelements, wobei die Wärmetransportvorrichtung vorzugsweise ein Wärmerohr ist zum Zu- und/oder Abführen von Wärme zu bzw. von dem Peltier-Element und wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist. Somit ist es beispielsweise möglich, eine Substratplatte (Probenaufnahmeelement) des Magnetrührers wahlweise zu beheizen und/oder zu kühlen und bei einem Wechsel zwischen Heizen und Kühlen (oder umgekehrt) Wärme schnell abzuführen (bzw. zuzuführen).
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Energietransport in einem Laborgerätsystem, wobei das Laborgerätsystem zumindest ein Laborgerät zumindest ein Probenaufnahmeelement und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie umfasst. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Wärmetransports, d.h. des Zu- und/oder Abführens von Wärmeenergie, wobei der Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät, insbesondere einem Antriebselement und/oder einer Temperiervorrichtung des Laborgeräts, und/oder zwischen dem Probenaufnahmeelement und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder zwischen dem Probenaufnahmeelement und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetransport auch zwischen dem Laborgerät und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder zwischen dem Laborgerät und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgen.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei kann das Verfahren auch durch die mit Bezug auf die Vorrichtungen beschriebenen Merkmale weitergebildet sein.
- 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Magnetrührers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des in 1 gezeigten Magnetrührers gemäß einer Weiterbildung der Erfindung,
- 3 ist eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitskreislaufs als Wärmetransportvorrichtung gemäße einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 4a ist eine schematische Seitenansicht eines Magnetrührers mit einem derartigen Flüssigkeitskreislauf und 4b eine schematische Schnittansicht dieses Magnetrührers und
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In 5a ist eine schematische Draufsicht auf einen Magnetrührer mit einer Wärmetransportvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und 5b zeigt eine schematische Schnittansicht dieses Magnetrührers.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das in 1 dargestellte Laborgerät ist ein Magnetrührer 1. Er umfasst ein Gehäuse 3 und ein als Substratplatte 2 ausgebildetes Probenaufnahmeelement zum Positionieren einer in 1 nicht gezeigten Probe darauf, welche beispielsweise eine in einem Probenbehälter (z.B. einem Becherglas) bevorratete Flüssigkeit ist. In dem Probenbehälter ist ein magnetisches Stäbchen (Rührfisch) vorgesehen (nicht gezeigt), welches mittels eines in dem Gehäuse 3 des Magnetrührers 1 vorgesehenen Antriebs (nicht gezeigt) magnetisch zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist.
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Optional umfasst der Magnetrührer 1 (dann auch als Heizrührer bezeichnet) weiter eine Heizvorrichtung 8, welche unter der Substratplatte 2 angeordnet ist und dazu geeignet ist diese zu Heizen, vorzugsweise zu einer vorbestimmten Soll-Temperatur aufzuheizen.
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Das Gehäuse 3 des Magnetrührers 1 weist eine Lufteintrittsöffnung 4 auf um einen Lufteintritt zu erlauben und eine Luftaustrittsöffnung 5 um einen Luftaustritt zu erlauben. Ausgehend von der Lufteintrittsöffnung 4 ist ein kaminförmiger, sich vertikal von der Eintrittsöffnung 4 nach oben in Richtung der Substratplatte 2 erstreckender Luftdurchlass 6 vorgesehen. Über einen zweiten Luftdurchlass 7 wird eine durchgängige Durchlassöffnung bzw. ein Durchgang von der Eintrittsöffnung 4 zur Luftaustrittsöffnung 5 bereitgestellt.
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Im Betrieb des Magnetrührers, d.h. wenn der in dem Gehäuse 3 vorgesehene Antrieb das in dem Probenbehälter vorgesehene Stäbchen magnetisch zu einer Rotationsbewegung antreibt, erzeugt der Antrieb Wärme. Dadurch wird der Bereich innerhalb des Gehäuses 3 um die Eintrittsöffnung 4 erwärmt, d.h. die sich dort befindliche Luft erwärmt sich und steigt aufgrund ihrer geringeren Dichte in dem kaminförmigen Durchlass 6 nach oben in Richtung der Substratplatte 2 (Kamineffekt) und tritt dann durch den zweiten Luftdurchlass 7 und die Luftaustrittsöffnung 5 wieder aus dem Gehäuse 3 aus. Die durch die Lufteintrittsöffnung 4 nachströmende Luft bildet einen ersten Luftstrom L1 und die aus der Austrittsöffnung 5 austretende Luft einen zweiten Luftstrom L2. Der erste Luftstrom L1 hat eine geringere Temperatur als der zweite Luftstrom L2, d.h. durch den Luftstrom im Inneren des Gehäuses wird die vom Antrieb erzeugte Wärme in Richtung der Substratplatte 2 und dann aus dem Gehäuse 3 heraus transportiert. Somit wird der Antrieb gekühlt, was dessen Leistungsfähigkeit und Lebensdauer erhöht. Andererseits kann die Abwärme des Antriebs z.B. genutzt werden um die Substratplatte 2 und die darauf angeordnete Probe zu wärmen.
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Der Luftstrom im Inneren des Gehäuses 3 stellt sich dabei aufgrund des Kamineffekts selbst ein, d.h. er muss nicht aktiv gesteuert und/oder erzeugt werden. Somit ist durch den Luftstrom eine passive Wärmetransportvorrichtung bzw. ein passives Wärmetransportsystem bereitgestellt.
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Alternativ kann der Luftstrom auch verstärkt werden, d.h. die Luft kann z.B. aktiv in die Lufteinlassöffnung 4 eingeblasen und/oder aus der Luftaustrittsöffnung 5 angesaugt werden. Es ist auch möglich, den Luftstrom L1 zu kühlen oder zu heizen, d.h. gekühlte bzw. erwärmte Luft in die Eintrittsöffnung 4 einströmen zu lassen bzw. einzuleiten. Dadurch kann der Effekt des Kühlens des Antriebs bzw. des Heizens der Substratplatte 2 weiter verstärkt werden.
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Alternativ zu Luft kann auch ein anderes Gas bzw. ein Gasstrom L1 verwendet werden.
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In einer in 2 gezeigten Weiterbildung des Magnetrührers 1 ist anstelle des mit Bezug auf 1 beschriebenen zweiten Luftdurchlasses 7 eine Luftleitung, beispielsweise ein Rohr 9, vorgesehen. Das Rohr 9 steht vorzugsweise über ein Material 10 mit hoher Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit der Heizvorrichtung 8 und/oder der Substratplatte 2 und ist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z.B. einem Metall wie beispielsweise Kupfer gefertigt. Dadurch kann der Effekt des Heizens der Substratplatte durch Nutzen der Abwärme des Antriebs noch verstärkt werden.
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In einer in den Figuren nicht gezeigten Weiterbildung der Erfindung kann die Heizvorrichtung 8 des Magnetrührers 1 auch als eine Temperiervorrichtung, insbesondere als ein Peltier-Element ausgebildet sein. Somit ist es möglich die Substratplatte 2 und dadurch die darauf angeordnete Probe nicht nur zu heizen, sondern auch zu kühlen.
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Das Peltier-Element ist dabei dazu geeignet, bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz zwischen der oberen (der Substratplatte zugewandten) Platte und der unteren (der Substratplatte abgewandten) Platte des Peltier-Elements zu erzeugen. Wenn die Substratplatte 2 geheizt werden soll, so kann die Temperatur der oberen (in diesem Falle warmen) Platte des Peltier-Elements weiter erhöht werden, indem die untere Platte durch den durch das Gehäuseinnere geleiteten Luftstrom ebenfalls erwärmt wird. Dadurch kann die Substratplatte schneller und/oder auf eine höhere Temperatur beheizt werden. Analog dazu kann ein Kühleffekt dadurch verstärkt und/oder beschleunigt werden, dass die untere Platte des Peltier-Elements durch den Luftstrom gekühlt wird.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wärmetransportsystems (Wärmetransportvorrichtung) für den erfindungsgemäßen Einsatz in einem Laborgerät, z.B. einem Magnetrührer. Die in 3 gezeigte Wärmetransportvorrichtung ist ein Fluidkreislauf, insbesondere ein Flüssigkeitskreislauf 20, mit einer Leitung 21 zum hindurch Leiten einer Flüssigkeit. Die Leitung 21 verbindet eine Temperiervorrichtung 22, beispielsweise eine Heizvorrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine elektrisch betriebenen Temperiervorrichtung, mit einer Wärmeaustauschvorrichtung 23. Die Wärmeaustauschvorrichtung 23 steht in Verbindung mit einem in 3 nicht gezeigten Probenaufnahmeelement (z.B. die Substratplatte 2 eines Magnetrührers 1) und ist dazu geeignet, einen Wärmeaustausch zwischen dem Probenaufnahmeelement und der Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufs 20 durchzuführen.
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Mittels einer in der Leitung 21 vorgesehenen Pumpe 24 wird die Flüssigkeit (Heiz- und/oder Kühlmittel), beispielsweise Wasser, in einem Kreislauf innerhalb der Leitung 21 zwischen der Temperiervorrichtung 22 und der Wärmeaustauschvorrichtung (Wärmeübertrager) 23 transportiert. Optional kann der Flüssigkeitskreislauf 20 noch einen Expansions- und/oder Speicherbehälter 25 für die Flüssigkeit umfassen, der in den von der Leitung 21, der Pumpe 24, der Temperiervorrichtung 22 und der Wärmeaustauschvorrichtung 23 gebildeten Kreislauf integriert ist. Der Expansions- und/oder Speicherbehälter 25 ist dabei stromabwärts von der Wärmeaustauschvorrichtung 23 in den Kreislauf integriert.
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Zum Heizen des Probenaufnahmeelements des Laborgeräts wird die Flüssigkeit durch die Temperiervorrichtung 22 erwärmt (d.h. sie nimmt Wärmeenergie auf, was durch den Pfeil 26 symbolisiert ist) und dann mittels der Pumpe 24 durch die Leitung 21 zu der Wärmeaustauschvorrichtung 23 transportiert, wo die Flüssigkeit ihre Wärme an das Probenaufnahmeelement des Laborgeräts abgibt (symbolisiert durch den Pfeil 27) und dadurch abkühlt, wobei sich das Probenaufnahmeelement durch die aufgenommene Wärme erwärmt. Ebenso kann das Probenaufnahmeelement gekühlt werden, indem die Flüssigkeit in der Temperiervorrichtung 22 gekühlt wird und dann in der Wärmeaustauschvorrichtung 23 durch Zufuhr von Wärmeenergie von dem Probenaufnahmeelement erwärmt wird.
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Dabei kann die durch die Temperiervorrichtung 22 bzw. in der Wärmeaustauschvorrichtung 23 erwärmte Flüssigkeit auch in die dampfförmige Phase gebracht, d.h. über ihren Siedepunkt erhitzt werden und der so entstehende Dampf dann weiter zu der Wärmeaustauschvorrichtung 23 bzw. der Temperiervorrichtung 22 bzw. dem Expansions- und/oder Speicherbehälter 25 geleitet werden.
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Optional kann die Flüssigkeit bzw. der Dampf nach dem Abgeben bzw. Aufnahmen von Wärmeenergie in der Wärmaustauschvorrichtung 23 in dem Expansions- und/oder Speicherbehälter 25 gespeichert und/oder expandiert werden. Insbesondere wird dampfförmiges Kühlmittel dabei durch Expansion, d.h. Zunahme seines Volumens, wieder verflüssigt.
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Der Fluid- oder Flüssigkeitskreislauf 20 kann in dem Laborgerät selbst vorgesehen sein (d.h. integral mit diesem gebildet sein) oder er kann separat von dem Laborgerät bereitgestellt sein und so mit diesem ein Laborgerätsystem bilden. Beispielsweise kann der Fluid- oder Flüssigkeitskreislauf 20 anstelle des mit Bezug auf 1 und 2 gezeigten Luftstroms der Substratplatte 2 und/oder einer in dem Magnetrührer vorgesehene Temperiervorrichtung 8, insbesondere ein Peltier-Element, Wärmeenergie zu- und/oder abführen. Anstelle der Temperiervorrichtung 22 des Fluid- bzw. Flüssigkeitskreislaufs 20 kann beispielsweise auch die Abwärme des Antriebs des Magnetrührers 1 zum Beheizen der Flüssigkeit in der Leitung 21 des Kreislaufs verwendet werden.
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In 4a und 4b ist ein Ausführungsbeispiel eines Magnetrührers 1 mit einem Peltier-Element 11 zum Temperieren der Substratplatte 2 gezeigt, wobei dem Peltier-Element 11 mittels eines oben beschriebenen Flüssigkeitskreislaufs durch Leitungen 21 Wärmeenergie zu- oder abgeführt wird. 4a zeigt dabei eine Rückansicht des Magnetrührers 1 mit dem Gehäuse 3. In dem Gehäuse 3 sind eine Eingangsöffnung 30 und eine Ausgangsöffnung 31 für die Leitung 21 des Flüssigkeitskreislaufs vorgesehen. 4b zeigt eine Schnittansicht des Magnetrührers 1. Das Peltier-Element 11 ist von einem Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium oder ein anderes Metall, umgeben. Die Leitung des Flüssigkeitskreislaufs verläuft von der Eintrittsöffnung 30 durch das Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Ein erster Leitungsabschnitt 21' verläuft im Gehäuseinneren von der Eintrittsöffnung 30 in Richtung der Substratplatte 2 bis zu einem Abstand d zu dieser. Ein zweiter, an den ersten Leitungsabschnitt 21' anschließender zweiter Leitungsabschnitt 21" des Flüssigkeitskreislaufs verläuft parallel zu der Substratplatte unterhalb in einem Abstand d zu dieser durch das gut wärmeleitende Material 12.
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Zum Heizen bzw. Kühlen der Substratplatte 2 wird der unteren (der Substratplatte abgewandten) Platte des Peltier-Elements 11 durch die Leitungsabschnitte 21', 21" des Flüssigkeitskreislaufs Wärmeenergie zu- bzw. abgeführt, wobei durch das Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit ein guter Wärmeaustausch zwischen den Leitungsabschnitten 21', 21" und der unteren Platte des Peltier-Elements 11 gewährleistet ist. Das Material 12 dient somit als Wärmeaustauschvorrichtung 23 in einem oben beschriebenen Fluid- bzw. Flüssigkeitskreislauf 20.
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5a und 5b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnungsmöglichkeit einer Wärmetransportvorrichtung in einem Magnetrührer 1. 2b zeigt eine Schnittansicht des Magnetrührers 1, welcher eine Substratplatte 2 umfasst und eine optional unter dieser angeordnete Temperiervorrichtung 8, sowie ein Gehäuse 3. In einem inneren unteren Bereich 13 des Gehäuses 3 ist ein nicht gezeigter Antrieb vorgesehen. Als Wärmetransportvorrichtung ist ein Wärmerohr 15 vorgesehen, welches im Wesentlichen in einer Ebene zwischen dem inneren unteren Bereich 13 des Gehäuses 3 und der Substratplatte 2 und Temperiervorrichtung 8 angeordnet ist und mit Kühlrippen 19 in Verbindung steht. Die Kühlrippen 19 stehen vorzugsweise mit der Außenluft außerhalb des Gehäuses 3 in Verbindung. Zwischen dem Wärmerohr 15 und dem inneren unteren Bereich 13 ist eine Schicht 18 eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z.B. eine Metallschicht) vorgesehen. Oberhalb des Wärmerohrs 15, d.h. zu der Substratplatte 2 und der Temperiervorrichtung 8 hin, ist eine Isolierschicht 17 vorgesehen.
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5a zeigt eine Draufsicht auf den Magnetrührer 1. Das Wärmerohr verläuft dabei im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu der Substratplatte 2 von einem ersten Ende 15a des Wärmerohrs, welches mit den Kühlrippen 19 in Verbindung steht, spiralförmig im Wesentlichen unter der Substratplatte 2 bis hin zu einem zweiten Ende 15b des Wärmerohres, wobei sich das Wärmerohr einem Mittelpunkt der Substratplatte 2 annähert. In 5b sind die Querschnitte 15 des spiralförmigen Wärmerohres als nebeneinander angeordnete Kreise gezeigt.
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Durch die Abwärme des Antriebs wird der innere untere Bereich 13 erwärmt. Über die Schicht 15 wird Wärmeenergie von dem inneren unteren Bereich 13 an das Wärmerohr 15 und über die Kühlrippen 19 an die Umgebungsluft abgegeben. Dadurch wird der innere untere Bereich 13 und somit der Antrieb gekühlt. Durch die Isolationsschicht 17 wird im Wesentlichen keine Wärmeenergie an die Substratplatte 2 und die Temperiervorrichtung 8 abgegeben, was insbesondere bei einem Kühlen der Substratplatte 2 vorteilhaft ist.
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Vorzugsweise ist das Wärmerohr nicht in einer Ebene angeordnet, sondern weist von dem zweiten (wärmeren) Ende 15b zu dem ersten (kälteren) Ende 15a hin eine gleichmäßige Steigung auf, was den Rücktransport des wieder kondensierten Arbeitsmediums erleichtert.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können auch beliebig miteinander kombiniert werden, soweit dies sinnvoll ist. So kann beispielsweise eine zum Temperieren der Substratplatte verwendete Wärmetransportvorrichtung (Luftstrom, Flüssigkeitskreislauf oder Wärmerohr) mit einem spiralförmigen Verlauf verwendet werden, die vorzugsweise direkt unterhalb der Substratplatte angeordnet ist oder innerhalb eines Mediums mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das in Kontakt zu der Substratplatte steht.
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Ferner ist es beispielsweise auch möglich, eine außerhalb des Laborgeräts vorgesehene Probe zu temperieren, insbesondere (vor) zu heizen. So kann beispielsweise die Abwärme eines in dem Laborgerät vorgesehenen Antriebs bzw. elektrisch betriebenen Vorrichtung mittels einer Wärmetransportvorrichtung (Luftstrom, Flüssigkeitskreislauf oder Wärmerohr) aus dem Laborgerät abgeleitet und einer außerhalb dieses vorgesehener Probe und/oder einer in einem anderen Laborgerät vorgesehenen Probe zugeführt werden.
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Auch wenn die Erfindung am Beispiel eines Magnetrührers beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Weitere Laborgeräte, in denen ein Wärmetransport durch eine der oben beschriebenen Wärmetransportvorrichtungen erfolgen kann, sind z.B. Rotationsverdampfer und Schüttel- und Mischgeräte. Anstatt die Abwärme eines Antriebs des Magnetrührers zum magnetischen Antreiben eines Rührfisches zu einer Rotationsbewegung in der Probe zu nutzen (z.B. zum Heizen der Probe), kann bei anderen Laborgeräten die Abwärme entsprechender elektrisch betriebener Komponenten (z.B. Rotationsantriebs oder Vakuumpumpe eines Rotationsverdampfers) verwendet werden.
