DE20316144U1

DE20316144U1 - Injection device for liquid and gaseous media, in particular, for production of calibration gases comprises a rigid housing and a stepping motor connected to a spindle with a slidable nut in the housing

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Publication number: DE20316144U1
Application number: DE20316144U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2013-10-16

Abstract

An injection device for liquid and gaseous media, in particular, for production of calibration gases comprises a rigid housing (10) and a stepping motor (16) connected to a spindle (26) in the housing. The play-free spindle is provided with a slidable nut (28) governing the piston position of a syringe (40).

Description

Die Erfindung betrifft eine Injektionsvorrichtung für flüssige und gasförmige Medien, insbesondere zum Herstellen von Kalibriergasen.The invention relates to an injection device for liquid and gaseous Media, in particular for the production of calibration gases.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10235468 A1 ist eine Spritzenpumpe bekannt, deren Aufgaben im Bereich der Alimentation, der Bluttransfusion und der Injizierung flüssiger Arzneimittel liegen. Die Spritzenpumpe weist eine durch einen Motor angetriebene Spindel auf, auf der eine Mutter aus Kunstharz geführt wird. Diese Mutter ist mit einem Schieber verbunden, über den der Kolben einer Kolbenspritze in den Zylinder der Kolbenspritze gedrückt wird.From the German published application DE 10235468 A1 a syringe pump is known, the tasks of which are in the field of alimentation, blood transfusion and the injection of liquid medicines. The syringe pump has a motor-driven spindle on which a nut made of synthetic resin is guided. This nut is connected to a slide, by means of which the piston of a piston syringe is pressed into the cylinder of the piston syringe.

Aus dem Entwurf der VDI-Richtlinie VDI 2100 Blatt 4 vom 17.12.2002 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kalibriergasen bekannt. Bei diesem Verfahren werden eine oder mehrere Reinsubstanzen in einen Grundgasstrom injiziert und vollständig verdampft. Bei bekannter Gasflussmenge des Grundgasstroms und genauer Dosierung der einen oder mehreren injizierten Reinsubstanzen ist eine vorgegebene Zusammensetzung des herzustellenden Kalibriergases erzielbar. Bezüglich der Genauigkeit mit der die vorgegebene Zusammensetzung erreicht wird, ist hauptsächlich die genaue Dosierung der injizierten Substanzen kritisch.From the draft of the VDI guideline VDI 2100 Sheet 4 of December 17th, 2002 is a manufacturing process known from calibration gases. In this procedure, an or several pure substances are injected into a basic gas stream and completely evaporated. With a known gas flow quantity of the basic gas flow and precise dosing the one or more injected pure substances is a predetermined one Composition of the calibration gas to be produced can be achieved. Regarding accuracy with which the given composition is achieved is mainly that exact dosage of the injected substances critical.

Mit der Erfindung soll es möglich sein, flüssige und gasförmige Medien hochpräzise bis in den Nanoliterbereich zu dosieren.With the invention it should be possible liquid and gaseous Media with high precision to be dosed down to the nanoliter range.

Erfindungsgemäß ist hierzu eine Injektionsvorrichtung für flüssige und gasförmige Medien, insbesondere zum Herstellen von Kalibriergasen, mit einem formsteifen Gehäuse, einem mit dem Gehäuse biege- und torsionssteif verbundenen Schrittmotor, einer im Gehäuse gelagerten Spindel, die zu einer Abtriebswelle des Schrittmotors koaxial angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist, einer Spindelmutter, die auf der Spindel geführt ist, wenigstens einem mit der Spindelmutter biege- und torsionssteif verbundenen Betätigungsarm sowie mit einer Kolbenspritze, die mittels einer Spritzenhalterung lösbar am Gehäuse befestigt ist, deren Zylinder parallel zur Spindel ausgerichtet ist und deren Kolben mittels des Betätigungsarms beaufschlagbar ist, vorgesehen.For this purpose, an injection device is according to the invention for liquid and gaseous Media, especially for the production of calibration gases, with a rigid housing, one with the housing and torsionally rigid stepper motor, one mounted in the housing Spindle arranged coaxially to an output shaft of the stepper motor and with this rotatably connected, a spindle nut that on the spindle guided is, at least one rigidly connected to the spindle nut flexurally and torsionally actuating arm as well as with a plunger syringe, which uses a syringe holder solvable on casing is attached, the cylinder aligned parallel to the spindle and the piston can be acted upon by the actuating arm is provided.

Ein solcher Aufbau einer Injektionsvorrichtung ermöglicht eine sehr genaue Dosierung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums. Alle Komponenten der Injektionsvorrichtung sind so ausgelegt und angeordnet, dass eine Rotation der Abtriebswelle des Schrittmotors unmittelbar zu einer Translation des Betätigungsarms und einer Injektion des flüssigen Mediums führt. Für alle Komponenten der Injektionsvorrichtung gilt dabei, dass diese unter Betriebsbelastung möglichst wenig Spiel aufweisen dürfen, so dass die Dosierung der Injektionsmenge exakt möglich ist. Vorzugsweise sollte das maximale Spiel, welches die Spindelmutter insgesamt gegenüber dem Gehäuse aufweist, um eine Zehnerpotenz unter der minimalen Vorschubdistanz des Betätigungsarms liegen, die durch einen Schritt des Schrittmotor zurückgelegt wird. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus Metall gefertigt und sorgt dafür, dass die Komponenten Schrittmotor, Spindel sowie Spritzenhalterung mit Kolbenspritze in einer festen Anordnung zueinander stehen und auch unter Betriebsbelastung diese Anordnung genau beibehalten. Zwischen dem Schrittmotor und der Spindel ist kein Getriebe vorhanden, da dieses die erforderliche Spiel- und Schlupffreiheit verhindern würde. Die Abtriebswelle des Motors und die Spindel sind drehfest verbunden, so dass die Spindel exakt und ohne Schlupf gemeinsam mit der Abtriebswelle rotiert. Die Befestigung des Motors am Gehäuse und die Lagerung der Spindel erfolgt so, dass die Spindel und die Motorabtriebswelle exakt koaxial angeordnet sind. Die Befestigung muss dabei so ausgelegt sein, dass die Koaxialität auch unter Betriebsbedingungen erhalten bleibt und kein Winkelversatz auftritt. Die Spindellagerung muss so ausgeführt sein, dass sie axiales Spiel unter Belastung entgegen der Beaufschlagungsrichtung der Kolbenspritze verhindert. Zweckmäßig ist hierfür beispielsweise ein Axiallager, welches gemeinsam mit einem Radiallager die auf die Spindel wirkende Belastung abfängt. Die Spindelmutter darf unter Belastung gegenüber der Spindel kein beziehungsweise kaum Spiel aufweisen. Darüber hinaus ist es erheblich, dass die Spindel eine hohe Steigungsgenauigkeit und kein oder nahezu keinen Ruckgleit-Effekt aufweist. Die Spindelmutter muss gegen axiales Kippen um die Rotationsachse der Spindel gesichert sein. Dies kann beispielsweise über eine Gleitführung im Gehäuse geschehen. Dabei ist auch für eine solche Gleitführung erheblich, dass sie kein oder nahezu keinen Ruckgleit-Effekt aufweist. Über den wenigstens einen mit der Spindelmutter verbundenen Betätigungsarm wird die Translation der Spindelmutter auf den Kolben der Kolbenspritze übertragen, so dass der Kolben in den Zylinder der Kolbenspritze gedrückt wird. Zu diesem Zweck ist die Kolbenspritze parallel zur Achse der Spindel und damit parallel zur Translationsbewegung des Betätigungsarms fixiert. Die Kolbenspritze selbst ist so ausgebildet, dass sie die Dosierung sehr geringer Mengen erlaubt. Die geringste abgebbare Menge an flüssigem oder gasförmigem Medium hängt proportional vom Durchmesser des Spritzenzylinders ab. Dementsprechend wird ei ne Kolbenspritze mit geringem Kolbendurchmesser gewählt, wenn kleine Dosierungen erzielt werden sollen. Der wenigstens eine Betätigungsarm ist möglichst biege- und torsionssteif auszuführen. Sowohl die Spritzenhalterung als auch der wenigstens eine Betätigungsarm sollten für verschiedene Kolbenspritzentypen, insbesondere den Durchmesser der Kolbenspritzen betreffend, ausgeführt sein. Durch Verwendung eines Schrittmotors als Antriebsmotor der Injektionsvorrichtung und die im wesentlichen spielfreie Anordnung der Komponenten kann auf eine aufwändige Regelung verzichtet werden. Der Schrittmotor gestattet eine genaue Steuerung der Motorwelle in kleinen Schritten. So kann die Position des wenigstens einen Betätigungsarms präzise gesteuert werden und eine Rotation der Motorwelle wird zwangsläufig in eine exakt definierte injizierte Menge umgesetzt. Die Ansteuerung des Schrittmotors kann über ein Steuergerät erfolgen, welches die Festlegung der Frequenz der Schritte ermöglicht. Die minimale Menge des flüssigen oder gasförmigen Mediums, die von der Injektionsvorrichtung abgegeben werden kann, ergibt sich aus der Schrittgröße des Schrittmotors, der Übersetzung durch die Spindel und dem Innendurchmesser des Zylinders der Kolbenspritze. Für die Herstellung von Kalibriergas ist eine Anordnung vorzusehen, bei der das von der Kolbenspritze der Injektionsvorrichtung abgegebene Medium direkt in einen Grundgasstrom injiziert wird, dessen Gasflussmasse pro Zeit bekannt ist, und dort verdampft. Die injizierte Masse des flüssigen oder gasförmigen Mediums kann über die Steuerung des Schrittmotors exakt beeinflusst werden, so dass die Zusammensetzung des resultierenden Gasgemisches präzise gesteuert werden kann und damit exakt vorhersagbar ist.Such an injection device structure enables a very precise metering of a liquid or gaseous medium. All components of the injection device are designed and arranged in such a way that rotation of the output shaft of the stepping motor leads directly to a translation of the actuating arm and an injection of the liquid medium. It applies to all components of the injection device that they must have as little play as possible under operational load, so that the dosage of the injection quantity is exactly possible. Preferably, the maximum play that the spindle nut has overall with respect to the housing should be a power of ten below the minimum feed distance of the actuating arm, which is covered by a step of the stepper motor. The housing is preferably made of metal and ensures that the components of the stepper motor, spindle and syringe holder with plunger syringe are in a fixed arrangement with respect to one another and maintain this arrangement precisely even under operating load. There is no gearbox between the stepper motor and the spindle, as this would prevent the required freedom from play and slip. The output shaft of the motor and the spindle are non-rotatably connected so that the spindle rotates together with the output shaft exactly and without slippage. The motor is attached to the housing and the spindle is mounted in such a way that the spindle and the motor output shaft are arranged exactly coaxially. The attachment must be designed so that the coaxiality is maintained even under operating conditions and there is no angular misalignment. The spindle bearing must be designed in such a way that it prevents axial play under load against the direction of action of the piston syringe. For this purpose, an axial bearing is expedient, which, together with a radial bearing, absorbs the load acting on the spindle. The spindle nut may have little or no play under the spindle. In addition, it is significant that the spindle has a high pitch accuracy and no or almost no stick-slip effect. The spindle nut must be secured against axial tilting around the axis of rotation of the spindle. This can be done, for example, via a sliding guide in the housing. It is also significant for such a sliding guide that it has no or almost no stick-slip effect. The translation of the spindle nut is transmitted to the piston of the piston syringe via the at least one actuating arm connected to the spindle nut, so that the piston is pressed into the cylinder of the piston syringe. For this purpose, the syringe is fixed parallel to the axis of the spindle and thus parallel to the translational movement of the actuating arm. The plunger syringe itself is designed to allow very small quantities to be dosed. The smallest dispensable amount of liquid or gaseous medium depends proportionally on the diameter of the syringe barrel. Accordingly, a plunger syringe with a small plunger diameter is chosen if small doses are to be achieved. The at least one actuating arm is to be designed to be as rigid and torsionally rigid as possible. Both the syringe holder and the at least one actuating arm should be designed for different types of plunger syringes, particularly those relating to the diameter of the plunger syringes. By using a stepper motor as the drive motor of the injection device and the essentially play-free arrangement of the components, complex control can be dispensed with. The step mo gate allows precise control of the motor shaft in small steps. In this way, the position of the at least one actuating arm can be precisely controlled and a rotation of the motor shaft is inevitably converted into an exactly defined amount injected. The stepper motor can be controlled via a control unit which enables the frequency of the steps to be determined. The minimum amount of liquid or gaseous medium that can be dispensed by the injection device results from the step size of the stepper motor, the translation through the spindle and the inner diameter of the cylinder of the piston syringe. For the production of calibration gas, an arrangement is to be provided in which the medium discharged from the plunger syringe of the injection device is injected directly into a base gas stream, the gas flow mass of which is known per time, and evaporates there. The injected mass of the liquid or gaseous medium can be precisely influenced by the control of the stepping motor, so that the composition of the resulting gas mixture can be controlled precisely and is therefore precisely predictable.

Die Anforderungen an die Spindel werden z.B. durch eine Kugelumlaufspindel gut erfüllt. Sie gewährleistet die geforderte Spielfreiheit unter Belastung zwischen Spindelmutter und Spindel in hohem Maße. Abhängig von der Ausführung der Spindelmutter kann dabei auf verschiedene Weise ein sehr geringes Spiel erreicht werden, beispielsweise durch ei ne aus zwei Spindelmutterhälften bestehende Spindelmutter, deren Spindelmutterhälften gegenseitig verspannt werden. Darüber hinaus weist eine solche Spindel die geforderte hohe Steigungsgenauigkeit und damit verbunden eine hohe Positioniergenauigkeit der Spindelmutter sowie eine sehr geringe Reibung und praktisch kein Ruckgleiten auf.The requirements for the spindle e.g. well fulfilled by a ball screw. You guaranteed the required freedom of play under load between the spindle nut and spindle to a high degree. Dependent from execution the spindle nut can be very small in various ways Play can be achieved, for example by a spindle nut consisting of two spindle nut halves, their spindle nut halves be mutually tense. In addition, one such Spindle the required high pitch accuracy and associated with it a high positioning accuracy of the spindle nut as well as a very low friction and practically no sticking.

In Weiterbildung der Erfindung wird die auf die Spindel durch eine Reaktionskraft der Spritze wirkende Kraft mittels eines Schrägkugellagers, eines Kegelrollenlagers oder einer Kombination aus Axiallager und Radiallager abgefangen.In further development of the invention the one acting on the spindle by a reaction force of the syringe Force using an angular contact ball bearing, a tapered roller bearing or a combination of a thrust bearing and Radial bearing intercepted.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Spindel mit der Motorwelle stoffschlüssig verbunden.In development of the invention the spindle is integrally connected to the motor shaft.

Bei einer solchen stoffschlüssigen Verbindung kann es sich um eine Löt-, eine Kleb- oder eine Schweißverbindung handeln. Solche Verbindungen sind insbesondere deshalb zweckmäßig, da mit ihnen die Forderung nach Spiel- und Schlupffreiheit optimal erfüllt werden kann.With such a cohesive connection can it be a soldering, an adhesive or welded joint act. Such connections are particularly useful because with them the demand for freedom of play and slip is optimal Fulfills can be.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Spindel mittels einer starren Kupplung mit der Motorwelle verbunden.In development of the invention the spindle is connected to the motor shaft by means of a rigid coupling.

Die Verbindung mittels einer Kupplung gestattet es, Schrittmotor und Spindel getrennt voneinander ein- und auszubauen. So ist auch bei einem Defekt ein separater Austausch problemlos möglich. Mögliche Kupplungstypen sind beispielsweise Schalen- oder Scheibenkupplungen. Kupplungen mit Spiel wie beispielsweise eine Klauenkupplung mit einem Gummieinsatz können Anwendung finden, sofern das Gummi unter den auftretenden Belastungen kein Spiel mehr aufweist, welches zu Ungenauigkeiten bei der Übertragung der Rotation von der Motorwelle auf die Spindel führt.The connection by means of a coupling allows stepper motor and spindle to be switched on separately and expand. A separate exchange is also possible in the event of a defect possible without any problems. Possible coupling types are, for example, shell or disc clutches. clutches with play such as a dog clutch with a rubber insert can Find application if the rubber is under the loads no longer has any game, which leads to inaccuracies in the transmission of rotation from the motor shaft to the spindle.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Betätigungsarm ein bezüglich des Abstandes von der Spindelachse verstellbares Druckelement auf.In a further development of the invention the operating arm a re of the distance from the spindle axis adjustable pressure element.

Dieses Druckelement, mittels dessen der Kolben der Kolbenspritze in den Zylinder gedrückt wird, ist so auf verschiedene Typen von Kolbenspritzen einstellbar. Durch die Verstellbarkeit ist gewährleistet, dass die durch das Druckelement übertragene Kraft koaxial mit der Kolbenspritze ausgeübt wird. So wird verhindert, dass der Kolben im Zylinder der Kolbenspritze verkantet. Das Druckelement kann zu diesem Zweck beispielsweise über eine Fixierschraube verfügen, die gelöst werden kann, um das Druckelement auf dem Betätigungsarm zu verschieben und die dann in einer für den Typ der Kolbenspritze angepassten Stellung angezogen wird und somit das Druckelement fixiert. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung eines Druckelements, welches auf zwei parallel zueinander ausgerichteten Betätigungsarmen verstellbar angeordnet ist. Bei einem solchen Druckelement ist neben der durch die Verstellbarkeit erreichbaren Koaxialität von Druckelement und Kolbenstange auch gewährleistet, dass die Wirkfläche, mittels derer die Kraft auf die Kolbenstange ausgeübt wird, stets senkrecht zur Richtung der ausgeübten Kraft ausgerichtet ist. So wird eine zusätzliche Kraftkomponente senkrecht zur Achse der Kolbenspritze vermieden, welche wiederum die Gefahr des Verkantens des Kolbens bergen würde.This pressure element, by means of which the piston of the syringe is pushed into the cylinder, can be adjusted to different types of piston syringes. By the adjustability is guaranteed, that the one transmitted by the printing element Force is applied coaxially with the syringe. This prevents that the piston jams in the cylinder of the piston syringe. The pressure element can have a fixing screw for this purpose, for example solved can be to move the pressure element on the actuating arm and then in one for the position of the syringe adapted to the type is tightened and thus fixing the pressure element. The use of a is particularly expedient Pressure element, which is aligned on two parallel to each other operating arms is adjustable. With such a pressure element is next to the coaxiality of the pressure element that can be achieved by the adjustability and piston rod also ensures that the effective area, by means of which the force is exerted on the piston rod, always perpendicular to Direction of force applied is aligned. So an additional force component becomes vertical to the axis of the piston syringe avoided, which in turn the danger of tilting the piston.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Betätigungsarm eine plane und senkrecht zu einer Längsachse der Kolbenspritze stehende Druckplatte auf.In a further development of the invention the operating arm a plane and perpendicular to a longitudinal axis of the piston syringe standing pressure plate on.

Die Druckplatte, mittels derer der Kolben der Kolbenspritze in den Zylinder gedrückt wird, erlaubt die Verwendung verschiedener Kolbenspritzentypen, die sich bezüglich ihres Kolbendurchmessers unterscheiden. Gegenüber der Weiterbildung der Erfindung mit einem verstellbaren Druckelement hat diese Weiterbildung den Vorteil, dass ein Wechsel des Kolbenspritzentyps kein Verstellen des Druckelements erfordert.The printing plate by means of which the Piston of the syringe is pushed into the cylinder, the use allows different types of plunger syringe, which differ in their plunger diameter differ. Across from the development of the invention with an adjustable pressure element This training has the advantage that a change of the syringe type no adjustment of the pressure element required.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Spritzenhalterung biege- und torsionssteif mit dem Gehäuse verbunden.In development of the invention the syringe holder is rigid and torsionally connected to the housing.

Die Biege- und Torsionssteifigkeit verhindern, dass die Kolbenspritze sich bei der Aufbringung von Kraft auf die Kolbenstange relativ zum Gehäuse verbiegt und somit die Genauigkeit der Dosierung des flüssigen Mediums mindert.The bending and torsional rigidity prevent the plunger syringe from getting stuck Force on the piston rod bends relative to the housing and thus the Accuracy of dosing the liquid Medium reduces.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Zylinder der Kolbenspritze ein Glaszylinder.In development of the invention a cylinder of the plunger syringe a glass cylinder.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Kolben der Kolbenspritze aus einem Material, insbesondere Teflon, welches chemisch inert ist und kein oder sehr geringes Ruckgleiten aufweist, gefertigt oder mit diesem Material beschichtet.In a development of the invention, the plunger of the plunger syringe is made of one material, in particular Teflon, which is chemically inert and has no or very little stick slip, manufactured or coated with this material.

Durch seine hervorragenden Gleiteigenschaften ist insbesondere Teflon besonders gut für eine kontinuierliche und sehr genau dosierte Injektion des Mediums geeignet. Darüber hinaus ist Teflon chemisch hochgradig inert. Bei beschichteten Kolben bietet sich Aluminium als Material für den Grundkörper des beschichteten Kolbens an.Due to its excellent sliding properties Teflon is particularly good for continuous and very precisely dosed injection of the medium. Furthermore Teflon is highly inert chemically. Offers coated pistons aluminum as a material for the basic body of the coated piston.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Kolbenschubstange der Kolbenspritze aus Metall gefertigt.In development of the invention a piston push rod of the piston syringe made of metal.

In Weiterbildung der Erfindung ist in Vorschubrichtung des Kolbens gesehen vor dem Spritzenzylinder eine Führungseinrichtung für die Kolbenschubstange vorgesehen.In development of the invention seen in the direction of advance of the plunger in front of the syringe barrel a management facility for the Piston push rod provided.

Die Führungseinrichtung sollte so ausgebildet sein, dass sie ein exaktes Einführen des Kolbens in die Kolbenspritze gewährleistet und verhindert, dass es zu einem Verkanten oder einem erhöhten Maß an Reibung kommt. Eine mögliche Ausführungsform stellt eine Verlängerung des Kolbenzylinders in Verbindung mit einer Kolbenstange dar, die Abschnitte mit im wesentlichen gleichem Durchmesser wie der Kolben aufweist. Eine solche Führungseinrichtung würde den Kolben während des gesamten Verlaufs eines Injektionsvorgangs über die gesamte Länge des Kolbens führen.The management facility should be like this be designed so that they insert the plunger precisely into the plunger syringe guaranteed and prevents it from canting or increased levels of friction comes. A possible embodiment represents an extension of the piston cylinder in connection with a piston rod, the sections having essentially the same diameter as the piston. Such a management facility would Piston during of the entire course of an injection process over the entire length of the Piston.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Kolbenschubstange einen ersten im Spritzenzylinder geführten Abschnitt und einen zweiten außerhalb des Spritzenzylinders angeordneten Abschnitt mit gegenüber dem ersten Abschnitt größerem Durchmesser auf.In a further development of the invention the piston push rod has a first section guided in the syringe cylinder and a second outside of the syringe barrel arranged section opposite first section of larger diameter.

Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Durchmesser des Spritzenzylinders sehr gering ist, beispielsweise geringer als 2 mm. Die Kolbenschubstange weist diesen geringen Durchmesser gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung nur in dem ersten Abschnitt auf. Der zweite Abschnitt, der durch die Führungseinrichtung geführt wird, kann einen wesentlichen größeren Durchmesser aufweisen und damit das verkantungsfreie Führen der Kolbenstange gewährleisten. Dieser zweite Abschnitt muss zweckmäßigerweise so ausgebildet und angeordnet sein, dass er in jeder Betriebsstellung der Kolbenspritze zumindest teilweise in der Führungseinrichtung sitzt, so dass über den gesamten Injektionsprozess die sichere Führung gewährleistet ist.This is particularly useful if the diameter of the syringe barrel is very small, for example less than 2 mm. The piston push rod has this small diameter according to this Further development of the invention only in the first section. The second section, which is guided by the guide device, can have a much larger diameter have and thus ensure that the piston rod is not tilted. This second section must be appropriately designed and be arranged so that it is in each operating position of the piston syringe at least partially in the guide device sitting so over safe guidance is guaranteed throughout the injection process.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:Other features and advantages of Invention result from the claims and the following Description in connection with the drawings. In the drawings demonstrate:

1 eine schematische teilweise geschnittene Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Injektionsvorrichtung in einer Seitenansicht und 1 a schematic partially sectioned representation of an embodiment of the injection device according to the invention in a side view

2 eine schematische Darstellung der Injektionsvorrichtung der 1 in einer Draufsicht. 2 a schematic representation of the injection device of the 1 in a top view.

Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung in zwei verschiedenen Ansichten. Die Injektionsvorrichtung weist ein Gehäuse 10 auf, welches oben und unten von rechteckigen Metallplatten 12, 14 begrenzt ist. Die obere Metallplatte 14 weist eine Aussparung 15 auf, welche in der Mitte der Metallplatte 14 angeordnet ist und sich in der Längsrichtung der Metallplatte 14 erstreckt.The 1 and 2 show an embodiment of the invention in two different views. The injection device has a housing 10 on top and bottom of rectangular metal plates 12 . 14 is limited. The top metal plate 14 has a recess 15 on which is in the middle of the metal plate 14 is arranged and in the longitudinal direction of the metal plate 14 extends.

An der in der Ansicht von 1 rechten Seite des Gehäuses 10 ist ein Schrittmotor 16 am Gehäuse 10 befestigt. Die Abtriebswelle 18 des Schrittmotors 16 ist mittels einer starren Kupplung 20 mit einer Kugelumlaufspindel 26 verbunden. Die Kugelumlaufspindel 26 ist im Gehäuse 10 mittels zweier Kegelrollenlager 22, 24 gelagert, die im Sinne eines besseren Verständnisses in der 1 in gestrichelten Linien dargestellt sind, obwohl sie in der Ansicht der 1 im Grunde nicht sichtbar wären. Die Kugelumlaufspindel 26 und die Abtriebswelle 18 sind koaxial zueinander angeordnet.At the in the view of 1 right side of the case 10 is a stepper motor 16 on the housing 10 attached. The output shaft 18 the stepper motor 16 is by means of a rigid coupling 20 with a ball screw 26 connected. The ball screw 26 is in the housing 10 by means of two tapered roller bearings 22 . 24 stored, which in the sense of a better understanding in the 1 are shown in dashed lines, although in the view of the 1 would basically not be visible. The ball screw 26 and the output shaft 18 are arranged coaxially to each other.

Die Injektionsvorrichtung weist darüber hinaus eine durch die Kugelumlaufspindel 26 geführte Spindelmutter 28 auf, welche mittels zweier parallel zur Kugelumlaufspindel 26 angeordneter Gleitführungen 30 gegen eine Rotation um die Kugelumlaufspindel 26 gesichert ist. Um die genaue Anordnung der Gleitführungen 30 und der Spindelmutter 28 zu verdeutlichen, sind diese in der 2 in gestrichelten Linien dargestellt, obwohl sie eigentlich von der Metallplatte 14 verdeckt würden. Auf der Oberseite der Spindelmutter 28 sind radial zur Kugelumlaufspindel 26 zwei Bolzen 32, 34 angeordnet, welche durch die Aussparung 15 in der oberen Metallplatte 14 des Gehäuses 10 ragen.The injection device also has a through the ball screw 26 guided spindle nut 28 on which by means of two parallel to the ball screw 26 arranged sliding guides 30 against rotation around the ball screw 26 is secured. To the exact arrangement of the sliding guides 30 and the spindle nut 28 to clarify these are in the 2 shown in dashed lines, although they are actually from the metal plate 14 would be covered. On the top of the spindle nut 28 are radial to the ball screw 26 two bolts 32 . 34 arranged which through the recess 15 in the top metal plate 14 of the housing 10 protrude.

Die Bolzen 32, 34 führen ein Druckelement 36 mit zwei dafür vorgesehenen parallelen Bohrungen, die einen geringfügig größeren Durchmesser als die Durchmesser der Bolzen 32, 34 aufweisen. Mittels einer Druckelementfixierschraube 38 ist das Druckelement 36 am Bolzen 34 fixiert.Bolts 32 . 34 carry a pressure element 36 with two parallel holes provided, which are slightly larger in diameter than the diameter of the bolts 32 . 34 exhibit. Using a pressure element fixing screw 38 is the pressure element 36 on the bolt 34 fixed.

Mit dem Druckelement 36 fluchtend ist auf der oberen Metallplatte 14 eine Kolbenspritze 40 angeordnet, die in eine Spritzenhalterung, bestehend aus zwei c-förmigen Halterungsarmen 42, eingespannt ist. Die Halterungsarme 42 sind auf der oberen Metallplatte 14 befestigt und weisen jeweils eine Spritzenfixierschraube 44 auf, zwischen der und einer unteren Basis der Halterungsarme 42 die Kolbenspritze 40 jeweils festgelegt ist.With the pressure element 36 is flush on the top metal plate 14 a plunger syringe 40 arranged in a syringe holder, consisting of two c-shaped holder arms 42 , is clamped. The bracket arms 42 are on the top metal plate 14 attached and each have a syringe fixing screw 44 on, between the and a lower base of the bracket arms 42 the piston syringe 40 is determined in each case.

Die Kolbenspritze 40 selbst weist einen Zylinder 46 auf, an den sich auf einer Seite eine Nadel 48 und auf der anderen Seite eine Führungseinrichtung 50 anschließen. Im Zylinder 46 ist ein Kolben 52 angeordnet, der an einer vom Zylinder wegweisenden Seite in eine Kolbenstange 54 übergeht, die innerhalb der Führungseinrichtung 50 angeordnet ist. Die Kolbenstange 54 weist einen gestrichelt dargestellten Führungsabschnitt 56 auf, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser der Führungseinrichtung 50 entspricht.The piston syringe 40 itself assigns a cylinder 46 with a needle on one side 48 and on the other hand a guide device 50 connect. In the cylinder 46 is a piston 52 arranged in a piston rod on a side facing away from the cylinder 54 that passes within the management facility 50 is arranged. The piston rod 54 has a guide section shown in dashed lines 56 whose diameter is the inside diameter of the guide device 50 equivalent.

Die koaxiale Anordnung der Abtriebswelle 18 und der Kugelumlaufspindel 26 sowie deren drehfeste Verbindung mittels der Kupplung 20 erlauben eine genau Steuerung der Rotation der Kugelumlaufspindel 26 mittels des Schrittmotors 16. Auf der mittels der in X-Anordnung der Kegelrollenlager 22, 24 gegen axiales Spiel gesicherte Kugelumlaufspindel 26 wird die Spindelmutter 28 geführt, wobei die Gleitführungen 30 ein Kippen der Spindelmutter 28 verhindern. Durch eine entsprechende Vorspannung der Spindelmutter 28 ist eine Übertragung der Rotation der Kugelumlaufspindel 26 in die Translation der Spindelmutter 28 quasi spielfrei. Das mit der Spindelmutter 28 über die Bolzen 32, 34 verbundene Druckelement 36 ist über die Druckelementfixierschraube 38 bezüglich der Höhe festgelegt. Die Führung mittels zweier Bolzen 32, 34 ermöglich nur Stellungen des Druckelements 36, bei denen dieses parallel zur Kolbenspritze 40 ausgerichtet ist und die Wirkfläche senkrecht auf der Achse der Kolbenstange 54 ausgerichtet ist. Die Höhe ist so festgelegt, dass die Achse des Druckelements 36 mit der Achse der eingespannten Kolbenspritze 40 koaxial verläuft.The coaxial arrangement of the output shaft 18 and the ball screw 26 and their non-rotatable connection by means of the coupling 20 allow precise control of the rotation of the ball screw 26 by means of the stepper motor 16 , On the by means of the tapered roller bearing in X arrangement 22 . 24 ball screw secured against axial play 26 becomes the spindle nut 28 guided, the sliding guides 30 a tilting of the spindle nut 28 prevent. By appropriately pretensioning the spindle nut 28 is a transmission of the rotation of the ball screw 26 in the translation of the spindle nut 28 virtually free of play. The one with the spindle nut 28 over the bolts 32 . 34 connected pressure element 36 is over the pressure element fixing screw 38 fixed in terms of height. The guide by means of two bolts 32 . 34 only allows positions of the pressure element 36 , where this is parallel to the piston syringe 40 is aligned and the active surface perpendicular to the axis of the piston rod 54 is aligned. The height is set so that the axis of the pressure element 36 with the axis of the clamped syringe 40 runs coaxially.

Wenn die Spindelmutter 28 durch eine Rotation der Kugelumlaufspindel 26 in eine translatorische Bewegung in Richtung der Kolbenspritze 40 versetzt wird, wird die Kolbenstange 54 mit einer Kraft beaufschlagt, die in Richtung der Kolbenspritze 40 weist. Geführt mittels des Führungsabschnitts 56 in der Führungseinrichtung 50 sowie des Kolbens 52 im Zylinder 46 wird der Kolben 52 in den Zylinder 46 gedrückt und das Medium durch die Nadel 48 aus diesem verdrängt.If the spindle nut 28 by rotating the ball screw 26 in a translatory movement in the direction of the piston syringe 40 is displaced, the piston rod 54 applied a force in the direction of the piston syringe 40 has. Guided by means of the guide section 56 in the management facility 50 as well as the piston 52 in the cylinder 46 becomes the piston 52 in the cylinder 46 pressed and the medium through the needle 48 ousted from this.

Die geringste mögliche Dosierung hängt dabei von der Schrittweite des Schrittmotors 16, der Übersetzung durch die Kugelumlaufspindel 26 und die Spindelmutter 28 sowie von der Kolbenspritze 40 ab. Bei der dargestellten Ausführung führt jeder Schritt des Schrittmotors 16 zu einem Vorschub der Spindelmutter 28 von 0,00625mm und dadurch zu einer Abgabe von 1,041 nl des gasförmigen oder flüssigen Mediums aus der Kolbenspritze 40.The lowest possible dosage depends on the step size of the stepper motor 16 , the translation by the ball screw 26 and the spindle nut 28 as well as from the syringe 40 from. In the embodiment shown, each step of the stepper motor leads 16 to advance the spindle nut 28 of 0.00625mm and thereby to deliver 1.041 nl of the gaseous or liquid medium from the plunger syringe 40 ,

Claims

Injection device for liquid and gaseous media, especially for the production of calibration gases, with a dimensionally stable Casing, one with the case Bending and torsionally rigid stepper motor, one axially in the housing backlash-free spindle that leads to an output shaft of the stepper motor arranged coaxially and rotatably connected to this, one Spindle nut, which is guided on the spindle, with at least one the actuating arm connected to the spindle nut in a flexurally and torsionally rigid manner as well as with a plunger syringe, which uses a syringe holder solvable attached to the housing is whose cylinder is aligned parallel to the spindle and whose Piston by means of the operating arm is acted upon.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that on the spindle by a reaction force the force acting on the syringe by means of an angular contact ball bearing, a tapered roller bearing or a combination of a thrust bearing and a radial bearing becomes.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the spindle is integrally connected to the motor shaft is.

Injection device according to claim 1 or 2, characterized characterized that the spindle by means of a rigid coupling is connected to the motor shaft.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the actuating arm is one with respect to the distance has adjustable pressure element from the spindle axis.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the actuating arm is flat and vertical on a longitudinal axis the plunger syringe has a stationary pressure plate.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the syringe holder is rigid and torsionally rigid with the housing connected is.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that a cylinder of the plunger syringe is a glass cylinder is.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the plunger of the plunger syringe Material, especially Teflon, which is chemically inert and none or has very little stick-slip, is manufactured or with this material is coated.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that a piston push rod of the piston syringe is made of metal.

Injection device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that seen in the feed direction of the piston a guide device in front of the syringe barrel for the Piston push rod is provided.

Injection device according to at least one egg nem of the preceding claims, characterized in that the piston push rod has a first section guided in the syringe cylinder and a second section arranged outside the syringe cylinder with a larger diameter than the first section.