DE2201316A1

DE2201316A1 - Peristaltic dosing pump

Info

Publication number: DE2201316A1
Application number: DE19722201316
Authority: DE
Inventors: Gerard Lartigue; Andre Rousselet
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1971-01-13
Filing date: 1972-01-12
Publication date: 1972-07-27
Also published as: FR2140706A5; NL7200389A; CH533240A; GB1382818A

Description

betreffend:
Peristaltische Dosierpumpeconcerning:
Peristaltic dosing pump

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Flüssigkeiten oder dergleichen in dosierten Mengen.The invention relates to a device for transmitting Liquids or the like in metered amounts.

Es ist bereits bekannt, peristaltische Pumpen zur Übertragung dosierter Flüssigkeitsmengen von einem Speicherbehälter zu einem Gebrauchsbehälter zu übertragen. Die bekannten Pumpen dieser Art eignen sich jedoch nicht zum integrierten Einbau in eine Anlage zur automatischen oder quasi-automatischen Analyse auf dem Gebiet der Chemie oder Biologie, bei denen häufig die analytische Untersuchung einer großen Anzahl von Proben erwünscht ist.It is already known peristaltic pumps for transferring metered amounts of liquid from a storage container to a Transfer use container. However, the known pumps of this type are not suitable for integrated installation in a system for automatic or quasi-automatic analysis in the field chemistry or biology, in which the analytical investigation of a large number of samples is often desired.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind.The invention is based on the object of designing a device of the type mentioned at the outset so that the indicated Disadvantages are eliminated.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine peristaltisch arbeitende Pumpeinrichtung, bei der in Parallelanordnung mehrere Schläuche und elektromechanisch^ Einrichtungen vorgesehen sind,The invention is characterized by a peristaltic operation Pump device in which several hoses and electromechanical devices are provided in parallel,

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um den Rotor der Einrichtung von einer elektrischen Programmsteuereinheit aus schrittweise so zu steuern, daß FlüssigkeitsüVbertragungen aufeinanderfolgend gemäß einem festgelegten Arbeitsspiel -vorgenommen werden können.around the rotor of the device from an electrical program control unit out to control gradually so that fluid transfers can be carried out consecutively according to a defined work cycle.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten v/erden im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention and advantageous details are explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine gemäß der Erfindung aufgebaute Einrichtung;1 shows a schematic representation of a device constructed according to the invention;

Fig. 2 in einem Axialschnitt eine peristaltische Pumpvorrichtung, die wesentliches leil der Einrichtung ist;FIG. 2, in an axial section, a peristaltic pump device which is an essential part of the device; FIG.

Pig. 3 die Frontansicht der Pumpvorrichtung gemäß J¹Ig. 2;Pig. 3 shows the front view of the pumping device according to J ¹ Ig. 2;

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Teil der Einrichtung und4 shows a schematic representation of part of the device and

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der verschiedenen Arbeitsphasen der erfindungsgemäßen Einrichtung. 5 shows a diagram to explain the various working phases of the device according to the invention.

Bei einer vorteilhaften Ausfiihrungsform der Erfindung ist eine erste Pumpe 20 (Fig. 1),speziell eine Dosierpumpe, und eine zweite Pumpe 21, insbesondere eine Reagenzpumpe, vorgesehen. Die erste Pumpe 20 enthält einen Rotor 22, dessen Achse 23 die Abtriebsseite einer ersten Kupplungs-Bremsvorrichtung 24 ist, die durch Stromimpulse steuerbar ist, die ihrerseits über eine Strecke 25 zugeführt werden, wobei die Kupplungs-Bremsvorrichtung zwischen dem Rotor 22 und einem Elektromotor 26 eingebaut ist.In an advantageous embodiment of the invention, a first pump 20 (FIG. 1), especially a metering pump, and a second pump 21, especially a reagent pump, are provided. The first pump 20 contains a rotor 22, the axis 23 of which is the output side of a first clutch-braking device 24, which can be controlled by current pulses, which in turn are fed via a path 25, the clutch-braking device is installed between the rotor 22 and an electric motor 26.

Die zweite Pumpe 21 weist einen gleich aufgebauten Rotor 27 auf, der mit einer Achse 28 verbunden ist, die ihrerseits die Abtriebsseite einer zweiten Kupplungs-Bremsvorrichtung 29 darstellt, die durch Stromimpulse steuerbar ist, die. über eine zweite Strecke 30 zuführbar sind und wobei die Kupplungs-Bremsvorrichtung ebenfalls zwischen dem Rotor 27 und dem Elektromotor 26 angeordnet ist.The second pump 21 has an identically constructed rotor 27 which is connected to an axle 28, which in turn is the output side represents a second clutch-braking device 29, which is controllable by current pulses, the. can be supplied via a second path 30 and wherein the clutch-braking device is also between the rotor 27 and the electric motor 26 is arranged.

Die Strecken 25 und 30 sind Ausgänge einer elektrischen Pro-Lines 25 and 30 are outputs of an electrical pro-

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grammsteuereinheit.gram control unit.

Die beiden Pumpen 20 und 21 sind analog aufgebaut, so daß im folgenden lediglich die Pumpe 20 näher betrachtet wird. Der Rotor 22 weist eine bestimmte Anzahl Pührungsscheiben 31 (Pig. und 3) auf, die über dessen Länge verteilt angeordnet sind und über Kugellager 34 beispielsweise drei Stäbe 32 abstützen, die senkrecht zu den Scheiben 31 stehen und im gleichen gegenseitigen Winkelabstand um die Achse 33 des Rotors herum angeordnet sind. Der Körper 35 des Rotors wird endseitig über Plansche 36 und 37 durch einen Rahmen oder ein Gehäuse 38 unter Zwischenschaltung von Kugellagern 39 und 40 gehalten. Der Rotor 22 wird über seine Achse 23 unter Zwischenschaltung einer Oldham-Verbindung 41 angetrieben. Das Gehäuse der peristaltischen Pumpe wird durch Längsstreben 42 vervollständigt, die die beiden Plansche 36 und 37 miteinander verbinden.The two pumps 20 and 21 are constructed analogously, so that only the pump 20 is considered in more detail below. Of the Rotor 22 has a certain number of Pührungsplatten 31 (Pig. And 3), which are arranged distributed over its length and For example, support three rods 32 via ball bearings 34, which are perpendicular to the disks 31 and are mutually at the same time Angular distance are arranged around the axis 33 of the rotor. The end of the body 35 of the rotor is over planes 36 and 37 held by a frame or a housing 38 with the interposition of ball bearings 39 and 40. The rotor 22 is via its axis 23 with the interposition of an Oldham connection 41 powered. The housing of the peristaltic pump is completed by longitudinal struts 42 that support the two Connect planes 36 and 37 together.

Der Rotor 22 (oder 27) dient bei seiner Drehung zur Übertragung von Flüssigkeiten in einer Mehrzahl von Schläuchen 43, die vorzugsweise aus einem für medizinische Zwecke geeigneten Silicon-Elastomeren bestehen und die parallel zueinander angeordnet sind. Jeweils ein Ende 44 (Pig. 4) dieser Schläuche geht in eine Hohlnadel 45 über, die in ein Behältnis 46 eintaucht, während das jeweils andere Ende 47 ebenfalls in eine Nadel oder Sonde 48 übergeht, die auch in ein Behältnis 49 eintaucht.The rotor 22 (or 27) is used during its rotation to transfer liquids in a plurality of hoses 43, which are preferably consist of a silicone elastomer suitable for medical purposes and which are arranged parallel to one another. Each end 44 (Pig. 4) of these tubes goes into a hollow needle 45, which is immersed in a container 46, while the other end 47 is also in a needle or probe 48 passes, which is also immersed in a container 49.

Am jeweiligen Ausgang der Pumpe 20 wird der Schlauch 43 um die Stäbe 32 des Rotors durch schematisch bei 50 und 51 angedeutete Vorrichtungselemente unter Spannung gehalten.At the respective output of the pump 20, the hose 43 around the rods 32 of the rotor is indicated schematically at 50 and 51 Fixture elements kept under tension.

Die Achse 52 (Pig. 1) des Rotors der ersten Pumpe, das heißt der Dosierpumpe 20, treibt ein Untersetzungsgetriebe 53 an, dessen Abtriebswelle 54 wiederum eine erste Nockenscheibe- 55 antreibt. Durch die Abtriebswelle 57 eines zweiten Untersetzungsgetriebes 58, das ebenfalls vom Rotor 22 aus angetrieben wird, wird eine zweite Nockenscheibe 56 in Drehung versetzt.The axis 52 (Pig. 1) of the rotor of the first pump, that is to say the metering pump 20, drives a reduction gear 53, whose Output shaft 54 in turn drives a first cam disk 55. Through the output shaft 57 of a second reduction gear 58, which is also driven by the rotor 22, a second cam disk 56 is set in rotation.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der soweit beschriebenen Vor-In the following, the operation of the previously described pre-

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richtung anhand eines Beispieles näher erläutert.direction explained in more detail using an example.

Anfänglich sind alle Schläuche 43 mit einer physiologischen Flüssigkeit gefüllt. Irifft über die Strecke 25 ein Stromimpuls an der Kupplungs-Bremsvorrichtung 24 ein, wie schematisch durch den Pfeil 60 in Fig. 5 angedeutet ist, so tritt die Kupplung in Funktion, während die Bremse ausgerückt wird, so daß der Rotor in Drehung versetzt wird. Unter der Y/irkung der peristaltischen Pumpe 20, die durch die Stäbe 32 und die damit zusammenwirkenden Schläuche 43 gebildet ist, wird Flüssigkeit aus den Fläschchen 46 angesaugt und in die Schläuche 43 gefördert, wobei in diesem Fall unter Flüssigkeit auch Suspensionen und dergleichen verstanden werden· Im Verlauf dieser Arbeitsphase wird die in den Schläuchen 43 enthaltene physiologische Flüssigkeit an den Enden 48 in einen vom Behältnis 49 verschiedenen Rezipienten ausgedrückt. Bei Drehung des Rotors 22 wird die Hockenscheibe 55 über das Untersetzungsgetriebe 53 angetrieben und betätigt einen Mikroschalter, der den Strom in der Strecke 25 unterbricht und den Rotor 22 stillsetzt, wie durch den Pfeil 61 angedeutet ist, nachdem der Rotor einen bestimmten Drehwinkel bzw. eine bestimmte Umdrehungszahl zurückgelegt hat, und zwar je nach dem Randprofil der Nockenscheibe 55· Bei diesem Beispiel beträgt der vorgegebene Drehwinkel 375°. Dabei ist der erste !Deil oder die "Front" der von den Fläschchen 17 angesaugten Flüssigkeit beispielsweise bis zur Stelle 71 gelangt (Fig. 4).Initially, all tubes 43 are physiological Liquid filled. If there is a current pulse over the distance 25 on the clutch-braking device 24, as indicated schematically by the arrow 60 in FIG. 5, the clutch enters into Function while the brake is being disengaged so that the rotor is made to rotate. Under the effect of the peristaltic The pump 20, which is formed by the rods 32 and the co-operating tubes 43, draws liquid out of the vials 46 sucked in and conveyed into the hoses 43, whereby in this case liquid also includes suspensions and the like · In the course of this work phase, the physiological fluid contained in the tubes 43 is transferred to the Ends 48 expressed in a recipient different from the receptacle 49. When the rotor 22 rotates, the cam disk 55 becomes Driven by the reduction gear 53 and actuated a microswitch, which interrupts the current in the path 25 and the rotor 22 stops, as indicated by the arrow 61, after the rotor has reached a certain angle of rotation or a certain Number of revolutions, depending on the edge profile of the cam disk 55 · In this example the specified angle of rotation 375 °. The first is! Deil or the "front" of the liquid drawn in by the vials 17 for example, reaches position 71 (FIG. 4).

Das Eintreffen eines zweiten Stromimpulses 62 von der Programmsteuereinheit aus versetzt den Rotor über die Strecke 25 wiederum in Drehung. Im Verlauf dieser zweiten Arbeitsphase tauchen die Nadeln 45 in eine physiologische Flüssigkeit ein, die in Behältnissen enthalten ist, die zwischenzeitlich anstelle der Fläschchen 46 gerückt sind. Die in der vorausgehenden Phase angesaugten Dosen, die in das Innere der Schläuche 43 bis zur Front 71 gelangt sind, rücken im zusammenpressenden Abrollen der Stangen 32 an den Schläuchen 43 vor, wobei die Schläuche durch die Befestigung an ihren Enden unter Spannung gehalten bleiben. Die Nockenscheibe 55 dreht sich weiter und nach einem vorbestimmten Drehwinkel erfolgt die Stillsetzung, wie schematisch durch denThe arrival of a second current pulse 62 from the program control unit off shifts the rotor over the distance 25 in turn in rotation. In the course of this second work phase, the needles 45 are immersed in a physiological fluid in containers is included, which have meanwhile moved in place of the vials 46. Those sucked in in the previous phase Cans that have got into the interior of the tubes 43 up to the front 71 move in the compressive unrolling of the bars 32 on the hoses 43, the hoses being kept under tension by the fastening at their ends. the The cam disk 55 continues to rotate and, after a predetermined angle of rotation, it is stopped, as shown schematically by the

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Pfeil 63 in Pig. 5 angedeutet ist. In diesem Beispiel durchläuft der Rotor 22 während der zweiten Arbeitsphase einen Drehwinkel von 420 · Die Front vor der angesaugten Dosis gelangt nun bis über die Enden der Nadeln oder Sonden 48 hinaus, die nun nicht mehr senkrecht über den Fläschchen 49 stehen, so daß nicht nur den Anteil physiologischer Flüssigkeit stromabwärts von der Front 71 ausgangsseitig herausgedrückt wird, sondern auch ein kleiner Anteil der in den Fläschchen 46 angesaugten Dosen.Arrow 63 in Pig. 5 is indicated. In this example, the rotor 22 passes through an angle of rotation during the second working phase from 420 · The front in front of the aspirated dose now reaches beyond the ends of the needles or probes 48, which are now no longer stand vertically above the bottle 49, so that not only the portion of physiological fluid downstream of the Front 71 is pushed out on the output side, but also a small proportion of the cans sucked into the vials 46.

Von der Programmsteuereinheit trifft nun ein dritter Stromimpuls über die Strecke 25 ein, wie schematisch durch den Pfeil 64 angedeutet ist, so daß die Kupplung der Vorrichtung 24 erneut eingerückt und die Bremse ausgerückt werden. Während dieser dritten Arbeitsphase werden die Flüssigkeitsdosen in die Fläschchen 49 herausgedrückt, die unter den Enden der Nadeln oder dergleichen angeordnet sind. Die Nockenscheibe 55 setzt daraufhin die Einrichtung still, v/ie schematisch durch den Pfeil 65 in Fig. 5 angedeutet ist. Die Stillsetzung erfolgt,bevor die Gesamtheit der angesaugten Proben oder Dosen die Schläuche 43 verlassen haben, so daß keine Probenanteile anschließender physiologischer Flüssigkeit in die Fläschchen 49 gelangen können, die während der zweiten und dritten Phase durch die Nadeln oder dergleichen 45 angesaugt worden sind.A third current pulse now arrives from the program control unit via the path 25, as indicated schematically by the arrow 64 so that the clutch of device 24 is re-engaged and the brake is disengaged. During this third During the work phase, the doses of liquid are pushed out into the vials 49, which are located under the ends of the needles or the like are arranged. The cam disk 55 then stops the device, v / ie schematically by the arrow 65 in FIG. 5 is indicated. The shutdown takes place before the entirety of the aspirated samples or cans have left the tubes 43, so that no sample portions of subsequent physiological Liquid can get into the vial 49 during the second and third phases through the needles or the like 45 have been sucked in.

Die Programmsteuereinheit liefert nachfolgend einen Impuls, der schematisch durch den Pfeil 66 angedeutet ist und grundsätzlich langer ist als die Impulse 60, 62 und 64. Durch diesen Impuls v/ird der Rotor·22 erneut in Drehung versetzt, wobei aufgrund der Impulslänge die Drehung nicht von der Nockenscheibe 55 aus unterbrochen werden kann. Die Beendigung dieser vierten Phase wird von der Nockenscheibe 56 aus gesteuert, die wesentlich langsamer dreht als die Nockenscheibe 55, da ihr Antrieb ja über das Untersetzungsgetriebe 58 erfolgt, was schematisch durch den Pfeil 67 in Fig. 5 angedeutet ist. Im Verlauf dieser vierten Phase werden sämtliche Verbindungen einschließlich der Schläuche 43 gründlich, durch physiologische Flüssigkeit gespült, in die die Nadeln 45 nun eintauchen. Die Spülung ist wegen der langen Dauer des Durchlaufes besonders wirkungsvoll. Beispielsweise ist einThe program control unit then delivers a pulse, which is indicated schematically by the arrow 66 and in principle is longer than the pulses 60, 62 and 64. This pulse v / ig causes the rotor 22 to rotate again, whereby due to the Pulse length the rotation cannot be interrupted by the cam disk 55. The completion of this fourth phase will be controlled by the cam disk 56, which rotates much slower than the cam disk 55, since its drive is via the Reduction gear 58 takes place, which is indicated schematically by the arrow 67 in FIG. During this fourth phase all connections including the tubes 43 are thoroughly rinsed by physiological fluid into which the Now immerse needles 45. The rinse is particularly effective because of the long duration of the cycle. For example, is a

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Spülvorgang während 16 2/3 Umdrehungen des Rotors 22 vorgesehen.The rinsing process is provided for 16 2/3 revolutions of the rotor 22.

Beim Beginn eines neuen ersten Arbeitstaktes sind die Verbindungen (Schläuche, Spritzen usw.) wiederum von neuem mit physiologischer Flüssigkeit gefüllt·The connections are at the beginning of a new first work cycle (Tubes, syringes, etc.) again filled with physiological fluid

Bei der soweit beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird die zweite Pumpe 21 zur Übertragung eines Reagenz verwendet. Der Übertragungszyklus ist schematisch im unteren Teil der Fig.5 angedeutet. Das gleiche Signal, das den Ausstoß der Flüssigkeitsproben in die Fläschehen 49 bewirkt, wird über die Strecke 30 zugeführt und setzt den Rotor 27 der zweiten Pumpe, das heißt der Reagenzpumpe 21, in Drehung, wie durch den Pfeil 64* in Fig. 5 angedeutet ist. Während der dritten oben erwähnten Phase gelangen in die Aufnahmefläschchen 49 nicht nur die erwähnten Dosen oder Proben, sondern auch das Reagenz. Die Zuführung an Reagenz wird durch das gleiche Signal beendet, das auch die Zufuhr an Probenflüssigkeit stillsetzt, wie durch den Pfeil 65' in Pig. 5 angedeutet ist.In the embodiment of the invention described so far, the second pump 21 is used to transfer a reagent. The transmission cycle is shown schematically in the lower part of FIG indicated. The same signal that causes the liquid samples to be ejected into the vials 49 is transmitted over the path 30 and sets the rotor 27 of the second pump, i.e. the reagent pump 21, in rotation, as indicated by the arrow 64 * in Fig. 5 is indicated. During the third phase mentioned above, not only those mentioned get into the receiving flasks 49 Cans or samples, but also the reagent. The supply of reagent is terminated by the same signal as the supply of sample liquid stops, as indicated by arrow 65 'in Pig. 5 is indicated.

Die Achsen der Pumpenrotoren können senkrecht angeordnet sein. Auch können die Wirkungsquerschnitte der entsprechenden Kanäle der Schläuche einer Pumpe verschieden sein.The axes of the pump rotors can be arranged vertically. The cross-sections of the corresponding channels can also be used the hoses of a pump may be different.

Die genaue Bemessung der Durchfluß- oder Fördermenge hängt nicht von den zur Steuerung verwendeten elektrischen Größen ab.The exact measurement of the flow rate or delivery rate does not depend on the electrical parameters used for control.

Weiterhin sind Einrichtungen vorgesehen, um eine manuelle Drehung des einen oder anderen Rotors vornehmen zu können, wie durch die gerändelte Scheibe 75 angedeutet ist, die mit dem Rotor 22 verbunden ist (Fig. 2).Means are also provided for manual rotation one or the other rotor, as indicated by the knurled disk 75, which is connected to the rotor 22 is (Fig. 2).

Die geförderten Mengen der Proben oder des Reagenz¹ können sehr gering sein, das heißt in der Größen
Genauigkeit in der Größenordnung vonThe conveyed amounts of the samples or of the reagent ¹ can be very small, that is to say in terms of size
Accuracy on the order of

gering sein, das heißt in der Größenordnung von 0,1 cnr mit einerbe small, i.e. on the order of 0.1 cnr with a

Das gleichmäßig geförderte Volumen kann auf einfache Weise da- duroh verändert werden, daß die Durchmesser der die Förder-The volume equally funded can be changed DA duroh in a simple way that the diameters of the conveyor

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kanäle bildenden Schläuche verändert werden. Eine erprobte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitete überraschend lang während mehrerer Monate, ohne daß es erforderlich war, die Schläuche auszuwechseln·tubing forming channels can be changed. A tried and tested embodiment the device according to the invention worked surprisingly for several months without the need to change the hoses

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Claims

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Claims

M · j apparatus for transmitting fluids or DER ^ - 'same in metered quantities during successive working cycles, in particular in biological and chemical analyzes, characterized by as a mechanical unit constructed peristaltic pump device having a clutch and brake device (24), those for actuating and stopping the rotor (22). a peristaltic pump (20) can be controlled by electrical pulses (60, 62, 64, 66), the brake being actuated as a puncture of the angular position of the rotor (22).

2. Apparatus according to claim 1, characterized by several from the same motor (26) can be actuated peristaltically operating pumping devices (20, 21).

3. Device according to claim 2, characterized in that each pumping device has a coupling and Brake device is assigned.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the hoses (47) of the pump devices are made from medical grade silicone elastomers.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the shutdown of the rotor (22) can be controlled as a function of a certain same angular position.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electric sat Pulses are delivered by a program control unit.

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7. Device for transferring liquids or the-; equal in dosed amounts during consecutive Work cycles, especially for chemical and biological analyzes, characterized by a Peristaltic pump with a hose that surrounds pressure organs mounted on a rotor, which consist of rods (32) . exist, which are mounted on ball bearings (34) on the rotor (22) and for fluid transfer through a plurality of channels each cooperate with a plurality of hoses (47).

8th; Process for the transfer of liquids or the like in metered "amounts" from a feed or storage vessel to a receiving vessel by means of a peristaltic pump, which has a hose as a connecting member between the first, and the second vessel, characterized in that that in the course of the process a phase of effective liquid transfer is followed by a discharge phase, during the liquid is conveyed into the receptacle.

9. The method according to claim 8, characterized in that that in the process sequence between two liquid transfer phases a rinsing phase is switched on, during which the hoses are flowed through by a rinsing liquid.

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