DE2646659A1

DE2646659A1 - Geraet zur waehlbaren abgabe von fluessigkeitsmengen

Info

Publication number: DE2646659A1
Application number: DE19762646659
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Chem Dr Bartels; Fritz Gallati; Karl Lang; Heinz Rutishauser
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1976-02-06
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1977-08-11
Also published as: JPS52106189U; FR2340538A1; CH594235A5; GB1498782A; DE2646659B2; DE2646659C3; DE7632354U1; US4096972A; FR2340538B1

Description

Patentanwälte CCCQ

Dipl.-!nc\ A. W ED DE 2 b 4 b b b y Dipl.-In-. K. EMPL

München 80, Schumannstr. 2 „^ * 15, OKt. 1978

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Gerät zur wählbaren Abgabe von Flüssigkeitsmengen

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur wählbaren Abgabe von Flüssigkeitsmengen, mit einer Mehrzahl von Abgabeeinheiten, deren jede eine eigene Fördereinrichtung umfasst, und mit einer Einrichtung zum selektiven Ansteuern der einzelnen Fördereinrichtungen.

Derartige Geräte finden beispielsweise Verwendung als Dosiervorrichtungen in chemischen oder klinischen Labors.

Ein bekanntes Gerät dieser Art (deutsche Patentschrift 1 69 8 240) verfügt über mehrere Pipettenspitzen, die teils starr, teils schwenkbar angeordnet sind. Jeder Pipettenspitze ist ein Förderkolben und eine diesen verschiebende pneumatische

7 Π q R 1 ? / η 8 B U

Antriebseinheit zugeordnet. Dabei werden die einzelnen Arbeitshübe über eine Anordnung von Kurvenscheiben, elektrischen Schaltern und von diesen gesteuerten Elektrοventilen gesteuert. Bei diesem Gerät werden zwar die einzelnen Pipettenspitzen selektiv angesteuert, aber jeweils nach einem starren Programm, das nur durch umständlichen Ersatz der Kurvenscheiben geändert werden kann. Das Gerät eignet sich daher praktisch ausschliesslich für automatisierte, in grosser Anzahl durchgeführte Seriendosierungen. Ausserdem ist der Aufwand - für jede Pipettenspitze ein gesonderter Antrieb - beträchtlich.

Die vorliegende Erfindung entstand aus der Aufgabenstellung, ein Gerät zu schaffen, das bei massigem Aufwand zur Abgabe unregelmässig wechselnder Mengen mehrerer Flüssigkeiten geeignet ist. Dabei ging es sowohl· um die vorbestimmte Dosierung von beispielsweise Lösungsmitteln,, Reagenzien oder Reinigungsmitteln, wie auch um die Anwendung bei Titrationen. Beide Anwendungsfälle spielen eine besonders grosse Rolle bei nach Art und Anzahl häufig wechselnden Analysen im Bereich der Nasschemie (Einzel- oder Kleinserienanalysen). Hierbei wird, im Gegensatz zu den oben erwähnten Serienanalysen, eine grössere Anzahl verschiedener Flüssigkeiten in unregelmässigen Abständen benötigt. Die naheliegende Lösung, für jede Flüssigkeit ein separates Dosiergerät vorzusehen, benötigt viel Platz, ist unwirtschaftlich und darüber hinaus zur Automatisierung wenig geeignet.

709832/0864

Die Erfindung schafft hier dadurch Abhilfe, dass bei einem Gerät der eingangs erwähnten Art ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen ist, der wahlweise mit je einer Fördereinrichtung koppelbar ist.

Besonders raumsparend und einfach wird das Gerät, wenn die Fördereinrichtungen äquidistant zum gemeinsamen Antrieb angeordnet sind. Daraus ergibt sich für einen Vielfachdosierer eine Kreisanordnung.

Um in den einzelnen Abgabeeinheiten verbrauchte Flüssigkeit durch Entnahme aus einem entsprechenden Reservoir wieder aufzufüllen, ist es zweckmässigj dass jede Abgabeeinheit einen Mehrwegehahn aufweist, und dass der gemeinsame Antrieb ein gemeinsames Umsteuerorgan für jeden Mehrwegehahn umfasst.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Gerätes umfasst der gemeinsame Antrieb einen vertikal verstellbaren Ausleger, der in einem Mitnehmer mündet, welcher mit einem entsprechenden Koppelelement einer ausgewählten Fördereinrichtung zur Uebertragung der Förderbewegung koppelbar ist. Zweckmässigerweise sind dabei der Ausleger für die Fördereinrichtungen und das ümsteuerorgan für die Mehrwegehähne jeweils an dieselbe ausgewählte Abgabeeinheit koppelbar.

Vorzugsweise umfasst der gemeinsame Antrieb einen Schrittmotor. Damit sind besonders genaue und gut reproduzierbare Dosierungen möglich, und doch bleibt der für den Motor und seine Steuerung erforderliche Aufwand, bezogen auf eine einzelne Abgabeeinheit, relativ klein.

709832/0864

26A6659

Eine oben bereits gestreifte, wichtige Anwendung des Erfindungsgedankens ist diejenige auf dem Gebie-te der Titration. Demgemäss zeichnet sich eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Gerätes dadurch aus, dass es als Multibürette über individuelle Leitungen an wenigstens einen Titrator angeschlossen ist. Dabei kann zweckmässigerweise jeder Titrator eine Mehrzahl von jeweils an eine Abgabeeinheit angeschlossenen Bürettenspitzen aufweisen.

Zur Erläuterung der durch die Erfindung eröffneten Möglichkeiten wird nachstehend anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Für das Beispiel wurde eine Multibürette mit drei nachgeschalteten Verbrauchsstellen ausgewählt.

In den nicht massstabliehen Zeichnungen stellen dar Figur 1 eine schematische Gesamtdraufsicht der Anordnung, Figur 2 einen Schnitt durch die Multibürette, Figur 3 einen Detailschnitt längs der Linie 3-3 in Figur 2, Figur 4 einen Schnitt durch einen Titrierkopf, und Figur 5 einen Schnitt durch einen Dosierkopf.

Das Beispiel stellt eine Multibürette 10 mit acht symmetrisch auf einem Kreis angeordneten Abgabeeinheiten 12 dar. Jede Abgabeeinheit ist über einen Schlauch 14 mit einem von acht Vorratsgefässen 16 verbunden. Je ein weiterer Schlauch 18 führt von den Abgabeeinheiten 12 zu den Verbrauchsstellen: Die acht Schläuche 18 führen zu zwei Titrierköpfen 20 (je zwei Schläuche) bzw. zu einem Dosierkopf 22 (vier Schläuche).

709832/0864

Eine Steuereinheit 24 ist über eine Speise- und Signalleitung 26 mit der Multibürette 10 und über Speise- und Signalleitun-

gen 28 mit den beiden Titrierköpfen 20 verbunden. ·

Der Aufbau der Multibürette 10 ist aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Im Zentrum einer Konsole 30 ist ein feststehender Lagerzapfen 32 angeordnet. Er bildet das Lager für den Drehzylinder 36 des gemeinsamen Antriebs 34. Der Drehantrieb erfolgt dabei mittels eines Schrittmotors 38, der unten an der Konsole 30 befestigt ist, über einen Zahntrieb 40.

Zwischen zwei Auslegern 42, 42' ist eine Spindel 44 drehbar gefangen, die eine Wandermutter 46 durchsetzt. Die Spindel wird von einem Schrittmotor 48, der am unteren Ausleger 42 fixiert ist, direkt angetrieben. Der Weg der Wandermutter wird unten und oben durch je einen Endschalter 50, 50', betätigt durch eine Fahne 52, begrenzt.

Auf Säulen 54 ruht ein Zwischenboden 56 mit einer zentralen Oeffnung 58 für den Drehzylinder 36. Auf ihm sind die Glaszylinder 60 der acht gleichen Abgabeeinheiten 12 befestigt. Zu jedem Zylinder 60 gehört ein Kolben 62, dessen Stange 64 in einem Gleitlager 66 im Zwischenboden 56 geführt ist. Am Ende der Kolbenstange 64 sind mit festem axialem Abstand zwei Scheiben 68, 68' fest angebracht, in welche mit Spiel ein abgesetztes Ende 7-0 der Wandermutter 46 hineinragen kann.

Am oberen Ende jedes Zylinders 60 sitzt ein Dreiwegehahn Er verbindet wahlweise die vom entsprechenden Reservoir 16

703832/0864

kommende Leitung 14 oder die Abgabeleitung 18 mit dem Innern des Zylinders. In der Höhe der Dreiwegehähne 72 ist auf einem Ausleger 74 des Drehzylinders 36 ein Schrittmotor 76 angeordnet. Seine Welle erstreckt sich waagerecht genau über der Spindel 44 und trägt an ihrem Ende eine Scheibe 78 mit zwei Mitnehmern 80. Diese wirken zusammen mit einer flachen Nase 82 am Dreiwegehahn 72. Die Nasen 82 aller acht Dreiwegehähne 72 liegen auf einer gemeinsamen Horizontalebene, ebenso die Scheiben 68 bzw. 68' in der Null- oder Ausgangsstellung.

Die elektrischen Anschlüsse der Motoren sind mit 26', diejenigen der beiden Schalter 50, 50* mit 26^lf bezeichnet.

Figur 4 zeigt einen Schnitt durch einen der Titrierköpfe Eine Kopfplatte 84 weist drei konische Bohrungen auf. In die mittlere Bohrung ist eine Messelektrode 86 eingesteckt, durch die beiden äusseren ragt je eine Bürettenspitze 88, 88' in den Bereich des Titrationsgefässes 90. Mittels einer nicht gezeigten Einrichtung kann der Titrierkopf vertikal verschoben werden (Doppelpfeil), um das Titriergefäss austauschen zu können. Ein elektrischer Anschluss 28' verbindet die Elektrode mit dem Auswerteteil der Steuerung 24.

Der Schnitt in Figur 5 zeigt die wesentlichen Elemente der Dosiereinheit 22: Eine Halteplatte 92 verfügt über vier schräg nach unten innen geneigte, auf einem Kreis angeordnete Bohrungen. In jede Bohrung ist eine Pipettenspitze 94 gesteckt, deren jede über einen Schlauch 18 an eine Abgabeeinheit 12 angeschlossen ist. -

709832/0864

Die gewählte Anordnung mit acht Abgabeeinheiten 12 erlaubt es, mit maximal acht verschiedenen Flüssigkeiten zu arbeiten, davon vier im Dosierkopf 22 (Abgabe vorbestimmter Mengen, z.B. von Lösungsmitteln) und je zwei in jedem Titrierkopf 20.

In den Zeichnungen wurden im Interesse der Einfachheit und Üebersichtlichkeit der Darstellung konventionelle, für das Wesen der Erfindung nicht erhebliche Details und Elemente weitgehend weggelassen, so beispielsweise die radiale Sicherung der Wandermutter 46, Dichtungen der Zylinder 60, Verschraubungen, Halterungen etc.

Nachstehend sei an einem Beispiel die Arbeitsweise der Multibürette beschrieben. Dabei sei davon ausgegangen, dass die Steuereinheit (deren konkrete Ausbildung im Rahmen der Erfindung beliebig ist) über die notwendigen Tasten, Schalter etc. zur manuellen Steuerung des Gerätes verfügt.

Zur Vornahme einer bestimmten Titration auf vorgewählten Endpunkt wird das Gefäss 90 mit der zu untersuchenden flüssigen Probe unter den Dosierkopf 22 gestellt. Dort wird ihm ein vorgewähltes Quantum eines bestimmten Verdünnungsmittels zudosiert. ■ Hierzu wird an der Steuereinheit 24 die entsprechende Abgabeeinheit 12 angewählt, der Antrieb 34 beginnt sich zu drehen und hält an, sobald der Ausleger 70 zwischen die Scheiben 68, 68' der angewählten Abgabeeinheit eingefahren ist. Nach Abschalten des Motors 38 wird der Motor 48 eingeschaltet. Die Wandermutter 46 drückt nun den Kolben 62 so lange nach oben,

709832/0864

bis die vorgewählte Menge Verdünnungsmittel in das Gefass 90 ausgestossen ist. Unmittelbar darauf schaltet der Motor 48 um auf Rücklauf. Gleichzeitig wird der Motor 76 gestartet, der den Dreiwegehahn 72 von "Ausstossen" auf "Auffüllen" dreht. Während des Rücklaufs des Kolbens 62 in die Null- oder Ausgangsposition wird also der Zylinder 60 wieder gefüllt. Ist die Nullstellung erreicht, so schaltet der Motor 48 für eine kurze Zeitspanne wieder um auf "Ausstossen". Diese Zeitspanne entspricht einem gewissen Weg und ist gerade so bemessen, dass der Mitnehmer 70 von der unteren Scheibe 68* freikommt und eine bestimmte mittlere Position zwischen beiden Scheiben 68, 68' einnimmt, um bei erneuter Drehbewegung des Antriebs 34 berührungslos nicht ausgewählte Positionen durchfahren bzw. in eine gewählte Position einfahren zu können. Gleichzeitig dreht der obere Motor 76 den Dreiwegehahn 72 wieder in die Ausstossposition zurück, um anschliessend ebenfalls eine kurze Gegenbewegung zum Freikommen der Mitnehmer 80 von der Nase 82 zu machen.

Die Multibürette ist nun wieder in der Ausgangsposition, bereit für die nächste Abgabe von Flüssigkeit. Das Gefäss 90 wird von der Dosierstation 22 entfernt und einem Titrierkopf 20 zugeführt. Nach Erteilen der entsprechenden Steuerbefehle an der Steuereinheit 24 wird der Titrierkopf 20 abgesenkt, und es beginnt der Zulauf der gewählten Reagenzflüssigkeit (Titriermittel) . Es läuft der gleiche Vorgang ab wie oben beschrieben, mit dem einen Unterschied, dass jetzt die Flüssigkeitsabgabe

709832/0864

dann gestoppt wird, wenn das Signal der Elektrode (gemessenes Potential in der Lösung) mit dem vorgewählten, der Steuerung eingegebenen Wert übereinstimmt. -

Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung mancherlei Variationen möglich sind. So ist häufig die Verwendung von Flachhahnen anstelle von zylindrischen oder Konushahnen der gezeigten Art vorteilhaft. Auch z.B. Kugelventile können verwendet werden. Je nach Art der Steuerung und den Anforderungen an das Gerät können Schritt- oder andere Motoren verwendet werden. Der Antrieb kann prinzipiell sowohl elektrischer als auch pneumatischer Art sein. Für die Anzeige der abgegebenen Flüssigkeitsmengen sind Umdrehungszähler oder (z.B. bei Schrittmotoren) Impulszähler möglich. Die Anzahl der Abgabeeinheiten pro Multibürette ist in relativ "weiten Grenzen variabel; sie hängt u.a. davon ab, wie oft welche verschiedenen Flüssigkeiten gebraucht werden und wieviel von welchen Geräten zugeordnet werden sollen. Im Hinblick auf letzteren Gesichtspunkt sind neben der beispielsweise beschriebenen Kombination von Dosierkopf und Titratoren auch Konfigurationen zweckmässig, bei denen entweder nur Dosieraufgaben zu lösen sind (Vielfachdosierer, z.B. VielfachVerdünner) oder aber nur eine Mehrzahl von Titratoren gespeist werden soll. Auch die Anzahl der Bürettenspitzen pro Titrierkopf kann wesentlich mehr als zwei betragen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemässen Gerätes im Rahmen automatisierter Anlagen, deren Steuerung

709832/0864

mittels programmierbaren Rechnern erfolgt, wobei auch der Transport der Probengefässe zu und von den· einzelnen Dosierbzw. Titrierköpfen mit einer mechanisierten Einrichtung erfolgen kann.

709832/0864

Claims

Patentansprüche

1. Gerät zur wählbaren Abgabe von Flüssigk'eitsmengen, mit einer Mehrzahl von Abgabeeinheiten, deren jede eine eigene Fördereinrichtung umfasst, und mit einer Einrichtung zum selektiven Ansteuern der einzelnen Fördereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Antrieb (34) vorgesehen ist, der wahlweise mit je einer Fördereinrichtung (12) koppelbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen (12) äquidistant zum gemeinsamen Antrieb (34) angeordnet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Abgabeeinheit einen Mehrwegehahn (72) aufweist, und dass der gemeinsame Antrieb (34) ein gemeinsames Umsteuerorgan (76, 78, 80) für jeden Mehrwegehahn (72) umfasst.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Antrieb einen vertikal beweglichen Ausleger (46) umfasst, der in einem Mitnehmer (70) mündet, welcher mit einem entsprechenden Koppelelement (68, 68') einer ausgewählten Fördereinrichtung zur Uebertragung der Förderbewegung koppelbar ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (46) für die Fördereinrichtungen und das Umsteuerorgan (76, 78, 80) für die Mehrwegehähne jeweils an dieselbe ausgewählte Abgabeeinheit koppelbar sind.

7 0 9 8 3 2/0864

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Antrieb (34) einen Schrittmotor (48) umfasst.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es als Multibürette über individuelle Leitungen (18) an wenigstens einen Titrator (20) angeschlossen ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Titrator (20) eine Mehrzahl von jeweils an eine Abgabeeinheit (12) angeschlossenen Bürettenspitzen (88) aufweist,

0 9 8 3 2/0864