DE2646659C3

DE2646659C3 - Gerät zur wählbaren Abgabe von Flüssigkeitsmengen

Info

Publication number: DE2646659C3
Application number: DE2646659A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Chem. Dr. Binningen Bartels; Fritz Zuerich Gallati; Karl Uerikon Lang; Heinz Greifensee Rutishauser
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1976-02-06
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1979-04-26
Also published as: GB1498782A; DE2646659B2; DE2646659A1; FR2340538B1; FR2340538A1; DE7632354U1; US4096972A; CH594235A5; JPS52106189U

Description

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 16 98 240) verfügt über mehrere Pipettenspitzen, die teils starr, teils schwenkbar angeordnet sind. Jeder Pipettenspitze ist ein Förderkolben und eine diesen verschiebende pneumatische Antriebseinheit zugeordnet. Dabei werden die einzelnen Arbeitshübe über eine Anordnung von Kurvenscheiben, elektrischen Schaltern und von diesen gesteuerten Elektroventilen 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 mäßigem 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 s 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 Serienanclysen, eine

ίο 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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst 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 da.^c Gerät

wenn die Fördereinrichtungen äquidistant zum gemeinsamen Antrieb angeordnet sind. Daraus ergibt sich für einen Vielfachdosierer eine Kreisanordnung.

Eine bevorzugte Ausführungsform, die auch eine Wiederauffüllung der in den einzelnen Abgabeeinheiten verbrauchten Flüssigkeiten durch Entnahme aus entsprechenden Vorratsgefäßen erlaubt kennzeichnet sich dadurch, daß jede Abgabeeinheit einen Mehrwegehahn aufweist und daß der gemeinsame Antrieb ein gemeinsames Umsteuerorgan für jeden Mehrwegehahn, eine vertikal bewegliche Wandermutter, die in einen Ausleger mündet welcher mit einem entsprechenden Koppelelement einer ausgewählten Fördereinrichtung zur Übertragung der Förderbewegung koppelbar ist und einen Schrittmotor umfaßt. Zweckmäßigerweise sind dabei der Ausleger der Wandermutter für die

Fördereinrichtungen und das Umsteuerorgan für die Mehrwegehähne jeweils an dieselbe ausgewählte Abgabeeinheit koppelbar. Der Schrittmotor erlaubt besonders genaue und gut

reproduzierbare Dosierungen und doch bleibt der für den Motor und seine Steuerung erforderliche Aufwand, bezogen auf eine einzelne Abgabeeinheit relativ klein.

Eine oben bereits gestreifte, wichtige Anwendung des Erfindungsgedankens ist diejenige auf dem Gebiet der Titration. Demgemäß zeichnet sich eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gerätes dadurch aus, daß es bei Verwendung als Multibürette über individuelle Abgabeleitungen an wenigstens einen Titrierkopf angeschlossen ist, wobei die Bürettenspitze(n) jedes Titrierkopfes jeweils an eine Abgab?einheit angeschlossen sind.

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 maßstäblichen Zeichnungen stellen dar
F i g. 1 eine schematische Gesamtdraufsicht der Anordnung.
F ig. 2 einen Schnitt durch die Multibürette,

F i g. 3 einen Detailschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

F i %. 4 einen Schnitt durch einen Titrierkopf, und
F i g. 5 einen Schnitt durch einen Dosierkopf.
Das Beispiel stellt eine Multibürette 10 mit acht symmetrisch auf einem Kreis angeordneten Abgabeeinheiten dar, von denen jede eine Fördereinrichtung 12 aufweist, jede Abgabeeinheit ist über eine als Schlauch ausgebildete Speiseleitung 14 mit einem von acht

Vorratsgefäßen 16 verbunden. Je eine weitere als Schlauch ausgebildete Abgabeleitung 18 führt von den Abgabeeinheiten zu den Verbrauchsstellen: Die acht Abgabeleitungen 18 führen zu zwei Titrierköpfen 20 (je zwei Leitungen) bzw. zu einem Dosierkopf 22 (vier Leitungen).

Eine Steuereinheit 24 ist über eine Speise- und Signalleitung 26 mit der Multibürette 10 und über Speise- und Signalleitungen 28 mit den beiden Titrierköpfen 20 verbunden.

Der Aufbau der Multibürette 10 ist aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich. Im Zentrum einer Konsole 30 ist ein feststehender Lagerzapfen 32 angeordnet Er bildet das Lager für den Drehzylinder 36 eines 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 Kragstützen 42,42' ist eine Spindel 44 drehbar gefangen, die eine Wandermutter 46 durchsetzt Die Spindel 44 wird von einem Schrittmotor 48, der an der unteren Kragstütze 42 fixiert ist, direkt angetrieben. Der Weg der Wandermutter 46 wird unten und oben durch je einen Endschalter 50, SO', betätigt du.ch eine Fahne 5Z begrenzt

Auf Säulen 54 ruht ein Zwischenboden 56 mit einer zentralen öffnung 58 für den Drehzylinder 36. Auf dem Zwischenboden sind die Glaszylinder 60 der acht gleichen Fördereinrichtungen 12 befestigt Zu jedem Glaszylinder 60 gehört ein Kolben 62, dessen Kolbenstange 64 in ;inem 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 Ausleger 70 der Wandermutter 46 hineinragen kann.

Am oberen Ende jedes Glaszylinders 60 sitzt ein Dreiwegehahn 72. er verbindet wahlweise die vom entsprechenden Vorratsgefäß 16 kommende Speiseleitung 14 oder die Abgabeleitung 18 mit dem Inneren des Glaszylinders. In der Höhe der Dreiwegehähne /2 ist auf einem Kragstück des Drehzylinders 36 ein Schrittmotor '6 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 in einer gemeinsamen Horizontalebene, ebenso die Scheiben 68 bzw. 68' in der Null- oder Ausgangsstellung.

Die elektrischen Anschlüsse der Schrittmotoren 38, 48 und 76 sind mit 26'. diejenigen der beiden Endschalter 50,50' mit 26" bezeichnet

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch einen der Titrierköpfe 20. Eine Kopfplatte 84 weijt 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 Probengefäßes 90. Mittels einer nicht gezeigten Einrichtung kann der Titrierkopf vertka! verschoben werden (Doppelpfeil), um das Probengefäß austauschen zu können. Ein elektrischer Anschluß 28' verbindet die Meßelektrode S6 mit dem Auswerteteil der Steuereinheit.

Der Schnitt in F i g. 5 zeigt die wesentlichen Elemente des Dosierkopfes 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 eine Abgabeleitung 18 an eine Abgabeeinheit angeschlossen ist.

Die gewählte Anordnung mit acht Abgabeeinheiten 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 Übersichtlichkeit 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 Glaszylinder 60, Verschraubungen, Halterungen etc.

Nachstehend sei an einem Beispiel die Arbeitsweise der Multibürette beschrieben. Dabei sei davon ausgegangen, daß die Steuereinheit 24 (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 Probengefäß 90 mit der zu untersuchenden flüssigen ^r obe unter den Dosierkopf 22 gestellt Dort wird ihm im 'orgewähltes Quantum eines bestimmten Verdünnungsmittels zudosiert Hierzu wird an der Steuereinheit 24 die entsprechende Abgabeeinheit angewählt der Antrieb 34 beginnt sich zu drehen und hält an, sobald der Ausleger 70 zwischen die Scheiben 68, 68' der in der angewählten Abgabeeinheit enthaltenen Fördereinrichtung 12 eingefahren ist Nach Abschalten des Schrittmotors 38 wird der Schrittmotor 48 eingeschaltet Die Wandermutter 46 drückt nun den Kolben 62 so lange nach oben, bis die vorgewählte Menge Verdünnungsmittel in das Probengefäß 90 ausgestoßen ist Unmittelbar darauf schaltet der Schrittmotor 48 um auf Rücklauf.

Gleichzeitig wird der Schrittmotor 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 Glaszylinder 60 wieder gefüllt Ist die Nullstellung erreicht, so schaltet tier Schrittmotor 48 für eine kurze Zeitspanne wieder um auf »Ausstoßen«. Diese Zeitspanne entspricht einem gewi sen Weg und ist gerade so bemessen, daß der Ausleger 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 Schrittmotor 76 den Dreiwegehahn 72 wieder in die

so Ausstoßposition zurück, um anschließend ebenfalls eine kurze Gegendrehung zum Freikommen der Mitnehmer 80 von der Nase 82 zu machen.

Die Muitibürette ist nun wieder in der Ausgangsposition, bereit für die nächste Abgabe von Flüssigkeit. Das Prooengefäß 90 wird vom Dosierkopf 22 entfernt und einem Titrierkopf K zugeführt. Nach Eneüen 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 ' organg ab wie oben beschrieben, mit dem einen Unterschied, daß jetzt die Flüssigkeitsabgabe dann gestoppt wird, wenn das Signal der Meßelektrode (gemessenes Potential in der Lösung) mit dem vorgewählten, der Steuerung eingegebenen Wert übereinstimmt.

Es versteht sich, dd3 im Rahmen der Erfindung mancherlei Variationen möglich sind. So ist häufig die Verwendune von Flachhahnen ηηςίρΙΙρ vnn ^vlinHri.

sehen 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 elektri- s scher 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 Titrierkopf auch Konfigurationen zweckmäßig, bei denen entweder nur Dosieraufgaben zu lösen sind (Vielfachdosierer, z. B. VielfachverdOnner) oder aber nur eine Mehrzahl von Titrierköpfen gespeist werden soll. Auch die Anzahl der BUrettenspitzen pro Titrierkopf kann wesentlich mehr als zwei betragen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Gerätes im Rahmen automatisierter Anlagen, deren Steuerung mittels programmierbarer Rechner erfolgt, wobei auch der Transport der ProbengefäBe zu und von den einzelnen Dosier- bzw. Titrierköpfen mit einer mechanisierten Einrichtung erfolgen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, 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), eine vertikal bewegliche Wandermutter (46), die in einen Ausleger (70) mündet, welcher mit einem entsprechenden Koppelelement (68,68') einer ausgewählten Fördereinrichtung zur Übertragung der Förderbewegung koppelbar ist, und einen Schrittmotor (48) umfaßt

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (70) der Wandermutter (46) für die Fördereinrichtungen (12) und das (Jmsteuerorgan (76, 78,80) für die Mehrwegehähne (72) jeweils an dieselbe ausgewählte Abgabeeinheit koppelbar sind.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Verwendung als Multibürette über individuelle Abgabeleitungen (18) an wenigsten, einen Titrierkopf (20) angeschlossen ist, wobei die Büretfnspitzc'n) (88, 88') jedes Titrierkopfes jeweils an »ine Abgabeeinheit angeschlossen sind.