DE2831541A1

DE2831541A1 - Verfahren und vorrichtung zum tropfenweisen ausgeben einer vorbestimmten fluessigkeitsmenge

Info

Publication number: DE2831541A1
Application number: DE19782831541
Authority: DE
Inventors: Sadao Tokorazawa
Original assignee: Pilot Pen Co Ltd
Current assignee: Pilot Corp
Priority date: 1977-07-19
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US4446993A; US4413751A; FR2398288A1; GB2001604B; GB2001604A; JPS5421603A; JPS6227277B2; DE2831541C2; FR2398288B1

Description

PATENTANWÄLTEN A. GRUNTECKER

"ψ- H. KINKELDEY

W. STOCKMAIR

DR-IfJG - AeE(CALTECH)

K. SCHUMANN

DR R£R NAT. - ÖPl->>rra

P. H. JAKOB

D)PL-ING

G. BEZOLD

DR. FtER NATt- DIPL-CHQVl

8 MÜNCHEN 22

MAXlMtLlANSTRASSE 43

Verfahren und Vorrichtung zum tropfenweisen Ausgeben einer vorbestimmten Plüssigkeitsmenge

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Ausgeben von Flüssigkeiten. Sie ist insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sehr genauen tropfenweisen Ausgeben einer vorbestimmten !"lüssigkeitsmenge gerichtet.

Es ist üblich, eine Dosiereinrichtung, etwa eine Pipette, Burette usw. zu verwenden, um kleine vorgegebene KLüssigkeitsmengen aus einem Vorratsbehälter in mehrere kleinere Behälter zu

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TELEFON (08Θ) 22 28 62 . TELEX OB-2B 38Ο TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

übertragen.. Derartige Flüs sigke it süber führ längsverfahren werden normalerweise von Hand ausgeübt₉ um die notwendige Genauigkeit zu erzielen, weil visuelle Messungen erforderlich sind.

Wenn jedoch die Zahl der vorgegebenen Plüssigkeitsmengen wächst, wird es zunehmend schwieriger, die gewünschte Genauigkeit einzuhalten, weil menschliche Dehler beim Messen sich häufen» wenn die Anzahl der Messungen in der Zeiteinheit zunimmt, Ss sind bereits Anstrengungen unternommen worden, die Übertragung zu automatisiere^ doch haben diese Anstrengungen nicht die gewünschten Resultate einer erhöhten G-enauigkeit _s eines höheren Durchsatzes und geringerer Meßkosten erbracht* Mann die Übertragung auf zufriedenstellende Weise automatisiert werden könnte y könnte sie beispielsweise aum Zusammenstellen und Ausgeben einer Mischung von Ausgangsstoffen und zum Beimischen von Katalysatoren_s !Farbstoffen, Sensibilisatoren usw* angewandt werden.

Verfahren und Vorrichtung, gemäß äer Erfindung machen es möglich^ eine vorgegebene Plüssigkeitsmenge sehr genau tropfenweise auszugeben. Die flüssigkeit wird peristaltisch und intermittierend aus einem Reservoir zu einer Ausgaberöhre gepumpt, indem ein elastischer Schlauch» öer die Flüssigkeit führt und an die Ausgaberöhre angeschloesen ist₉ nacheinander zusammengequetscht und wieder freigegeben. x^ird* Die Ausgaberöhre hat eine Auslaßöffnung, deren Stirnfläche senkrecht zur Längsachse äer Ausgaberöhre liegt» Der Außendurchmesser der Ausgaberöhre an der Auslaßöffnung ist kleiner oder höchstens gleich dem doppelten Innendurchmesser der AusgaberÖhre an der Auslaßöffnung. Die vorgegebene 3?lüssigkeitsmenge_s die in !Tropfenform aus der Auslaßöffnung ausgegeben wird, genügt folgenden. Bedingungen!

1) V ■ β Q χ Μ χ G

2) 50 mg > Q . ■ "

3) 0,5-Sekunden < M

4} 3/Sekunden > ö 5)1,5=MsC

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worin

V das Gewicht des produzierten Flüssigkeitstropfens ist,

Q die Fördermenge der Flüssigkeit,

M das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Tropfen,

und
0 der Zyklus der Pumpe ist.

Weitere Merkmale, Einselheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen» Darin zeigen:

Fig.1 ein Blockschema einer Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung?

Fig«2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Auslaßöffüung der Ausgaberöhre|

Fig.3-6 Schnittansichten v/eiterer Ausführungsforden der Auslaßöffnung der Ausgaberöhreι

Figo? eine Vorderansicht der peristaltischen Pumpe, ausgestattet mit einem intermittierenden Antrieb?

Fig.8 sine fragmentarisch© Schnittansicht der in Fig.7 gezeigten peristaltischen Pumpe;

Fig«9 eine Sehnittansicht der im Beispiel 2 verwendeten perietal-

und ■ -

!ig. 10 ein Diagramm, in äem die Tropfenzahl auf der Ordinate gegen das Gewicht der !Tropfen auf der Abssisss aufgetragen ist und die Kurven a, Tb, c und δ die Verteilung der Gewichte V der Tropfen darstellen^ wie sie durch den Versuch 1 bawo durch die Vergleichstests 1, 2 und 3 bestimmt wurdeβ

Ia dem Blockschema der Fig.1, das Verfahren und Vorrichtung der Erfindung derstellt₉ ist ein elastischer Schlauch, der insgesamt mit 13 bezeichnet ist, zwischen einem insgesamt mit 10 bezeichneten Fluidreservoir und einer Ausgaberöhre eingeschaltet,

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die eine allgemein mit 12 bezeichnete Auelaßöffnung hat. Der elastische Schlauch 13 bildet demnach einen Strömungsweg für die Flüssigkeit zwischen dem Reservoir 10 und der Auslaßöffnung 1.2.

Eine insgesamt mit 14 bezeichnete peristaltische Pumpe ist derart angeordnet, daß sie intermittierend Flüssigkeit aus dem Reservoir 10 zur Auslaßöffnung 12 pumpt, indem sie den elastischen Schlauch 13 nacheinander zueammenquetscht und wieder losläßt. Ein intermittierender Antrieb, der insgesamt mit 16 bezeichnet ist, ist mit einer Antriebsquelle, insgesamt mit 15 bezeichnet, und der perxstaltischen Pumpe 14 funktionell verbunden. Wie später noch genauer beschrieben wird,.kann die Auslaßöffnung 12 verschiedene Formen haben.

Kurs gesagt, Verfahren und Vorrichtung der Erfindung gestatten, eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge tropfenweise und mit hoher Genauigkeit auszugeben.

Nunmehr wird das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung im einseinen beschrieben* Es wurde gefunden, daß, wenn eine Flüssigkeit tropfenweise ausgegeben wird, das Gewicht jedes Tropfens gleichmäßig ist, wenn man die Flüssigkeit tropfenweise aus einer Ausgaberöhre fließen läßt, die eine zur Längsachse der Ausgaberöhre senkrechte, Aaslaßfläche und eine AuslaSÖxfnung mit einer dünnen Wand hat. In anderen Worten? Das Gewicht V des gleichmäßigen Flüssigkeitstropfens, der ausgegeben wird, iat gleich dem Produkt aus der Fördermenge Q der Flüssigkeit, dem Intervall M, in dem ein Flüssigkeitstropfen produziert wird, und der Periode G zum Produzieren der Tropfen. Diese von dem Erfinder gefundene Beziehung macht es möglich, kleine Tropfen mit vorbestimmtem Gewicht und Proöuktionsintervallen auszugeben, wenn die Werte für die Parameter V, Q, M und G die oben erwähnte Gleichung erfüllen.

Anders ausgedrückt, schafft die Erfindung die Möglichkeit, aus einem Reservoir 10 eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge tropfen-

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v/eise auszugeben, dadurch daß die flüssigkeit durch aufeinanderfolgendes Zu3amaenquetschen und loslassen eines elastischen Schlauches 12 mittels der peristaltischen Pumpe 14 intermittierend zur Auslaßöffnung 12 gepumpt wird, daß die Stirnfläche der Auslaßöffnung 12 senkrecht zur Längsachse der Auslaßöffnung 12 liegt und der Außendurchmesser der Auslaßöffnung kleiner als der oder gleich dem doppelten Innendurchmesser der Auslaßöffnung ist, und daß die in Tropfenform ausgegebene Flüssigkeit den folgenden Bedingungen genügt:

I)V=QxMxO'

2) 50 mg > Q

5) 0,5 Sekunden < M

4) 3/Sekunäen > C

5) 1,5 t= M χ 0
worin:

V das Gewicht des ausgegebenen Flüssigkeitstropfens, Q die Fördermenge der Flüssigkeit,

M das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Tropfen und

C der Zyklus der Pumpe ist.

Die Auslaßöffnung 12 muß so geformt sein, daß ihre Stirnfläche senkrecht zur Längsachse der Auslaßöffnung 12 liegt. Außerdem muß der Außendurchmesser der Auslaßöffnung 12 gleich dem oder kleiner als der doppelte Innendurchmesser der Auslaßöffnung 12 sein. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, wird der von der Auslaßöffnung 12 abtropfende Flüssigkeitstropfen von der Wanddicke der Auslaßöffnung beeinträchtigt, so daß Gewicht und Menge der Tropfen nicht gleichmäßig sind.

Wie schon erwähnt, hat der Erfinder festgestellt, daß es zum tropfenweisen Ausgeben einer sehr genau gleichmäßigen Flüssigkeitsmenge notwendig ist, daß das Gewicht V des von der Auslaß-

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öffnung entlassenen Flüssigkeitstropfen gleich dem Produkt ist aua der Fördermenge der !Flüssigkeit Q, die kleiner ist als 50 mg, dem Intervall M, in dem ein Flüssigkeitstropfen produziert wird, das mehr als 0,5 Sekunden "beträgt, und dem Zyklus C, mit dem die Flüssigkeit zwangsgefördert wird, der kleiner als 3/Sekunde ist. Das Intervall M, in dem ein Flüssigkeitstropfen, produziert wird, ist gleich dem Quotienten, den man erhält, wenn man die Zwangsförderfrequenz η für die Fördermenge Q durch den Zyklus oder Arbeitstakt 0 der zwangsweisen Förderung dividiert» Ferner ist da3 Intervall M, in dem ein Flüssigkeitstropfen erzeugt wird, die Zeit, die notwendig ist, um jeweils einen Flüssigkeitstropfen abzugeben. Wenn die Bedingung für M nicht erfüllt werden kann, kann keine gleichmäßige Flüssigkeitsaienge

V in regelmäßigen Intervallen ausgegeben werden, selbst wenn den Bedingungen für die Auslaßöffnung genügt wird, weil die Fördermenge Q der Flüssigkeit nicht unter stabilen Bedingungen intermittierend zur Auslaßöffnung gepumpt wird.

Die oben erwähnte Bedingung für V kann vorzugsweise dadurch erfüllt werden, daß man die Fördermenge Q kleiner als 2,8 mg macht, das Intervall M langer als 3 Sekunden und dem Pumpzyklus kleiner als 2/sec und schließlich das Produkt M χ C £ 6·

Für.den Fall, daß Q<2,8 mg, M > 3,0 Sekunden, 0 < 2/Sekunden und das Produkt MxC^ 6 ist, wurde ermittelt, wie unten noch genauer ausgeführt wird, daß die Standardabwsichung 6" der ausgegebenen Tropfen von dem Sollgewicht kleiner als 0,6 ist» In an~ deren Worten: Wenn der Mittelwert ? für das vorgegebene Gewicht

V bezüglich der Standardabweichung f>" -Stichprobe durch die

Standardabweichung & dividiert wird, um den reziproken Varianzkoeffizienten (IT /&) zu ergeben, dann beträgt der Wert für den reziproken Varianzkoeffizienten (screening factor) mehr als 100.

Als Einrichtung zum intermittierenden Pumpen der Flüssigkeit zur Auslaßöffnung 12 wird vorzugsweise eine peristaltische Pumpe 14 verwendet. Sine solche peristaltiochs Pu.apa.kann 31ü.33ig-

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keiten von unterschiedlicher Beschaffenheit intermittierend pumpen, kann die Flüssigkeiten vollständig von der peristaltisehen Pumpe 14 selbst isolieren und kann den Leckverlust der Flüssigkeiten auf einem Minimum halten. Außerdem macht diese Pumpe es möglich, den elastischen Schlauch 13» wenn er verstopft ist, ohne Schwierigkeiten auszutauschen. Die peristaltische Pumpe 14 kann von dem Typ sein, bei dem das Zusammenquetschen und loslassen eines elastischen Schlauches 13 durch Heben und Senken von wenigstens drei Stößeln erfolgt, oder von dem Typ, bei dem ein elastischer Schlauch 13 zwischen einer Kreisbahn und wenigstens zwei rollenförmigen Stößeln, die um die Kreisbahn laufen, eingequetscht wird, oder von dem Typ, bei dem ein elastischer Schlauch 13 mittels wenigstens zweier umlaufender rollenföraiger Stößel zusammengedrückt wird, die entlang dem elastischen Schlauch 13» der auf einer ebenen Unterlage liegt, angeordnet sind.

Die Auslaßöffnung 12 hat vorzugsweise eine solche Gestalt und ist aus einem solchen Material hergestellt, daß zwischen der Wand der Auslaßöffnung und der Flüssigkeit ein geringer Strömungswiderstand vorhanden ist. So kann beispielsweise die Auslaßöffnung 12 zweckmäßigervieise aus einer Gruppe gewählt sein, die z.B. rostfreien Stahl, einen fluorhaltigen Kunststoff, ein Polyacetalharz, ein Silikonharz, Polyäthylen und Polypropylen enthält.

Die Auslaßöffnung 12 ist vorzugsweise derart gestaltet," daß die Stirnfläche senkrecht zur Längsachse der Auslaßöffnung liegt und einen kleinsten Außen- und Innenumfang am Querschnitt der Stirnfläche hato Ferner sind der Außenumfang und der Innenuiafang der Stirnfläche der Auslaßöffnung 12 konzentrisch· Es ist auch zweckmäßig, die Kante der Stirnfläche der Auslaßöffnung so zu schneiden, daß keine Grate o.dgl. stehenbleiben, und die Stirnfläche wird vorzugsweise spiegelglatt poliert. Zwar kann für den Innendurchmesser der Auslaßöffnung 12 irgendein Maß gewählt werden, doch ist es zweckmäßig, den Innendurchmesser im Bereich von 0,1 bis 8 mm zu halten. Der Außendurchmeaser der

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Auslaßöffnung 12 ist vorzugsweise kleiner als oder gleich dem doppelten Innendurchmesser der Auslaßöffnung und es ist zweckmäßig, die Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser möglichst klein au halten.

Das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser der Auslaßöffnung 12 wird vorzugsweise so gewählt, daß der Außendurchmasser kleiner als oder höchstens gleich dem doppelten Innendurchmesser ist, wenn der Innendurchmesser im Bereich von 0,1 "bis 0,49 mra liegt. Bs ist zweckmäßig, den Außendurchmesser kleiner als das 1,5 fache des Innendurchmessers zu machen, wenn der Innendurchmesser im Bereich von 0,5 Me 0,99 mm liegt. Weiter ist es zweckmäßig, den Außendurchmesser kleiner als das 1,4 fache des Innendurchmessers zu machen, wenn der Innendurchmesser im Bereich von 1,0 bis 1,99 mm liegt. Wenn der Innendurchmesser zwischen 2,0 und 2,99 mm hat, ist der Außendurchmesser zweckmässigerweise weniger als das 1,3 fache des Innendurchmessers, und wenn der Innendurchmesser im Bereich von 5»0 Ibis 8,0 mm liegt, ist es für den Außenäurchmesser zweckmäßig, das 1.,2 fache des Innendurchmessers zu haben. Pur die länge der Auslaßöffnung 12 gibt es keine Beschränkung. Die länge wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der Viskosität der auszugebenden Flüssigkeit gewählt. Zu beachten ist, daß eine länge von mehr als 50 mm ia typischen Fall nicht erforderlich ist. . " "

Wie oben erwähnt, kann die Auslaßöffnung 12 aus einem dünnwandigen Zylinder aus rostfreiem Stahl geformt sein. Die Stirnfläche der Auslaßöffnung 12 ist vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Auslaßöffnung 12. In den Fig.2 bis 6 sind verschiedene mögliche Formen für die Düse der Auslaßöffnung 12 dargestellt.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die Fig«7 und 8 ein geeignetes Ausführungsbeispiel der peristaltisehen Pumpe 14 und des intermittierenden Antriebs 16 im einzelnen beschrieben. Eine starre Achse 18 ist an einer rechteckigen Befestigungsplatte 17 senkr-aeht zu dieser festgemacht und ragt durch ein Slinken—

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rad 20, das mittels eines eingepaßten Armes 19 drehbar gehaltert ist. Das Klinkenrad 20 ist auf seiner der Befestigungsplatte 17 zugekehrten Seite mit einem kreisrunden Vorsprung 21 versehen, der einen kleineren Durchmesser hat als das Klinkenrad 20. Auf der zum Vorsprung 21 entgegengesetzten Seite sind sechs löcher 22 auf einem Kreis mit dem Mittelpunkt auf der Achse des Klinkenrades angeordnet. Der Arm 19 ist als ein Körper mit einer ringförmigen Basis 23 und einem davon wegragenden Ansatz 24 ausgebildet. Der Innendurchmesser der Basis 23 ist annähernd

gleich dem Außendurchmasaar des VorSprungs 21 gemacht, so daß der Vorsprung 21 lose in den Arm 19 paßt und der Arm 19 zwischen der Befestigungaplatte 17 und dem Klinkenrad 20 gehalten wird. Eine Schraube 25 ist ebenfalls am Arm 19 angebracht, so daß sie mit ihren Enden an beiden Seiten des Arms 19 vorsteht. Das eine Ende der Schraube 25 ist mit einem Greifer 26 versehen, der in die Zähne des Slinkenrades 20 greift· Auf dem anderen Ende der Schraub= 25 ist ein Ende einer Schraubenfeder 27 verankert, die derart auf der Rückseite der Befestigungsplatte 17 angebracht ist, daß sie normalerweise den Arm 19 gemäß K.g»7 im Uhrzeigersinn zieht.

Die der Befestigungsplatte 17 zugekehrte Seite des Armes 19 ist mit einem Anschlagklots 29 versehen, dsjp mit einer Schraube 28 festgemacht ist. In den Anschlagklotz 29 ist eine Einstellschraube 30 eingeschraubt, die zum Regulieren des DrehungsSpielraumes des Armes 19 im Uhrzeigersinn dient, indem der Arm mit dem Ende der Einstellschraube 30 in Kontakt kommt. Die Schraube 28, Hit der der Anschlagklotz 29 befestigt ist, ragt durch die Befestigungsplatte 17 und hält an ihrem vorstehenden Ende das andere Ende der Schraubenfeder 27. Außerdem ist auf der dem Arn 19 zugewendeten Seite der Befestigungsplatte 17 noch ein Arretierelement 31 befestigt, das in die Zähne des Klinkenrades 20 einrastet, um das Rad gegen eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn zu sichern·

In den Löchern. 22 r}s3 Slinlcenradea 20 sind sech3 Zapfen 32 ein-

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gesetzt. Auf den Zapfen 32 sind Rollen 33 drehbar gelagert, die jeweils einen solchen Abstand voneinander haben, daß sie sich nioht berühren.

Rund um die Rollen 33 ist ein ringförmiges Gehäuse 34 derart angeordnet, daß der Abstand zwischen dem Umfang der Rollen 33 und der inneren Kreisfläche des ringförmigen Gehäuses 34 an allen Stellen gleich ist* Bin oder mehrere loohförmige Kalter 36 sind an den Umfangsteilen des Gehäuses 34 diametral gegenüber angebracht«, Sin elastischer Schlauch 13 oder mehrere solche Schläuche, die jeweils einen größeren Durchmesser haben als das loch des Halters 36 bzw. der Halter, sind in Preßpassung in dem Halter 36 oder den Haltern aufgenommen und sind zwischen den Rollen 33 und der Innenfläche 35 dea Gehäuses 34 eingepreßt.

Ein Ende des elastischen Schlauches 13 ist mit der 3?lüssigkeitsqaelle 11 verbunden und das andere Snüs ist mit der Auslaßöffnung 12 verbunden. Wsnn. mehrere elastische Seliläuchs 13 verwendet werden, sind dieae an die Auslaßöffnung 12 über ein zusammenführendes Verbindungsstück angeschlossen. Eine transparente Deckplatte 37 deckt die offene Oberfläche des Gehäuses 34 ab. Durch die Beckplatte 37 ragt eine Schraube 38, die in die starre Achse 18 eingeschraubt ist_s die bis sur Deckplatte 37 reicht, um äas Klinkenrad 20 und das Gehäuse 34 fest an dsr Befestigungsplatte 17 zu halten. Ein an der Befestigungsplatte 17 starr angebrachter Anschlag 40 kommt mit einem Xoch 39 in Eingriff, das am AuSenumfang des Gehäuses 34 vorgesehen ist, um das Gehäuse 34 gegen eine Drehung um die starre Achse 18 zu sichern.

Auf einer rotierenden Trommel 41 der Antriebswelle 15 ist ein Kurbelgestänge 42 angebracht, das die Drehbewegung der !Trommel 41 in eine lineare Hin- und Herbewegung umsetzte Das Kurbelgestänge 42 ist in dem Ansatz 24 des Armes 19 aufgenommen, um diesen in Schwingbewegung zu versetzen.

"Zunächst werden äia verschiedenen gemäß cU:*i Varfahrsn und mit

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der Vorrichtung der Erfindung durchgeführten Versuche beschrieben.

Versuch. 1.

Der Greifer der peristaltischen Pumpe 13 wurde mit dem Klinkenrad in Eingriff gebracht, das vier Zähne hatte, und es wurden zv/ei elastische Schläuche 13 mit einem Innendurchmesser von 1 mm verivendet. Die elastischen Schläuche 13 wurden mit einem Verbindungsstück versahen, das an die Auslaßöffnung 12 angeschlossen wurde. Die Auslaßöffnung 12 hatte einen Innendurchmesser von. 1,0 mm und ihr Außendurchmesser betrug weniger als das 1,4 fache des Innendurchmessers. Die Drehung des mit dem Arm verbundenen Motors wurde durch eine stufenweise Übersetzung so eingeregelt, daß das Kurbelgestänge einmal in der Sekunde hin- und herging und der Arm einmal in der Sekunde ura die starre Achse schwenkte. Durch die Schwingbewegung des Armes wurde das mit dem Arm verbundene Klinkenrad intermittierend gedreht und die auf den Zapfen des Klinkenrad3 3 angebrachten Rollen liefen ura die starre Achse um, wobei sie den elastischen Schlauch 13, der in die Innenfläche des G-ehäuses im Preßsitz eingepaßt war, nacheinander zusammen<iuetschten und losließen. Auf diese Weise wurde die Flüssigkeit intermittierend aus dem Flüssigkeitsvorrat abgepumpt mit einem Durchsah-; von 2,3 mg Flüssigkeit pro jedem Zusammenpressen des elastischen Schlauches 13 nach.jeweils einer Pause."·An der Auslaßöffnung 12 wurde in Intervallen von 7,4 Sekunden ein Flüssigkeitstropfen mit einem Durchschnittsgewicht von 23,71 mg erzeugt. Zu bemerken ist noch, daß als Flüssigkeit Leitungswasser verwendet wurde»

Zunächst werden die verschiedenen Versuche und Vergleiche der Versuchsergebnisse, die in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 aufgezeichnet sind, erläutert.

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- 12 -

Tabelle 1

P 12 978-4o/al

O	«d
3J	ο
Q	co
I	co
Γ"	Ca>
2	>is.
co "XI	O
	o>
	a>
in	»4
ο

Versuch

Nr.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15

Innenjtf d.Aual. Öffnung 12 (mm)

1.0

0.1

0.Z5

0.25

0.5

Elast. Klinken- Förder- Frequenz C Intervall Mittel-Schlauch rad menge Q d. Zwangs- M, in dem wert V 13 (Za.hn_r _frntr^ förderung Tropfen d. Troppro Zeit- erzeugt fengew. einheit wird / ·> (/Sekunde) (Sekunde) ^Kms)

(Anzahl) zahl)

(mg)

Stand. abweichung

2 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1

4 1 1 1 2 4 1 2 4 6 1 1 2 2

2.8 0.3 0.3 0.7 0.7 1.4 0.3 0.7 1.4 3.5 0.3 0.7 0.7 1.4

1.6

1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1

7.	4	23.71	0.50
17		4.68	0.06
30		10.58	0.1
14		10.03	0.09
IS		10.05	0
7		9.77	0.36
15.	5	10.36	0.17
6.	5	10.57	o:o9
3.	5	10.66	0.13
1.	5	10.02	0.96
45		14.85	0.21
20		15.09	0.24
22		15.12	0.21
10		14.65	0.40

Hezip.

Var.

koeff.

(V/S)

78

Zwangsförder frequenz für 1 Trop-

10

13.73

0.48

7.4 17 30 14 15

31 13

45 20 22 10'

10

— 13 —

Versuoh

Nr.

Innen0
d.AUBl.
öffnung
12
(mm)

Tabelle 1 Fortsetzung 1

Elast. Klinken- Förder- Frequenz O Intervall Mittel- Stand-Schlauoh rad menge Q d.Zwangs- M, in dem wert V abwei-

(Zahn-

(Anzahl) zahl)

g
förderung
pro Zeiteinheit
/

Tropfen erzeugt wird (

d.Tropfengew.

(/Sekunde) (Sekunde)

chung (ff)

Rezip. Var. Koeff.

Zwangsförder frequenz f. 1 Tropfen

(0 χ M)

P 12

	16	0.5
90981	17 18 19	0.5 0.5 0.5
LO	20	* 0.5
^r0687	21 Z2 '23'·	0.5 1.0 1:0
	24'	1.0
	25	1.0
	26	1.0
	27	1.8
	28	1.8
	29	1.8

3 2 2 1 1 1 1 Z 2 1 1 2 2 2

2 3 4 1 2 4 1 1 2 1 2 1 2 4

2.0 2.4 2.8 0.3 0.7 1.4 0.3 0.7 1.4 0.3 0.7 0.7 1.4 2.8

1 1 1 2 2 2
1
1
1
2
2
1

6 6 5 20 8 3

70 3Q IS 36 15 53 28 15

13.18· 14.35 14.79 13.81 12.92 8.48 24.24 23.11 24.09 23.70 22.45 40.33 39.45 43.05

0.84 0.87 0.36 0.53 0.89 0.48 0.07 0.43 0.50 0.44 0.83 0.55 0.27 0.23

16 16

6 6 5

40 16 6 70 30 15 72 30 53 28 15

- 14 Tabelle 1 Portsetzung 2

Versuch

Nr.

Innenjtf d.Ausl. öffnung 12 (nun)

Blast. Klinken- Förder- Frequenz 0 Intervall Mittel- Stand-

Sohlauoh rad 13 (Zahn-Unzahl) zahl)

menge Q d.Zwangs- M, in dem wert V abwei-

förderung Tropfen d.Trop- chung

erzeugt fengew. /--\

(mg)

pro Zelteinheit

wird .^-

(/Sekunde) (Sekunde)

Rezip.

Var.

Koeff.

(ν/σ)

Zwangsförder frequenz für 1 Tropfen

(C χ M)

O CD OO

30
31
32
33
34
35
36
37
3ff
39
40
Ml
42
43

2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 3:8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8

2 1 2 2 2 4 2 2 1 2 4 2 2 2

1 3 2 3 6 4 1 1 3 2 2 1 2 4 0.7
1.1
1.4
2.4
3.5
5.5
0.7
0.7
1.1
1.4
2.0
0.7
1.4
2.8

67	48.59 '	0.38
43	50.8	0.42
35	49.86	0.56
26	50.8	0.704
14	50.95	0.62
10	56.77	0.17
22.3	49.62	0.27
87	62.00	0.28
60	67.00	0
44	63.80	0.81
30	67.84	0.13
29	65.59	0.37
15	63.61	0.41
7	64.98	1.37

72

79

67 43 35 26 14 10 67 87 60 44 30 87 45 21

U3 i.

- 15 -

Tabelle 1 lOrsetzung

Ver-

BUOh

Fr.

44
45
46
47
48
49
SO
51

Elast. Klinken- Förder- Frequenz C Intervall Mittel- Stand-Schlauch rad menge Q d.Zwange- M, in dem wert V abwel-(Zahn-_/m„^ förderung Tropfen d

pro Zeit- erzeugt

einheit wird

Innenjtf
d.Ausl.

öffnung 13 „

12 (Anzahl) zahl) '

(mm)

d.Trop- chung fengew. ₍~_λ

4.8 4.8 4.8 4.8 7il 7.1 7.1 7.1

1 1 2

2 1

1 2 3

exnnexi; wira

(/Sekunde) (Sekunde)

2 3 2 4 2 3 2 2

0.7 1.1 1.4 2.8 0.7 1.1 1.4 2.0

1 1 1 1 1 1 1 1

98 64 54' 28 129 87 75 50 73.3· 72.4 73.2 74.98 101.2 102.6 102.7 10.25

0.68 0.70 0.68 0.18 0.62 0.70 0.82 0.70

Rezip. Var. Koeff.

108 103 108

163 147 125 146

förderfrequenz, für 1 Tropfen

(0 χ M)

98 64 54 28 129 87 75 50

- 16 -

Tabelle 2

Ver- Innenjtf Elaat. Klinken- J?örder- frequenz C Intervall Mittel- Standgleich- d.Ausl. Schlauch rad menge Q d.Zwangs- M, in dem wert 7 abwei-Nr. Öffnung .13 (Zahn- » förderung Tropfen d.Trop- chung (Anzahl) zahl) ^g' pro Zeit- erzeugt fengew. /~. s (mm) einheit wird _f__\ ^⁰ '

(/Sekunde) (Sekunde) ^{m&)

Rezip. Zwangsför-Var. derfrequenz Koeff. fUr

1 Tropfen

(7/β)

O CP OO

1 2 3

1.0 1.0 7.1

2.8

40cc/hr
25

11	.3	31	.77	4	.460
2	.61	25	,16 ·	2	,68
0	6	,558	7	.42

(C χ M)

11

Die in den Versuchen 2 "bis 51 verwendeten Materialien und Plüssigkeit für die peristaltische Pumps 14 und den elastischen Schlauch 13 sind alle die gleichen wie im Versuch 1*

Der Vergleichatest 1 -wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wie sie im Versuch 1 vorhanden waren, mit der Ausnahme, daß der Vergleichstest 1 eine AuslaSöffnung 12 verwendete, deren Stirnfläche unter einem Vfinkel von 45° zur Längsachse geneigt war.

Der Vergleichstest 2 wurde unter den gleichen Bedingungen wie der Versuch 1 durchgeführt mit der Ausnahme, daß die Flüssigkeit von der peristaltxschen Pumpe 13 kontinuierlich gefördert wurde ohne Verwendung des intermittierenden Antriebs 16.

Es ist zu beachten, daß die für den Vergleichstest 2 verwendete peristaltiache Pumpe 14 die in I¹Ig.9 gezeigte ist. Im einzelnen war axe offene Stirnfläche des ringförmigen G-ehäuses 43 mit einer Bodenplatte 45 und einer transparenten Deckplatte 46 abgedeckt, die ein Loch für die Lagerung der Antriebswelle 44 hatten. Auf der Antriebswelle 44, die in der Deckplatte 46 gelagert war und auch an der Bodenplatte gehaltert war, saß eine Scheibe 47, die sich mit der Antriebswelle 44 drehte. Sechs Zapfen 48 waren in gleichmäßigen Abständen auf einem konzentrischen Kreis zur Antriebswelle 'angebrächt. Auf den Zapfen 48 waren sechs EoI-len drehbar gelagert, die in solchen Abständen angeordnet waren, daß sie keine Berührung miteinander hatten, und die um die Antriebswelle 44 umliefen, wenn sich die Scheibe 47 drehte. Zwei schlitzförmige Halter waren an der Oberfläche des Gehäuses an diametral gegenüberliegenden Stellen angebracht. Zwei elastische Schläuche 50 mit einem größeren Durchmesser als die Schlitzweite des Halters waren in den jeweiligen Halter in Preßpassung eingedrückt und waren ebenfalls in Preßpassung zwischen den Rollen 49 und der Innenwand des Gehäuses 43 aufgenommen. Ein Zahnrad 51 war starr auf dem Unterende der Antriebswelle 44 befestigt und mit einem Zahnrad 53 im Eingriff, das auf der Mo-

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torwelle eines mit geringer Geschwindigkeit rotierenden Motors 52 saß. Die peristaltische Pumpe 44 wurde so angetrieben, daß sie einen Fluß von 40 cm"⁵ in der Stunde erzeugte.

Der Vergleichstest 3 wurde unter den gleichen Bedingungen wie der Versuch 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß der Innendurchmesser der Düse, die Anzahl der Klinkenzähne, die Fördermenge, die Frequenz der Zwangsförderung in der Zeiteinheit und das Intervall, in dem ein Flüssigkeitstropfen erzeugt wurde, unterschiedlich waren.

Unter Bezugnahme auf die Tabellen 1 und 2 wird im folgenden erläutert, wie die Meßwerte in diesen Tabellen erlangt wurden. Die Messung der Fördermenge Q wurde auf folgende Weise durchgeführt: Ein Vinylbeutel, der mit einer Klemme versehen war und ein Filterpapier enthielt, wurde für eine Fluidströmung am Ende des elastischen Schlauches 13 hergerichtet und in Fasson, gebracht. Für jeden "versuch wurde hundertmal die Zwangsförderung durchgeführt. Die geförderte Flüssigkeitsmenge wurde vom Filterpapier absorbiert und dann mit der wissenschaftlichen Waage von Shimazu Mfg. Co. Japan, mit Direktablesung gewogen. Danach erhielt man das Gewicht, indem man zuerst das Gewicht des Vinylbeutels und des trockenen Filterpapiers vom Gasamtgewicht absog und dann den Betrag durch 100 dividierte, um den Wert für die Fördermenge Q zu haben. Der Mittelwert V des Flüssigkeitsgewichtes wurde auf folgende Weise bestimmt: Die peristaltische Pumpe 14 wurde in Betrieb gesetzt und mit einem Deckglas wurde der an der Auslaßöffnung erzeugte Flüssigkeitstropfen aufgefangen. Mit der oben erwähnten Waage wurde das trockene Deckglas und das Deckglas mit dem Flüssigkeitstropfen gewogen. Das Gewicht des Flüssigkeitstropfens erhielt man durch Subtrahieren des Gewichtes des trockenen Deckglases von dem Gewicht des Deckglases mit dem Flüssigkeitstropfen. Diese Messung wurde zehnmal vorgenommen und der Mittelwert für das Gewicht des Tropfens gebildet.

Die Standaräabwsi.chung & wurde mit bekannten statistischen.

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Methoden berechnet.

Der reziproke Variationskoefficient (screening factor) wurde mit mathematischen Standardverfahren berechnet. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Wert von mehr als 100 für den reziproken Variationskoeffizienten bedeutet, daß mit hoher Genauigkeit ein Tropfen von vorgegebenem Gewicht erzeugt wird.

Fig.10 zeigt die Kurven, die die Verteilung des Gewichtes V der Tropfen veranschaulichen, wie sie durch den Versuch 1 und die Vergleichstests 1, 2 und 3 bestimmt wurde. Auf der Ordinate ist die Anzahl der Tropfen gegen das Gewicht der Tropfen auf der Absaisse aufgetragen. Die Kurve a gibt die Verteilung der Gewichte V der Tropfen wieder, wie sie durch den Versuch 1 bestimmt wurde. Die Kurve b zeigt die Verteilung der Gewichte V der Tropfen, bestimmt durch den Vergleichstest 1. Kurve c zeigt die Verteilung der Gewichte V der Tropfen, bestimmt durch den Vergleichstest 2. Kurve d schließlich gibt die Verteilung der Gewichte.V der Tropfen wieder, wie sie durch den Vergleichstest 3 gewonnen wurde.

Wie aus Kurve a ersichtlich, hat der Versuch 1 einen Mittelwert (V X") von 23,71 mg und eine Standardabweichung (T von 0,50* Zu beachten ist,-daß. der Streubereich,-d.x. 22,21 rag bis 25,21 sg, im Versuch .1 sehr schmal ist, selbst wenn der Versuch mit einer Standardabweichung von 3· .6" durchgeführt wird. . ......

Dagegen hat, wie aus Kurve b hervorgeht, der Vergleichstest 1 einen Mittelwert (V X) von 3,17 mg und eine Standardabweichung von 4,460. Es sei auch darauf verwiesen, daß der Streubereich, nämlich 18,6 mg bis 44,9 mg, im Vergleichstest 1 sehr breit ist. Selbstverständlich wurde dieser breite Streubereich durch die Form der Stirnfläche der Auslaßöffnung der Ausgaberöhre verursacht.

Wie aus Kurve c deutlich wird, hat der Vergleichstest 2 einen Hitte.lwsrt ("? X) von 2>J a &£ 4*24 giMf Standardabweichung ef

von 2,68. Es sei darauf hingewiesen, daß der Streubereich, nämlich 17,1 mg "bis 33,2 mg, beim Vergleichstast 2 sehr "breit ist. Dieser "breite Streubereich wird durch die Tatsache verursacht, daß die Flüssigkeit nicht intermittierend zur Auslaßöffnung 12 gepumpt wurde. Da "bei der Durchführung der Vergleichsteste 2 kein intermittierender Antrieb verwendet wurde, war der Wert für die Variable G mehr als 3/Sekunde und damit waren die Oben aufgeführten Bedingungen nach der Lehre der Erfindung nicht erfüllt.

Wie aus Kurve d hervorgeht, hat der Vergleichstest 3 einen Mittelwert (? X) von 48,7 mg und eine Standardabweichung & von 6,558. Zu beachten ist,- daß der Streubereich, nämlich 29,026 mg bis 68,374 mg, beim Vergleichstest 3 sehr breit ist. Dieser breite Streubereich rührt daher, daß der Wert für die Variable G mehr als 4/Sekunde betrug und damit die obigen erfindungsgemäßen Bedingungen nicht erfüllt waren.

Zu beachten ist, daß das Intervall, in dem der Flüssigkeitstropfen erzeugt wurde, in den Vergleichstests 1,2 und 3 ungleichmäßig war. Im einzelnen lag das Zeitintervall zum Erzeugen des Flüssigkeitstropfens beim Vergleichstest 1 im Bereich von 7,5 bis 15 Sekunden, beim Vergleichstest 2 im Bereich von 1,9 bis 3 Sekunden und beim Vergleichstest 3 im. Bereich von 0,54 bis 0,697' Sekunden.

Wie aus obigen Ausführungen deutlich wird, schafft' die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum tropfenweisen Ausgeben einer vorgegebenen Flüssigkeitsmenge mit hoher Genauigkeit«

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ι **

Leerseife

Claims

Ansprüche

1.; Verfahren ζυΐα tropfenteisen Ausgeben einer Plüssig^sitamenge aus einsüi Seeervoir, ciaaurch gakennaeiciiziet, daß die flüssigkeit durch aufeinanderfolgendes peristaltiscaes Zusaaraenq,uetsehen un-3 I;osla3se.n eines die Flüssigkeit führenden, elastischen Schlauches irrter'&ittierenc! 2U einer Ausgaheröhre gepumpt wirä, an die der Schlauch angeschlossen ist, und daß die Ausgaberöhx'e eine Auslaßöffnung mit einer Stirnfläche hat, di^ senkrecht zur Längsachse der Ausgaberöhre liege, daß ferner der Außenaurchmesser der Ausgaberöhre an der Auslaßöffnung kleiner o5sr höchstens gleich dem doppelten Innendurchmesser der Ausgabar-ohre an der Auslaßöffnung ist und daß die Vorbestisirrrfce flüssigkeitrjmenge, die ti'opfenweise atxs äsr Äuslaßöffnung ahgegeben wird, die folgenden Bedingungen erfüllt;

1) Y = QsMxC

2} 50 mg > Q

3) Oj5 Sekunden < H

4) 5/Sekuaäen > C

5) 1,5 i- M s O,

¥ das Gewicht «es erzeugten Flüssigkeitstropfens.

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ORIGINAL INSPECTED

Q die Föräe:raenge der !Flüssigkeit,

M das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden

Tropfen und C der Zyklus der Pumpe ist.

2« Yerfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Bedingung 2) lautet 2,8 mg > Q₉ daß die Bedingung 5) lautet O₉ 3 Sekunden < M, daß die Bedingung 4) lautet 2/Sekunden > C und daß dis Bedingung 5) ist β ¹^ Mx ö.

3« Terfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die peristaltische Pumpe von dem Typ ist, der einen elastischen Schlauche, angeordnet zwischen einer kreisförmigen Wand und mehreren rollenförmigen Stößeln, hat und daß die rollenför-EJigen Stößel derart angeordnet sind, daß sie sich entlang der kreisförmigen Wand bewegen und dabei den elastischen Schlauch zu8ammenauet3chen«

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgaberöhre ein rohrförmiger Körper aus einem Material ist, das aus der rostfreien Stahl_s einen fluorhaltigen Kunststoff, ein Polyacetal, ein Silikonharz, Polyäthylen und Polypropylen umfassenden Gruppe gewählt ist,

5. Yerfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgaberöhre ein. rohrförmigen Körper aus einem Material ist, das aus der rostfreien Stahl, einen fluorhaltigen Kunststoff, ein Polyacetal, ein Silikonharz, Polyäthylen und Polypropylen umfassenden Gz>uppe gewählt ist.

6. Yerfahren nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgaberöhre ein rohrförmiger Körper aus einem Material ist, das aus der rostfreien Stahl, einen fluorhaltigen Kunststoff, ein Polyacetal, ein Silikonharz, Polyäthylen unä Polypropylen umfassenden Gruppe gewählt ist.

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7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Ausgaberöhre an der AuslaßÖffnung im Bereich von 0,1 bis 8 mm liegt«

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Ausgaberöhre an der Auslaßöffnung im Bereich von 0,1 bis 8 mm liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ΙηηβηαμΓοηηιββΒβΓ der Ausgaberöhre an der Auslaßöffnung im Bereich von 0,1 bis 8 mm liegt.

10· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Ausgaberöhre an der Auslaßöffnung im Bereich von 0,1 bis 8 mm liegt.

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