DE3238714C2 - - Google Patents

Description

Die Er­ findung betrifft ein Flüssigkeits-Dosier- und Transferventil für ein Verdünnungssystem zur Bildung von mindestens zwei genau ab­ getrennten Probenteilen von einer einzigen Quelle einer flüssi­ gen Probe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspru­ ches 1.

Ein derartiges Ventil ist aus der US-PS 41 52 391 (= DE-OS 28 54 303) bekannt. Hierbei ist eine innere Ventilscheibe gegenüber beidseitig angeordneten äußeren, stationären Ventilscheiben drehbar. Mit der mittleren Ventilscheibe sind seitliche Ringlei­ tungen verbunden, die eine der äußeren Ringscheiben über Schlitzlöcher durchqueren. Die innere Ringscheibe weist einen inneren, abteilenden Durchgang und mindestens eine äußere Ringleitung mit genauen Probenvoluminia auf. Hierdurch sind un­ terschiedliche Volumina einer einzigen Probe zur Verdünnung vor­ gegeben. Jede Probenmenge wird mit einem herkömmlichen Verdün­ nungsmittelvolumen gleichzeitig zu unterschiedlichen, vorbe­ stimmten Stellen geführt. Zur Zuführung des Verdünnungsmittels und für den Anschluß an die äußeren Ventilscheiben sind äußere Verbindungsteile vorgesehen. Bei dieser vorbekannten Ventilaus­ bildung sind relativ große Probenvolumina erforderlich, insbe­ sondere für die äußere Ringleitung, da sie sich durch eine äu­ ßere Ringscheibe erstrecken mußte. Dadurch waren unnötig große Teilvolumina der Probe erforderlich. Zusätzlich waren die Her­ stellungskosten dieses bekannten Ventils unnötig hoch. Es waren viele Anschlußverbindungen erforderlich, was zu Störungen und Abnutzungen sowie Auslaufverlusten führen konnte.

Die zweite äußere Ringleitung erfüllte die Funktion einer Meß­ kammer, sofern eine vorverdünnte Probe verwendet wird. Es sind somit mehr als eine äußere Ringleitung notwendig, um vorver­ dünnte Proben anwenden zu können. Wurde eine vorverdünnte Probe verwendet, mußte ein Teil des Ventils abgesperrt werden. Die Verdünnungsmengen waren unnötig groß.

Die Ventilausbildungen nach der US-PS 39 91 055 und 35 83 232 gehen in eine andere Richtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschrie­ bene Ventil so zu verbessern, daß der Aufbau vereinfacht und nur eine geringstmögliche Probenmenge erforderlich ist. Auch sollte eine Änderung der abgeteilten Teilprobenmengen auf einfache Weise möglich sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Kennzeichenmerkmalen des Patentanspruches 1.

Das erfindungsgemäße Ventil erlaubt das Abteilen von mindestens zwei genau bemessenen Probenteilen von einer einzigen Quelle für flüssige Proben. Die notwendige jeweilige Probenmenge ist so ge­ ring wie möglich. Durch Ersetzen der äußeren Ringleitung kann auf einfache Weise eine Änderung der Probenteilmenge erreicht werden. Da die Ringleitung mit einem äußeren Ventilelement ver­ bunden ist, entfallen bisher notwendige, schlitzförmige Durch­ brechungen, die die Herstellung des Ventils verteuerten. Schließlich werden auch die äußeren Anschlußleitungen reduziert. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in den Zeich­ nungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Sprengansicht der erfindungsgemäßen Ven­ tilanordnung für den Transport von Flüssigkeiten;

Fig. 2 einen Aufriß der verbesserten Ventilanordnung, der die Zufuhr- oder Ansaugstellung darstellt;

Fig. 3 einen Aufriß der verbesserten Ventilanordnung, der die Durchlaßstellung darstellt;

Fig. 4 einen Aufriß der verbesserten Ventilanordnung, der das Auswaschen nach erfolgtem Durchlaß darstellt;

Fig. 5, 5A und 5B jeweils eine Außenansicht, einen Schnitt nach der Linie 5A-5A in Fig. 5 und eine Innenansicht eines der stationären Teile der Ventilanordnung;

Fig. 6, 6A und 6B jeweils eine Außenansicht, einen Schnitt nach der Linie 6A-6A in Fig. 6 und eine Innenansicht eines anderen stationären Teils der Ventilanordnung; und

Fig. 7, 7A und 7B jeweils eine Ansicht der einen Fläche, einen Schnitt nach der Linie 7A-7A in Fig. 7 und der gegenüberliegenden Fläche des inneren, bewegbaren Teils der erfindungsgemäßen Ven­ tilanordnung.

Die Ventilanordnung zum Transport von Flüssigkeiten überführt von einem einzigen Probenmaterial vorzugsweise gleichzeitig mindestens zwei unterschiedliche Mikroliterteile zur Verdün­ nung mit dem gleichen, vorbestimmten Verdünnungsvolumen. Zur Schaffung von zwei Paaren von Flüssigkeitsdurchlässen sind Durchgänge vorgesehen worden, wobei das eine Durchlaßpaar für den Durchfluß einer vorbestimmten Verdünnungsmittelmenge und das andere Durchlaßpaar für zwei in Reihe angeordnete Meß­ kammern zur genauen Messung unterschiedlicher Volumen vorge­ sehen ist, von denen eine mit einem abteilenden Durchgang im inneren, bewegbaren Ventilelement und die andere in einer äußeren, fest an einem der stationären Teile gesicherten Ringleitung ausgebildet ist. Äußere Ringleitung und Zuführ­ durchgänge weisen genaue innere Abmessungen auf, vorzugsweise für die Aufnahme eines Volumens im Mikroliterbereich.

Kurz gesagt, besteht die verbesserte Ventilanordnung aus zwei in abgedichtetem Eingriff stehenden Teilen, welche zwischen sich ein inneres, bewegbares Teil aufweisen. Die Ventilanord­ nung ist in eine erste Stellung überführbar, während das Pro­ benmaterial von einer Quelle mittels einer durch eine Ansaug­ pumpe angetriebenen Ansaugsonde zugeführt wird. Die Ansaug­ sonde kann direkt oder über ein Leitungssystem mit einem stationären Teil des Ventils verbunden sein. In Ansaugstellung des Ventils wird zwischen der Ansaugsonde mittels eines abtei­ lenden Durchganges (einer ersten Meßkammer) und einer äußeren Ringleitung (einer zweiten Meßkammer) durch einen Verbindungs­ kanal ein kontinuierlicher Durchlaß gebildet, welcher zur An­ saugpumpe führt.

Wird die Ventilanordnung in die Transportstellung überführt, gelangt das von dem kontinuierlichen Durchlaß durch den Durch­ gang abgeteilte Volumen in eine Bahn, die ihm Verdünnungsmittel für die Abfuhr vom Ventil zu einer ausgewählten Stelle zuführt.

Gleichzeitig wird das Volumen der in der zweiten Meßkammer be­ findlichen Probe (d. h. das innere Volumen der äußeren Ring­ leitung) an eine Verdünnungsmittel einführende Bahn ange­ schlossen, so daß das Probenvolumen aus der zweiten Meß­ kammer zu einer zweiten vorbestimmten Stelle abgeführt werden kann.

Die Ventilanordnung umfaßt eine Anordnung 10, bestehend aus zwei koaxial angeordneten äußeren stationären Scheiben 12 und 16 mit einer dazwischenliegenden, drehbaren mittleren Scheibe 14. Die stationären Scheiben 12 und 16 sind soweit voneinander angeordnet, daß die dünnere Scheibe 14 dazwischenpaßt.

Die äußeren Scheiben 12 und 16 weisen Innenflächen 12′ und 16′ auf, welche gegenüber den Flächen 14′ und 14′′ der inneren Scheibe 14 abgedichtet sind. Ferner weist die Scheibe 12 eben­ falls eine Fläche 12′′ und die Scheibe 16 eine Außenfläche 16′′ auf. Die Flächen 12′, 14′, 14′′ und 16′ sind sorgfältig bear­ beitet, durch Wärmebehandlung gehärtet und mit einem säurebe­ ständigen Chromoxid-Aluminiumüberzug versehen, wodurch die Ge­ fahr von Abnutzung, Reibung und Festfressen vermindert worden ist.

Jede der Ventilscheiben 12, 14 und 16 weist zentrale Durch­ gänge 18 gleichen Durchmessers auf und ist koaxial zu einer Spindel 20 mit Tragteilen 22 und 24 und einer Welle 26 ange­ ordnet. Diese Anordnung ist in der US-PS 41 52 391 beschrieben.

Nach Fig. 1 trägt die linke Scheibe 12 eine äußere Ringleitung, während die rechte Scheibe 16 entweder die direkt damit ver­ bundene Ansaugsonde trägt oder mit dieser Sonde über eine Leitung verbunden ist.

Zwei parallele axiale Durchgänge 30 und 32 sind in der statio­ nären Scheibe 12 ausgebildet. Ein weiterer axialer Durchgang 34 ist zu den Durchgängen 30, 32 parallel, jedoch mit Abstand versetzt dazu angeordnet, so daß die radiale Linie durch den axialen Mittelpunkt des Durchganges 34 einen Winkel R mit der radialen Linie durch den axialen Mittelpunkt des Durch­ ganges 30 einschließt. Der Durchgang 34 weist einen kurzen Abschnitt 34′′ mit geringem Durchmesser auf, welcher sich zur Innenfläche 12′ hin öffnet, während der Abschnitt 34′ mit größerem Durchmesser sich zur Außenfläche 12′′ zur Aufnahme eines Ansatzstückes 36 für den Anschluß an eine Quelle für Verdünnungsmittel öffnet.

Die axialen Mittelpunkte der Durchgänge 30, 32, 34 besitzen den gleichen radialen Abstand "a" von der Mittelachse der Scheibe 12. Die Durchgänge 30 und 32 weisen jeweils, ver­ glichen mit den kurzen Abschnitten 30′′ und 32′′, einen Hauptabschnitt 30′ und 32′ mit größerem Durchmesser auf und öffnen sich jeweils zur Innenfläche 12′. Die Abschnitte 30′ und 32′ mit größerem Durchmesser öffnen sich zur Außen­ fläche 12′′ der Scheibe 12. Die Durchgangsbereiche 34′′, 30′′ und 32′′ haben den gleichen Innendurchmesser.

Eine äußere, U-förmige Ringleitung 38 ist an der Scheibe 12 mit ihren sich gegenüberliegenden Enden 38′ befestigt, welche dichtend fest in die Durchgangsteile 30′ und 32′ mit größerem Durchmesser passen. Die äußere Ringleitung 38 hat ein genaues Innenvolumen. Ihr Innendurchmesser ist vorzugsweise gleich dem der sich gegenüberliegenden Enden 38′, welcher dem Durch­ messer der Durchgangsteile 30′′ und 32′′ mit kleinerem Durch­ messer der Durchgänge 30 und 32 gleich ist.

Die Enden 38′ sind vollständig in die Durchgangsteile 30′ und 32′ eingepaßt und stoßen an die inneren Enden der Durchgangs­ teile 30′ und 32′ an. Somit kann ein genaues Flüssigkeits­ volumen in der Meßkammer 40 innerhalb der äußeren Ringleitung erzielt werden.

Die stationären Ventilscheiben 12 und 16 weisen am Umfang Ausnehmungen 42 und 44 auf, während die mittlere Ventilscheibe 14 eine Ausnehmung 46 gleicher Tiefe, jedoch über einen größe­ ren Bogen als die Ausnehmungen 42 und 44 aufweist. Die Aus­ nehmungen 42 und 44 sind mit ihren gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmungen ausgerichtet, welche die relative winkel­ förmige Drehbewegung der mittleren Ventilscheibe 14 auf ein Winkelmaß begrenzen, das dem Unterschied zwischen der Länge der Ausnehmungen 42 und 44 und der Länge der Ausnehmung 46 gleich ist. Die winkelförmige Drehbewegung der mittleren Ventilscheibe 14, welche für die Stellungsänderung der Ventil­ anordnung 10 notwendig ist, wird durch den Winkel R dargestellt.

Wenn die Ventilscheiben 12, 14 und 16 zusammengesetzt sind und die Ventilanordnung 10 bilden, sind alle axial ausgerich­ teten Durchgänge und deren Teile, welche mit anderen von den Ventilscheiben getragenen Durchgängen in Verbindung sind, ko­ axial und parallel zur gemeinsamen Mittelachse der Scheiben 12, 14 und 16. Diese Ventilscheiben 12, 14 und 16 sind koaxial zur Achse 100 angeordnet.

Zwei gleiche parallele, axiale Durchgänge 48 und 50 sind in der anderen stationären Ventilscheibe 16 ausgebildet, wobei jeder der Durchgänge 48, 50 einen langen Abschnitt 48′ und 50′ mit größerem Durchmesser aufweist, der sich zur Außen­ fläche 16′′ der Scheibe 16 hin öffnet und dessen kurze Ab­ schnitte 48′′ und 50′′ mit geringem Durchmesser sich zur Innenfläche 16′ der Scheibe 16 hin öffnen.

Ein zylindrisches Ansatzstück 52 bzw. 52′ ist fest in jeden der länge­ ren Abschnitte 48′ und 50′ eingepaßt und ragt über die Schei­ be 16 nach außen zum Anschluß der Ansaugpumpe P sowie geeigne­ ter Leitungen, welche zu einer der vorbestimmten Abgabestellen führen. In diesem Fall ist das die Stelle, welche das kleinere, abgeteilte Probenvolumen aufnehmen soll, was nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Die stationäre Ventilscheibe 16 ist ferner mit einer radialen Bohrung 54 versehen, welche sich zur äußeren Umfangsfläche der Scheibe 16 hin öffnet. Das innere Ende 54′ der Bohrung 54 steht mit einer kurzen axialen Bohrung 55 in Verbindung, welche parallel zur Achse der Ventilscheibe 16 ausgebildet ist und an deren Innenfläche 16′ austritt. Somit bilden die Bohrungen 54 und 55 zusammen einen winkelförmigen Durchgang 58. Die Ansaugsonde 60 wird direkt mit der Bohrung 54 über eine Leitung verbunden bzw. wird direkt von der Bohrung 54 aufgenommen, die den gleichen Innendurchmesser aufweist wie die Durchgangsbereiche 30′ und 32′ sowie die Durchgangsbe­ reiche 48′ und 50′, welche entweder ein Ansatzstück 62 oder die Ansaugsonde 60 selbst aufnehmen.

Die drehbare mittlere Ventilscheibe 14 weist zwei Durchgangs­ paare 64, 66 und 68, 70 auf. Die Durchgänge 66 und 70 be­ sitzen genau den gleichen Innendurchmesser, während die Durchgänge 64 und 68 sich in axialer Richtung nur teilweise durch den Ventilscheibe 14 von der Fläche 14′ aus erstrecken.

Zwei radiale Bohrungen 72 und 74 befinden sich in der Scheibe 14. Sie beginnen an der äußeren Umfangsfläche 76 und sind mit dem inneren Ende 64′ und 66′ mit den Teildurchgängen 64 und 66 verbunden. Die Innendurchmesser der Bohrungen 72 und 74 er­ lauben z. B. wie die Innendurchmesser der größeren Bereiche der Bohrungen 54 und 56 die Einpassung von Ansatzstücken 78 und 80, wobei eines dieser Stücke an eine Leitung 82 angeschlossen werden kann, die zu einer vorbestimmten Aufnahmestelle für das größere Probenvolumen führt, welches das innere Volumen der Ringleitung 38 umfaßt. Das andere Ansatzstück 80 kann an eine Leitung 84 angeschlossen werden, die von einer Quelle S₂ für Verdünnungsmittel zur Weiterleitung des vorbestimmten Volumens an Verdünnungsmittel zur Ringleitung 38 führt, wenn die Ventil­ scheibe 14 aus ihrer Zuführstellung in die Abführstellung ge­ dreht wird.

Wenn die Ventilscheibe 14 von ihrer Zuführstellung in die Ab­ führstellung gedreht worden ist, wird der die kleinere Meß­ kammer definierende Durchgang mit den Durchgängen für ein vor­ bestimmtes Verdünnungsmittelvolumen verbunden, d. h. mit einem Volumen, das gleich dem Volumen ist, welches durch die Ring­ leitung 38 in den Durchgang 34 eingeführt wird, so daß der Inhalt des abteilenden Durchganges zu einer vorbestimmten Stelle über den Durchgang der Ventilscheibe 16 gelenkt werden kann.

Wie ersichtlich, ist der tote Raum innerhalb der Ventilanord­ nung 10 auf ein Minimum reduziert. Der verbleibende tote Raum betrifft nur das Volumen innerhalb des Durchganges der mittle­ ren Ventilscheibe 14 sowie die Volumenmenge von Probenmaterial, welche in dem winkelförmigen Durchgang 58 der Ventilscheibe 16 und im Ansatzstück 52′ und der von diesem Ansatzstück 52′ zur Ansaugpumpe P führenden Leitung verbleibt. Im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen ist diese Menge minimal. Wenn die Abfuhr gleichzeitig zu den unterschiedlichen ausgewählten Abfuhrstellen durchgeführt worden ist, bei denen die Unter­ suchung der entsprechenden verdünnten Proben stattfindet, wird die Ventilscheibe 14 erneut gedreht, jedoch in umge­ kehrter Richtung, so daß die Ventilanordnung 10 in ihren Ansaugzustand zurückkehrt, wie in Fig. 4 gezeigt. Nun wird entweder die Ansaugpumpe P umgekehrt betrieben, so daß Verdünnungsmittel zum Ventil 10 geführt werden kann, oder es wird eine Alternativ-Verbindung zwischen einer Quelle für Verdünnungsmittel und dem Durchgang 48 des Ventilelements 16 hergestellt. Wie von einer Quelle wird Verdünnungsmittel durch den gleichen Weg, den vorher das Probenmaterial geflossen ist, d. h. durch das Ansatzstück 52, den Durchgang 48, den abgeteil­ ten Durchgang 70, das Innere der Ringleitung 38, den abgeteilten Durchgang 66, den abge­ winkelten Durchgang 58 und durch das Innere der Ansaugsonde 60 zu einer Abfuhrstelle geführt.

Das Innenvolumen der äußeren Ringleitung 38 ist so aufgeteilt, daß es sich im Vergleich zum Milliliterbereich innerhalb des Mikroliterbereiches befindet. Dies führt zu einer beträchtli­ chen Konservierung des zu erzielenden Probenvolumens.

Claims (2)

1. Flüssigkeits-Dosier- und Transferventil für ein Verdünnungs­ system zur Bildung von mindestens zwei genau abgeteilten Pro­ benteilen von einer einzigen Quelle einer flüssigen Probe,
wobei das Volumen einer der abgeteilten Proben sich von einem Volumen der anderen unterscheidet,
jede Probe einem Verdünnungsmittelfluß zugeführt wird und so Verdünnungen von unterschiedlicher Konzentration bildet zum Transport zu einer jeweils vorbestimmten ausgewählten äußeren Stelle, wobei das Ventil aus zwei im Abstand angeordneten äu­ ßeren, ortsfesten Ventilelementen und einem dazwischen ange­ ordneten drehbaren Ventilelement besteht,
wobei die drei Ventilelemente auf einer gemeinsamen axialen Achse angeordnet sind und Flächen aufweisen, die dicht an den gegenüberliegenden Flächen anliegen,
wobei das innere Ventilelement parallele Durchgänge (66, 70) und die äußeren Ventilelemente jeweils entsprechende Durchgänge (30, 32) und (48, 58) aufweisen,
wobei einer der Durchgänge (66) einen ersten abteilenden Be­ reich bildet und eine äußere Ringleitung (38) einen zweiten abteilenden Bereich bildet, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Ringleitung (38) an einem der äußeren Ventilelemente (12, 16) befestigt ist und in Verbindung steht mit zwei Durchgängen (30, 32) in diesem Ventilelement,
• - daß in einer ersten Stellung des inneren Ventilelementes (14) zum Zuführen der Probe der erste, abteilende Bereich (66), die Ringleitung (38), der Durchlaß (70) im inneren Ven­ tilelement und die Durchlässe (48, 58) im anderen äußeren Ventilelement seriell in Verbindung stehen und einen kon­ tinuierlichen Flüssigkeitsprobenkörper bestimmen,
• - daß durch Drehen des inneren Ventilelementes in eine zweite Stellung der erste und der zweite abteilende Probenbereich (66, 38) vom kontinuierlichen Flüssigkeitsprobenkörper ab­ trennbar sind und die im ersten bzw. zweiten Probenbereich beinhalteten vorbestimmten Probenvolumina über Durchgänge im zweiten äußeren bzw. inneren Ventilelement mittels zugeführ­ ter Verdünnungsmittel vorbestimmter Volumina zu den äußeren Stellen abführbar sind.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in­ nere Ventilelement (14) zwei winkelförmige Durchgänge (68, 72) aufweist, deren eine Öffnung an seiner äußeren Umfangs­ fläche (76) ausmünden und daß ihre anderen Öffnungen an der einen Innenfläche (14) des inneren Ventilelementes liegen, mit denen die Enden der Ringleitung (38) im einen äußeren Ventilelement (12) während der Abführstellung des inneren Ventilelementes fluchten.