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Es ist eine Gefriereinrichtung der eingangs genannten Art bekannt,
die eine doppelwandige Gefrierkappe auf-
weist. Diese doppelwandige
Gefrierkappe zwingt den C02-Strom, den einzufrierenden Probenkörper derart zu umströmen,
daß eine rasche und gleichmäßige Durchfrierung erreicht wird. Ein Mangel dieser
bekannten Gefriereinrichtung mit doppelwandiger Gefrierkappe besteht jedoch darin,
daß die innere Gefrierkappe auf ihrer Deckelseite eine Öffnung aufweist, durch welche
der CO2-Schnee in den Zwischenraum der doppelwandigen Gefrierkappe austritt. Durch
diese Öffnung im Deckel der inneren Gefrierkappe wird der CO2-Schnee jedoch in den
Zwischenraum der doppelwandigen Gefrierkappe geleitet, so daß ein großer Teil des
CO2-Schnees nicht im durch die Gefrierkappe begrenzten Gefrierraum verbleibt und
zum Einfrieren des Probenkörpers zur Verfügung steht, sondern durch die Öffnungen
in die Umgebung der Gefriereinrichtung austritt. Durch die deckelseitige Öffnung
in der inneren der doppelwandigen Gefrierkappe ergibt sich außerdem eine starke
Strömung des CO2-Schnees und damit eine vergleichsweise starke Verwirbelung desselben
im Gefrierraum, so daß auf die Befestigung des einzufrierenden und dünnzuschneidenden
Probenkörpers am Gefriertisch der Gefriereinrichtung ein besonderes Augenmerk gelenkt
werden muß. Ein weiterer Mangel einer Gefriereinrichtung mit einer doppelwandigen
Gefrierkappe besteht darin, daß der Zwischenraum zwischen den beiden Gefrierkappen
mit CO2-Schnee verstopft werden kann, so daß die fluidische Verbindung zwischen
dem Gefrierraum und der Umgebung der Gefriereinrichtung unterbrochen ist und die
Gefriereinrichtung keinen CO2-Schnee mehr nachbilden kann. Ein erheblicher Mangel
einer derartigen bekannten Gefriereinrichtung besteht vor allem auch darin, daß
die Öffnungen zur fluidischen Verbindung des Gefrierraumes mit der Umgebung der
Gefriereinrichtung zur Gefriereinrichtung seitlich orientiert sind, was bei den
sehr hohen Geschwindigkeiten des aus den Öffnungen austretenden CO2-Schnees zu einer
starken Beeinträchtigung bzw. sogar zu einer Gefährdung der eine solche Gefriereinrichtung
bedienenden Bedienungsperson führen kann.
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Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, hier
Abhilfe zu schaffen und eine Gefriereinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß Probenkörper mit einem vergleichsweise geringen Gasverbrauch sehr schnell und
problemlos eingefroren und einem Mikrotom zur Durchführung von Dünnschnitten zur
Verfügung gestellt werden können, wobei die Gefriereinrichtung derartig aufgebaut
ist, daß sie bei einem einfachen Aufbau eine hohe Sicherheit aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gefrierkappe
am Grundkörper im geschlossenen Zustand dicht anliegt, und daß mindestenseine Öffnung
zur fluidischen Verbindung des Gefrierraumes mit der Umgebung der Gefriereinrichtung
vorgesehen ist, die den Grundkörper und den Gefriertisch in einem Abstand von dem
zwischen dem Grundkörper und dem Gefriertisch vorgesehenen Hohlraum durchdringt.
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Durch die Anordnung der den Gefrierraum mit der Umgebung fluidisch
verbindenden Öffnung, die den Gefriertisch und den Grundkörper durchdringt, tritt
das Gas-Schnee-Gemisch aus der Gefriereinrichtung nicht seitlich, sondern nach unten
aus, so daß das mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit aus der erfindungsgemäßen
Gefriereinrichtung austretende Gas-Schnee-Gemisch eine Bedienungsperson der erfindungsgemäßen
Gefriereinrichtung nicht beeinträchtigt
oder gefährdet. Ein besonderer Vorteil der
erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung besteht darin, daß durch den seitlich und nach
oben abgeschlossenen Gefrierraum die Verwirbelung des Gas-Schnee-Gemisches im Inneren
der Gefrierkappe vergleichsweise gering ist, so daß der auf dem Gefriertisch angeordnete,
d. h. festgefrorene Probenkörper vom Gefriertisch nicht losgerissen wird. Diese
sichere Befestigung des einzufrierenden Probenkörpers auf dem Gefriertisch wird
auch noch dadurch unterstützt, daß das Gas-Schnee-Gemisch nicht vom Probenkörper
weg aus der Gefrierkappe in die Umgebung der Gefriereinrichtung geleitet wird, sondern
in Richtung zum Probenkörper hin durch mindestens eine Öffnung ausgeleitet wird,
die sich seitlich neben dem Probenkörper befindet und die den Gefriertisch und den
Grundkörper der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung durchdringt.
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Bei der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung kann die Gefrierkappe
einen am Grundkörper anliegenden Mantel aufweisen, der auf der dem Grundkörper gegenüberliegenden
Seite durch einen Deckel dicht verschlossen ist. Der Mantel der Gefrierkappe kann
dabei aus einem durchscheinenden oder vorzugsweise aus einem durchsichtigen Material
bestehen, um den auf dem Gefriertisch festzufrierenden Probenkörper während des
Gefriervorganges von außen beobachten zu können.
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Dem gleichen Zweck dient es, wenn auch der Deckel aus einem durchsichtigen
Material besteht. Es ist jedoch auch möglich, zumindest den Deckel beispielsweise
aus einem Metall auszubilden.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß zur dichten Anlage der Gefrierkappe
am Grundkörper eine Klemmeinrichtung vorgesehen ist. Eine derartige Klemmeinrichtung
ist erstmals bei einer erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung möglich, bei der nicht
der Deckel der Gefrierkappe mit einer Öffnung zur fluidischen Verbindung des Gefrierraumes
mit der Umgebung der Gefriereinrichtung versehen ist, sondern der Gefriertisch zur
Aufnahme des Probenkörpers und insbesondere der Grundkörper der Gefriereinrichtung.
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Die Klemmeinrichtung kann dabei einen Bügel aufweisen, der um eine
am Grundkörper vorgesehene Achse schwenkbar gelagert ist, und der mit einer Arretiereinrichtung
versehen ist zur selbsttätigen Arretierung der Klemmeinrichtung auf der verschlossenen
Gefrierkappe. Eine solche Klemmeinrichtung weist eine hohe mechanische Festigkeit
auf, so daß der Gefrierraum im arretierten Zustand der Arretiereinrichtung betriebssicher
verschlossen ist. Die Arretiereinrichtung ist andererseits jedoch sehr einfach zu
lösen, so daß die Klemmeinrichtung im Bedarfsfall mit einfachen Handgriffen von
der Gefrierkappe entfernt und die Gefriereinrichtung geöffnet werden kann, um beispielsweise
am eingefrorenen Probenkörper mit einem Mikrotom, das als Rotations-, Schlitten-
oder Kryosat-Mikrotom ausgebildet sein kann, Dünnschnitte durchführen zu können.
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Bei der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung kann die Arretiereinrichtung
ein stabförmiges Teil mit einem Federelement aufweisen, wobei das stabförmige Teil
und das Federelement am Bügel der Klemmeinrichtung angeordnet sind, und kann der
Deckel der Gefrierkappe mit einem Zentrierorgan versehen sein zum Einrasten des
stabförmigen Teils im verschlossenen Zustand der Gefrierkappe in das Zentrierorgan.
Auf diese Weise ergibt sich jederzeit eine sichere Arretierung der Klemmeinrichtung
auf der Gefrierkappe und damit eine betriebssichere Anordnung der Gefrierkappe auf
dem Grundkörper. Die Gefrierkappe kann vom Grundkörper
nur abgenommen
werden, wenn die Arretiereinrichtung gezielt betätigt wird, so daß die einen Bügel
aufweisende Klemmeinrichtung von der Gefrierkappe weggeschwenkt und die Gefrierkappe
vom Grundkörper abgenommen werden kann.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß das Federelement das stabförmige
Teil im verschlossenen Zustand der Gefrierkappe zur Ausbildung einer Überdrucksicherung
mit einer bestimmten Federkraft gegen das Zentrierorgan drückt. Die Federkraft des
Federelementes bestimmt somit die Wirksamkeit der Überdrucksicherung. Die Federkraft
wird dabei derart ausgewählt, daß das stabförmige Teil beispielsweise von Hand unter
gleichzeitiger mechanischer Spannung des Federelementes vom Zentrierorgan entfernt
werden kann. Zu diesem Zweck kann das stabförmige Teil mit einem Betätigungsorgan
zur Überwindung der Federkraft des Federelementes, zum Loslösen der Arretierung
und zum Abnehmen der Gefrierkappe vom Grundkörper versehen sein.
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Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung
weist der Gefriertisch einen in den Hohlraum weisenden, der Strömung des Gas-Schnee-Gemisches
zugewandten Ansatz auf. Ein derartiger Ansatz weist den Vorteil auf, daß beim Auftreffen
des in der Düse und Drosseleinrichtung entspannten Gemisches aus Gas und Schnee
das abgekühlte Gemisch sich am Ansatz entlangbewegt und infolge der längeren Verweildauer
den Gefriertisch verbessert abkühlt, so daß der auf dem Gefriertisch sicher festfriert.
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Der Ansatz kann eine der Strömung des Gas-Schnee-Gemisches zugewandte
Spitze aufweisen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen
Gefriereinrichtung. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Gefriereinrichtung;
Fig.2 einen Querschnitt durch eine Gefriereinrichtung entlang der Schnittlinie Il-II
aus F i g. 1, und F i g. 3 eine Seitenansicht einer Gefriereinrichtung.
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Eine Gefriereinrichtung 10 weist einen Grundkörper 12, einen Gefriertisch
14, sowie eine Gefrierkappe 16 auf. Der Grundkörper 12 ist mit einem Anschluß 18
für eine Gasquelle, beispielsweise einem Anschluß für eine CO2-Quelle, einer mit
dem Anschluß 18 fluidisch verbundenen Düse 20 und mit einem Drosselelement 22 versehen.
Die Düse 20 ist mit dem Anschluß 18 über eine Rohrleitung 24 verbunden, die einen
zentralen Hohlraum 26 und ein Außengewinde 28 aufweist. Mit dem Außengewinde 28
ist die Rohrleitung 24 in eine Bohrung des Grundkörpers 12 eingeschraubt, die ein
am Außengewinde 28 entsprechendes Innengewinde 30 aufweist. Die Düse 20 ist mit
einer sich konisch erweiternde Fläche 32 ausgebildet, in die das kegelförmige Endstück
34 des Drosselelementes 22 einschraubbar ist.
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Das Drosselelement 22 ist mit einem Außengewinde 36 ausgebildet, das
in einem Innengewinde 38 im Grundkörper 12 verschraubbar angeordnet ist. Das Drosselelement
22 ist mit einem Drehgriff 40 versehen, mit dessen Hilfe der zwischen der sich erweiternden
Oberfläche 32 der Düse 20 und dem kegelförmigen Endstück 34 des Drosselelementes
22 gegebene Ringspalt veränderbar ist. Durch eine Drehung des Handgriffes 40 wird
der Ringspalt 42 zwischen der sich kegelförmig erweiternden Oberfläche 32 der Düse
20 und dem kegelförmigen Endteil 34 der Drosseleinrichtung 22 und damit die Gaszufuhr
durch den Anschluß 18 eingestellt. Das durch den Anschluß 18 einströmende CO2-Gas
strömt infolge seines sehr hohen Druckes mit einer hohen Geschwindigkeit durch den
Ringspalt 42 der Düse 22, wobei es unmittelbar hinter der Düse 22 entspannt wird.
Infolge dieser plötzlichen Entspannung wird die Temperatur des COn-Gases derart
erniedrigt, daß sich das CO2-Gas in den festen Zustand, d. h. in CO2-Schnee umwandelt.
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Der CO2-Schnee bzw. ein Gemisch aus CO2-Gas und CO2-Schnee strömt
in den Raum 44 und von dort in den Hohlraum 46, der zwischen dem Grundkörper 12
und dem Gefriertisch 14 vorhanden ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel (siehe F i g. 2) ist der Hohlraum
46 kreuzförmig ausgebildet.
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Das kalte Gemisch aus Gas und Schnee strömt vom Raum 44 kommend durch
die kreuzförmig angeordneten, kanalförmigen Hohlräume 46 und durch Öffnungen 48
in den durch die Gefrierkappe 16 begrenzte Gefrierraum 50 der Gefriereinrichtung
10. Im Gefrierraum 50 ist auf einem Auflageorgan 52, das auf seiner Oberseite mit
Rippen 54 ausgebildet ist, ein Probenkörper 56 angeordnet. Mit der Bezugsziffer
58 ist CO2-Schnee angedeutet, mit dessen Hilfe der Probenkörper 56 auf dem Auflageorgan
52 festgefroren ist. Das Auflageorgan 52 ist selbst auf dem Gefriertisch 14 angeordnet,
wobei der Probenkörper 56 mit dem Gefriertisch 14 in thermischem Kontakt steht.
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Wenn das Gemisch aus CO2-Schnee und CO2-Gas durch die Öffnungen 48
in den Gefrierraum 50 der Gefriereinrichtung 10 einströmt, baut sich auf der Innenseite
der Gefrierkappe 16 und insbesondere auf der Innenseite des den Mantel 60 der Gefrierkappe
16 abschließenden Deckels 62 eine Schicht aus CO2-Schnee auf und umhüllen die Schneepartikel
58 sehr schnell den einzufrierenden und dünnzuschneidenden Probenkörper 56.
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Beim Einströmen des Gemisches aus CO2-Gas und CO2-Schnee von den Öffnungen
48 in den Gefrierraum 50 ist die Verwirbelung des zuletzt genannten Gemisches derart
gering, daß der auf dem Auflageorgan 52 festgefrorene bzw. befestigte Probenkörper
56 durch die Verwirbelung nicht vom Auflageorgan 52 weggerissen werden kann. Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung besteht vor allem darin,
daß die CO2-Schneepartikel 58 den Probenkörper 56 und das Auflageorgan 52 von der
Oberseite des Probenkörpers 56, d. h. von seiner Anschnittfläche her kühlen, ohne
den Probenkörper 56 zu deformieren.
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Die geringe Verwirbelung des Gemisches aus CO2-Schnee und CO2-Gas
im Gefrierraum 50 erklärt sich durch die erhebliche Geschwindigkeitsreduzierung
entlang der durchströmten Volumina der Gefriereinrichtung, nämlich dem sehr kleinen
Volumen des Ringspaltes 42, des sich daran anschließenden, etwas größeren Volumens
des Hohlraumes 46 zwischen dem Grundkörper 12 und dem Gefriertisch 14 und dem im
Vergleich zum letzten Volumen wesentlich größeren Volumen des Gefrierraumes 50,
der durch die auf dem Grundkörper 12 angeordnete Gefrierkappe 16 begrenzt ist.
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Wie aus Fig.2 deutlich ersichtlich wird, weist der Gefrierraum 50
Öffnungen 64 auf zur fluidischen Verbindung des Gefrierraumes 50 der Gefriereinrichtung
10 mit der Umgebung der Gefriereinrichtung 10. Das im Gefrierraum 10 überschüssige
Gemisch aus CO2-Gas und CO2-Schnee strömt vom Gefrierraum 50 durch die Öffnungen
64 in die Umgebung der Gefriereinrichtung 10. Die Gefrierkappe 16 liegt im geschlossenen
Zustand - wie er in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist - am Grundkörper 12 dicht an.
Zu diesem Zweck weist der
Grundkörper 12 einen umlaufenden Flansch
66 auf, dessen Außenumfang an den inneren Umfang des Mantels 60 der Gefrierkappe
16 formmäßig angepaßt ist. Die Öffnungen 64 liegen sich im dargestellten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung 10 diametral gegenüber und durchdringen
den Grundkörper 12 und den Gefriertisch 14 in einem Abstand von dem zwischen dem
Grundkörper 12 und dem Gefriertisch 14 vorgesehenen Hohlraum 46. Mit der Bezugsziffer
68 sind in F i g. 2 Befestigungselemente beispielsweise in Form vo Schrauben bezeichnet,
mit denen der Gefriertisch 14 am Grundkörper 12 befestigt ist.
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Zur dichten Anlage der Gefrierkappe 16 am Grundkörper 12 ist bei
der dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gefriereinrichtung eine
Klemmeinrichtung 70 vorgesehen. Die Klemmeinrichtung 70 weist einen Bügel 72 auf,
dessen beide Schenkel 74 mit Hilfe von Schrauben 76 am Grundkörper 12 schwenkbar
gelagert sind. In F i g. 3 ist die Klemmeinrichtung mit durchgezogenen Linien in
der normalen festgeklemmten Stellung und in strichlierten Linien in einer entlang
des Pfeiles A aufgeschwenkten Stellung dargestellt. Die beiden Schrauben 76 liegen
einander gegenüber und fluchten miteinander, so daß sie die Achse festlegen, um
die die Klemmeinrichtung 70 verschwenkt werden kann. Die Klemmeinrichtung 70 ist
mit einer Arretiereinrichtung 78 versehen zur Arretierung der Klemmeinrichtung 70
auf der mit der Gefrierkappe 16 verschlossenen Gefriereinrichtung 10. Die Arretiereinrichtung
weist ein stabförmiges Teil 80 mit einem Ansatz 82 und einem zum Ansatz 82 entgegengesetzten
Betätigungsorgan 84, sowie ein Federelement 86 auf. Das Federelement 86 in Form
einer elastischen Druckfeder ist zwischen dem Ansatz 82 und einer Schulter 88 einer
Führungshülse 90 angeordnet, die von der Klemmeinrichtung 70 in radialer Richtung
wegsteht und an der Klemmeinrichtung 70 befestigt ist.
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Der Deckel 62 der Gefrierkappe 16 ist mit einem Zentrierorgan 92
versehen, das eine dem Ansatz 82 querschnittsmäßig entsprechende Ausnehmung 94 aufweist.
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Ist der einzufrierende Probenkörper 56 auf dem Auflageorgan 52 festgefroren,
so kann die Gefrierkappe 16 vom Grundkörper 12 der Gefriereinrichtung 10 abgenommen
werden und kann der Probenkörper dünngeschnitten werden. Zum Entfernen der Gefrierkappe
16 vom Grundkörper 12 wird zunächst das Betätigungsorgan 84, das im dargestellten
Ausführungsbeispiel die Form eines Kugelgriffes besitzt, in Richtung des Pfeiles
B (siehe Fig.3) nach oben gezogen. Dabei wird die Druckfeder 86 mechanisch gespannt
und der Ansatz 82 des stabförmigen Teiles 80 aus der Ausnehmung 94 des Zentrierorganes
92 ausgerastet. In dieser ausgerasteten Stellung kann der Bügel der Klemmeinrichtung
70 in Richtung des Pfeiles A (siehe F i g. 3) im Uhrzeigersinn bzw. entgegen dem
Uhrzeigersinn umgeklappt werden, so daß die Klemmeinrichtung 70 die Gefrierkappe
16 freigibt und die Gefrierkappe 16 vom Grundkörper 12 abgehoben werden kann. Durch
die Ausbildung der Klemmeinrichtung 70 mit einem Federelement 86 stellt die Klemmeinrichtung
70 in vorteilhafterweise eine Überdrucksicherung dar. Das heißt, daß die Gefrierkappe
16 vom Grundkörper 12 abgehoben wird, wenn der Druck im Inneren des Gefrierraumes
50 größer wird als die Federkraft des Federelementes 86, die in Richtung zur Gefrierkappe
16 hin wirksam ist. Der Druck kann im Gefrierraum 50 insbesondere dann u. U. ansteigen,
wenn die Öffnungen 64, die den Gefrierraum 50 mit der
Umgebung der Gefriereinrichtung
10 fluidisch verbinden, einmal verstopft sind, bzw. wenn im Gefrierraum 50 mehr
CO2-Schnee erzeugt wird als durch die Öffnungen 64 aus dem Gefrierraum 50 ausströmen
kann. In einer solchen Situation wird die Gefrierkappe 16 infolge des höheren Druckes
im Gefrierraum 50 gegen das Federelement 86 der Klemmeinrichtung 70 wirksam und
die Gefrierkappe 16 gegen die Feder 86 angehoben, so daß der überschüssige CO2-
Schnee entlang des umlaufenden Ansatzes 66 des Grundkörpers 12 und dem stirnseitigen
Rand des Mantels 60 der Gefrierkappe 16 ausströmen kann. Sobald der Druck im Inneren
der Gefrierkappe 16 wieder kleiner ist als die Federkraft des gespannten Federelementes
86, drückt das Federelement 86 die Gefrierkappe 16 wieder auf den Grundkörper 12
der Gefriereinrichtung 10, so daß die Gefrierkappe 16 den Gefrierraum 50 automatisch
wieder abschließt.
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Der Gefriertisch 14 ist mit einem in dem Hohlraum 46 weisenden Ansatz
96 versehen, der mit seiner Spitze 98 der Strömung des CO2-Schnees zugewandt ist.
Beim Auftreffen des kalten CO2-Schnees auf die Spitze 98 des kegelförmigen Ansatzes
96 wird der Gefriertisch 14 und das auf dem Gefriertisch 14 angeordneten Auflageorgan
52 gekühlt, so daß der Probenkörper 56 sehr schnell auf dem Auflageorgan 52 festfriert.
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- Leerselte -