DE4104831A1 - Dosierelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen zur Hantierung von Flüssigkeiten (Liquid-Handling-Systeme), die auf dem Hubkolbenprinzip basieren, sind bekannt.

Das von den entsprechenden Dosierelementen bewegte Volumen wird durch Kolbenhub und -querschnitt bestimmt. Da der Kohlenquerschnitt für ein gegebenes Zylinder-Kolben-System konstruktiv festliegt und die Hubbewegung nur mit einer bestimmten endlichen Genauigkeit realisierbar ist, wird der relative Dosierfehler zwangsläufig um so größer, je geringer die zur Abgabe eines bestimmten Volumens notwendige Kolbenbewegung wird. Da der Größe des Kolbenhubs nach oben aus Praktikabilitätsgründen Grenzen gesetzt sind, arbeiten Dosierer mit einem großen dynamischen Bereich meist mit mehreren separaten Dosierelementen, die sich im Kolbendurchmesser unterscheiden. Sie sind austauschbar und/oder können durch ein Mehrwegeventil wahlweise mit einem gemeinsamen, zur Aufnahme des Dosiergutes geeigneten Rezipienten verbunden werden. Nachteilig ist in allen diesen Fällen der hohe konstruktive Aufwand und die erhebliche Baugröße.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dosierelementes mit hoher Präzision in einem großen Volumenbereich, dessen Aufbau und Größe im Bedarfsfall auch eine Zusammenstellung zu Mehrkanaldosierern und einen Einsatz in Handpipetten zuläßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die konzentrisch angeordnetn, teleskopartig gegeneinander beweglichen Kolben sind untereinander und gegenüber dem gemeinsamen Gehäuse des Dosierelements abgedichtet. Ihr Außendurchmesser und Hub sind auf maximale Richtigkeit und Präzision einer Volumenabmessung in jeweils erheblich voneinander verschiedenen Bereich abgestimmt. Im einfachsten Fall besteht das Dosierelement aus einem dicht in einem Gehäuse geführten peripheren Hohlkolben und einem zweiten, in dessen Bohrung dicht geführten zentralen Kolben. Beide Kolben sind gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse durch mindestens einen Antrieb definiert bewegbar (Anspruch 2).

Als Rezipienten für das Dosiergut bei der Arbeit im Labor finden beispielsweise die bekannten wechselbaren Einwegplastspitzen, die im folgenden als Dosierspitzen bezeichnet werden, Anwendung (Anspruch 13). Sie werden nach Gebrauch vorteilhaft durch mechanische Mittel von der Dosiervorrichtung entfernt (Anspruch 15). Die Mittel zur Abwurf der Dosierspitzen werden entweder durch einen der Kolben, unmittelbar vor dessen abtriebsseitiger Endlage (Anspruch 16), oder durch einen separaten Antrieb (Anspruch 17) zur Wirkung gebracht. Wird keine Austauschbarkeit des Rezipienten gefordert, wird das mit einer zweckmäßig geformten unteren Öffnung versehene Gehäuse des Dosierelementes als Rezipient verwendet (Anspruch 12). Falls eine Volumenabmessung ohne Zwischenschalten eines Luftpolsters gefordert wird, ist der Rezipient so geformt, daß ihn die abtriebsseitigen Enden der Kolben in der unteren Endlage vollständig ausfüllen (Anspruch 14).

Erfindungsgemäße Dosierelemente werden durch Antriebe komplettiert, vorzugsweise durch Schrittmotoren oder einen Betätigungsknopf für manuellen Betrieb (Anspruch 5). Zumindest im letzteren Fall sind Rückholfedern eingebaut, deren Kräfte so bemessen sind, daß die auf den zentralen Kolben wirkende Betätigungskraft zu einer zeitlich aufeinanderfolgenden Bewegung der einzelnen Kolben entlang eines jeweils durch feste oder verstellbare Anschläge (Anspruch 6) definierten Weges führt (Anspruch 7). Zusätzlich zu den Federn können lösbare Haltevorrichtungen dafür sorgen, daß sich der jeweils folgende Kolben erst in Bewegung setzt, nachdem eine sprunghaft ansteigenden Gegenkraft durch das Betätigungselement überwunden worden ist (Anspruch 8).

Der Einsatz von erfindungsgemäßen Dosierelementen in Ein- und Mehrkanaldosiervorrichtungen ermöglicht beispielsweise die folgenden Betriebsarten:

• 1. Genaues Abmessen von Flüssigkeiten in einem sehr großen Volumenbereich (Universalpipette)
• 2. Exaktes sequenzielles Abmessen von Diluens und Probe auch bei extremem Verdünnungsverhältnis (Diluter)
• 3. Wiederholte Abgabe oder Aufnahme gleicher Teilvolumen, indem einer der Kolben mehrmals seinen gesamten Hub ausführt, jedoch nur in einer Bewegungsrichtung wirksam wird (Repetierpipette)

Bei der letztgenannten Betriebsart ist der zentrale Kolben hohl (Anspruch 3). Seine Bohrung, die eine Verbindung zwischen dem Lumen des Rezipienten und der Atmosphäre herstellt, wird durch ein Ventil in Abhängigkeit von seiner Position und Bewegungsrichtung verschlossen (Anspruch 9). Dieser Verschluß ist beispielsweise durch eine Ventilplatte gemäß WP 2 38 444 oder eine lösbare Haltevorrichtung gemäß WP 2 39 539 möglich.

Erfindungsgemäße Dosierelemente mit zentralem Hohlkolben können sowohl in Dispensier- als auch in Dilutier-Repetierpipetten eingesetzt werden, im ersten Fall wird das Ventil nur während der antriebsseitigen Bewegung des kleinen Hohlkolbens geöffnet (Anspruch 10), im zweiten nur während seiner abtriebsseitigen Bewegung (Anspruch 11).

Wird das erfindungsgemäße Dosierelement in den beiden erstgenannten Betriebsarten eingesetzt, bleibt ein zentraler Hohlkolben permanent verschlossen oder für den zentralen Kolben wird bereits konstruktiv einen Vollkolben vorgesehen (Anspruch 4).

Das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung soll durch drei Ausführungsbeispiele illustriert werden, zu deren Verdeutlichung auf sieben Figuren Bezug genommen wird:

Fig. 1 Schnittdarstellung von acht in einer Reihe angeordneten erfindungsgemäßen Dosierelementen

Fig. 2 Prinzipskizzen zur Illustration der Funktion des Dosierelements

• a) Pipettieren eines großen Volumens, beide Kolben werden gemeinsam bewegt
• b) Pipettieren eines kleinen Volumens, nur der zentrale Kolben wird bewegt
• c) Ausgangszustand beim Dilutieren
• d) Beide Kolben bewegen sich mit gleicher Geschwindigkeit nach oben, Einsaugen des Verdünnungsmediums und anschließend der Luftblase
• e) Nur der zentrale Kolben bewegt sich weiter nach oben, Einsaugen der zu verdünnenden Probe

Fig. 3 Schnittdarstellung der Dispersier-Repetierpipette

Fig. 4 Prinzipskizzen zur Illustration der Funktion des Dosierelements der Dispensier-Repetierpipette

• a) Beide Kolben sind in der Ausgangslage, die Dosierspitze ist aufgesteckt.
• b) Beide Kolben in der unteren Endlage, der kleine Hohlkolben ist verschlossen, Beginn des Einsaugens des Gesamtvolumens.
• c) Der große Hohlkolben hat die Endlage erreicht, das Aufsaugen ist beendet. Der kleine Hohlkolben kehrt im geöffneten Zustand in seine Ausgangsposition zurück.
• d) Der kleine Hohlkolben wird verschlossen nach unten geführt bis er auf den Flansch des großen Hohlkolbens auftrifft. Dabei wird ein kleiner Teil der in der Dosierspitze befindlichen Flüssigkeit abgegeben.

Fig. 5 Kraft-Weg-Diagramm des Betätigungsknopfes der Dispensier-Repetierpipette

Fig. 6 Schnittdarstellung der Dilutier-Repetierpipette

Fig. 7 Kraft-Weg-Diagramm des Betätigungsknopfes der Dilutier-Repetierpipette

Fig. 1 zeigt einen Vielfachdosierer mit erfindungsgemäßen Dosierelementen. Jedes Dosierelement besitzt einen Dichtnippel 1, der in der Grundplatte eines Gehäuses 2 adaptiert und am unteren konischen Ende kraftschlüssig mit einer Dosierspitze 3 verbunden ist. Seine obere, antriebsseitig gerichtete Öffnung ist als zirkuläre Dichtlippe gestaltet, die den äußeren Hohlkolben 4 umschließt. Der äußere Hohlkolben 4 endet am oberen Ende in einem Flansch mit eingepreßtem Dichtring 5, der den zentralen Kolben 6 führt und dichtet. Auch der zentrale Kolben 6 endet oben in einem Flansch, mit dessen Hilfe er radial beweglich in einem oberen Träger 7 gelagert ist. In analoger Weise sind auch die äußeren Hohlkolben 4 im unteren Träger 8 geführt. Die Träger 7, 8 sind in nicht dargestellter Führungen parallel zur Grundplatte beweglich. Zwischen der Grundplatte des Gehäuses 2 und den aufgesteckten Dosierspitzen 3 befindet sich die Abwurfplatte 9, die durch einen nicht dargestellten Antrieb in vertikaler Richtung bewegbar ist.

Der beschriebene Vielfachdosierer mit erfindungsgemäßen Dosierelementen läßt sich beispielsweise für folgende Anwendungsfälle vorteilhaft einsetzen:

• 1. Pipettieren eines großen, durch das Fassungsvermögen der Dosierspitzen begrenzten Volumens
  Die Dosierspitzen 3 tauchen in eine nicht dargestellte flüssigkeitsgefüllte Wanne. Die Träger 7 und 8 werden gemeinsam nach oben bewegt (Fig. 2a), so daß beide mit ihnen verbundenen Kolben 4, 6 ein der jeweiligen Hubhöhe proportionales Volumen in die Spitzen einsaugen, das anschließend durch Abwärtsbewegung der Kolben wieder abgegeben wird.
• 2. Pipettieren eines kleinen Volumens, dessen minimale noch reproduzierbare Größe von der Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit der unteren Öffnung der Dosierspitzen abhängt
  Der Arbeitsablauf ist wie unter Punkt 1 beschrieben, es wird jedoch nur der mit dem zentralen Kolben 6 verbundene obere Träger 7 bewegt (Fig. 2b). Mittels des unteren Trägers 8 werden vorher die äußeren Hohlkolben 4 maximal abgesenkt, um den Totraum in den Dosierspitzen 3 soweit als möglich zu vermindern.
• 3. Dilution eines kleinen Probevolumens mit einem großen Reagenzvolumen. Die Kolben 4 und 6 werden in die untere Endlage gebracht (Fig. 2c). Die Dosierspitzen 3 tauchen in eine Wanne mit Dilutionslösung. Beide Träger 7, 8 bewegen sich nach oben, die Kolben saugen das gewünschte Volumen in die Dosierspitzen 3. Wenn dieser Vorgang beendet ist, wird die Wanne entfernt, die Spitzen 3 gegebenenfalls außen gereinigt, der Antrieb auf den oberen Träger 7 umgeschaltet und kurz betätigt. Auf diese Weise braucht sich die Lose in der Kolbenlagerung und in den Dichtungen auf und es wird eine kleine Luftblase in die Dosierspitzen eingesaugt (Fig. 2d), so daß es beim folgenden Eintauchen der Spitzen in die Probengefäße nicht zu einer Kontamination derselben mit Dilutionslösung kommen kann. Wird eine größere Luftblase gefordert, müssen, wie in Abb. 2c dargestellt, beide Kolben 4 und 6 einen entsprechenden Hub ausführen, ehe der obere Träger 7 allein die erwähnte geringe initiale Aufwärtsbewegung ausführt. Durch weitere, definierte Aufwärtsbewegung des oberen Trägers 7 wird das gewünschte Probenvolumen eingesaugt (Fig. 2e). Anschließend bewegen sich erst der obere Träger 7 allein, dann beide Träger 7 und 8 gemeinsam nach unten, bei Bedarf auch über die untere Endlage hinaus (Überhub), und stoßen die in den Dosierspitzen befindliche Flüssigkeit in daruntergestellte Gefäße aus.

Am Ende jedes der beschriebenen Arbeitsabläufe können durch Abwärtsbewegung der Abwurfplatte 9 die mit Resten der pipettierten Flüssigkeit kontaminierten Dosierspitzen 3 in einen geeigneten Behälter befördert werden. Aus Gründen der Anschaulichkeit beschränkt sich das vorgestellte Ausführungsbeispiel auf eine lineare Anordnung von mehreren erfindungsgemäßen Dosierelementen. Mit den angegebenen Mitteln ist jedoch auch eine rasterförmige Anordnung, beispielsweise entsprechend der eingeführten 8×12 Matrix mit 9 mm Rastermaß, möglich.

In Fig. 3 ist eine vorteilhafte konstruktive Ausführung einer Dispensier-Repetierpipette dargestellt, die mit einem erfindungsgemäßen Dosierelement ausgerüstet ist. Die äußere Form wird im wesentlichen durch zwei mittels Gewinde verbundene Gehäuseteile 10 und 11 bestimmt. Aus dem Gehäuseoberteil 10 ragt der gegen die Wirkung der oberen Feder 12 eindrückbare Betätigungsknopf 13 heraus. Auf dem Unterteil 11, das in einem Aufsteckkonus 14 endet, wird die Dosierspitze 3 befestigt.

Im Gehäuse befinden sich zwei konzentrisch ineinander angeordnete Hohlkolben. Der äußere große Hohlkolben 15 ist durch eine Lippendichtung 16 gegenüber dem Aufsteckkonus 14 abgedichtet und bildet zusammen mit der aufgesteckten Dosierspitze 3 das großvolumige erste Zylinder-Kolben-System. Der kleine zentrale Hohlkolben 17 wird mittels Dichtring 18 in der Bohrung des großen Hohlkolbens 15 geführt. Auf diese Weise wird das kleinvolumige zweite Zylinder-Kolben- System gebildet.

Das obere Ende des kleinen Hohlkolbens 17 ist mit einem Kopf 19 versehen, dessen axiales Spiel relativ zu der fest mit dem Betätigungsknopf 13 verbundenen Kolbenstange 20 nach oben durch eine Kopfdichtung 21 und nach unten durch die Hülse 22 begrenzt wird. Die Hülse 22 ist ebenfalls axial beweglich auf der Kolbenstange 20 gelagert und wirkt in der oberen Endlage mit einem Dauermagneten 23 zusammen. Die gesamte Anordnung fungiert als Ventil, das abhängig von der Bewegungsrichtung und Position des kleinen Hohlkolbens 17 die Verbindung zwischen dem Lumen der Spitze 3 und der Atmosphäre unterbricht. Der Magnet 23 sitzt in einem Träger 24, der im Gehäuseoberteil 10 mittels Gewinde beweglich gelagert ist. Zwischen Kolbenstange 20 und Träger 24 besteht eine zirkuläre Zwangsführung, so daß sich eine Drehung des Betätigungsknopfes 13 entsprechend der Gewindesteigung in eine axiale Verschiebung des Trägers 24 umsetzt. Letztere stellt den volumenbestimmenden oberen Anschlag für die Bewegung des kleinen Hohlkolbens 17 dar. Seinen unteren Anschlag bildet der Flansch des großen Hohlkolbens 15.

Dieser Anschlag ist dadurch eindeutig definiert, daß der große Hohlkolben 15 durch die untere Feder 25 in der Ruhelage gegen einen festen Anschlag 26 im Gehäuseoberteil 10 gedrückt wird. Als unterer Anschlag für die Bewegung des großen Hohlkolbens 15 fungieren die zwei Zungen des Abwurfrohres 27, die durch Schlitze im Gehäuseunterteil 11 in das Innere der Pipette ragen. Die Schraubverbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 10 und 11 ermöglicht es, daß dieser Anschlag verstellt und so auch das Hubvolumen des großvolumigen Zylinder- Kolben-Systems verändert werden kann.

Das Abwurfrohr 27 ist auf dem schlanken zylindrischen Fortsatz des unteren Gehäuseteils 11 verschiebbar. Die mittlere Feder 28 sorgt dafür, daß es in der Ruhelage mit einem Bund 29 an dessen unterer Stirnfläche anliegt.

Der Betätigungsknopf 13 realisiert seines Weges sequenziell die drei Grundfunktionen der Dispensier-Repetierpipette:

- Abgabe von Teilvolumen|(s1)
- Aufnahme oder Abgabe des Gesamtvolumens	(s2)
- Abwurf der Dosierspitze	(s3).

Die Trennung der einzelnen Funktionen erfolgt durch die jeweils sprunghaft steigende Gegenkraft am Ende der jeweiligen Teilwegstrecke, wie aus dem in Fig. 5 dargestellten Kraft-Weg-Diagramm, gemessen am Betätigungsknopf, zu ersehen ist. Die beiden Sprungstellen sind bei der Handhabung deutlich spürbar und werden im folgenden entsprechend dem im Labor üblichen Sprachgebrauch als erster und zweiter Anschlag bezeichnet.

Eine Zusatzfunktion des Betätigungsknopfes 13 ist die Einstellung des abzugebenden Volumens. Das erfolgt durch eine Drehbewegung relativ zu der am oberen Ende des Gehäuseoberteils 10 angebrachten zirkulären Skala. Die Einstellung wird durch eine nicht dargestellte Kugelrast gegen unbeabsichtigte Veränderung gesichert.

Die Wahl des abzugebenden Volumens ist der erste einer Reihe von Arbeitsschritten, die beim Gebrauch der Dispensier-Repetierpipette stets in gleicher Weise aufeinanderfolgen. Der zweite ist vorteilhaft die Abschätzung des für den kompletten Dispensiervorgang notwendigen Gesamtvolumens und dessen Einstellung an Hand der auf dem Gehäuseunterteil 11 in axialer Richtung angebrachten Skalierung, die mit der Unterkante des Gehäuseoberteils 10 zusammenwirkt. Da das für diese Einstellung genutzte Gewinde zwischen den beiden Gehäuseteilen auf Grund der geringen Steigung selbsthemmend ist und außerhalb des Griffbereiches liegt, kann auf eine weitere Rest verzichtet werden. Nachdem eine Dosierspitze 3 fest auf das konische Ende des Gehäuseunterteils 11 aufgesetzt wurde (Fig. 4a), erfolgt die Aufnahme der zu verteilenden Flüssigkeit. Dazu wird der Betätigungsknopf 13 bis zum zweiten Anschlag, der beim Auftreffen des Flansches des großen Hohlkolbens 15 auf die in der Ausgangslage befindlichen Zungen des Abwurfrohres 27 führbar wird, eingedrückt (Fig. 4b). Im Augenblick des Überwindens des ersten Anschlags, der sich auf diesem Weg befindet, trifft die Stirnfläche der Kolbenstange 20 auf den Flansch des großen Hohlkolbens 15 und verbleibt dort bis letzterer unter der Wirkung der unteren Feder 25 seine Ausgangslage wieder erreicht hat. Auf dieser gesamten Wegstrecke wird die Hülse 22, die mit axialem Spiel so auf der Kolbenstange 20 befestigt ist, daß sie in der vertikalen Gebrauchslage deren Stirnfläche geringfügig überragt, nach oben gedrückt. Da sie den Kopf des kleinen Hohlkolbens 17 hintergreift, wird dadurch dessen Öffnung gegen die Kopfdichtung 21 gepreßt und verschlossen. Diese konstruktive Lösung gewährleistet, daß sich jede Bewegung des großvolumigen Zylinder-Kolben-Systems auf das Lumen der Dosierspitze 3 überträgt. Nach Erreichen des zweiten Anschlags kommt es deshalb beim Eintauchen der Dosierspitze 3 in eine Flüssigkeit und langsamer Freigabe des Betätigungsknopfes 13 zum Einsaugen des vorgewählten Volumens.

Beim Füllen der Spitze durch das großvolumige Zylinder-Kolben-System wird der kleine Hohlkolben zwar mitbewegt, das bleibt jedoch ohne Effekt (Fig. 4c). Nach dem Abschluß dieses Arbeitsschrittes befindet sich der Betätigungsknopf 13 wieder in der Ausgangslage.

Bei gefüllter Dosierspitze 3 führt die Bewegung des Betätigungsknopfes 13 aus der Ausgangslage zum ersten Anschlag zur Abgabe der eingestellten Flüssigkeitsteilmenge aus der Spitze 3 (Fig. 4d). Das wird dadurch erreicht, daß sich die Abwärtsbewegung des Betätigungsknopfes 13 über die in der Kolbenstange 20 befindliche Kopfdichtung 21 auf den kleinen Hohlkolben 17 überträgt. Dessen Verschiebung im Dichtring 18 erzeugt eine Reibungskraft, die so bemessen ist, daß die Kopfdichtung 21 seine obere Öffnung dicht verschließt.

Werden Betätigungsknopf 13 und Kolbenstange 20 durch die obere Feder 12 in die Ausgangslage zurückgeführt, bewirkt die gleiche Reibungskraft das Abreißen des Kopfes 19 des kleinen Hohlkolbens 17 von der Kopfdichtung 21. Der kleine Hohlkolben 17 folgt der Kolbenstange 20 bei der Aufwärtsbewegung in einem geringen Abstand, der durch das axiale Spiel der seinen Kopf 19 hintergreifenden Hülse 22 begrenzt wird. So kann Luft in das Lumen der Dosierspitze 3 nachströmen und die abgegebene Flüssigkeitsmenge ersetzt.

Mit Erreichen der Ausgangsstellung wird der kleine Hohlkolben 17 wieder verschlossen. Das geschieht ebenfalls durch die Hülse 22, die so aufgebaut ist, daß sich im Wirkungsbereich des Dauermagneten 23 Anziehungskräfte entwickeln, die stärker als die erwähnten Reibungskräfte sind. Mit Beginn des nächsten Dispensierschrittes reißt die Kolbenstange 20 die Hülse 22 wieder vom Magneten 23 ab.

Soll am Ende des Dispensiervorganges ein Flüssigkeitsrest aus der Dosierspitze 3 entfernt werden, muß der Betätigungsknopf 13 über den ersten Anschlag hinweg bewegt werden. Dann treffen, wie bereits bei der Flüssigkeitsaufnahme beschrieben, die Kolbenstange 20 und die Hülse 22 auf den Flansch des großen Hohlkolbens 15, was den Verschluß des kleinen Hohlkolbens 17 durch die Kopfdichtung 21 und die Abwärtsbewegung des großen Hohlkolbens 15 zur Folge hat. Damit tritt das großvolumige Zylinder-Kolben-System in Funktion und spätestens mit dem Erreichen des zweiten Anschlags ist der Flüssigkeitsrest ausgestoßen. Aus der am Ende dieses Arbeitsschrittes erreichten Position heraus kann im Bedarfsfall sofort der Spitzenabwurf realisiert werden. Dazu muß mit dem Betätigungsknopf 13 der zweite Anschlag überwunden werden, so daß der Flansch des großen Hohlkolbens 15 gegen die Wirkung der mittleren Feder 28 das Abwurfrohr 27 nach unten drückt. Bei dieser Bewegung trifft dessen Bund 29 auf den oberen Rand der Dosierspitze 3 und löst diese vom Aufsteckkonus 14.

Das Äußere der in Fig. 6 dargestellten Dilutier-Repetierpipette wird im wesentlichen von den gleichen Bauteilen bestimmt, die bereits bei der Dispensier-Repetierpipette beschrieben wurden: Aus zwei durch ein Gewinde beweglich miteinander verbundenen Gehäuseteilen 30 und 31 ragt oben der Betätigungsknopf 32 heraus, am unteren Ende wird eine wechselbare Dosierspitze 3 auf einem Aufsteckkonus 14 befestigt. Im unteren Gehäuseteil 31 ist der große Hohlkolben 15 in einer Lippendichtung 16 geführt. Als untere Wegbegrenzung für seinen Flansch ist die durch die mittlere Feder 28 belastete Anschlagscheibe 33 eingebaut. Die untere Feder 25 drückt den großen Hohlkolben 15 gegen einen feststehenden Anschlag 26 des oberen Gehäuseteils 30.

Der kleine Hohlkolben 17 wird mittels Dichtring 18 in der Bohrung des großen Hohlkolbens 15 geführt und ist fest mit dem Betätigungsknopf 32 verbunden. Die Kopfdichtung 34 ist Teil eines Magnetventils 36. Sie bestimmt zusammen mit einem ferromagnetischen Ring 35 im Inneren des Betätigungsknopfes 32 das axiale Spiel des dazwischen gelagerten Magnetventils 36. Unterhalb des Flansches ist der kleine Hohlkolben 17 von einem Zylinder aus ferromagnetischem Material 37 umgeben. Den oberen Anschlag für den kleinen Hohlkolben 17 bildet ein Träger mit ferromagnetischer Scheibe 38, der im Gehäuseoberteil 30 mittels Gewinde beweglich gelagert ist und bezüglich des Betätigungsknopfes 32 eine zirkuläre Zwangsführung aufweist. Den unteren Anschlag für den kleinen Hohlkolben stellt ein ringförmiger Permanentmagnet 39 dar, der fest mit dem Flansch des großen Hohlkolbens 15 verbunden ist. Zwischen diesem Flansch und einem Bund des Betätigungsknopfes 32 befindet sich die obere Feder 40.

Mit Hilfe des Betätigungsknopfes 32 werden alle drei Teilfunktionen der Dilutier-Repetierpipette realisiert:

Die Trennung der einzelnen Funktionen erfolgt durch die sich jeweils sprunghaft ändernde Gegenkraft beim Übergang von einer Teilwegstrecke zur nächsten, wie aus dem in Fig. 7 dargestellten Kraft-Weg-Diagramm zu ersehen ist. Die beiden Sprungstellen werden im weiteren entsprechend der bereits eingeführten Terminologie als erster und zweiter Anschlag bezeichnet. Analog zur Dispensier-Repetierpipette erfolgt auch bei der Dilutier-Repetierpipette die Einstellung des kleinen Volumens mittels des Betätigungsknopfes 32 und die des großen Volumens mittels des Gehäuseunterteils 31, jeweils durch Drehbewegungen relativ zum Gehäuseoberteil 30.

Zu Beginn eines Arbeitszyklus, der der Dilution einer oder mehrerer kleiner Flüssigkeitsmengen, die im folgenden als Proben bezeichnet werden, durch eine größere Menge Verdünnungsmedium dient, werden mittels Betätigungsknopf 32 die beiden Hohlkolben 15 und 17 bis zum zweiten Anschlag bewegt und danach die zuvor am Aufsteckkonus 14 befestigte Dosierspitze 3 in das Verdünnungsmedium eingetaucht. In dieser Position ist der kleine Hohlkolben 17 durch das Magnetventil 36 verschlossen. Bei langsam nachlassender Betätigungkraft kehrt der große Hohlkolben 15 unter der Wirkung der unteren Feder 25 in seine Ausgangslage zurück und saugt dabei das vorgewählte Volumen in die Dosierspitze 3 ein. Sollen Probe und Verdünnungsmedium in der Dosierspitze in üblicher Weise durch eine Luftblase getrennt werden, wird durch Rückführung des Betätigungsknopfs 32 und des mit ihm verbundenen kleinen Hohlkolbens 17 in die Ausgangslage als erstes ein kleines Volumen Luft nachgesaugt.

Jede weitere Aufnahme eines kleinen Volumens, entweder Probenflüssigkeit oder Luft, beginnt mit der Bewegung des geöffneten kleinen Hohlkolbens 17 in seine untere Endlage, d. h. der Betätigungsknopf 32 wird bis zum ersten Anschlag eingedrückt. Die zeitweilige Öffnung des Magnetventils 36 ist mit dieser Bewegung zwangssynchronisiert. Das wird dadurch erreicht, daß das Magnetventil 36 in der oberen Endlage der Pipette auf die ferromagnetische Scheibe des Trägers 38 trifft und von dieser mit einer Kraft festgehalten wird, die ausreichend ist, um es zu Beginn der Abwärtsbewegung aus seiner unteren Position, in der es durch den ferromagnetischen Zylinder 37 gehalten wurde, zu lösen. Die Nachführung des Magnetventils 36 im geöffneten Zustand erfolgt durch den im Inneren des Betätigungsknopfes 32 angeordneten ferromagnetischen Ring 35. Erreicht der kleine Hohlkolben 17 seinen unteren Anschlag, befindet sich das Magnetventil 36 im Wirkungsbereich des Permanentmagneten 39, dessen Anziehungskräfte für die Rückkehr in den geschlossenen Zustand sorgen, so daß anschließend in gewohnter Weise das vorgewählte Probenvolumen eingesaugt werden kann.

Die Anzahl der Repetitionen der beschriebenen Aufnahme eines kleinen Volumens ist prinzipiell nur durch das Fassungsvermögen der Dosierspitze begrenzt. In der Praxis werden allerdings mehr als zwei Wiederholungen die Ausnahme sein. Um die Dosierspitze 3 nach der Aufnahme des letzten Teilvolumens vollständig zu entleeren, muß der Betätigungsknopf über den zweiten Anschlag, der durch die vorgespannte mittlere Feder 28 gebildet wird, hinwegbewegt werden, so daß der große Hohlkolben 15 zusätzlich auf dem Weg s3 zur Wirkung kommt. Ein solcher Überhub wird auch bei den bekannten Handpipetten realisiert und dient der sicheren vollständigen Entleerung der Dosierspitze. Bei der Dilutier- Repetierpipette sorgt der Überhub auch dafür, daß die vom kleinen Kolben aufgesaugten Volumen sicher mit entfernt werden.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

 1 Dichtnippel
 2 Grundplatte des Gehäuses
 3 Dosierspitze
 4 äußerer Hohlkolben
 5 Dichtring
 6 zentraler Kolben
 7 oberer Träger
 8 unterer Träger
 9 Abwurfplatte
10, 30 Gehäuseoberteil
11, 31 Gehäuseunterteil
12, 40 obere Feder
13, 32 Betätigungsknopf
14 Aufsteckkonus
15 großer Hohlkolben
16 Lippendichtung
17 kleiner Hohlkolben
18 Dichtring
19 Kopf des kleinen Hohlkolbens
20 Kolbenstange
21, 34 Kopfdichtung
22 Hülse
23 Permanentmagnet
24 Magnetträger
25 untere Feder
26 Anschlag
27 Abwurfrohr
28 mittlere Feder
29 Bund des Abwurfrohres
33 Anschlagscheibe
35 ferromagnetischer Ring
36 Magnetventil
37 ferromagnetischer Zylinder
38 Träger mit ferromagnetischer Scheibe
39 ringförmiger Permanentmagnet

Claims (17)

1. Dosierelement, auf dem Hubkolbenprinzip basierend, für manuell oder motorisch betriebene Ein- oder Mehrkanaldosiervorrichtungen zur genauen Volumenabmessung von Flüssigkeiten und Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß einem Rezipienten gegenüber mindestens ein hohlzylindrischer Kolben (Hohlkolben) axial beweglich dicht geführt ist, in dessen Bohrung mindestens ein weiterer Kolben dicht und axial beweglich gelagert ist.

2. Dosierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Hohlkolben in einem Gehäuse abgedichtet geführt ist, in dessen Bohrung ein zentraler Kolben abgedichtet geführt ist, wobei der Hohlkolben und der zentrale Kolben gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse einzeln oder gemeinsam in axialer Richtung durch mindestens einen Antrieb bewegbar sind.

3. Dosierelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Kolben als Hohlkolben mit Ventil ausgebildet ist.

4. Dosierelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Kolben als Vollkolben ausgebildet ist.

5. Dosierelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung manuell, elektromotorisch, hydraulisch oder magnetisch bewegbar sind.

6. Dosierelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Kolben durch verstellbare Anschläge begrenzt wird.

7. Dosierelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils unmittelbar oder mittelbar Federkräfte auf die Kolben in Richtung ihrer antriebsseitigen Enden einwirken, deren Größe so bestimmt ist, daß unter der Wirkung einer Betätigungskraft auf den zentralen Kolben in abtriebsseitiger Richtung die einzelnen Kolben in der durch die Federkräfte festgelegten Reihenfolge nacheinander jeweils vollständig über den durch den die Anschläge eingestellten Weg bewegbar sind, wobei der jeweils folgende Kolben seine Bewegung erst beim Überschreiten eines kraft- oder wegabhängigen Schwellenwertes beginnt.

8. Dosierelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß kraftabhängige Schwellen mittels lösbarer Haltevorrichtungen, beispielsweise Magnetanordnungen oder Rastgesperre, realisiert werden.

9. Dosierelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 3, 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß des Ventils des zentralen Hohlkolbens zwangssynchron zu Position und Bewegungsrichtung dieses Kolbens erfolgt.

10. Dosierelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Dispensier- Repetierpipetten eine Öffnung des inneren Hohlkolbens nur während seiner antriebsseitig gerichteten Bewegung erfolgt.

11. Dosierelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Dilutier- Repetierpipetten eine Öffnung des inneren Hohlkolbens nur während seiner abtriebsseitig gerichteten Bewegung erfolgt.

12. Dosierelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an seinem abtriebsseitigen Ende als Rezipient für das abzumessende Medium vorzugsweise so ausgebildet ist, daß es sich spitzenförmig verjüngt.

13. Dosierelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das abtriebsseitige Ende des Gehäuses eine Dosierspitze aufsteckbar ist.

14. Dosierelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Flüssigkeitsaufnahme bestimmte Rezipient so geformt ist, daß er von den Kolben in deren abtriebsseitigen Endlage vollständig ausgefüllt wird.

15. Dosierelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierspitze durch einen Antrieb vom Gehäuse abwerfbar ist.

16. Dosierelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kolben auf dem letzten Wegstück vor Erreichen seiner abtriebsseitigen Endlage auf ein axial bewegliches Rohr trifft, das bei weiterer Vorschubbewegung dieses Kolbens die Dosierspitze abwirft.

17. Dosierelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abwurfplatte den Aufsteckkonus der Dosierspitze hintergreift und in Richtung der Spitzen durch einen Antrieb bewegbar ist.