EP2365883A1 - Metering device suited for metering very small metering volumes and metering method - Google Patents

Metering device suited for metering very small metering volumes and metering method

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EP2365883A1
EP2365883A1 EP08875049A EP08875049A EP2365883A1 EP 2365883 A1 EP2365883 A1 EP 2365883A1 EP 08875049 A EP08875049 A EP 08875049A EP 08875049 A EP08875049 A EP 08875049A EP 2365883 A1 EP2365883 A1 EP 2365883A1
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EP
European Patent Office
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pressure
metering
dosing
working
working space
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08875049A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Renato Nay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamilton Bonaduz AG
Original Assignee
Hamilton Bonaduz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hamilton Bonaduz AG filed Critical Hamilton Bonaduz AG
Publication of EP2365883A1 publication Critical patent/EP2365883A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids

Definitions

  • the invention relates to a metering device for aspirating and dispensing a metering medium by means of a working medium through a metering opening into and out of a metering chamber, comprising a working space filled at least partially with a compressible working medium, a pressure changing device designed to reduce the pressure of the metering medium Change working medium in the working space, and the metering the metering chamber.
  • the present invention relates to a metering method for aspiration and dispensing of a metering medium by means of a working medium through a metering into and out of a metering, comprising the following method step: influencing the pressure of the working medium in the metering relative to the ambient pressure outside the metering.
  • Such metering devices and metering methods are well known in the art.
  • One type of known metering devices are the so-called pipetting devices.
  • a metered dosing is aspirated through a dosing into a dosing, then optionally held there and dispensed via an increase in pressure of the working chamber from the dosing through the dosing through in a conventional manner via pressure reduction in the working space.
  • the pressure changes of the working medium in the working space take place relative to the pressure of the atmosphere surrounding the metering opening and the metering medium.
  • the working space and the dosing space be identical or at least partially coincide.
  • a disadvantage of known metering devices is the associated difficulty of aspirating and / or dispensing very small metering volumes of a metering medium in relation to the maximum possible metering volume.
  • a generic metering device wherein the working space and the metering chamber are connected via a valve which is switchable between a blocking position in which a pressure transfer from the working space via the valve is prevented in the metering , And a passage position in which a pressure transmission from the working space via the valve is allowed in the dosing.
  • the advantage here is that the actually generated pressure level of the working medium can exceed the pressure required for aspiration and / or dispensation of a predetermined dosing volume pressure required, ie a greater negative pressure than for aspiration of the predetermined dosing required or greater pressure than to dispense the predetermined Dosiervolumens required in the workroom can prevail.
  • the adjustability of the valve between the blocking position and the passage position ensures that the pressure of the working space on the dosing chamber can be done in a manner that is sufficient for the desired aspiration and / or dispensation of small and smallest dosing volumes.
  • the inventively provided adjustable valve allows the generation of pressure surges from the working space in the dosing, so a time-limited action of the pressure in the working space on the pressure in the dosing.
  • These can be negative pressure surges or overpressure surges.
  • metering volumes of different sizes can be aspirated and / or dispensed, which, however, are still substantially smaller than if the pressure level of the working medium prevailing at the time of the pressure surge in the working space is unlimited in time into the metering space and thus to the metering medium effect.
  • the dosing chamber is usually also partially filled with a compressible working fluid, depending on the dosing state of the dosing device. This can and will usually be the same working fluid as in the workspace. However, it should not be ruled out that in the dosing one of that of the Workspace is different working medium.
  • a pressure transfer between the working space and the dosing is usually done easiest via a working fluid flow through the valve.
  • the working space is separated from the dosing chamber by a membrane or the like and the valve is dependent on its position for
  • Pressure transmission allows or prevents membrane movement. Such a pressure transmission should also be covered by the present application.
  • the pressure changing device is formed by a continuously operating pump whose pressure and / or suction side communicates with the working space.
  • the pressure change device is, however, a piston-cylinder arrangement.
  • the space required to form the metering device can be kept particularly low, if a piston surface and a cylinder wall of the piston-cylinder arrangement limit the working space at least in sections.
  • the dosing medium to be dosed is aspirated into a pipetting tip and dispensed from it. Then it can preferably be provided that the metering space is limited at least in sections by a wall of a pipette tip.
  • the pipetting tip is preferably detachable on the Dosing provided.
  • the pipetting tip is particularly preferably exchangeable, ie, one pipetting tip is provided exchangeably for another on the metering device.
  • the piston-cylinder arrangement is provided with a coupling arrangement with which a coupling counter-arrangement provided on the pipetting tip can be detachably coupled.
  • the piston-cylinder assembly in the region of the coupling arrangement comprises a working fluid passage, in which case the valve may be provided on the working medium passage.
  • valve is also in the region of the coupling arrangement, so that the coupling of the piston-cylinder arrangement with a pipetting tip and the pressure transfer separation of the working space and metering space may be formed in the region of the coupling arrangement, so that it is a spatially relatively small area in which the above functions are realized.
  • the working medium passage can be designed according to the requirements in its length and its cross section and can be formed in extreme cases only by an opening into which then advantageously the valve is inserted.
  • the functionality of the metering device according to the invention in a small space can be ensured by the fact that the working medium passage a first, opening into the working space. Mouth and a second of the working space farther away from the mouth, wherein preferably a second muzzle having longitudinal end portion of the working media passage is surrounded by at least a portion of the coupling arrangement.
  • a constructive embodiment of the metering device according to the invention which in turn can be realized with a small space requirement, can be achieved by arranging the valve spatially between the piston of the piston-cylinder arrangement and the metering opening.
  • the metering opening is in extension of the movement path of the piston, so that the extended imaginary trajectory passes through the metering opening.
  • the pressure change device comprises a pressure change actuator which is coupled to the pressure change device for varying the pressure of the working medium in the work space.
  • a pressure change actuator may be a servomotor moving the piston relative to the cylinder.
  • the pressure change actuator may be a motor driving the pump.
  • the pressure change device comprises a first control device which is designed to control the pressure change actuator. Then, the pressure of the working medium in the working space can be changed by the first control device via the pressure change actuator.
  • the metering device for automation of a metering operation or at least to its machine-assisted flow include a valve actuator for the adjustment of the valve coupled thereto and a second control device, which is formed to control the Ventilaktuators.
  • the metering device has a pressure detection device, which is designed and arranged to detect the pressure of the working medium in the working space.
  • a control circuit can in particular be realized in that the first control device is designed to control the pressure change actuator depending on the pressure detection result of the pressure detection device, in particular is designed to generate a predetermined pressure of the working fluid in the work space and / or hold.
  • the metering device may comprise a timing device, which can output a time signal after the lapse of a predetermined or predeterminable period of time.
  • a dosing process can be carried out with the dosing device according to the invention, starting from the working space into the dosing space, precisely by the exertion of pressure surges. For the most precise timing of such a pressure surge, said timer means is advantageous.
  • the period of time after which the timer means outputs a time signal is adjustable, so that pressure surges of different, but predetermined or predeterminable length of time can be exerted from the working space to the dosing.
  • the second control device is designed to control the valve actuator, it is advantageously provided for timing the valve opening that the second control device is adapted to the valve after a predetermined period of time from an adjustment of the valve in the flow position to a time signal of the timer means towards the locking position to adjust.
  • a pressure surge of a predetermined period of time can be automatically exerted on the dosing space and thus a dosing process can be carried out.
  • the metering volume is adjustable over the change in the time duration, which elapses between the adjustment of the valve in the flow position and the adjustment of the valve in the blocking position. It may also be thought to deposit in a memory a map which, optionally further broken down according to parameters of possible metering media, such as density, viscosity and the like, contains an assignment of periods to dosing volumes.
  • the abovementioned object is likewise achieved by a generic metering method which comprises the following further method step:
  • step of influencing the working medium pressure comprises the following further method steps:
  • This method also makes it possible to provide a pressure reservoir in a working space which has a higher pressure level than would be necessary and sufficient for aspirating and / or dispensing a predetermined dosing volume which is very small in relation to the maximum possible dosing volume
  • the method preferably comprises the following further step:
  • the method according to the invention may also comprise an optional setting of the period of time intended for elapse.
  • the metering device on which the metering process is carried out, is moved between two successive dispensations, so that the small metering volumes are dispensed into different containers.
  • the precision of the dosing can be further increased by the fact that between the successive dispensations of the pressure of the working fluid in the working space is brought to a predetermined pressure level.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a metering device according to the invention.
  • a metering device according to the invention is generally designated 10.
  • the metering device 10 comprises a working chamber 12, in which air or another gas is in the example shown as a working medium.
  • the working space 12 extends along a longitudinal axis L of the metering device 10 and is limited in an axial direction by the end face 14 a of a piston 14.
  • the piston 14 is received axially movably in a cylinder 16 whose cylinder wall 16a limits the working space 12 in the radial direction.
  • the piston 14 is coupled to change the volume of the working space 12 and thus to change the pressure of the work medium located in the working space 12 with a motor 18 which is controllable via a control unit 20.
  • this can be done on an output shaft of a rotary
  • Electric motor a pinion to be placed, which is rotatably connected to the output shaft of the motor and meshes with a rack formation on the piston rod 14b.
  • a pipetting tip 22 At its from the outlet end of the piston 14 and the piston rod 14b opposite longitudinal end of a pipetting tip 22 is detachably coupled to the cylinder 16 in a conventional manner.
  • the pipette tip 22 is an oblong Structure, which also extends in the coupled state to the cylinder 16 along the longitudinal axis L of the metering device.
  • the longitudinal axis of the pipette tip 22 and the longitudinal axis of the cylinder 16 coincide with coupled pipette tip with the longitudinal axis L of the metering device 10 in the example shown.
  • the pipette tip 22 defines in its interior a metering chamber 24, in which in the example shown in the figure, a liquid metering medium 26 has been aspirated.
  • the metering medium 26 has flowed through the metering opening 22a of the pipetting tip 22 into the metering chamber 24.
  • Axially between the working chamber 12 and the metering chamber 24 is held in the cylinder 16, a valve 28 which is adjustable via a merely schematically indicated valve actuator 30 between a passage position in which the working space 12 and the metering chamber 24 communicate with each other to transmit pressure, and a Locking position in which the working space 12 is fluidically separated from the metering chamber 24.
  • a pressure gauge 32 is connected, which measures the pressure of the working medium in the working space 12.
  • the pressure measuring device 32 outputs a signal indicating the pressure of the working medium in the working space 12 to the controller 20 via a signal line 34.
  • a program is deposited, which controls the motor 18 so as to drive the piston 14 via a control line 36, that in the working space 12, the working fluid is at a predetermined pressure level.
  • the controller 20 has previously controlled the valve actuator 30 to close the valve 28 via the control line 38.
  • a relatively large amount of the metering medium 26 was aspirated into the pipetting tip 22.
  • the valve 28 was brought into the passage position and the piston 14 is displaced in the direction of an enlargement of the working space 12. If now, as in a so-called “aliquoting", aspirated into the pipette tip 22 dosing medium 26 are dispensed in relation to the total volume of the aspirated dosing medium 26 very small volumes, this is the valve 28 is moved by means of the Ventilaktuators 30 in the blocking position and the Piston 14 is moved to generate an overpressure relative to the ambient pressure in the vicinity of the metering opening 22a in the direction of a reduction of the working space 12.
  • the piston movement 14 continues until the controller 20 recognizes from the output signal on the data line 34 that the pressure of the Working fluid in the working space 12 coincides with a predetermined target pressure .Then the controller 20 stops the operation of the motor 18, and thus keeps the piston 14 in the place reached.
  • the controller 20 which includes a timer 20a, then opens the valve 28, d., For dispensing a very small metering volume of the metering medium 26 for a predetermined short period of time via the control line 38 and the valve actuator 30. H. adjusts this into the passage position. After elapse of the predetermined period of time, the controller 20 controls the valve actuator 30 to adjust the valve 28 in the blocking position.
  • an excess pressure surge is transferred from the working space 12 into the metering space 24.
  • This positive pressure surge ensures the delivery of a very small reproducible amount of dosing medium 26 through the metering opening 22a.
  • the dosing volume, d. H. the amount of dispensed metering medium 26 is dependent on the length of time of the positive pressure surge. Therefore, the length of the positive pressure surge (as well as the length of time of a vacuum surge during aspiration) is preferably adjustable.
  • the controller 20 After closing the valve 28, ie the adjustment into the blocking position, the controller 20 regulates the pressure of the working fluid in the working space 12 again in the manner described above to the desired target pressure before another dispensing followed, which is largely identical to the previously described , In between, the metering opening is moved relative to a titer plate in order to deliver successive metering volumes into different containers.
  • the controller 20 advantageously comprises a memory 20b, in which for different working media and / or different dosing and / or different state variables, such as temperature, pressure, viscosity and the like at least one map can be stored, which desired dosing volumes with target pressures of the working fluid in the working space 12 and periods of the passage position of the valve 28 linked.
  • an operator can conveniently enter the working medium used, the dosing medium to be dosed and the desired dosing volume, state variables such as pressure, temperature and viscosity are optionally entered or these are detected in part by sensors not shown in the figure, whereupon the desired dosage automatically with great precision.

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Abstract

A metering device for the aspiration and dispensing of a metered medium (26) by means of a working substance through a metering opening (22a) into a metering chamber (24), and out of the same, comprises a working chamber (12) filled at least partially with a compressible working substance, a pressure change apparatus (14, 16) which is designed to change the pressure of the working substance in the working chamber, and a metering chamber (24) comprising the metering opening (22a), wherein the working chamber (12) and the metering chamber (24) are connected by a valve (28) which can be switched between a blocking position, in which pressure transmission, in particular a working substance flow, from the working chamber (12) into the metering chamber (24) by way of the valve (28) is prevented, and a passage position, in which pressure transmission from the working chamber (12) into the metering chamber (24) by way of the valve (28) is permitted.

Description

Für die Dosierung von sehr kleinen Dosiervolumina geeignete Dosiereinrichtung und Dosierverfahren Suitable dosing device and dosing system for dosing very small dosing volumes
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zur Aspiration und Dispensation eines Dosiermediums mittels eines Arbeitsmediums durch eine Dosieröffnung hindurch in einen Dosierraum hinein und aus diesem hinaus, umfassend einen zumindest teilweise mit einem kompressiblen Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum, eine Druckveränderungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum zu verändern, und den die Dosieröffnung aufweisenden Dosierraum.The invention relates to a metering device for aspirating and dispensing a metering medium by means of a working medium through a metering opening into and out of a metering chamber, comprising a working space filled at least partially with a compressible working medium, a pressure changing device designed to reduce the pressure of the metering medium Change working medium in the working space, and the metering the metering chamber.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Dosierverfahren zur Aspiration und Dispensation eines Dosiermediums mittels eines Arbeitsmediums durch eine Dosieröffnung hindurch in einen Dosierraum hinein und aus diesem hinaus, umfassend den folgenden Verfahrensschritt: Beeinflussen des Drucks des Arbeitsmediums im Dosierraum relativ zum Umgebungsdruck außerhalb des Dosierraums.Furthermore, the present invention relates to a metering method for aspiration and dispensing of a metering medium by means of a working medium through a metering into and out of a metering, comprising the following method step: influencing the pressure of the working medium in the metering relative to the ambient pressure outside the metering.
Derartige Dosiereinrichtungen und Dosierverfahren sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Eine Gattung bekannter Dosiereinrichtungen bilden die so genannten Pipettiervorrichtungen.Such metering devices and metering methods are well known in the art. One type of known metering devices are the so-called pipetting devices.
Mit derartigen Dosiereinrichtungen und Dosierverfahren wird in an sich bekannter Weise über Druckverminderung im Arbeitsraum ein zu dosierendes Dosiermedium durch eine Dosieröffnung hindurch in einen Dosierraum aspiriert, dann dort gegebenenfalls gehalten und über eine Druckerhöhung des Arbeitsraums aus dem Dosierraum durch die Dosieröffnung hindurch dispensiert.With such dosing and dosing a metered dosing is aspirated through a dosing into a dosing, then optionally held there and dispensed via an increase in pressure of the working chamber from the dosing through the dosing through in a conventional manner via pressure reduction in the working space.
Die Druckänderungen des Arbeitsmediums im Arbeitsraum erfolgen relativ zum Druck der die Dosieröffnung und das Dosiermedium umgebenden Atmosphäre.The pressure changes of the working medium in the working space take place relative to the pressure of the atmosphere surrounding the metering opening and the metering medium.
In einfachen Dosiereinrichtungen können der Arbeitsraum und der Dosierraum identisch sein oder zumindest abschnittsweise zusammenfallen.In simple metering devices, the working space and the dosing space be identical or at least partially coincide.
Nachteilig an bekannten Dosiereinrichtungen ist die damit verbundene Schwierigkeit, im Verhältnis zum maximal möglichen Dosiervolumen sehr kleine Dosiervolumina eines Dosiermediums zu aspirieren oder/und zu dispensieren.A disadvantage of known metering devices is the associated difficulty of aspirating and / or dispensing very small metering volumes of a metering medium in relation to the maximum possible metering volume.
Dieser Nachteil ist im Wesentlichen durch die Konstruktion der bekannten Dosiereinrichtungen in Verbindung mit den Materialeigenschaften der üblicherweise als Arbeitsmedium verwendeten Luft begründet: In der Regel wird der Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum durch die Bewegung eines Kolbens in einer den Arbeitsraum zumindest teilweise definierenden Kolben-Zylinder-Anordnung verändert. Im Verhältnis zum maximal möglichen Dosiervolumen kleine oder sehr kleine Dosiervolumina erfordern dabei im Verhältnis zum maximal möglichen Kolbenhub sehr kleine Kolbenbewegungen, welche aufgrund der Feder-Dämpfer-Wirkung von Luft oder allgemeinen Gas als Arbeitsmedium und der Trägheit des in der Regel flüssigen Dosiermediums die gewünschten kleinen Dosiervolumina nur sehr unpräzise zu dosieren vermögen, weshalb es gerade beim Versuch, kleine und kleinste Dosiervolumina zu aspirieren oder/und zu dispensieren zu erheblichen Dosierfehlern bis zu einem vollständigen Dosierversagen kommt.This disadvantage is essentially due to the construction of the known metering devices in connection with the material properties of the air usually used as the working medium: In general, the pressure of the working medium in the working space by the movement of a piston in the working space at least partially defining piston-cylinder Arrangement changed. In relation to the maximum possible dosing volume small or very small dosing require thereby in relation to the maximum possible piston stroke very small piston movements, which due to the spring-damper effect of air or general gas as the working medium and the inertia of the usually liquid dosing the desired small Dosing volumes only very imprecise dosing capability, which is why it comes just in trying to aspirate small and very small dosing volumes and / or dispensed to considerable dosing errors up to a complete Dosierversagen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lehre anzugeben, mit welcher das Dosieren von im Verhältnis zum maximal möglichen Dosiervolumen sehr kleinen und kleinsten Dosiervolumina präziser als im Stand der Technik möglich ist.It is therefore an object of the present invention to provide a technical teaching with which the dosing of very small and smallest dosing volumes in relation to the maximum possible dosing volume is possible more precisely than in the prior art.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung durch eine gattungsgemäße Dosiereinrichtung gelöst, bei welcher der Arbeitsraum und der Dosierraum über ein Ventil verbunden sind, welches schaltbar ist zwischen einer Sperrstellung, in der eine Druckübertragung vom Arbeitsraum über das Ventil in den Dosierraum verhindert ist, und einer Durchlassstellung, in der eine Druckübertragung vom Arbeitsraum über das Ventil in den Dosierraum gestattet ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann im Arbeitsraum dann, wenn sich das Ventil in der Sperrstellung befindet, durch die Druckveränderungsvorrichtung ein vorbestimmter Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum erzeugt oder/und gehalten werden. Von Vorteil ist dabei, dass das dabei tatsächlich erzeugte Druckniveau des Arbeitsmediums das zur Aspiration oder/und Dispensation eines vorbestimmten Dosiervolumens bauartbedingt benötigte Druckniveau übersteigen kann, also ein größerer Unterdruck als zur Aspiration des vorbestimmten Dosiervolumens erforderlich oder ein größerer Überdruck als zur Dispensation des vorbestimmten Dosiervolumens erforderlich im Arbeitsraum herrschen kann.This object is achieved according to a first aspect of the present invention by a generic metering device, wherein the working space and the metering chamber are connected via a valve which is switchable between a blocking position in which a pressure transfer from the working space via the valve is prevented in the metering , And a passage position in which a pressure transmission from the working space via the valve is allowed in the dosing. By the solution according to the invention can then in the working space when the valve is in the blocking position, through the Pressure changing device generates a predetermined pressure of the working fluid in the working space and / or held. The advantage here is that the actually generated pressure level of the working medium can exceed the pressure required for aspiration and / or dispensation of a predetermined dosing volume pressure required, ie a greater negative pressure than for aspiration of the predetermined dosing required or greater pressure than to dispense the predetermined Dosiervolumens required in the workroom can prevail.
Durch Öffnen des Ventils und die damit verbundene Druckübertragung kann eine Druckeinwirkung des im Arbeitsraum herrschenden Druckniveaus auf den Dosierraum gestattet werden, wodurch der gewünschte Dosiervorgang ausgeführt werden kann.By opening the valve and the pressure transmission associated therewith, a pressure action of the pressure level prevailing in the working space can be permitted on the metering chamber, whereby the desired metering operation can be carried out.
Die Verstellbarkeit des Ventils zwischen der Sperrstellung und der Durchlassstellung stellt sicher, dass die Druckeinwirkung des Arbeitsraums auf den Dosierraum in einer Weise erfolgen kann, die zur gewünschten Aspiration oder/und Dispensation von kleinen und kleinsten Dosiervolumina ausreicht.The adjustability of the valve between the blocking position and the passage position ensures that the pressure of the working space on the dosing chamber can be done in a manner that is sufficient for the desired aspiration and / or dispensation of small and smallest dosing volumes.
Vor allen Dingen gestattet das erfindungsgemäß vorgesehene verstellbare Ventil die Erzeugung von Druckstößen vom Arbeitsraum in den Dosierraum, also eine zeitlich begrenzte Einwirkung des Drucks im Arbeitsraum auf den Druck im Dosierraum. Dies können Unterdruckstöße oder Überdruckstöße sein.Above all, the inventively provided adjustable valve allows the generation of pressure surges from the working space in the dosing, so a time-limited action of the pressure in the working space on the pressure in the dosing. These can be negative pressure surges or overpressure surges.
Abhängig von der zeitlichen Länge des Druckstoßes können unterschiedlich große Dosiervolumina aspiriert oder/und dispensiert werden, welche jedoch immer noch wesentlich kleiner sind, als wenn das zur Zeit des Druckstoßes im Arbeitsraum herrschende Druckniveau des Arbeitsmediums sich zeitlich unbegrenzt in den Dosierraum und somit auf das Dosiermedium auswirkt.Depending on the length of time of the pressure surge, metering volumes of different sizes can be aspirated and / or dispensed, which, however, are still substantially smaller than if the pressure level of the working medium prevailing at the time of the pressure surge in the working space is unlimited in time into the metering space and thus to the metering medium effect.
Der Dosierraum ist abhängig vom Dosierzustand der Dosiereinrichtung in der Regel ebenfalls teilweise mit einem kompressiblen Arbeitsmedium gefüllt. Dies kann und wird in der Regel dasselbe Arbeitsmedium wie im Arbeitsraum sein. Es soll aber nicht ausgeschlossen sein, dass sich im Dosierraum ein von jenem des Arbeitsraums verschiedenes Arbeitsmedium befindet.The dosing chamber is usually also partially filled with a compressible working fluid, depending on the dosing state of the dosing device. This can and will usually be the same working fluid as in the workspace. However, it should not be ruled out that in the dosing one of that of the Workspace is different working medium.
Wenn in der vorliegenden Anmeldung von einem „kompressiben Arbeitsmedium" die Rede ist, so bedeutet dies, dass eine nicht nur vemachlässigbare Volumenänderung des Arbeitsmediums zu einer Druckänderung des selben führt. Arbeitsmedien sind in der Regel Gase, wenn möglich aus Kostengründen Luft. Wasser oder Öl gilt im Sinne der vorliegenden Anmeldung als inkompressibel.When in the present application a "compressive working medium" is mentioned, this means that not only a negligible volume change of the working medium leads to a pressure change of the same .. Working media are usually gases, if possible for cost reasons air, water or oil For the purposes of the present application, it is considered incompressible.
Eine Druckübertragung zwischen dem Arbeitsraum und dem Dosierraum wird in der Regel am einfachsten über eine Arbeitsmedienströmung durch das Ventil hindurch erfolgen. Es kann in technisch begründeten Fällen jedoch auch daran gedacht sein, dass der Arbeitsraum vom Dosierraum durch eine Membran oder dergleichen getrennt ist und das Ventil abhängig von seiner Stellung zurA pressure transfer between the working space and the dosing is usually done easiest via a working fluid flow through the valve. However, in technically justified cases, it can also be thought that the working space is separated from the dosing chamber by a membrane or the like and the valve is dependent on its position for
Druckübertragung eine Membranbewegung gestattet oder verhindert. Auch eine derartige Druckübertragung soll von der vorliegenden Anmeldung erfasst sein.Pressure transmission allows or prevents membrane movement. Such a pressure transmission should also be covered by the present application.
Grundsätzlich kann daran gedacht sein, dass die Druckveränderungsvorrichtung durch eine kontinuierlich arbeitende Pumpe gebildet ist, deren Druck- oder/und Saugseite mit dem Arbeitsraum kommuniziert.In principle, it can be thought that the pressure changing device is formed by a continuously operating pump whose pressure and / or suction side communicates with the working space.
In einem besonders bevorzugten Fall, der konstruktiv einfach mit wenig Bauraum realisierbar ist und der dem Fachmann aus seiner jahrelangen Tätigkeit vertraut ist, ist die Druckveränderungsvorrichtung jedoch eine Kolben-Zylinder-Anordnung. In diesem Falle kann der zur Bildung der Dosiereinrichtung benötigte Bauraum besonders gering gehalten werden, wenn eine Kolbenfläche und eine Zylinderwand der Kolben-Zylinder-Anordnung den Arbeitsraum zumindest abschnittsweise begrenzen.In a particularly preferred case, which is structurally simple to implement with little space and which is familiar to the skilled worker from his years of activity, the pressure change device is, however, a piston-cylinder arrangement. In this case, the space required to form the metering device can be kept particularly low, if a piston surface and a cylinder wall of the piston-cylinder arrangement limit the working space at least in sections.
Bei den meisten heutzutage verwendeten Dosiereinrichtungen wird das zu dosierende Dosiermedium in der Regel in eine Pipettierspitze hinein aspiriert und aus dieser hinaus dispensiert. Dann kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Dosierraum zumindest abschnittsweise durch eine Wand einer Pipettierspitze begrenzt ist. Aus Gründen der Anpassbarkeit der Dosiereinrichtung an verschiedene Dosieraufgaben ist die Pipettierspitze vorzugsweise lösbar an der Dosiereinrichtung vorgesehen. Aus den gleichen Gründen und insbesondere aus Gründen erhöhter Hygieneanforderungen ist die Pipettierspitze besonders bevorzugt wechselbar, d. h. ist eine Pipettierspitze gegen eine andere austauschbar an der Dosiereinrichtung vorgesehen.In most of the dosing devices used today, the dosing medium to be dosed is aspirated into a pipetting tip and dispensed from it. Then it can preferably be provided that the metering space is limited at least in sections by a wall of a pipette tip. For reasons of adaptability of the metering device to different metering tasks, the pipetting tip is preferably detachable on the Dosing provided. For the same reasons, and in particular for reasons of increased hygiene requirements, the pipetting tip is particularly preferably exchangeable, ie, one pipetting tip is provided exchangeably for another on the metering device.
Zur einfachen Anbindung einer Pipettierspitze an die Dosiereinrichtung kann in an sich bekannter Weise vorgesehen sein, dass die Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Kopplungsanordnung versehen ist, mit welcher eine an der Pipettierspitze vorgesehene Kopplungsgegenanordnung lösbar koppelbar ist. Dann kann zur Erzielung eines möglichst geringen Bauraums der Dosiereinrichtung weiter vorgesehen sein, dass die Kolben-Zylinder-Anordnung im Bereich der Kopplungsanordnung einen Arbeitsmediendurchgang aufweist, wobei dann das Ventil an dem Arbeitsmediendurchgang vorgesehen sein kann. Vorteilhafterweise befindet sich dann das Ventil ebenfalls im Bereich der Kopplungsanordnung, so dass die Kopplung der Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Pipettierspitze und die druckübertragungsmäßige Trennung von Arbeitsraum und Dosierraum in dem Bereich der Kopplungsanordnung ausgebildet sein kann, so dass es einen räumlich verhältnismäßig kleinen Bereich gibt, in welchem die oben genannten Funktionen realisiert sind.For easy connection of a pipetting tip to the metering device, it can be provided in a manner known per se that the piston-cylinder arrangement is provided with a coupling arrangement with which a coupling counter-arrangement provided on the pipetting tip can be detachably coupled. Then, to achieve the smallest possible space of the metering device can be further provided that the piston-cylinder assembly in the region of the coupling arrangement comprises a working fluid passage, in which case the valve may be provided on the working medium passage. Advantageously, then the valve is also in the region of the coupling arrangement, so that the coupling of the piston-cylinder arrangement with a pipetting tip and the pressure transfer separation of the working space and metering space may be formed in the region of the coupling arrangement, so that it is a spatially relatively small area in which the above functions are realized.
Der Arbeitsmediendurchgang kann in seiner Länge und seinem Querschnitt den Anforderungen entsprechend ausgestaltet sein und kann im Extremfall lediglich durch eine Öffnung gebildet sein, in die dann vorteilhafterweise das Ventil eingesetzt ist. Im Falle eines längeren Arbeitsmediendurchgangs kann die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung auf engem Bauraum dadurch sicher gestellt sein, dass der Arbeitsmediendurchgang eine erste, in den Arbeitsraum mündende . Mündung und eine zweite vom Arbeitsraum weiter entfernt liegende Mündung aufweist, wobei vorzugsweise ein die zweite Mündung aufweisender Längsendbereich des Arbeitsmediendurchgangs zumindest von einem Abschnitt der Kopplungsanordnung umgeben ist. Dann, wenn ein Abschnitt der Kopplungsanordnung einen die zweite Mündung des Arbeitsmediendurchgangs aufweisenden Längsendbereich desselben umgibt, ist gewährleistet, dass der Arbeitsraum sicher mit einem von einer Pipettierspitze zumindest abschnittsweise begrenzten Dosierraum in Druckübertragungsverbindung bringbar ist.The working medium passage can be designed according to the requirements in its length and its cross section and can be formed in extreme cases only by an opening into which then advantageously the valve is inserted. In the case of a longer working medium passage, the functionality of the metering device according to the invention in a small space can be ensured by the fact that the working medium passage a first, opening into the working space. Mouth and a second of the working space farther away from the mouth, wherein preferably a second muzzle having longitudinal end portion of the working media passage is surrounded by at least a portion of the coupling arrangement. Then, when a portion of the coupling arrangement surrounds a longitudinal end region of the second mouth of the working medium passage, it is ensured that the working space is safely filled with a metering space which is at least partially delimited by a pipetting tip Pressure transmission connection can be brought.
Eine wiederum bei geringem Bauraumbedarf realisierbare konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung kann dadurch erreicht werden, dass das Ventil räumlich zwischen dem Kolben der Kolben-Zylinder- Anordnung und der Dosieröffnung angeordnet ist. Vorzugsweise befindet sich dabei die Dosieröffnung in Verlängerung der Bewegungsbahn des Kolbens, so dass die verlängert gedachte Bewegungsbahn die Dosieröffnung durchsetzt. Dadurch wird eine sehr schlanke Dosiereinrichtung erhalten. Diese ermöglicht die Anordnung mehrerer Dosiereinrichtungen parallel zueinander auf engem Raum.A constructive embodiment of the metering device according to the invention, which in turn can be realized with a small space requirement, can be achieved by arranging the valve spatially between the piston of the piston-cylinder arrangement and the metering opening. Preferably, the metering opening is in extension of the movement path of the piston, so that the extended imaginary trajectory passes through the metering opening. As a result, a very slim metering device is obtained. This allows the arrangement of several metering devices parallel to each other in a small space.
Gerade wenn der oben beschriebene Dosiervorgang automatisiert oder zumindest unterstützt ablaufen soll, ist es vorteilhaft, wenn die Druckveränderungsvorrichtung einen Druckänderungsaktuator umfasst, welcher mit der Druckveränderungsvorrichtung zur Veränderung des Drucks des Arbeitsmediums im Arbeitsraum gekoppelt ist. Im oben genannten Beispiel einer Kolben-Zylinder-Anordnung kann ein Druckänderungsaktuator beispielsweise ein den Kolben relativ zum Zylinder bewegender Stellmotor sein. Falls die Druckveränderungsvorrichtung eine kontinuierliche Arbeit in der Pumpe umfasst, kann der Druckänderungsaktuator ein die Pumpe antreibender Motor sein.Especially when the dosing process described above is to be automated or at least assisted, it is advantageous if the pressure change device comprises a pressure change actuator which is coupled to the pressure change device for varying the pressure of the working medium in the work space. For example, in the above example of a piston-and-cylinder arrangement, a pressure change actuator may be a servomotor moving the piston relative to the cylinder. If the pressure varying device includes a continuous work in the pump, the pressure change actuator may be a motor driving the pump.
Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die Druckveränderungsvorrichtung eine erste Steuereinrichtung umfasst, welche zur Steuerung des Druckänderungsaktuators ausgebildet ist. Dann kann durch die erste Steuereinrichtung über den Druckänderungsaktuator der Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum verändert werden.Furthermore, it is advantageous in this context if the pressure change device comprises a first control device which is designed to control the pressure change actuator. Then, the pressure of the working medium in the working space can be changed by the first control device via the pressure change actuator.
Ebenso kann die Dosiereinrichtung zur Automatisierung eines Dosiervorgangs oder zumindest zu dessen maschinell unterstützten Ablauf einen zur Verstellung des Ventils mit diesem gekoppelten Ventilaktuator und eine zweite Steuereinrichtung umfassen, welche zur Steuerung des Ventilaktuators gebildet ist.Likewise, the metering device for automation of a metering operation or at least to its machine-assisted flow include a valve actuator for the adjustment of the valve coupled thereto and a second control device, which is formed to control the Ventilaktuators.
Falls gewünscht ist, einen Dosiervorgang mittels eines Regelkreises zu steuern, oder falls grundsätzlich ein Dosiervorgang mit einer besonders hohen Genauigkeit gewünscht ist, ist es vorteilhaft, wenn die Dosiereinrichtung eine Druckerfassungseinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet und angeordnet ist, den Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum zu erfassen. Ein Regelkreis kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass die erste Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Druckänderungsaktuator abhängig vom Druckerfassungergebnis der Druckerfassungseinrichtung anzusteuern, insbesondere dazu ausgebildet ist, einen vorgegebenen Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum zu erzeugen oder/und zu halten.If it is desired to control a dosing process by means of a control loop, or if, in principle, a metering process with a particularly high accuracy is desired, it is advantageous if the metering device has a pressure detection device, which is designed and arranged to detect the pressure of the working medium in the working space. A control circuit can in particular be realized in that the first control device is designed to control the pressure change actuator depending on the pressure detection result of the pressure detection device, in particular is designed to generate a predetermined pressure of the working fluid in the work space and / or hold.
Weiterhin kann die Dosiereinrichtung eine Zeitgebereinrichtung umfassen, welche nach Verstreichen einer vorbestimmten oder vorbestimmbaren Zeitdauer ein Zeitsignal ausgeben kann. Wie oben dargelegt wurde, kann mit der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung gerade durch die Ausübung von Druckstößen ausgehend vom Arbeitsraum in den Dosierraum hinein ein Dosiervorgang ausgeführt werden. Zur möglichst exakten Zeitsteuerung eines derartigen Druckstoßes ist die genannte Zeitgebereinrichtung von Vorteil.Furthermore, the metering device may comprise a timing device, which can output a time signal after the lapse of a predetermined or predeterminable period of time. As has been explained above, a dosing process can be carried out with the dosing device according to the invention, starting from the working space into the dosing space, precisely by the exertion of pressure surges. For the most precise timing of such a pressure surge, said timer means is advantageous.
Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Zeitdauer, nach welcher die Zeitgebereinrichtung ein Zeitsignal ausgibt, einstellbar ist, sodass Druckstöße unterschiedlicher, aber vorbestimmter oder vorbestimmbarer zeitlicher Länge vom Arbeitsraum auf den Dosierraum ausgeübt werden können.It is particularly advantageous if the period of time after which the timer means outputs a time signal is adjustable, so that pressure surges of different, but predetermined or predeterminable length of time can be exerted from the working space to the dosing.
Da die zweite Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Ventilaktuator zu steuern, ist zur zeitlichen Steuerung der Ventilöffnung vorteilhafterweise vorgesehen, dass die zweite Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, das Ventil nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer ab einem Verstellen des Ventils in die Durchlaufstellung auf ein Zeitsignal der Zeitgebereinrichtung hin in die Sperrstellung zu verstellen. Somit kann durch das im Arbeitsraum bereitgestellte Druckreservoir automatisiert ein Druckstoß vorbestimmter Zeitdauer auf den Dosierraum ausgeübt werden und somit ein Dosiervorgang ausgeführt werden. Das Dosiervolumen ist dabei über die Veränderung der Zeitdauer, welche zwischen dem Verstellen des Ventils in die Durchlaufstellung und dem Verstellen des Ventils in die Sperrstellung verstreicht, einstellbar. Es kann ferner daran gedacht sein, in einem Speicher ein Kennfeld zu hinterlegen, welches, gegebenenfalls weiter aufgeschlüsselt nach Parametern von möglichen Dosiermedien, wie etwa Dichte, Viskosität und dergleichen, eine Zuordnung von Zeitdauern zu Dosiervolumina enthält.Since the second control device is designed to control the valve actuator, it is advantageously provided for timing the valve opening that the second control device is adapted to the valve after a predetermined period of time from an adjustment of the valve in the flow position to a time signal of the timer means towards the locking position to adjust. Thus, by the pressure reservoir provided in the working space, a pressure surge of a predetermined period of time can be automatically exerted on the dosing space and thus a dosing process can be carried out. The metering volume is adjustable over the change in the time duration, which elapses between the adjustment of the valve in the flow position and the adjustment of the valve in the blocking position. It may also be thought to deposit in a memory a map which, optionally further broken down according to parameters of possible metering media, such as density, viscosity and the like, contains an assignment of periods to dosing volumes.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe ebenfalls gelöst durch ein gattungsgemäßes Dosierverfahren, welches folgenden weiteren Verfahrensschritt umfasst:According to a further aspect of the present invention, the abovementioned object is likewise achieved by a generic metering method which comprises the following further method step:
- vor dem Beeinflussen des Drucks des Arbeitsmediums im Dosierraum: Unterbrechen jeglicher Druckübertragungsverbindung zwischen einem zumindest teilweise mit dem Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum und dem Dosierraum,- Before influencing the pressure of the working medium in the dosing chamber: interrupting any pressure transmission connection between a at least partially filled with the working fluid working space and the dosing,
wobei der Schritt des Beeinflussens des Arbeitsmediumdrucks folgende weitere Verfahrensschritte umfasst:wherein the step of influencing the working medium pressure comprises the following further method steps:
während jeglicher Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Dosierraum unterbrochen ist, Verbringen oder/und Halten des Drucks des Arbeitsmediums im Arbeitsraum auf einem vorbestimmten Druckniveau, undduring any pressure transfer connection between the working space and the dosing space is interrupted, bringing and / or maintaining the pressure of the working medium in the working space at a predetermined pressure level, and
- während sich der Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum auf dem vorbestimmten Druckniveau befindet: Öffnen einer Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Dosierraum.- While the pressure of the working fluid in the working space is at the predetermined pressure level: opening a pressure transmission connection between the working space and the dosing.
Durch dieses Verfahren wird ebenfalls ermöglicht, in einem Arbeitsraum ein Druckreservoir bereitzustellen, welches ein höheres Druckniveau aufweist, als zum Aspirieren oder/und Dispensieren eines vorbestimmten, im Verhältnis zum maximal möglichen Dosiervolumen sehr kleinen Dosiervolumen nötig und ausreichend wäre, wenn die Möglichkeit zur Unterbrechung einerThis method also makes it possible to provide a pressure reservoir in a working space which has a higher pressure level than would be necessary and sufficient for aspirating and / or dispensing a predetermined dosing volume which is very small in relation to the maximum possible dosing volume
Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Dosierraum nicht bestünde. Wiederum kann durch Aufrechterhalten der Druckübertragungsverbindung für eine vorbestimmte Zeitdauer ein Druckstoß vom Arbeitsraum auf den Dosierraum ausgeübt werden, wodurch ein im Verhältnis zum maximal möglichen Dosiervolumen sehr kleines Dosiervolumen aspirierbar oder/und dispensierbar ist.Pressure transfer connection between the working space and the dosing would not exist. Again, by maintaining the Pressure transfer connection for a predetermined period of time a pressure surge from the working space are exerted on the dosing, whereby in relation to the maximum possible dosing very small dosing volume is aspirated and / or dispensed.
Zur Erzeugung vom im Verhältnis zur gesamten Dauer des Dosiervorgangs kurzen Druckstößen umfasst das Verfahren vorzugsweise folgenden weiteren Schritt:In order to produce short pressure surges in relation to the total duration of the dosing process, the method preferably comprises the following further step:
Verstreichenlassen einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Öffnen einer Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und demAllowing a predetermined period of time from the opening of a pressure transmission connection between the working space and the
Dosierraum, undDosing room, and
Unterbrechen jeglicher Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Dosierraum nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer.Interrupting any pressure transfer connection between the working space and the dosing space after elapse of the predetermined period of time.
Zur Dosierung unterschiedlicher kleiner Dosiervolumina kann das erfindungsgemäße Verfahren außerdem ein wahlweises Einstellen der für das Verstreichen vorgesehenen Zeitdauer umfassen.For dosing different small dosing volumes, the method according to the invention may also comprise an optional setting of the period of time intended for elapse.
Zur Erzielung einer möglichst hohen Dosiergenauigkeit kann überdies daran gedacht sein, dass das Beeinflussen des Drucks des Arbeitsmediums durch die Druckveränderungsvorrichtung ausschließlich erfolgt, wenn das Ventil sich in der Sperrstellung befindet.To achieve the highest possible dosing accuracy can also be considered that the influence of the pressure of the working medium by the pressure change device takes place exclusively when the valve is in the blocking position.
Für ein so genanntes Aliquot-Dosieren, also die Dispensation möglichst identischer, sehr kleiner Dosiervolumen ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren iterativ ausgeführt wird, also die zwischen dem Unterbrechen jeglicher Druckübertragungsverbindung und dem Öffnen einer Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Dosierraum ausgeführten Verfahrensschritte einschließlich des Unterbrechens und des öffnens der Druckübertragungsverbindung wiederholt ausgeführt werden. Daher kann auch vorgesehen sein, zunächst ein sehr großes, etwa das maximal mögliche Dosiervolumen am Dosiermedium zu aspirieren und dann mittels des erfindungsgemäßen Dosierverfahrens in sehr vielen sehr kleinen Dosiervolumina sukzessive abzugeben. Dabei wird vorzugsweise die Dosiereinrichtung, an welcher das Dosierverfahren ausgeführt wird, zwischen zwei aufeinander folgenden Dispensationen bewegt, so dass die kleinen Dosiervolumina in unterschiedliche Behälter abgegeben werden. Die Präzision der Dosiervorgänge kann noch dadurch erhöht werden, dass zwischen den aufeinander folgenden Dispensationen der Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum auf ein vorbestimmtes Druckniveau gebracht wird.For a so-called aliquot-dosing, so the dispensation as identical, very small dosing volume, it is advantageous if the process is carried out iteratively, ie the executed between the interruption of any pressure transmission connection and the opening of a pressure transmission connection between the working space and the dosing process steps including Breaking and opening the pressure transmission connection are repeatedly executed. Therefore, it can also be provided, first a very large, about the maximum possible To aspirate metering volume on the metering medium and then deliver it successively by means of the metering process according to the invention in very many very small metering volumes. In this case, preferably, the metering device, on which the metering process is carried out, is moved between two successive dispensations, so that the small metering volumes are dispensed into different containers. The precision of the dosing can be further increased by the fact that between the successive dispensations of the pressure of the working fluid in the working space is brought to a predetermined pressure level.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Figur näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figure. The figure shows a schematic representation of a metering device according to the invention.
In der Figur ist eine erfindungsgemäße Dosiereinrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Dosiereinrichtung 10 umfasst einen Arbeitsraum 12, in welchem sich im gezeigten Beispiel Luft oder ein anderes Gas als Arbeitsmedium befindet.In the figure, a metering device according to the invention is generally designated 10. The metering device 10 comprises a working chamber 12, in which air or another gas is in the example shown as a working medium.
Der Arbeitsraum 12 erstreckt sich längs einer Längsachse L der Dosiereinrichtung 10 und wird in einer axialen Richtung durch die Stirnfläche 14a eines Kolbens 14 begrenzt. Der Kolben 14 ist axial beweglich in einem Zylinder 16 aufgenommen, dessen Zylinderwand 16a den Arbeitsraum 12 in radialer Richtung begrenzt.The working space 12 extends along a longitudinal axis L of the metering device 10 and is limited in an axial direction by the end face 14 a of a piston 14. The piston 14 is received axially movably in a cylinder 16 whose cylinder wall 16a limits the working space 12 in the radial direction.
Der Kolben 14 ist zur Änderung des Volumens des Arbeitsraums 12 und damit zur Änderung des Drucks des sich im Arbeitsraum 12 befindenden Arbeitsmediums mit einem Motor 18 gekoppelt, der über eine Steuereinheit 20 steuerbar ist.The piston 14 is coupled to change the volume of the working space 12 and thus to change the pressure of the work medium located in the working space 12 with a motor 18 which is controllable via a control unit 20.
Beispielsweise kann hierzu auf einer Ausgangswelle eines rotatorischenFor example, this can be done on an output shaft of a rotary
Elektromotors ein Ritzel aufgesetzt sein, welches drehfest mit der Ausgangswelle des Motors verbunden ist und mit einer Zahnstangenformation auf der Kolbenstange 14b kämmt.Electric motor, a pinion to be placed, which is rotatably connected to the output shaft of the motor and meshes with a rack formation on the piston rod 14b.
An seinem vom Austrittsende des Kolbens 14 bzw. der Kolbenstange 14b entgegengesetzten Längsende ist an den Zylinder 16 in an sich bekannter Weise eine Pipettierspitze 22 lösbar gekoppelt. Die Pipettierspitze 22 ist ein längliches Gebilde, welches sich im an den Zylinder 16 angekoppelten Zustand ebenfalls längs der Längsachse L der Dosiereinrichtung erstreckt. Die Längsachse der Pipettierspitze 22 und die Längsachse des Zylinders 16 fallen bei angekoppelter Pipettierspitze mit der Längsachse L der Dosiereinrichtung 10 im dargestellten Beispiel zusammen.At its from the outlet end of the piston 14 and the piston rod 14b opposite longitudinal end of a pipetting tip 22 is detachably coupled to the cylinder 16 in a conventional manner. The pipette tip 22 is an oblong Structure, which also extends in the coupled state to the cylinder 16 along the longitudinal axis L of the metering device. The longitudinal axis of the pipette tip 22 and the longitudinal axis of the cylinder 16 coincide with coupled pipette tip with the longitudinal axis L of the metering device 10 in the example shown.
Die Pipettierspitze 22 definiert in ihrem Inneren einen Dosierraum 24, in welchen in dem in der Figur gezeigten Beispiel ein flüssiges Dosiermedium 26 aspiriert wurde. Das Dosiermedium 26 ist dabei durch die Dosieröffnung 22a der Pipettierspitze 22 in den Dosierraum 24 geströmt.The pipette tip 22 defines in its interior a metering chamber 24, in which in the example shown in the figure, a liquid metering medium 26 has been aspirated. The metering medium 26 has flowed through the metering opening 22a of the pipetting tip 22 into the metering chamber 24.
Axial zwischen dem Arbeitsraum 12 und dem Dosierraum 24 befindet sich, im Zylinder 16 gehalten, ein Ventil 28, welches über einen lediglich schematisch angedeuteten Ventilaktuator 30 verstellbar ist zwischen einer Durchlassstellung, in welcher der Arbeitsraum 12 und der Dosierraum 24 miteinander druckübertragend kommunizieren, und einer Sperrstellung, in welcher der Arbeitsraum 12 vom Dosierraum 24 strömungstechnisch getrennt ist.Axially between the working chamber 12 and the metering chamber 24 is held in the cylinder 16, a valve 28 which is adjustable via a merely schematically indicated valve actuator 30 between a passage position in which the working space 12 and the metering chamber 24 communicate with each other to transmit pressure, and a Locking position in which the working space 12 is fluidically separated from the metering chamber 24.
An den Arbeitsraum 12 ist ein Druckmessgerät 32 angeschlossen, welches den Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 12 misst. Das Druckmessgerät 32 gibt über eine Signalleitung 34 ein den Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 12 anzeigendes Signal an die Steuerung 20 aus.To the working space 12, a pressure gauge 32 is connected, which measures the pressure of the working medium in the working space 12. The pressure measuring device 32 outputs a signal indicating the pressure of the working medium in the working space 12 to the controller 20 via a signal line 34.
In der Steuerung 20 ist ein Programm hinterlegt, welches über eine Steuerleitung 36 den Motor 18 derart zum Antrieb des Kolbens 14 ansteuert, dass im Arbeitsraum 12 das Arbeitsmedium sich auf einem vorbestimmten Druckniveau befindet. Hierzu hat die Steuerung 20 zuvor über die Steuerleitung 38 den Ventilaktuator 30 zum Schließen des Ventils 28 angesteuert.In the controller 20, a program is deposited, which controls the motor 18 so as to drive the piston 14 via a control line 36, that in the working space 12, the working fluid is at a predetermined pressure level. For this purpose, the controller 20 has previously controlled the valve actuator 30 to close the valve 28 via the control line 38.
In dem in der Figur gezeigten Beispiel wurde in die Pipettierspitze 22 eine verhältnismäßig große Menge des Dosiermediums 26 aspiriert. Hierzu wurde das Ventil 28 in die Durchlassstellung gebracht und der Kolben 14 in Richtung einer Vergrößerung des Arbeitsraums 12 verlagert. Soll nun, wie bei einer so genannten „Aliquotierung", das in die Pipettierspitze 22 aspirierte Dosiermedium 26 in bezogen auf das Gesamtvolumen des aspirierten Dosiermediums 26 sehr kleinen Volumina dispensiert werden, wird hierzu das Ventil 28 mittels des Ventilaktuators 30 in die Sperrstellung verbracht und der Kolben 14 zur Erzeugung eines Überdrucks bezogen auf den Umgebungsdruck in der Umgebung der Dosieröffnung 22a in Richtung einer Verkleinerung des Arbeitsraums 12 bewegt. Die Kolbenbewegung 14 dauert so lange an, bis die Steuerung 20 anhand des Ausgabesignals auf der Datenleitung 34 erkennt, dass der Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 12 mit einem vorbestimmten Solldruck übereinstimmt. Daraufhin stellt die Steuerung 20 den Betrieb des Motors 18 ein, und hält so den Kolben 14 an dem erreichten Ort.In the example shown in the figure, a relatively large amount of the metering medium 26 was aspirated into the pipetting tip 22. For this purpose, the valve 28 was brought into the passage position and the piston 14 is displaced in the direction of an enlargement of the working space 12. If now, as in a so-called "aliquoting", aspirated into the pipette tip 22 dosing medium 26 are dispensed in relation to the total volume of the aspirated dosing medium 26 very small volumes, this is the valve 28 is moved by means of the Ventilaktuators 30 in the blocking position and the Piston 14 is moved to generate an overpressure relative to the ambient pressure in the vicinity of the metering opening 22a in the direction of a reduction of the working space 12. The piston movement 14 continues until the controller 20 recognizes from the output signal on the data line 34 that the pressure of the Working fluid in the working space 12 coincides with a predetermined target pressure .Then the controller 20 stops the operation of the motor 18, and thus keeps the piston 14 in the place reached.
Die Steuerung 20, welche einen Zeitgeber 20a umfasst, öffnet dann zur Dispensierung eines sehr kleinen Dosiervolumens des Dosiermediums 26 für eine vorbestimmte kurze Zeitdauer über die Steuerleitung 38 und den Ventilaktuator 30 das Ventil 28, d. h. verstellt dieses in die Durchlassstellung. Nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer steuert die Steuerung 20 den Ventilaktuator 30 zur Verstellung des Ventils 28 in die Sperrstellung an.The controller 20, which includes a timer 20a, then opens the valve 28, d., For dispensing a very small metering volume of the metering medium 26 for a predetermined short period of time via the control line 38 and the valve actuator 30. H. adjusts this into the passage position. After elapse of the predetermined period of time, the controller 20 controls the valve actuator 30 to adjust the valve 28 in the blocking position.
Dadurch wird ein Überdruckstoß aus dem Arbeitsraum 12 in den Dosierraum 24 übertragen. Dieser Überdruckstoß sorgt für die Abgabe einer sehr kleinen reproduzierbaren Menge an Dosiermedium 26 durch die Dosieröffnung 22a. Das Dosiervolumen, d. h. die Menge des dispensierten Dosiermediums 26 ist dabei von der zeitlichen Länge des Überdruckstoßes abhängig. Daher ist die Länge des Überdruckstoßes (ebenso wie die zeitliche Länge eines Unterdruckstoßes beim Aspirieren) vorzugsweise einstellbar.As a result, an excess pressure surge is transferred from the working space 12 into the metering space 24. This positive pressure surge ensures the delivery of a very small reproducible amount of dosing medium 26 through the metering opening 22a. The dosing volume, d. H. the amount of dispensed metering medium 26 is dependent on the length of time of the positive pressure surge. Therefore, the length of the positive pressure surge (as well as the length of time of a vacuum surge during aspiration) is preferably adjustable.
Nach dem Schließen des Ventils 28, d. h. dem Verstellen in die Sperrstellung, regelt die Steuerung 20 den Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 12 erneut in der zuvor beschriebenen Weise auf den gewünschten Solldruck, bevor ein weiterer Dispensiervorgang anschließt, welcher mit dem vorhergehend beschriebenen weitestgehend identisch ist. Dazwischen wird die Dosieröffnung relativ zu einer Titerplatte bewegt, um aufeinander folgende Dosiervolumina in unterschiedliche Behälter abzugeben. Die Steuerung 20 umfasst vorteilhafterweise einen Speicher 20b, in welchem für unterschiedliche Arbeitsmedien oder/und unterschiedliche Dosiermedien oder/und unterschiedliche Zustandsgrößen, wie etwa Temperatur, Druck, Viskosität und dergleichen wenigstens ein Kennfeld hinterlegt sein kann, welches gewünschte Dosiervolumina mit Solldrücken des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 12 und Zeitdauern der Durchlassstellung des Ventils 28 verknüpft. Dann kann eine Bedienperson bequem das verwendete Arbeitsmedium, das zu dosierende Dosiermedium und das gewünschte Dosiervolumen eingeben, gegebenenfalls sind Zustandsgrößen, wie Druck, Temperatur und Viskosität einzugeben oder diese werden zum Teil durch in der Figur nicht dargestellte Sensoren erfasst, woraufhin die gewünschte Dosierung automatisch mit großer Präzision abläuft. After closing the valve 28, ie the adjustment into the blocking position, the controller 20 regulates the pressure of the working fluid in the working space 12 again in the manner described above to the desired target pressure before another dispensing followed, which is largely identical to the previously described , In between, the metering opening is moved relative to a titer plate in order to deliver successive metering volumes into different containers. The controller 20 advantageously comprises a memory 20b, in which for different working media and / or different dosing and / or different state variables, such as temperature, pressure, viscosity and the like at least one map can be stored, which desired dosing volumes with target pressures of the working fluid in the working space 12 and periods of the passage position of the valve 28 linked. Then, an operator can conveniently enter the working medium used, the dosing medium to be dosed and the desired dosing volume, state variables such as pressure, temperature and viscosity are optionally entered or these are detected in part by sensors not shown in the figure, whereupon the desired dosage automatically with great precision.

Claims

Ansprüche claims
1. Dosiereinrichtung zur Aspiration und Dispensation eines Dosiermediums (26) 5 mittels eines Arbeitsmediums durch eine Dosieröffnung (22a) hindurch in einen Dosierraum (24) hinein und aus diesem hinaus, umfassend:A metering device for aspirating and dispensing a metering medium (26) 5 by means of a working medium through a metering opening (22a) into and out of a metering chamber (24), comprising:
- einen zumindest teilweise mit einem kompressiblen Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum (12),a working space (12) at least partially filled with a compressible working medium,
- eine Druckveränderungsvorrichtung (14, 16), welche dazu ausgebildet ist, lo den Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum (12) zu verändern, und- A pressure changing device (14, 16) which is adapted to lo the pressure of the working fluid in the working space (12) to change, and
- den die Dosieröffnung (22a) aufweisenden Dosierraum (24), dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (12) und der Dosierraum (24) über ein Ventil (28) verbunden sind, welches schaltbar ist zwischen einer Sperrstellung, in der eine Druckübertragung, insbesondere i5 Arbeitsmediumströmung, vom Arbeitsraum (12) über das Ventil (28) in den- The dosing (22a) having dosing (24), characterized in that the working space (12) and the dosing (24) via a valve (28) are connected, which is switchable between a blocking position in which a pressure transmission, in particular i5 working medium flow, from the working space (12) via the valve (28) in the
Dosierraum (24) verhindert ist, und einer Durchlassstellung, in der eine Druckübertragung vom Arbeitsraum (12) über das Ventil (28) in den Dosierraum (24) gestattet ist.Dosing (24) is prevented, and a passage position in which a pressure transmission from the working space (12) via the valve (28) in the dosing space (24) is allowed.
20 2. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckveränderungsvorrichtung (14, 16) eine Kolben-Zylinder-Anordnung (14, 16) ist, wobei vorzugsweise eine Kolbenfläche (14a) und eine Zylinderwand (16a) zumindest abschnittsweise den Arbeitsraum (12) begrenzen.20 2. Metering device according to claim 1, characterized in that the pressure changing device (14, 16) is a piston-cylinder arrangement (14, 16), wherein preferably a piston surface (14 a) and a cylinder wall (16 a) at least partially the working space ( 12) limit.
2525
3. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierraum (24) zumindest abschnittsweise durch eine Wand einer, vorzugsweise lösbaren, besonders bevorzugt wechselbaren, Pipettierspitze (22) begrenzt ist.3. Metering device according to claim 1 or 2, characterized in that the metering space (24) is limited at least in sections by a wall of a preferably detachable, particularly preferably exchangeable, pipetting tip (22).
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4. Dosiereinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Anordnung (14, 16) mit einer Kopplungsanordnung versehen ist, mit welcher eine an der Pipettierspitze (22) vorgesehene Kopplungsgegenanordnung lösbar koppelbar ist.4. Metering device according to claims 2 and 3, characterized in that the piston-cylinder arrangement (14, 16) is provided with a coupling arrangement, with which a at the pipetting tip (22) provided coupling counter arrangement detachable can be coupled.
5. Dosiereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Anordnung (14, 16) im Bereich der Kopplungsanordnung einen Arbeitsmediendurchgang aufweist, an welchem das Ventil (28) vorgesehen ist.5. Metering device according to claim 4, characterized in that the piston-cylinder arrangement (14, 16) in the region of the coupling arrangement comprises a working medium passage, on which the valve (28) is provided.
6. Dosiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsmediendurchgang eine erste, in den Arbeitsraum (12) mündende Mündung und eine zweite vom Arbeitsraum6. Metering device according to claim 5, characterized in that the working medium passage a first, in the working space (12) opening mouth and a second from the working space
(12) weiter entfernt liegende Mündung aufweist, wobei vorzugsweise ein die zweite Mündung aufweisender Längsendbereich des Arbeitsmediendurchgangs zumindest von einem Abschnitt der Kopplungsanordnung umgeben ist.(12) further away from the mouth, wherein preferably a second end having the longitudinal end region of the working medium passage is at least surrounded by a portion of the coupling arrangement.
7. Dosiereinrichtung nach Anspruch 2, vorzugsweise unter Einbeziehung wenigstens eines der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (28) räumlich zwischen dem Kolben (14) der Kolben-Zylinder-Anordnung (14, 16) und der Dosieröffnung (22a) angeordnet ist.7. Metering device according to claim 2, preferably including at least one of claims 3 to 6, characterized in that the valve (28) spatially between the piston (14) of the piston-cylinder assembly (14, 16) and the metering orifice (22a ) is arranged.
8. Dosiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckveränderungsvorrichtung (14, 16) einen zur Veränderung des Drucks des Arbeitsmediums im Arbeitsraum (12) mit der Druckveränderungsvorrichtung (14, 16) gekoppelten8. Metering device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure changing device (14, 16) for changing the pressure of the working medium in the working space (12) with the pressure changing device (14, 16) coupled
Druckänderungsaktuator (18) und eine erste Steuereinrichtung (20) umfasst, wobei die erste Steuereinrichtung (20) zur Steuerung des Druckänderungsaktuators (18) ausgebildet ist.Pressure change actuator (18) and a first control device (20), wherein the first control device (20) for controlling the Druckänderungsaktuators (18) is formed.
9. Dosiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zur Verstellung des Ventils (28) mit diesem gekoppelten Ventilaktuator (30) und eine zweite Steuereinrichtung (20) umfasst, welche zur Steuerung des Ventilaktuators (30) ausgebildet ist. 9. Metering device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a for adjusting the valve (28) with this coupled valve actuator (30) and a second control device (20) which is designed to control the Ventilaktuators (30).
10. Dosiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Druckerfassungseinrichtung (32) aufweist, welche dazu ausgebildet und angeordnet ist, den Druck des10. Metering device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a pressure detecting device (32), which is designed and arranged, the pressure of
5 Arbeitsmediums im Arbeitsraum (12) zu erfassen.5 working medium in the working space (12) to capture.
11. Dosiereinrichtung nach Anspruch 10, unter Einbeziehung des Anspruchs 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, den Druckänderungsaktuator (18) abhängig vom lo Druckerfassungergebnis der Druckerfassungseinrichtung (32) anzusteuern, insbesondere dazu ausgebildet ist, einen vorgegebenen Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum (12) zu erzeugen oder/und zu halten.11. Metering device according to claim 10, including claim 8, characterized in that the first control device (20) is designed to control the Druckänderungsaktuator (18) depending on the lo pressure detection result of the pressure detection device (32), in particular is adapted to a predetermined To create or maintain pressure of the working medium in the working space (12).
12. Dosiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, unter i5 Einbeziehung des Anspruchs 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zeitgebereinrichtung (20a) umfasst, wobei vorzugsweise die zweite Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, das Ventil (28) nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer ab einem Verstellen des Ventils (28) in die Durchlassstellung auf 20 ein Zeitsignal der Zeitgebereinrichtung (20a) hin in die Sperrstellung zu verstellen.12. Dosing device according to one of the preceding claims, including i5 inclusion of claim 9, characterized in that it comprises a timing device (20a), wherein preferably the second control device (20) is adapted to the valve (28) after elapse of a predetermined period of time from an adjustment of the valve (28) in the passage position to 20 to adjust a time signal of the timing device (20a) back into the blocking position.
13. Dosierverfahren zur Aspiration und Dispensation eines Dosiermediums mittels eines Arbeitsmediums durch eine Dosieröffnung (22a) hindurch in13. dosing method for aspiration and dispensing a dosing medium by means of a working medium through a metering opening (22 a) through in
25 einen Dosierraum (24) hinein und aus diesem hinaus, umfassend den folgenden Verfahrensschritte:25 a dosing (24) into and out of this, comprising the following steps:
- Beeinflussen des Drucks des Arbeitsmediums im Dosierraum (24) relativ zum Umgebungsdruck außerhalb des Dosierraums (24), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden weiteren 0 Verfahrensschritt umfasst:Influencing the pressure of the working medium in the dosing space (24) relative to the ambient pressure outside the dosing space (24), characterized in that the method comprises the following further 0 method step:
- Vor dem Beeinflussen des Drucks des Arbeitsmediums im Dosierraum (24): unterbrechen jeglicher Druckübertragungsverbindung zwischen einem zumindest teilweise mit dem Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum (12) und dem Dosierraum (24), und dadurch, dass der Schritt des Beeinflussens des Arbeitsmediumdrucks folgenden weiteren Verfahrensschritt umfasst:- Before influencing the pressure of the working medium in the dosing chamber (24): interrupt any pressure transmission connection between a at least partially filled with the working fluid working space (12) and the dosing chamber (24), and in that the step of influencing the working medium pressure comprises the following further method step:
- während jegliche Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum (12) und dem Dosierraum unterbrochen ist, Verbringen oder/ und Halten des Drucks des Arbeitsmediums im Arbeitsraum (12) auf einem vorbestimmten Druckniveau, und- While any pressure transmission connection between the working space (12) and the dosing is interrupted, and / or holding the pressure of the working fluid in the working space (12) at a predetermined pressure level, and
- während sich der Druck des Arbeitsmediums im Arbeitsraum (12) auf dem vorbestimmten Druckniveau befindet: öffnen einer Druckübertragungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum (12) und dem Dosierraum (24).- While the pressure of the working fluid in the working space (12) is at the predetermined pressure level: open a pressure transmission connection between the working space (12) and the metering chamber (24).
14. Dosierverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es iterativ ausgeführt wird. 14. dosing method according to claim 13, characterized in that it is carried out iteratively.
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