EP2450099A1 - Mischvorrichtung mit einer Lagerung für eine Aufnahmevorrichtung - Google Patents

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EP2450099A1
EP2450099A1 EP10014237A EP10014237A EP2450099A1 EP 2450099 A1 EP2450099 A1 EP 2450099A1 EP 10014237 A EP10014237 A EP 10014237A EP 10014237 A EP10014237 A EP 10014237A EP 2450099 A1 EP2450099 A1 EP 2450099A1
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EP
European Patent Office
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supports
mixing
joint
chassis
receiving device
Prior art date
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EP10014237A
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English (en)
French (fr)
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EP2450099B1 (de
Inventor
Arne Schafrinski
Judith Jacobs
Florian Dürr
Martin Stranzinger
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.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
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Filing date
Publication date
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Priority to EP13004188.2A priority patent/EP2669000B1/de
Priority to PCT/EP2011/005546 priority patent/WO2012059229A1/en
Priority to CN201180049259.XA priority patent/CN103153449B/zh
Priority to US13/288,432 priority patent/US8827540B2/en
Priority to JP2013537039A priority patent/JP5815724B2/ja
Publication of EP2450099A1 publication Critical patent/EP2450099A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/22—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes with supporting means moving in a horizontal plane, e.g. describing an orbital path for moving the containers about an axis which intersects the receptacle axis at an angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/70—Drives therefor, e.g. crank mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to a mixing device, in particular for mixing laboratory vessel contents with a receiving device for receiving mixed material and having a drive, by means of which the receiving device relative to a normal stationary chassis in a mixing movement can put, in which the receiving device on a closed Path, recurring periodically to a certain position in a certain orientation in space moves, preferably in a horizontal plane of movement only translationally and cyclically, in particular on a circular path, and with a storage that guides the receiving device in the mixing movement.
  • mixing devices in which laboratory vessel contents are mixed are well known.
  • mixing devices are known to have receiving devices for a wide variety of mix containers.
  • Such receptacles may also consist of a pedestal structure on which a holder for the mix containers is kept interchangeable in order to make the mixer useful for various vessels.
  • mixers that can mix even small amounts of liquid, that small containers in suitable holders, so-called “exchange blocks” are also summarized in very large groups of two, three or even four-digit number.
  • exchangeable blocks and also the reaction vessels can be standardized. For example, there are 0.2 ml, 0.5 ml, 1.5 ml and 2.0 ml tubes - and suitable replacement blocks for this purpose.
  • such mixers are driven at a rotational frequency of 200 rpm to 1,500 rpm.
  • the frequency of the mixing movement is known to be adjustable.
  • the present invention has for its object to provide a mixing device with a simplified in their construction storage, which avoids the problems of said previous solutions mentioned or at least reduced.
  • the present invention has for its object to provide a mixer with spherical bearings, in which the risk of unwanted rotation and / or tilting of the receiving device is reduced.
  • the possible applications of the previous mixing devices should be expanded.
  • a mixing device in particular for mixing laboratory vessel contents, has a receiving device for receiving mixed material and a drive and a bearing.
  • the receiving device can be guided relative to a chassis fixed in accordance with the intended purpose by the storage in a mixing movement.
  • the mixing movement is a translational movement of the entire recording device (driven by the drive and guided by the forced guidance of the bearing) on a path in the space which extends substantially in the horizontal plane, ie in the x and y direction in a three-dimensional coordinate system.
  • the maximum deviations of the web in a vertical (ie perpendicular to the horizontal plane) direction (z-direction) is preferably 5% of the height (in the vertical direction) of the smallest used Mischgut vessels, more preferably 1% and particularly preferably 0, 2% of the height of the smallest used mix container.
  • Deviations from the horizontal plane in the vertical are preferably not more than 0.2 mm, more preferably not more than 0.05 mm, and particularly preferably not more than 0.02 mm.
  • the effective value for the acceleration vector in the z-direction is less than or equal to 50 m / s 2 , preferably less than or equal to 20 m / s 2 and particularly preferably less than or equal to 10 m / s 2 , this being Value also depends on the weight load of the mixing device.
  • the RMS value is 10 m / s 2 when the mixing device as a receiving device carries an exchangeable block with a weight of 500 g.
  • a uniaxial sensor M352C65, M353B15
  • a triaxial sensor (356A22) from PCP Piezoelectronics Inc was used to determine the quality, ie uniformity, of the concentricity, ie the acceleration in
  • the mixing movement is a movement of the receiving device on a closed, so to speak annular and somehow spatially three-dimensional path which is at least predominantly translational, but can also perform rolling movements, if they only periodically to at least one particular location in a particular orientation in space recurs.
  • the pick-up device reverts to each point of the web in space, and is a periodic movement so that each point of the web in space is reached again and again at equal intervals - or in other words, so that the pick-up device interrupts periodically same place.
  • the preferred circular or elliptical planar path is also referred to as the orbital path.
  • the preferred circular path of movement of the mixing device according to the invention is predominantly on the x-axis (abscissa) and y-axis (ordinate) spanned horizontal plane. Movements in the direction of the z-axis (applicate) are preferably less pronounced and show up in the mixing device as a kind of up and down movement of the receiving device and thus also the vessels located therein with content. The movement in the direction of the z-axis is called a z-stroke.
  • the storage according to the invention holds and guides the receiving device during this mixing movement so that the dynamic up and down movement of the
  • Receiving device is preferably reduced as possible.
  • This dynamic up and down movement is known in the art as the already mentioned z-stroke.
  • a z-stroke during the mixing movement is disadvantageous in most applications, and therefore undesirable, since it can lead to wetting and thus contamination of the vessel lid, or squirts the sample out of the vessel in open vessels.
  • the storage has at least two supports.
  • the at least two supports can either be of equal length or alternatively have different lengths. For columns of different lengths, a leveling over the other components, such as the receiving device or the chassis must be done to align the recording device again in a horizontal plane.
  • Each of these supports according to the invention has at least two mutually spaced storage areas (spherical plain bearings), which - at least substantially - have no translatory and at least two (linearly independent) rotational degrees of freedom.
  • Bearing areas are the areas of the support that are in direct contact with a bearing or parts of a bearing.
  • a support can be both one-piece and multi-part. In a multi-part support at least two parts each have at least one storage area.
  • the at least two storage areas of a support can be located at different positions of the support. Preference is given to the terminal arrangement, in which a bearing is located at both ends of the support, since this simplifies the assembly of the mixing device according to the invention.
  • the bearing areas preferably have slide bearings which each have at least one rotational degree of freedom about an axis which deviates from the extension direction of the support (as intended about the vertical). Preferably, the axes of rotation are perpendicular to the direction of extension.
  • the storage area has only one warehouse.
  • This can realize all three rotatory degrees of freedom (x, y and z), preferably even with axes (ball joint) intersecting in one point (fulcrum).
  • the directions of a rotational degree of freedom of both camps of the respective storage area are perpendicular to each other - preferably even in a point (pivot point) crossing (cross or "Kardan” -Getenk).
  • cross or "Kardan" -Getenk cross or "Kardan" -Getenk
  • the bearings have, at least essentially, no translational degrees of freedom, that is, a person skilled in the art understands a bearing without translational degrees of freedom, wherein he accepts deviations in the usual tolerance range. These unwanted deviations may arise, for example, from the elastic and / or plastic deformation of the elements of the bearings, but due to the choice of materials - elastic and / or plastic or plastic deformation are not wanted, unless explicitly elastic bearing elements are used - should be negligible.
  • Storage area in the context of this invention is preferably a universal joint (also called universal joint), or particularly preferably a ball and socket joint (ball joint).
  • a provided with the ball joints support is here called ball support.
  • the bearing area can also be, for example, a short elastic rod section, in which its bending elasticity makes up the two rotational degrees of freedom (which, however, are limited in their extent of movement, for example by the plastic deformation limit or breaking strength of the rod).
  • the storage according to the invention has a guide device, which during the mixing movement, the rotation of the receiving device relative to the chassis.
  • this guide device which is preferably form-fitting, an unintentional, in particular chaotic, rotation of the receiving device relative to the chassis can be effectively prevented.
  • the drive of the mixing device according to the invention is initially able to set the receiving device in a mixing movement, which, as mentioned, preferably runs in a circular translatory cyclical manner in a plane.
  • a mixing movement which, as mentioned, preferably runs in a circular translatory cyclical manner in a plane.
  • “circular translationally cyclical” can be described by the fact that in such a mixing movement according to the invention all points of the receiving device perform a repetitive circular motion with essentially the same radius, angular velocity and angular position about a respective center in plane-parallel planes.
  • the mixing movement runs preferably in substantially horizontal planes - so that, for example, accommodated in receiving adapters of the receiving device exchange blocks are recorded in them vertically upright reaction vessels reliable, ie to spill without the vessel contents in the usual filling.
  • the drive is preferably via an eccentric, which is rotatably mounted in the receiving device.
  • the offset between the axis of the drive shaft and the parallel to it axis of the eccentric determines the orbit radius of the mixing movement.
  • This offset which is also referred to as the amplitude of the eccentric determined at constant column length, the inclination of the columns and thus the distance between the receiving device and chassis.
  • the storage of the receiving device according to the invention allows a positive guidance of the receiving device, wherein the storage is easy to assemble and yet the axial forces emanating from the receiving device, are absorbed by the storage. Furthermore, the storage according to the invention allows the construction of mixers with a small overall height. The advantages of the storage according to the invention are thus simple assembly and very strong reduction of the load of the drive in the axial direction. The latter point increases occupational safety and the life of the drive. Thus, the storage according to the invention is also particularly suitable for use in mixing devices which have to carry high loads, such as large filled laboratory vessels (eg Erlenmeyer flasks (2000 ml). Since space in a laboratory is always limited, the small overall height of the mixer according to the invention is also beneficial.
  • large filled laboratory vessels eg Erlenmeyer flasks (2000 ml). Since space in a laboratory is always limited, the small overall height of the mixer according to the invention is also beneficial.
  • this storage already in principle allows to set the radius of this circular path by establishing geometry parameters such as the support length or even on the device by the user to make adjustable.
  • the circular path radius is preferably between 0.5 mm and 5 mm and particularly preferably between 1 mm and 2 mm.
  • the circular path frequency can be reduced due to the new storage to values up to 50 rev / min. But it can also (especially at high loading weight of the vessels) frequencies of 2,000 rev / min, preferably 2,500 rev / min, and even 3,000 rev / min and to be driven more.
  • the storage has two, three or four of the supports, which, for example, in principle like stool or table legs, the receiving device as it were Tabletop on the chassis as a base lagem.
  • the joint bearings in particular the pivot points of the joint bearing a support equidistant from each other as the joint bearings, in particular the pivot points of the joint bearings of all other supports, this results in a mobility of the recording device always in plane-parallel alignment over the chassis (mobility of the plane through the cradle pivot bearings opposite the plane through the chassis pivot bearings). Since the supports carry the axial / vertical loads, a mixer is all the more resilient, the more supports it has.
  • this translational mobility exists, for example, for equally long, parallel supports only on a circular path with a fixed radius. This is essential to achieve a smooth mixing motion on a circular planar path, i. a stable mixing movement without tilting and with reduced z-stroke.
  • the angle of inclination of each individual support relative to the chassis remains constant over the entire revolution of the mixing movement, since the supports can not twist against each other.
  • the spacing remains the same between one of these points and one during the mixing process respective equivalent point a ', b', c, 'd', ... etc., on one of the other supports. Without these features, there would be an unwanted twisting of the two levels against each other.
  • this distance is a first example of a guide device according to the invention, which leads during the mixing movement, the rotation of the receiving device relative to the chassis.
  • the distance (and thus the radius of the circular path) is ultimately determined by the amplitude with which the eccentric moves the receiving device relative to the chassis, wherein the eccentric is mounted on the chassis. If the distance of the plane of movement of the receiving device from the chassis even configured adjustable, for example, in this way, the radius of the circular path of the mixing movement can be set on the mixing device according to the invention
  • the distance between the chassis level and the recording device at the remaining points remains unchanged.
  • the distance remains unchanged at all points, since the angle of inclination of each individual support relative to the chassis is kept constant over the entire circulation of the mixing movement, and the supports can not twist against each other.
  • This feature the inclination angle of each support relative to the chassis remains the same - thus eliminates unwanted twisting of the two planes, namely the plane of movement of the cradle (the plane through the cradle pivot bearings relative to the chassis plane (plane through the chassis pivot bearings) is unwanted, and it is in the present invention to minimize them, as this leads to an uncontrolled mixing movement, which is disadvantageous (z-stroke).
  • the guide device according to the invention leads during the mixing movement, the rotation of the receiving device relative to the chassis, wherein reducing / preventing this unwanted twist falls under this inventive guiding the rotation.
  • the guide device according to the invention preferably performs such that the unintentional rotation is equal to zero. Shown as projecting into the x, y planes, it can be seen that the guide means causes the supports to always be deflected in the same direction, i. the guide device synchronizes the column movement.
  • the guide device according to the invention includes, for example, bearings, rods, cams, rails, webs, links and combinations thereof.
  • the guide device according to the invention can likewise consist of a magnetic field.
  • both the receiving device and the chassis each carry at least one compatible magnetic element, ie, in attractively interacting elements selected from the group of magnets, magnetizable elements, permanent magnets, electromagnets and current-carrying coils or a combination thereof.
  • Examples of permanent magnets are those of a ferromagnetic material such as iron, nickel, cobalt, neodymium-iron-boron, samarium-cobalt.
  • An adjustable embodiment is possible, for example by regulating the currents in a current-carrying coil by means of a control device.
  • the control device regulates the current flow and thus the strength of the magnetic field or regulates the polarity on the basis of received signals (for example: manual inputs with respect to the current density, the weight and / or the viscosity of the vessel contents, sensor signal with respect to the detected weight and / or viscosity) the coil and thus the direction of the magnetic field.
  • vessel and / or vessel contents a directed movement in the vertical direction, i. to achieve a shaking motion (up and down motion, vibration) of the pickup device that continues to move on its orbit.
  • the guide means has at least one web of two of the supports of the invention with each other. It stores a bearing that has no translational and only one rotational degree of freedom (hinge joint) the web on one support, and a second hinge joint supports the bridge on the other support.
  • the two hinge joints are rotatable about mutually parallel axes.
  • the orientation of these two supports in the plane, which is oriented at right angles to the two parallel hinge axis defined: the supports can only rotate in this plane against each other.
  • a skewed twisting (twisting) of the supports against each other is a prerequisite for the unwanted twisting of the two supported on the supports levels (as already indicated above: when twisting the two levels against each other changes by the concomitant inclination of the supports at the same time the distance between the levels).
  • the unintentional rotation of the planes relative to one another is consequently significantly reduced by the guide device according to the invention, the web attaching to the supports in interaction with the hinge joints.
  • the skilled person is known that compression and expansion of the columns and webs can not be completely ruled out, which also cause an unwanted twisting.
  • the axes of the hinge joints are each mounted centrally between the respective joint bearings of the two supports connected by the web.
  • the following distances to the device according to the invention are the same size: between two supports, the distance between the pivot points of the joint bearing on the chassis from each other and the distance between the pivot points of the pivot bearing on the receiving device from each other.
  • the pivot points on one support and the pivot points on the other support ie columns of the same length, a parallelogram arrangement of these fulcrums can result in the inventive storage.
  • the pivot points of the joint bearings of two supports on the chassis and the pivot points of the joint bearings of the same two supports on the receiving device equidistant from each other and if all pivot points on the chassis to each other have the same arrangement as all pivot points the receiving device, results in two supports to each other always a parallelogram-shaped arrangement of the fulcrums - and out of a form-fitting guided storage of the mixing movement according to the invention. This is even forced, if, for example, as already described above, the movement plane of the receiving device is set at a certain distance from the chassis by suitable additional storage.
  • the supports according to the invention have a length between 700 mm and 5 mm; more preferably a length of 300 mm to 10 mm; and more preferably a length of 150 mm to 20 mm.
  • the supports have a length of 35 mm, measured from the pivot point / center of the ball of the ball and socket joint.
  • the spherical plain bearings designed as a ball and socket joint, a ball diameter between 60 mm and 3 mm; more preferably a ball diameter between 30 mm and 5 mm; and more preferably a ball diameter between 20 mm and 7 mm.
  • the ball diameter is 13 mm.
  • the ball at least its articulated surface made of polished metal such as VA steel or aluminum ( anodised) or ceramic and the pan has at least its plastic articulation surface such as abrasion-resistant, slip-modified thermoset or thermoset.
  • the preferred sliding speed can also be achieved by reverse material selection, i.
  • the ball consists at least on its surface of a plastic, in particular an abrasion-resistant sliding-modified thermoplastics or thermosets and the pan, at least their articular surface of a polished metal, for example, VA steel or aluminum (anodized) or ceramic.
  • the ball is rigidly connected to the support, and the pan is only indirectly over the ball in conjunction with the support.
  • the arrangement is reversed, ie the pan is rigidly connected to the support and the ball is only indirectly above the pan in connection with the support.
  • the depending on the variant with the support only indirectly connected part of the ball and socket joint is in rigid contact with the chassis or recording device.
  • the second variant since a Mixing device according to the invention is particularly easy to assemble with this arrangement of storage.
  • the mixing device may comprise, in addition to the receiving device, the drive and the bearing according to the invention, at least one heating element, preferably a controllable heating element.
  • a controllable heating element This is preferably embodied by a Peltier element or a resistance heating element, e.g. a heating foil.
  • the mixing device further comprises a cooling device, e.g. a Peltier element.
  • a cooling device e.g. a Peltier element.
  • different tempering devices e.g. when using a Peltier element, the complementary use of heat sinks and fans makes sense.
  • the heating or cooling element tempered the laboratory vessel and thus also the contents therein.
  • a method for mixing laboratory vessel contents can be operated.
  • a laboratory vessel with content is placed on the mixing device and then put the mixing device into operation.
  • it is also possible to temper the contents of the laboratory vessels i. to be set to a temperature via controlled heating and cooling.
  • a simultaneous mixing and tempering is possible with the device according to the invention.
  • the mixing device according to the invention has various uses: first, it can be used as a freestanding mixing device, i. be used as a single independent laboratory device in the laboratory. Another use is their use in a laboratory machine, e.g. from the preparation of the sample through the mixing to the final analysis. Another use is the use in an incubator in which samples, especially living cells, a controlled atmosphere (temperature, humidity, gas) are exposed, wherein the mixing device according to the invention provides for the uniform movement of the sample to be incubated.
  • the following brief description of the device according to the invention provides the following advantages: simple mountability of the bearing and reduction of the load on the drive in the axial / vertical direction. Another advantage of both the high load capacity of the storage as well as wide range of possible rotations (50 rpm - 3000 rpm), the suitability of the storage for both small light laboratory vessels, eg Eppendorf microplate wells, slides, which can all be filled with very small volumes (maximum filling volumes, 0.1 ml, 0, 2 ml, 0.5 ml, 1.5 ml and 2.0 ml) as well as for large, heavily filled laboratory vessels, Falcon tubes, glass vessels, Erlenmeyer flasks (eg up to 2000 ml), beakers etc ..
  • FIG. 1 is a mixing device 2 recognizable with a chassis 4 and a receiving device 6, which are each shown schematically only as rectangular plates.
  • the receiving device 6 is supported on four supports 8, 10, 12, 14.
  • the supports have a (not shown here) circular cylindrical basic shape, each with a joint ball 16 each having a hinge bearing at both ends of the respective support.
  • Each of the joint balls 16 is arranged in a ball socket in the bottom of the receiving device 6 or in the top of the chassis 4.
  • the pivot points (centers) of the bearing balls are equidistant from each other on all supports (distance a).
  • FIG. 1 results, the four pivot points (centers) of the bearing balls 16 at the upper ends of the four supports on a (horizontal) plane 6 are arranged and the four pivot points (centers) of the bearing balls 16 at the respective lower ends of the four supports on a (horizontal) Level 4 plane parallel to it.
  • This inventive storage allows a mixing movement of the receiving device 6 along the arrow 18 in a circular translational recurring.
  • the recording device 6 is driven in this mixing movement 18 by an eccentric 20, which sits on a vertical, rotationally driven shaft 22.
  • the eccentric 20 is slidably mounted in a through hole 24 in the receiving device 6 and sets with its eccentricity E between the eccentric axis and the shaft axis, the radius of rotation 18 fixed. This determined by the positive engagement of the joint bearing 16 - as long as clearance and tolerances are disregarded, so in principle - then the distance between the chassis 4 and the receiving device 6 (perpendicular to the plane of movement of the mixing movement 18).
  • pivot bearings 16 allow such a swivel angle S of the support (for example 10) relative to the receiving device 6 (and thus also relative to the chassis 4) that in the mixing movement 18, the circular path of the pivot points of the pivot bearing 16, the receiving device stored on the support (for example, 10), in plan view of the plane of movement 18 (top view not shown) are approximately equal.
  • FIG. 1 It can also be seen that the supports 8 and 10 are connected by a web 28 and the supports 12 and 14 by a web 30 together.
  • a hinge joint 32 supports the respective web on one of the supports 8, 10, 12 or 14.
  • the hinge joints 32 so store the respective web 28, 30 on the respective support rotatable about mutually parallel axes 34 Example, the axis of rotation of the hinge joint 32 at the left end of the web 28 in FIG. 1 parallel to the axis of rotation of the hinge joint 32 a right end of the web 28 in FIG.
  • Each about the two parallel axes at its two ends rotatably hinged to the ball supports 8 to 14 webs 28, 32 is a guide device which during the mixing movement 18, the rotation of the receiving device 6 relative to the chassis 4 so that this rotation during the entire period a recurrence - that is, during the entire mixing movement 18 - equal to zero (in other words, always translational).
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a mixing device 2 according to the invention
  • FIG. 2 the corresponding construction elements of the device 2 are numbered identically as in FIG FIG. 1 even if it is not identical, but only functionally appropriate construction elements.
  • the device 2 according to FIG. 2 In contrast to the device 2 according to FIG. 1 has the device 2 according to FIG. 2 only two supports 10, 12. Here is the (vertical) distance of the receiving device 6 (not shown) fixed by the chassis 4 by a horizontal collar 36 at the lower end of the eccentric 20.
  • FIG. 3 a and b show a possible embodiment of a storage according to the invention, as they are in principle FIG. 2 is shown.
  • the supports 10, 12 (each as plastic molding - see FIG. 3 b) carry lateral bearing balls 16, which protrude into bearings 38 and thus each form a joint stock.
  • This lateral orientation of the joint bearing allows for easy mounting by simultaneous snap both bearing balls of a ball support into the respective bearing shell.
  • the web 28 is (also as a plastic molding - see FIG. 3 b) mounted on the two hinge joints 32, which here, however, include the respective ball support fork-shaped.
  • the pins of the hinge joints 32 penetrate vertically through plane-parallel, flat outer surfaces 40 on the supports 10 and 12 therethrough.
  • the flat outer surfaces 40 on the support 10 and the support 12 abut against the flat inner sides 42 of the forked ends of the web 28.
  • the bearing shells 38 into which the bearing balls 16 protrude at the upper end of the supports 10, 12 are according to FIG. 3 b arranged in a plastic molded part 44 and also the bearing shells 38, in which the bearing balls 16 protrude at the lower end of the two supports 10 and 12.
  • the (same) distance between the respective bearing shells 38 and between the hinge joints 16 constructively accurate and tightly tolerated namely specify in each case only one component.
  • FIG. 3 c and d show an assembly ( FIG. 3 c schematically and FIG. 3 d the physical embodiment), the according to FIG. 3 a and b essentially completely correspond to the reversal of the effective area on the one hand in the spherical plain bearings and on the other hand in the bifurcation: in Figure 3 c and d at the hinge joint, the ball-stud engages around the bridge in a bifurcated manner and not vice versa, and the pans (and not the balls) of the ball-and-socket joints are arranged on the ball-support.
  • FIG. 6 shows in a physical embodiment of two modules according to FIG. 3 b with the supports 8, 10, 12, 14 and the webs 28, as they store a receiving device 6 on a chassis 4. Rotationally driven on this device 2, the receiving device 6 on the chassis 4 by a motor 46 via an eccentric 20 in a through hole 24 in the receiving device 6. With a housing 47. This device is 2 in FIG. 7 shown.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the joint bearings, of the bearing balls 16 and the bearing shells 38, such as in FIG. 3 to be formed.
  • the bearing shell 38 has three slots 48 which are distributed uniformly on the circumference of the edge 50 of the ball opening 52 of the bearing shell 38.
  • a spring ring 54 on the outside about the bearing shell 38 biases the walls of the bearing shell 38 inwardly against the bearing ball 16.
  • Figure 5 a, b and c show several schematic spatial views of alternative arrangements of the ball supports according to the invention of a device for mixing FIG. 1 , in which the ball supports are connected in pairs differently by webs with each other.
  • the ball supports are in FIG. 5 shown most schematically without pan, the chassis 4 and the receiving device 6 only highly schematically each dashed as planes.
  • Fig. 5 a repeats the mutually rectangular arrangement of the four ball supports 8 to 14 - although, however, the ball supports 10 and 12 and 8 and
  • Fig 5 b shows a mutually triangular arrangement of three ball supports 8, 10 and 60 - wherein only the ball supports 8 and 10 are connected by the hinge joint web 28 with each other.
  • the third ball support 60 stands alone and thus supports the receiving device 6 on the chassis 4 as three legs a stool.
  • Fig. 5 c Finally, a hexagonal arrangement of six ball supports 8 to 14 and 62 and 64 (as in FIG FIG. 1 ) Each two ball supports 8 and 10 by a hinge joint web (28, 30 and 66) are connected to each other.

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Abstract

Erfindungsgemäß ist eine Mischvorrichtung (2) zum Mischen insbesondere von Laborgefäß-Inhalten mit einer Aufnahmevorrichtung (6) zum Aufnehmen von Mischgut und mit einem Antrieb (20), durch den sich die Aufnahmevorrichtung relativ gegenüber einem Chassis in eine Mischbewegung versetzen lässt, bei der sich die Aufnahmevorrichtung auf einer geschlossenen Bahn, periodisch zu einer bestimmten Lage in einer bestimmten Ausrichtung im Raum wiederkehrend, bewegt, und mit einer Lagerung (16), die die Aufnahmevorrichtung in der Mischbewegung führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung mindestens zwei Stützen (8,10,12,14) aufweist jeweils mit zwei von einander beabstandeten Lagerbereichen, die jeweils zumindest im Wesentlichen keine translatorischen und mindestens zwei rotatorische Freiheitsgrade aufweisen, (Gelenklager), von denen das eine Gelenklager die Stütze am Chassis lagert und das andere Gelenklager die Aufnahmevorrichtung an der Stütze, und eine Führungseinrichtung (28,32) aufweist, die während der Mischbewegung die Verdrehung der Aufnahmevorrichtung relativ zum Chassis führt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung insbesondere zum Mischen von Laborgefäß-Inhalten mit einer Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Mischgut und mit einem Antrieb, durch den sich die Aufnahmevorrichtung relativ gegenüber einem bestimmungsgemäß ortsfesten Chassis in eine Mischbewegung versetzen lässt, bei der sich die Aufnahmevorrichtung auf einer geschlossenen Bahn, periodisch zu einer bestimmten Lage in einer bestimmten Ausrichtung im Raum wiederkehrend, bewegt, vorzugsweise in einer horizontalen Bewegungsebene nur translatorisch und zyklisch, insbesondere auf einer Kreisbahn, und mit einer Lagerung, die die Aufnahmevorrichtung in der Mischbewegung führt.
  • Mischvorrichtungen, in denen Laborgefäß-Inhalte vermengt werden, sind hinlänglich bekannt. Dazu haben Mischvorrichtungen bekanntlich Aufnahmevorrichtungen für die verschiedensten Mischgut-Gefäße. Solche Aufnahmevorrichtungen können auch aus einer Sockelstruktur bestehen, auf der ein Halter für die Mischgut-Gefäße auswechselbar gehalten ist, um den Mischer für verschiedene Gefäße brauchbar zu machen. Insbesondere für Labore gibt es Mischer, die auch kleine Flüssigkeitsmengen dadurch mischen können, dass kleine Behälter in geeigneten Haltern, so genannten "Wechselblöcken" auch in sehr großen Gruppen zwei-, drei- oder sogar vierstelliger Anzahl zusammengefasst sind. Solche Wechselblöcke und auch die Reaktionsgefäße können genormt sein. So gibt es zum Beispiel Reaktionsgefäße mit 0,2 ml, 0,5 ml, 1,5 ml und 2,0 ml Inhalt - sowie jeweils geeignete Wechselblöcke standarisiert dazu. Ferner gibt es zum Beispiel Wechselblöcke für Cryo-Gefäße, für Falcon-Gefäße (1,5 ml und 50 ml), für Glasgefäße und Bechergläser, für Microtiterptatten (MTP), für Deep Well Platten (DWP), für Slides (Objektträger) und für PCR-Platten mit 96 oder 384.Einzelgefäßen. Diese Aufzählung ist nicht abschließend, deutet aber an, in welcher großen Vielfalt Laborgefäße bzw. Mischgut-Gefäße existieren, für die die Mischer geeignet sein sollten. Zu diesem Zweck kann eine Standardisierung der Sockelstruktur von Wechselblöcken vorgenommen werden.
  • Weil diese Wechselblöcke prinzipiell so aufgebaut sind, dass die Einzelgefäße von oben dort hinein gesteckt werden, hat sich für die bekannten Mischer eine kreisförmig translatorisch zyklische Mischbewegung etabliert, die im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene abläuft. Zu diesem Zweck ist bei den bekannten Mischern in aller Regel ein elektromotorischer Exzenterantrieb dafür zuständig, eine Aufnahmevorrichtung in diese kreisförmige Bewegung zu versetzen. Letzterer ist dazu in bekanntlich unterschiedlicher Weise gelagert: Bekannt ist zum Beispiel eine Lagerung in Linear-Wälzlagern (so genannten Kugelbüchsen) oder in Lineargleitlagern in den beiden horizontalen Richtungen. Bekannt ist aber auch eine Filmscharnierlagerung oder die Lagerung in einem Schwingrahmen, bei der die Aufnahmevorrichtung in den beiden horizontalen Richtungen zum Beispiel durch Schraubenfedern federnd in einem Rahmen gelagert ist.
  • Diese bekannten Arten von Lagerungen haben alle unterschiedliche Nachteile. Die Lagerung in Linearwälzlagern oder Lineargleitlagem ist konstruktiv aufwendig, erfordert eine genaue Justierung und kann daher störanfällig sein. Die Filmschanierlagerung ist zwar preiswert und konstruktiv recht einfach, kann aber zu Ermüdungsversagen führen. Die Verwendung eines Schwingrahmens führt zu einer verstärkten axialen Belastung des Antriebs und benötigt eine gewisse Bauhöhe. Außerdem muss der Antrieb zusätzliche Arbeit gegen die im Schwingrahmen verwendeten Federelemente leisten. Hierdurch erhöht sich auch das Risiko, dass ein Schwingrahmen beschädigt werden kann. Weiterhin ist das Ausrichten eines Schwingrahmens bezüglich des Exzenterantriebs in einem Mischer sehr aufwendig.
  • Üblicherweise werden solche Mischer mit einer Drehfrequenz von 200 U/min bis 1.500 U/min angetrieben. Abhängig von der für das Mischgut erforderlichen Mischung, aber auch von misch-mechanischen Parametem ist die Frequenz der Mischbewegung bekanntlich einstellbar.
  • Aus der Mischbewegung, insbesondere der als bevorzugt beschriebenen kreisförmigen Mischbewegung, ergibt sich physikalisch das Problem von Unwucht. Dies wird bekanntlich durch ein geeignet platziertes Gegengewicht gelöst, das mit dem drehangetriebenen Aufnahmeadapter in Verbindung steht und sich zum Kompensieren der Unwucht mitdreht.
  • Ebenfalls bekannte Lagerungen sind in der DE 20018633U1 und der US5655836 beschrieben, bei der die Aufnahmevorrichtung in Form eines "Tisches" auf Stützen steht mit Gelenklagern an ihren beiden Enden, die bei allen Stützen gleichweit von einander entfernt sind. Hier zeigt sich als problematisch, dass die bei dieser Anordnung möglichen und unter dem Einfluss der in der Dynamik der Mischbewegung wirkenden Mischkräfte auch eine ungewollte Verdrehung und/oder Verkippung des Tisches gegenüber einem (bestimmungsgemäß ortsfesten) Chassis zulassen (z-Schlag), wobei sich die Hauptebene der Aufnahmevorrichtung (und damit auch der von ihr gehaltenen Mischgut-Gefäße) deutlich aus der horizontalen Ebene bewegen kann - wodurch die Gefahr besteht, dass Gefäßinhalte verschüttet werden und die ungewollte Verdrehung und/oder Verkippung der Aufnahmevorrichtung durch den Antrieb nicht mehr zurückgeführt werden kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung mit einer in ihrer Konstruktion vereinfachten Lagerung zu schaffen, die die genannten Probleme der genannten bisherigen Lösungen vermeidet oder zumindest reduziert. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mischer mit Gelenklagern bereitzustellen, bei dem die Gefahr der ungewollten Verdrehung und/oder Verkippung der Aufnahmevorrichtung reduziert ist. Außerdem sollten die Einsatzmöglichkeiten der bisherigen Mischvorrichtungen erweitert werden.
  • Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung zum Mischen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß hat eine Mischvorrichtung insbesondere zum Mischen von Laborgefäß-lnhalten eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Mischgut und einen Antrieb und eine Lagerung. Durch den Antrieb lässt sich die Aufnahmevorrichtung relativ gegenüber einem bestimmungsgemäß ortsfesten Chassis geführt durch die Lagerung in eine Mischbewegung versetzen.
  • Vorzugsweise ist die Mischbewegung eine translatorische Bewegung der gesamten Aufnahmevorrichtung (angetrieben vom den Antrieb und geführt von der Zwangsführung der Lagerung) auf einer Bahn im Raum, die im wesentlichen in der horizontalen Ebene verläuft, d.h. in x- und y-Richtung in dreidimensionalen Koordinatensystem. Die maximalen Abweichungen der Bahn in vertikaler (das heißt zur horizontalen Ebene senkrechten) Richtung (z-Richtung), beträgt vorzugsweise 5% der Höhe (in der vertikalen Richtung) der kleinsten verwendeten Mischgut-Gefäße, noch bevorzugter 1 % und besonders bevorzugt 0,2 % der Höhe der kleinsten verwendeten Mischgut-Gefäße. Abweichungen aus der horizontalen Ebene in der Senkrechten betragen vorzugsweise nicht mehr als 0,2 mm, noch bevorzugter nicht mehr als 0,05 mm und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,02 mm. Bei der Beurteilung der Güte einer möglichst ebenen kreisförmigen Bahn wird vorzugsweise auf Beschleunigungssensoren zurückgegriffen, die die Beschleunigung der Aufnahmevorrichtung in alle drei Raumrichtungen (x, y, z) messen. Der Betrag der Beschleunigungsvektoren soll für eine gegebene Drehfrequenz immer konstant sein, wobei die z-Komponente möglichst gering ist, und die x- und z-Komponenten phasenverschoben zueinander sind. Bei einer Drehfrequenz von 3000 U/min ist der Effektivwert für den Beschleunigungsvektor in z-Richtung kleiner oder gleich 50 m/s2, vorzugsweise kleiner oder gleich 20 m/s2 und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10 m/s2, wobei dieser Wert auch abhängig ist von der Gewichtsbelastung der Mischvorrichtung. Beispielsweise beträgt bei 3000 u/min der Effektivwert 10 m/s2 wenn die Mischvorrichtung als Aufnahmevorrichtung einen Wechselblock mit einem Gewicht von 500 g trägt. Zur Bestimmung der Beschleunigung in z-Richtung wurde ein uniaxialer Sensor (M352C65, M353B15) der Firma PCP Piezoelectronics Inc. eingesetzt. Des Weiteren wurde ein triaxialer Sensor (356A22) der Firma PCP Piezoelectronics Inc eingesetzt, um die Güte, d.h. Gleichförmigkeit, des Rundlaufs zu bestimmen, d.h. die Beschleunigung in
  • Ganz allgemein gesprochen ist die Mischbewegung eine Bewegung der Aufnahmevorrichtung auf einer geschlossenen, sozusagen ringförmigen auch irgendwie räumlich dreidimensional verlaufenden Bahn die zumindest überwiegend translatorisch ist, dabei aber auch Schlingerbewegungen ausführen kann, wenn sie nur periodisch zu mindestens einer bestimmten Lage in einer bestimmten Ausrichtung im Raum wiederkehrt. Real bevorzugt kehrt die Aufnahmevorrichtung zu jedem Punkt der Bahn im Raum wieder, und es handelt sich um eine periodische Bewegung, so dass jeder Punkt der Bahn im Raum in gleichen Zeitabständen immer wieder erreicht wird - oder anders ausgedrückt, so dass sich die Aufnahmevorrichtung periodisch am gleichen Ort befindet. Die bevorzugte kreisförmige oder elliptische, ebene Bahn wird auch als Orbitalbahn bezeichnet. Dargestellt im dreidimensionalen Koordinatensystem, liegt die bevorzugte kreisförmige Bewegungsbahn der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung überwiegend auf der von x- (Abszisse) und y-Achse (Ordinate) aufgespannten horizontalen Ebene. Bewegungen in Richtung der z-Achse (Applikate) sind vorzugsweise weniger ausgeprägt und zeigen sich bei der Mischvorrichtung als eine Art Auf- und Abbewegung der Aufnahmevorrichtung und damit auch der sich darin befindenden Gefäße mit Inhalt. Die Bewegung in Richtung der z-Achse wird als z-Schlag bezeichnet.
  • Die erfindungsgemäße Lagerung hält und führt die Aufnahmevorrichtung während dieser Mischbewegung so, dass die dynamische Auf- und Abbewegung der
  • Aufnahmevorrichtung vorzugsweise möglichst reduziert wird. Diese dynamische Auf- und Abbewegung ist dem Fachmann auch als der schon erwähnte z-Schlag bekannt. Ein z-Schlag während der Mischbewegung ist in den meisten Anwendungsfällen nachteilig, und daher unerwünscht, da er zur Benetzung und damit Kontamination der Gefäßdeckel führen kann, bzw. bei offenen Gefäßen die Probe aus dem Gefäß herausspritzt.
  • Die Lagerung weist mindestens zwei Stützen auf. Die wenigstens zwei Stützen können sowohl einer gleichen Länge sein oder alternativ unterschiedliche Längen aufweisen. Bei Stützen unterschiedlicher Länge muss ein Höhenausgleich über die anderen Bauteile, beispielsweise die Aufnahmevorrichtung oder das Chassis erfolgen, um die Aufnahmevorrichtung wieder in einer horizontalen Ebene auszurichten. Jede dieser erfindungsgemäßen Stützen hat wenigstens zwei von einander beabstandete Lagerbereiche (Gelenklager), die - zumindest im Wesentlichen - keine translatorischen und mindestens zwei (linear unabhängige) rotatorische Freiheitsgrade aufweisen. Lagerbereiche (Gelenklager) sind die Bereiche der Stütze die unmittelbar im Kontakt mit einem Lager bzw. Teilen eines Lagers stehen. Eine Stütze kann sowohl einteilig als auch mehrteilig sein. Bei einer mehrteiligen Stütze weisen zumindest zwei Teile wenigstens je einen Lagerbereich auf. Die wenigstens zwei Lagerbereiche einer Stütze können sich an verschiedenen Positionen der Stütze befinden. Bevorzugt ist die endständige Anordnung, bei der sich jeweils an beiden Enden der Stütze ein Lager befindet, da dies die Montage der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung vereinfacht. Die Lagerbereiche weisen vorzugsweise Gleitlager auf die jeweils zumindest einen rotatorischen Freiheitsgrad um eine Achse aufweisen, die von der Erstreckungsrichtung der Stütze (bestimmungsgemäß ungefähr der Vertikalen) abweicht. Vorzugsweise sind die Drehachsen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung.
  • Erfindungsgemäß möglich ist es, die (mindestens) zwei rotatorischen Freiheitsgrade durch zwei von einander separate Lager zu realisieren. Bevorzugt hat der Lagerbereich aber nur ein Lager. Das kann alle drei rotatorischen Freiheitsgrade (x, y und z) verwirklichen, vorzugsweise sogar mit sich in einem Punkt (Drehpunkt) kreuzenden Achsen (Kugelgelenk). Oder in einer anderen bevorzugten Ausführungsform stehen die Richtungen des einen rotatorischen Freiheitsgrades beider Lager des jeweiligen Lagerbereichs senkrecht aufeinander - vorzugsweise sogar sich in einem Punkt (Drehpunkt) kreuzend (Kreuz- oder "Kardan"-Getenk). In einer anderen möglichen Ausführungsform liegen die Richtungen des einen rotatorischen Freiheitsgrades beider Lager in der Horizontalen..
  • Die Lager weisen zumindest im Wesentlichen, keine translatorischen Freiheitsgrade auf, d.h ein Fachmann versteht darunter ein Lager ohne translatorische Freiheitsgrade, wobei er Abweichungen im üblichen Toleranzbereich akzeptiert. Diese ungewollten Abweichungen können sich beispielsweise aus der elastischen und/oder oder plastischen Verformung der Elemente der Lager ergeben, die aber aufgrund der Materialwahl - elastische und/oder oder plastischen Verformung sind nicht gewollt, sofern nicht explizit elastische Lagerelemente eingesetzt werden - vernachlässigbar sein sollten.
  • Von diesen Lagerbereichen lagert also der eine die jeweilige Stütze am Chassis und der andere die Aufnahmevorrichtung an der Stütze. Lagerbereich (Gelenklager) im Sinne dieser Erfindung ist vorzugsweise ein Kreuzgelenk (auch Kardangelenk genannt), oder besonders bevorzugt ein Kugel-Pfanne-Gelenk (Kugelgelenk). Eine mit den Kugelgelenken versehene Stütze wird hier Kugelstütze genannt. Der Lagerbereich kann aber auch zum Beispiel ein kurzer elastischer Stababschnitt sein, bei dem dessen Biegeelastizität die zwei rotatorischen Freiheitsgrade ausmacht (die dann allerdings in ihrem Bewegungsausmaß zum Beispiel durch die plastische Verformungsgrenze oder Bruchfestigkeit des Stabs begrenzt sind).
  • Die Lagerung weist erfindungsgemäß eine Führungseinrichtung auf, die während der Mischbewegung die Verdrehung der Aufnahmevorrichtung relativ zum Chassis führt.
  • Durch diese Führungseinrichtung, die vorzugsweise formschlüssig ist, lässt sich eine ungewolltes, insbesondere chaotische, Verdrehung der Aufnahmevorrichtung relativ zum Chassis wirkungsvoll verhindern.
  • Der Antrieb der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung zunächst ist in der Lage, die Aufnahmevorrichtung in eine Mischbewegung zu versetzen, die wie erwähnt vorzugsweise kreisförmig translatorisch zyklisch in einer Ebene verläuft. "Kreisförmig translatorisch zyklisch" kann mit anderen Worten dadurch beschrieben werden, dass bei einer solchen erfindungsgemäßen Mischbewegung alle Punkte der Aufnahmevorrichtung eine sich wiederholende Kreisbewegung mit im Wesentlichen gleichem Radius, gleicher Winkelgeschwindigkeit und gleicher Winkelposition um einen jeweiligen Mittelpunkt in planparallelen Ebenen ausführen. Die Mischbewegung verläuft vorzugsweise in im Wesentlichen horizontalen Ebenen - so dass zum Beispiel in Aufnahmeadaptern der Aufnahmevorrichtung aufgenommene Wechselblöcke mit in ihnen aufgenommen senkrecht stehenden Reaktionsgefäßen betriebssicher gemischt werden, d.h. ohne die Gefäßinhalte bei üblicher Befüllung zu verschütten. Der Antrieb erfolgt bevorzugterweise über einen Exzenter, der in der Aufnahmevorrichtung drehgelagert ist. Hierbei legt der Versatz zwischen der Achse der Antriebswelle und der zu ihr parallelen Achse des Exzenters den Kreisbahn-Radius der Mischbewegung fest. Dieser Versatz, der auch als Amplitude des Exzenters bezeichnet wird, bestimmt bei gleich bleibender Stützenlänge die Neigung der Stützen und damit auch den Abstand zwischen Aufnahmevorrichtung und Chassis.
  • Die erfindungsgemäße Lagerung der Aufnahmevorrichtung ermöglicht eine formschlüssige Führung der Aufnahmevorrichtung, wobei die Lagerung einfach zu montieren ist und trotzdem die axialen Kräfte, die von der Aufnahmevorrichtung ausgehen, von der Lagerung aufgenommen werden. Des Weiteren ermöglicht die effindungsgemäße Lagerung die Konstruktion von Mischern mit kleiner Bauhöhe. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lagerung sind somit einfache Montage und sehr starke Reduktion der Belastung des Antriebs in axialer Richtung. Letzterer Punkt erhöht die Arbeitssicherheit und die Lebensdauer des Antriebs. Damit eignet sich die efindungsgemäßeLagerung insbesondere auch für die Verwendung in Mischvorrichtungen, die hohe Lasten zu tragen haben, wie beispielsweise große befüllte Laborgefäße (z.B. Erlenmeyerkolben (2000 ml).Da Platz in einem Labor auch immer begrenzt ist, ist die geringe Bauhöhe des erfindungsgemäßen Mischers ebenfalls von Vorteil.
  • Ferner ermöglicht diese Lagerung schon prinzipiell,den Radius dieser Kreisbahn durch Festlegung von Geometrieparametem wie zum Beispiel der Stützenlänge einzustellen oder sogar an der Vorrichtung vom Benutzer einstellbar zu machen. Der Kreisbahn-Radius beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm und besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 2 mm. Die Kreisbahn-Frequenz kann aufgrund der neuen Lagerung auf Werte bis 50 U/min reduziert werden Es können aber auch (insbesondere bei hohem Beladungsgewicht der Gefäße) Frequenzen von 2.000 U/min, bevorzugt 2.500 U/min, und sogar 3.000 U/min und mehr gefahren werden.
  • Vorzugsweise hat die Lagerung zwei, drei oder vier der Stützen, die zum Beispiel prinzipiell wie Hocker- oder Tischbeine die Aufnahmevorrichtung sozusagen als Tischplatte auf dem Chassis als Untergrund lagem. Zum Beispiel wenn die Gelenklager, insbesondere die Drehpunkte der Gelenklager einer Stütze gleichweit von einander beabstandet sind wie die Gelenklager, insbesondere die Drehpunkte der Gelenklager aller anderen Stützen, ergibt sich daraus eine Beweglichkeit der Aufnahmevorrichtung immer in planparalleler Ausrichtung über dem Chassis (Beweglichkeit der Ebene durch die Aufnahmevorrichtungs-Gelenklager gegenüber der Ebene durch die Chassis-Gelenklager). Da die Stützen die axialen / vertikalen Lasten tragen, ist eine Mischvorrichtung umso belastbarer, je mehr Stützen sie aufweist.
  • Wenn der Abstand zwischen Chassis und Aufnahmevorrichtung zum Beispiel durch geeignete Zwangsführung festgelegt ist, besteht diese translatorische Beweglichkeit zum Beispiel bei gleichlangen, parallelen Stützen nur noch auf einer Kreisbahnen mit einem festen Radius. Dies ist essentiell, um eine gleichmäßige Mischbewegung auf einer kreisförmigen ebenen Bahn zu erzielen, d.h. eine stabile Mischbewegung ohne Kippeln und mit reduziertem z-Schlag.
  • Bei dieser erfindungsgemäßen Mischvorrichtung bleibt der Neigungswinkel jeder einzelnen Stütze relativ zum Chassis über dem gesamten Umlauf der Mischbewegung konstant, da sich die Stützen nicht gegeneinander verwinden können. Zusätzlich gilt bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung mit Stützen gleicher Länge, über deren gesamte Länge sich die gedachten Punkte a, b, c, d,... etc. verteilen, dass auch während des Mischvorganges der Abstand gleich bleibt zwischen einem dieser Punkte und einem der jeweiligen äquivalenten Punkt a', b', c, 'd',... etc., auf einer der anderen Stützen. Ohne diese Merkmale würde es zu einer ungewollten Verdrehung der beiden Ebenen gegeneinander kommen.
  • Folglich stellt die Festlegung dieses Abstandes ein erstes Beispiel dar für eine erfindungsgemäße Führungseinrichtung, die während der Mischbewegung die Verdrehung der Aufnahmevorrichtung relativ zum Chassis führt. Der Abstand (und damit auch der Radius der Kreisbahn) wird letztlich bestimmt durch die Amplitude, mit der der Exzenter die Aufnahmevorrichtung relativ zur Chassis bewegt, wobei der Exzenter am Chassis gelagert ist. Wenn der Abstand der Bewegungsebene der Aufnahmevorrichtung vom Chassis sogar einstellbar ausgestaltet ist, kann sich zum Beispiel auf diese Weise der Radius der Kreisbahn der Mischbewegung an der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung einstellen lassen
  • Auch wenn der Abstand von Chassisebene zur Aufnahmevorrichtung durch die Antriebswelle im Angriffspunkt der Antriebswelle - d.h. durch den Excenter - an der Aufnahmevorrichtung festgelegt ist, ist in den übrigen Punkten eine Änderung des Abstandes durch ein ungewolltes Verkippen der Aufnahmevorrichtung relativ zur Chassisebene um den Angriffspunkt möglich.
  • Bei der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung bleibt aber auch der Abstand zwischen Chassisebene und Aufnahmevorrichtung an den übrigen Punkten unverändert. Der Abstand bleibt an allen Punkten unverändert, da der Neigungswinkel jeder einzelnen Stütze relativ zum Chassis über dem gesamten Umlauf der Mischbewegung konstant gehalten wird, und sich die Stützen nicht gegeneinander verwinden können. Dieses Merkmal - Neigungswinkel jeder einzelnen Stütze relativ zum Chassis bleibt gleich - schließt somit eine ungewollte Verdrehung der beiden Ebenen, nämlich der Bewegungsebene der Aufnahmevorrichtung (der Ebene durch die Aufnahmevorrichtungs-Gelenklager gegenüber der Chassisebene (Ebene durch die Chassis-Gelenklager) aus. Diese Verdrehung ist ungewollt, und es gilt bei der vorliegenden Erfindung, sie zu minimieren, da es dadurch zu einer unkontrollierten Mischbewegung kommt, die nachteilig ist (z-Schlag).
  • Diese ungewollte Verdrehung wird durch die erfindungsgemäße Führungseinrichtung reduziert bzw. verhindert. Die erfindungsgemäße Führungseinrichtung führt während der Mischbewegung die Verdrehung der Aufnahmevorrichtung relativ zum Chassis, wobei das Reduzieren/Verhindern dieser ungewollten Verdrehung unter dieses erfindungsgemäße Führen der Verdrehung fällt. Die erfindungsgemäße Führungseinrichtung führt vorzugsweise so, dass dabei die ungewollte Verdrehung gleich null ist. Dargestellt als Projektion in die x, y-Ebenen ist erkennbar, dass die Führungseinrichtung bewirkt, dass die Stützen immer in die gleiche Richtung ausgelenkt sind, d.h. die Führungseinrichtung synchronisiert die Stützenbewegung.
  • Unter die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung fallen zum Beispiel Lagerungen, Gestänge, Nocken, Schienen, Stege, Kulissen und Kombinationen daraus. Die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung kann ebenfalls aus einem Magnetfeld bestehen. Bei dieser Ausgestaltung tragen sowohl die Aufnahmevorrichtung als auch das Chassis jeweils mindestens ein kompatibles magnetisches Element, d.h. in anziehende Wechselwirkung tretende Elemente, ausgewählt aus der Gruppe der Magnete, magnetisierbaren Elemente, Dauermagnete, Elektromagnete und stromdurchflossene Spulen oder einer Kombination daraus. Beispiele für Dauermagnete sind solche aus einem ferromagnetischen Material wie Eisen, Nickel, Cobalt, Neodym-Eisen-Bor, Samarium-Cobalt.
  • Durch den Aufbau eines Magnetfeldes zwischen der Aufnahmevorrichtung bzw. Teilen davon und dem Chassis, bzw. Teilen davon, wird eine Zwangsführung erreicht, so dass der Neigungswinkel jeder einzelnen Stütze relativ zum Chassis über dem gesamten Umlauf der Mischbewegung konstant bleibt. Eine einstellbare Ausgestaltung ist möglich, beispielsweise durch Regulierung der Ströme in einer stromdurchflossenen Spule mittels einer Steuerungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung regelt aufgrund von empfangenen Signalen (z.B: manuelle Eingaben bezüglich der Stromdichte, des Gewichts und/oder der Viskosität des Gefäßinhalts; Sensorsignal bezüglich des detektierten Gewichts und/ oder der Viskosität) den Stromfluss und damit die Stärke des Magnetfelds bzw. regelt die Polung der Spule und damit Richtung des Magnetfelds. So ist es möglich Gewichts-, Gefäß- und/oder Gefäßinhaltsabhängig (Viskosität) eine gezielte Bewegung in Vertikalrichtung, d.h. eine Schüttelbewegung (Auf- und Abbewegung; Vibration) der Aufnahmevorrichtung zu erzielen, die sich weiterhin auf ihrer Kreisbahn bewegt. Dies ist ein Vorteil dieser Ausgestaltung
  • Vorzugsweise hat die Führungseinrichtung mindestens einen Steg der zwei der erfindungsgemäßen Stützen mit einander verbindet. Dabei lagert ein Lager, das keine translatorischen und nur einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweist, (Scharniergelenk) den Steg an der einen Stütze, und ein zweites Scharniergelenk lagert den Steg an der anderen Stütze. Die beiden Schamiergelenke sind dabei drehbar um zueinander parallele Achsen. So ist die Orientierung dieser beiden Stützen in der Ebene, die rechtwinklig zu den beiden parallelen Schamiergelenkachsen orientiert ist, festgelegt: die Stützen können sich nur in dieser Ebene gegeneinander verdrehen. So ist schon prinzipiell ein 3-dimensionales ("windschiefes") Verdrehen (Verwinden) der beiden Stützen gegeneinander mittels des Steges blockiert. Ein windschiefes Verdrehen (Verwinden) der Stützen gegeneinander ist aber Voraussetzung für das ungewollte Verdrehen der beiden auf den Stützen gelagerten Ebenen (wie oben schon angedeutet: bei Verdrehung der beiden Ebenen gegeneinander ändert sich durch die damit einher gehende Neigung der Stützen gleichzeitig der Abstand zwischen den Ebenen). Die ungewollte Verdrehung der Ebenen gegeneinander ist folglich durch die erfindungsgemäße Führungseinrichtung, den an den Stützen ansetzenden Steg im Zusammenspiel mit den Schamiergelenken, maßgeblich reduziert. Dem Fachmann ist bekannt, dass Stauchungen und Dehnungen der Stützen und Stege sich nicht gänzlich auszuschließen lassen, die auch ein ungewolltes Verdrehen bewirken. Die Achsen der Schamiergelenke sind jeweils mittig zwischen den jeweiligen Gelenklagern der zwei vom Steg verbundenen Stützen gelagert. Dies gilt insbesondere auch für zwei unterschiedlich lange Stützen, die über einen Steg und Scharniergelenke verbunden sind. Bei einer Vorrichtung mit einer Vielzahl an Stützen, beispielsweise mit vieren, bei der je zwei Stützen die gleiche Länge aufweisen, spielt es keine Rolle, zwischen welchen der Stützen der Steg mit Scharniergelenken angeordnet ist, solange die Achsen der Scharniergelenke jeweils mittig zwischen den jeweiligen Gelenklagem angeordnet sind.
  • Um zu illustrieren, dass aufgrund der Lagerung des Stegs über die zwei Scharniergelenke an zum Beispiel zwei gleichlange, parallele Stützen es zu keiner ungewollten Verdrehung kommt, lässt sich das System auch wie folgt beschreiben: Eine gedachte Gerade (also eine zum besseren Verständnis hineinprojizierte, tatsächlich nicht vorliegende Gerade), eine so genannte Verbindungsgerade, die an einer der beiden parallelen Scharniergelenkachsen beginnt und rechtwinklig zu den beiden Scharniergelenkachsen verläuft, bleibt auch während der Mischbewegung stets parallel zu einer gedachten Verbindungsgeraden (also einer zum besseren Verständnis hineinprojizierten tatsächlich nicht vorliegenden Geraden), die die beiden Lagergelenke miteinander am Chassis verbindet und zu einer gedachten Verbindungsgeraden (also einer zum besseren Verständnis hineinprojizierten tatsächlich nicht vorliegenden Geraden), die die der beiden Lagergelenke an der Ausnahmevorrichtung miteinander verbindet.
  • Vorzugsweise sind folgende Abstände an der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichgroß: zwischen zwei Stützen der Abstand der Drehpunkte der Gelenklager am Chassis voneinander und der Abstand der Drehpunkte der Gelenklager an der Aufnahmevorrichtung voneinander. Bei auch gleichgroßen Abständen zwischen den Drehpunkten an der einen Stütze und den Drehpunkten an der anderen Stütze, d.h. bei Stützen gleicher Länge, kann sich bei der erfindungsgemäßen Lagerung eine parallelogrammförmige Anordnung dieser Drehpunkte ergeben. Wenn vorzugsweise bei allen Stützen der Vorrichtung die Drehpunkte der Gelenklager von zwei Stützen am Chassis und die Drehpunkte der Gelenklager derselben zwei Stützen an der Aufnahmevorrichtung gleichweit voneinander beabstandet sind und wenn alle Drehpunkte am Chassis zueinander dieselbe Anordnung haben wie alle Drehpunkte an der Aufnahmevorrichtung, ergibt sich an jeweils zwei Stützen zueinander immer eine parallelogrammförmige Anordnung der Drehpunkte - und daraus formschlüssig geführt eine Lagerung der erfindungsgemäßen Mischbewegung. Dies ist sogar zwangsgeführt, wenn zum Beispiel wie oben schon beschrieben die Bewegungsebene der Aufnahmevorrichtung in einem bestimmten Abstand vom Chassis durch geeignete zusätzliche Lagerung festgelegt ist.
  • Vorzugsweise haben die erfindungsgemäßen Stützen eine Länge zwischen 700 mm und 5 mm; bevorzugter eine Länge von 300 mm bis 10 mm; und besonders bevorzugt eine Länge von 150 mm bis 20 mm. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Stützen mit Gelenklagern haben die Stützen eine Länge von 35 mm, gemessen vom Drehpunkt / Mittelpunkt der Kugel des Kugel-Pfanne-Gelenks. Dann haben die Gelenklager, als Kugel-Pfanne-Gelenk ausgebildet, einen Kugeldurchmesser zwischen 60 mm und 3 mm; bevorzugter einen Kugeldurchmesser zwischen 30 mm und 5 mm; und besonders bevorzugt einen Kugeldurchmesser zwischen 20 mm und 7 mm. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kugel-Pfanne-Gelenks beträgt der Kugeldurchmesser 13 mm. Daraus ergibt sich eine bevorzugte Gleitgeschwindigkeit im Gelenk von zwischen 0 und 0,2 m/s bei der Paarung Metall/Kunststoff und auch bei der umgekehrten Materialwahl - vorteilhaft insbesondere, wenn die Kugel mindestens seine Gelenkoberfläche aus poliertem Metall wie VA-Stahl oder Aluminium (anodisiert) oder aus Keramik und die Pfanne mindestens seine Gelenkoberfläche aus Kunststoff wie zum Beispiel abriebfestem, gleitmodifiziertem Thermo- oder Duroplast hat. Die bevorzugte Gleitgeschwindigkeit kann auch durch umgekehrte Materialwahl erreicht werden, d.h. die Kugel besteht zumindest an Ihrer Oberfläche aus einem Kunststoff, insbesondere einem abriebfesten gleitmodifizierten Thermoplasten oder Duroplasten und die Pfanne, mindestens ihre Gelenkoberfläche, aus einem polierten Metall beispielsweise VA-Stahl oder Aluminium (anodisiert) oder aus Keramik.
  • Bei dem als Kugel-Pfanne-Gelenk ausgestalteten Gelenklager können mehrere Varianten unterschieden werden. Bei einer Variante ist die Kugel starr verbunden mit der Stütze, und die Pfanne ist nur mittelbar über die Kugel in Verbindung mit der Stütze. Bei einer zweiten Variante ist die Anordnung umgekehrt, d.h. die Pfanne ist starr verbunden mit der Stütze und die Kugel ist nur mittelbar über die Pfanne in Verbindung mit der Stütze. Der je nach Variante mit der Stütze nur mittelbar verbundene Teil des Kugel-Pfanne-Gelenks ist dagegen in starren Kontakt mit Chassis bzw. Aufnahmevorrichtung. Bevorzugt wird die zweite Variante, da eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung mit dieser Anordnung der Lagerung besonders einfach zu montieren ist.
  • Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung kann zusätzlich zu der Aufnahmevorrichtung, dem Antrieb und der erfindungsgemäßen Lagerung noch wenigstens ein Heizelement umfassen, vorzugsweise ein steuerbares Heizelement. Dieses wird bevorzugterweise verkörpert durch ein Peltierelement oder ein Widerstandsheizelement, z.B. eine Heizfolie. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Mischvorrichtung zudem eine Kühlvorrichtung, z.B. ein Peltierelement. Dieses kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zum Heizen und zum Kühlen verwendet werden. Bei verschiedenen Temperiervorrichtungen, z.B. bei Verwendung eines Peltierelementes, ist der ergänzende Einsatz von Kühlkörpem und Lüftern sinnvoll. Das Heiz- bzw. Kühlelement temperiert das Laborgefäß und damit auch den sich darin befindenden Inhalt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung lässt sich ein Verfahren zum Mischen von Laborgefäß-Inhalten betreiben. Dabei wird ein Laborgefäß mit Inhalt auf die Mischvorrichtung gestellt und dann die Mischvorrichtung in Betrieb genommen. Bei diesem Mischverfahren ist es auch möglich, den Inhalt der Laborgefäße zu temperieren, d.h. über gesteuertes Heizen und Kühlen auf eine Temperatur einzustellen. Somit ist ein simultanes Mischen und Temperieren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
  • Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung hat verschiedene Verwendungen: zum einen kann sie als freistehende Mischvorrichtung, d.h. als einzelnes unabhängiges Laborgerät im Labor eingesetzt werden. Eine weitere Verwendung ist ihr Einsatz in einem Laborautomaten, der z.B. von der Probenaufbereitung über das Mischen bis hin zur finalen Analyse verschiedene Arbeitsschritte übernimmt. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit ist der Einsatz in einem Inkubator, in dem Proben, insbesondere lebende Zellen, einer kontrollierten Atmosphäre (Temperatur, Feuchtigkeit, Gas) ausgesetzt sind, wobei die erfindungsgemäße Mischvorrichtung für die gleichförmige Bewegung der zu inkubierenden Probe sorgt.
  • Aus der bisherigen kurzen Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich nachfolgende Vorteile: einfache Montierbarkeit der Lagerung und Reduktion der Belastung des Antriebs in axialer / vertikaler Richtung. Ein weiterer Vorteil der sich sowohl aus der hohen Belastbarkeit der Lagerung wie auch breiten Bandbreite der möglichen Umdrehungszahlen (50 U/min - 3000 U/min) ergibt, ist die Eignung der Lagerung sowohl für kleine leichte Laborgefäße, z.B Eppendorf-Reaktionsgefäße Mikrotiterplatten, Objektträger, die sich alle mit Kleinstvolumina befüllen lassen (maximale Füllvolumina; 0.1 ml, 0,2 ml, 0,5 ml, 1,5 ml und 2,0 ml) als auch für große, schwer befüllte Laborgefäße, Falcon Tubes, Glasgefäße, Erlenmeyerkolben (z.B. bis zu 2000 ml), Bechergläser etc..
  • Diese und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
    • Figur 1
    zeigt schematisch eine räumliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen,
    Figur 2
    zeigt schematisch eine räumliche Ansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen ohne Aufnahmevorrichtung,
    Figur 3 a
    zeigt eine schematische räumliche Ansicht einer Ausgestaltung einer Baugruppe einer erfindungsgemäßen Lagerung, bei der der Steg die Kugelstütze, an der er gelagert ist, beim Scharniergelenk gabelförmig umgreift und bei der die Kugeln der Kugel-Pfanne-Gelenke an der Kugelstütze angeordnet sind,
    Figur 3 b
    zeigt eine räumliche Ansicht einer körperhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagerung nach Figur 3 a,
    Figur 3 c
    zeigt eine schematische räumliche Ansicht einer alternativen Ausgestaltung der Baugruppe gemäß Figur 3 a. bei der die Kugelstütze den Steg beim Scharniergelenk gabelförmig umgreift und bei der die Pfannen der Kugel-Pfanne-Gelenke an der Kugelstütze angeordnet sind,
    Figur 3 d
    zeigt eine räumliche Ansicht einer körperhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagerung nach Figur 3 c,
    Figur 4
    zeigt eine räumliche Ansicht einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gelenklagers,
    Figur 5 a, b und c
    zeigen mehrere schematische räumliche Ansichten von alternativen Anordnungen der erfindungsgemäßen Kugelstützen einer Vorrichtung zum Mischen nach Figur 1, bei der die Kugelstützen paarweise unterschiedlich von Stegen mit einander verbunden sind,
    Figur 6
    zeigt eine räumliche Ansicht einer körperhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Mischen,
    Figur 7
    zeigt eine räumliche Ansicht der körperhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Figur 6 als Außendarstellung mit einem Gehäuse und
  • In den verschiedenen Figuren sind einander irgendwie entsprechende Konstruktionselemente mit gleichen Bezugsziffem versehen.
  • In Figur 1 ist eine Mischvorrichtung 2 erkennbar mit einem Chassis 4 und einer Aufnahmevorrichtung 6, die jeweils schematisch nur als rechteckige Platten abgebildet sind. Wie sich aus der räumlichen Ansicht ergibt, stützt sich die Aufnahmevorrichtung 6 auf vier Stützen 8, 10, 12, 14 ab. Die Stützen haben eine (hier nicht dargestellte) kreisrylindrische Grundform jeweils mit einer Gelenkkugel 16 jeweils eines Gelenklagers an beiden Enden der jeweiligen Stütze. Jede der Gelenkkugeln 16 ist in einer Kugelpfanne in der Unterseite der Aufnahmevorrichtung 6 oder in der Oberseite des Chassis 4 angeordnet. Die Drehpunkte (Mittelpunkte) der Lagerkugeln sind an allen Stützen gleichweit voneinander entfernt (Abstand a).
  • In Figur 1 ist erkennbar, dass die Drehpunkte (Mittelpunkte) der Gelenklager 16 der Stützen 8 und 10 sowie der Stützen 12 und 14 im Chassis 4 denselben Abstand A haben wie der Abstand B zwischen den Drehpunkten (Mittelpunkten) der Gelenklager 16 derselben zwei Stützen 8 und 10 sowie der Stützen 12 und 14 in der Aufnahmevorrichtung 6. Dasselbe gilt für die Abstände C und D zwischen den Drehpunkten (Mittelpunkten) der Gelenklager 16 der Stützen 10 und 12 sowie der Stützen 8 und 14. So ergibt sich in der Vorrichtung 2 gemäß Figur 1 zwischen jedem beliebigen Paar der vier Stützen 8, 10, 12 und 14 eine parallelogrammförmige Anordnung der jeweiligen vier Drehpunkte (Mittelpunkte).
  • Wie sich aus Figur 1 ergibt, sind die vier Drehpunkte (Mittelpunkte) der Lagerkugeln 16 an den oberen Enden der vier Stützen auf einer (horizontalen) Ebene 6 angeordnet und die vier Drehpunkte (Mittelpunkten) der Lagerkugeln 16 an den jeweiligen unteren Enden der vier Stützen auf einer (horizontalen) Ebene 4 planparallel dazu. Diese erfindungsgemäße Lagerung ermöglicht eine Mischbewegung der Aufnahmevorrichtung 6 entlang dem Pfeil 18 translatorisch kreisförmig wiederkehrend.
  • Angetrieben wird die Aufnahmevorrichtung 6 in dieser Mischbewegung 18 von einem Exzenter 20, der auf einer senkrechten, drehangetriebenen Welle 22 sitzt. Der Exzenter 20 ist in einer Durchgangsbohrung 24 in der Aufnahmevorrichtung 6 gleitgelagert und legt mit seiner Exzentrizität E zwischen der Exzenterachse und der Wellenachse den Radius der Drehbewegung 18 fest. Dies bestimmt durch die Formschlüssigkeit der Gelenklager 16 - solange Lagerspiel und Toleranzen unberücksichtigt bleiben, also prinzipiell - dann auch den Abstand zwischen dem Chassis 4 und der Aufnahmevorrichtung 6 (senkrecht zu der Bewegungsebene der Mischbewegung 18).
  • In Figur 1 ist erkennbar, dass die Gelenklager 16 einen solchen Schwenkwinkel S der Stütze (zum Beispiel 10) gegenüber der Aufnahmevorrichtung 6 (und so auch gegenüber dem Chassis 4) zulassen, dass bei der Mischbewegung 18 die Kreisbahn der Drehpunkte der Gelenklager 16, die die Aufnahmevorrichtung 6 an der Stütze (zum Beispiel 10) lagern, in Draufsicht auf die Bewegungsebene 18 (Draufsicht nicht dargestellt) ungefähr gleich groß sind.
  • In Figur 1 ist ferner erkennbar, dass die Stützen 8 und 10 durch einen Steg 28 und die Stützen 12 und 14 durch einen Steg 30 miteinander verbunden sind. An beiden Enden der Stege 28 lagert ein Scharniergelenk 32 den jeweiligen Steg an einer der Stützen 8, 10, 12 oder 14. Die Scharniergelenke 32 lagern so den jeweiligen Steg 28, 30 an der jeweiligen Stütze drehbar um zueinander parallele Achsen 34. So ist zum Beispiel die Drehachse des Scharniergelenks 32 am linken Ende des Stegs 28 in Figur 1 parallel zur Drehachse des Scharniergelenks 32 a rechten Ende des Steges 28 in Figur 1. Jeder um die beiden parallelen Achsen an seinen beiden Enden drehbar an den Kugelstützen 8 bis 14 angelenkte Steg 28, 32 ist eine Führungseinrichtung, die während der Mischbewegung 18 die Verdrehung der Aufnahmevorrichtung 6 relativ zum Chassis 4 so führt, dass diese Verdrehung während der gesamten Periodendauer einer Wiederkehr - also während der gesamten Mischbewegung 18 -gleich null (mit anderen Worten immer translatorisch) ist.
  • Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 2. In Figur 2 sind die einander entsprechenden Konstruktionselemente der Vorrichtung 2 identisch nummeriert wie in Figur 1, auch wenn es sich nicht um identische, sondern nur funktional entsprechende Konstruktionselemente handelt.
  • Im Unterschied zu der Vorrichtung 2 gemäß Figur 1 hat die Vorrichtung 2 gemäß Figur 2 nur zwei Stützen 10, 12. Hier ist der (senkrechte) Abstand der Aufnahmevorrichtung 6 (nicht dargestellt) vom Chassis 4 durch einen horizontalen Kragen 36 am unteren Ende des Exzenters 20 festgelegt.
  • Figur 3 a und b zeigen eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lagerung, wie sie prinzipiellin Figur 2 abgebildet ist. In Figur 3 a ist allerdings erkennbar, dass die Stützen 10, 12 (jeweilsals Kunststoffformteil - siehe Figur 3 b) seitliche Lagerkugeln 16 tragen, die in Lagerschalen 38 hineinragen und so jeweils ein Gelenklager bilden. Diese seitliche Orientierung der Gelenklager ermöglicht eine einfache Montierbarkeit durch gleichzeitiges Einschnappen beider Lagerkugeln einer Kugelstütze in die jeweilige Lagerschale. Der Steg 28 ist (ebenfalls als Kunststoffformteil - siehe Figur 3 b) auf den zwei Scharniergelenken 32 gelagert, die hier allerdings die jeweilige Kugelstütze gabelförmig umfassen. Die Zapfen der Scharniergelenke 32 dringen dabei senkrecht durch planparallele, ebene Außenflächen 40 an den Stützen 10 und 12 hindurch. Die ebenen Außenflächen 40 an der Stütze 10 und der Stütze 12 liegen an den ebenen Innenseiten 42 der gabelförmigen Enden des Steges 28 an.
  • Die Lagerschalen 38, in die die Lagerkugeln 16 am oberen Ende der Stützen 10, 12 hineinragen, sind gemäß Figur 3 b in einem Kunststoffformteil 44 angeordnet und ebenso die Lagerschalen 38, in die die Lagerkugeln 16 am unteren Ende der beiden Stützen 10 und 12 hineinragen. So lässt sich der (gleiche) Abstand zwischen den jeweiligen Lagerschalen 38 und zwischen den Scharniergelenken 16 konstruktiv genau und eng toleriert nämlich in jeweils nur einem Bauteil festlegen.
  • Figur 3 c und d zeigen eine Baugruppe (Figur 3 c schematisch und Figur 3 d die körperhafte Ausgestaltung), die der gemäß Figur 3 a und b im Wesentlichen vollständig entspricht bis auf Wirkflächenumkehr zum Einen in den Gelenklagern und zum Anderen in der Gabelung: in Figur 3 c und d umgreift beim Scharniergelenk die Kugelstütze gabelförmig den Steg und nicht umgekehrt, und die Pfannen (und nicht die Kugeln) der Kugel-Pfanne-Gelenke sind an der Kugelstütze angeordnet.
  • Figur 6 zeigt in körperhafter Ausgestaltung zwei Baugruppen gemäß Figur 3 b mit den Stützen 8, 10 ,12, 14 und den Stegen 28, wie sie eine Aufnahmevorrichtung 6 über einem Chassis 4 lagern. Drehangetrieben ist an dieser Vorrichtung 2 die Aufnahmevorrichtung 6 über dem Chassis 4 durch einen Motor 46 über einen Exzenter 20 in einer Durchgangsbohrung 24 in der Aufnahmevorrichtung 6. Mit einem Gehäuse 47. ist diese Vorrichtung 2 in Figur 7 dargestellt.
  • Figur 4 zeigt eine Ausgestaltung der Gelenklager, die von den Lagerkugeln 16 und den Lagerschalen 38, wie zum Beispiel in Figur 3, gebildet werden. Erkennbar weist die Lagerschale 38 drei Schlitze 48 auf, die gleichmäßig auf dem Umfang des Randes 50 der Kugelöffnung 52 der Lagerschale 38 verteilt sind. Ein Federring 54 außenseitig um die Lagerschale 38 spannt die Wandungen der Lagerschale 38 nach innen gegen die Lagerkugel 16 vor.
  • Figur 5 a, b und c zeigen mehrere schematische räumliche Ansichten von alternativen Anordnungen der erfindungsgemäßen Kugelstützen einer Vorrichtung zum Mischen nach Figur 1, bei der die Kugelstützen paarweise unterschiedlich von Stegen mit einander verbunden sind.
  • Die Kugelstützen sind in Figur 5 höchst schematisch ohne Pfanne dargestellt, das Chassis 4 und die Aufnahmevorrichtung 6 nur höchst schematisch jeweils gestrichelt als Ebenen. In Fig 5 a wiederholt sich die zueinander rechteckige Anordnung der vier Kugelstützen 8 bis 14 - wobei allerdings auch die Kugelstützen 10 und 12 sowie 8 und
  • 14 durch Scharniergelenk-Stege 56 beziehungsweise 58 mit einander verbunden sind. Fig 5 b zeigt eine zueinander dreieckige Anordnung von drei Kugelstützen 8, 10 und 60 - wobei nur die Kugelstützen 8 und 10 durch den Schamiergelenk-Steg 28 mit einander verbunden sind. Die dritte Kugelstütze 60 steht allein und stützt so die Aufnahmevorrichtung 6 auf dem Chassis 4 wie drei Beine einen Hocker. Fig 5 c schließlich zeigt eine zueinander sechseckige Anordnung von sechs Kugelstützen 8 bis 14 und 62 und 64 -wobei (wie in Figur 1) jeweils zwei Kugelstützen 8 und 10 durch einen Scharniergelenk-Steg (28, 30 und 66) mit einander verbunden sind.

Claims (12)

  1. Mischvorrichtung zum Mischen insbesondere von Laborgefäß-Inhalten mit
    - einer Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen von Mischgut und mit
    - einem Antrieb, durch den sich die Aufnahmevorrichtung relativ gegenüber einem Chassis in eine Mischbewegung versetzen lässt, bei der sich die Aufnahmevorrichtung auf einer geschlossenen Bahn, periodisch zu einer bestimmten Lage in einer bestimmten Ausrichtung im Raum wiederkehrend, bewegt, und mit
    - einer Lagerung, die die Aufnahmevorrichtung in der Mischbewegung führt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung
    - mindestens zwei Stützen aufweist jeweils mit zwei von einander beabstandeten Lagerbereichen, die jeweils zumindest im Wesentlichen keine translatorischen und mindestens zwei rotatorische Freiheitsgrade aufweisen, (Gelenklager),von denen das eine Gelenklager die Stütze am Chassis lagert und das andere Gelenklager die Aufnahmevorrichtung an der Stütze, und
    - eine Führungseinrichtung aufweist, die während der Mischbewegung die Verdrehung der Aufnahmevorrichtung relativ zum Chassis führt
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gelenklager ein Kreuzgelenk ist oder ein Kugelgelenk oder ein Gelenkbereich mit zwei von einander beabstandeten Lagern jeweils mit nur einem rotatorischen Freiheitsgrad.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung mindestens einen Steg aufweist, der zwei der Stützen mit einander verbindet, wobei ein Lager, das keine translatorischen und nur einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweist, (Scharniergelenk) den Steg an der einen Stütze lagert und ein anderes Scharniergelenk den Steg an der anderen Stütze und wobei die beiden Schamiergelenke um zueinander parallele Achsen drehbar sind.
  4. Vorrichtung nach einem Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Scharniergelenke mittig zwischen den jeweiligen Gelenklagern der zwei vom Steg verbundenen Stützen am Chassis und an der Aufnahmevorrichtung gelagert sind.
  5. Vorrichtung nach einem Ansprüche 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg die Stütze, an der er gelagert ist, oder die Stütze den Steg beim Scharniergelenk gabelförmig umgreift.
  6. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehpunkte der Gelenklager einer Stütze gleichweit von einander beabstandet sind wie die Drehpunkte der Gelenklager einer anderen Stütze, insbesondere aller anderen Stützen.
  7. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehpunkte und/oder Drehachsen der Gelenklager zweier Stützen am Chassis, insbesondere aller Stützen am Chassis, und die Drehpunkte und/oder Drehachsen der Gelenklager derselben Stützen an der Aufnahmevorrichtung gleichweit von einander beabstandet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Stützen und/oder nicht der Antrieb eine auf die Aufnahmevorrichtung wirkende Gewichtskraft in das Chassis übertragen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Vorrichtung ein steuerbares Heizelement umfasst ausgewählt aus der Gruppe der Peltierelemente und Widerstandsheizelemente und insbesondere Heizfolien.
  10. Verfahren zum Mischen von Laborgefäß-Inhalten, bei dem ein Laborgefäß mit Inhalt auf die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 gestellt wird und dann die Mischvorrichtung in Betrieb genommen wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem der Inhalt des Laborgefäßes temperiert wird.
  12. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als freistehende Mischvorrichtung oder als Teil eines Laborautomaten oder Inkubators.
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