EP3528952A1 - Pipettiervorrichtung mit einfach austauschbarem magnetkolben - Google Patents

Pipettiervorrichtung mit einfach austauschbarem magnetkolben

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EP3528952A1
EP3528952A1 EP17790987.6A EP17790987A EP3528952A1 EP 3528952 A1 EP3528952 A1 EP 3528952A1 EP 17790987 A EP17790987 A EP 17790987A EP 3528952 A1 EP3528952 A1 EP 3528952A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide tube
piston
longitudinal end
side longitudinal
maintenance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17790987.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hanspeter Romer
Reto Ettinger
Fridolin GYSEL
Heidi CATTANEO
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamilton Bonaduz AG filed Critical Hamilton Bonaduz AG
Publication of EP3528952A1 publication Critical patent/EP3528952A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L3/0227—Details of motor drive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/043—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces magnetic forces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet

Definitions

  • the present invention relates to a pipetting device for aspiration and dispensation of dosing liquids, comprising:
  • At least one guide tube extending along a cylinder axis, wherein the cylinder axis defines an axial direction running along its extension direction, a radial direction extending orthogonal thereto, and a peripheral direction running around it,
  • a drive device for driving the piston in an axial movement relative to the guide tube
  • the guide tube has a coupling-side longitudinal end located closer to the coupling formation, and having a longitudinal side longitudinal end opposite to the coupling-side longitudinal end located farther from the coupling formation, the piston comprising at least one permanent magnet, and wherein the driving device comprises a Guide tube at least partially surrounding in the circumferential direction Bestrombare coil assembly.
  • a generic pipetting device is known from WO 201 1/083125 A1.
  • a disadvantage of this pipetting device is that any type of seal with which the pipetting piston is sealed relative to its guide tube wears out very quickly. This is due to the high accelerations and delays which can be achieved with the magnetic piston, that is to say a pipetting piston with at least one permanent magnet, and the coil arrangement surrounding the guide tube. The magnetic piston and the coil arrangement form a linear drive. It is therefore an object of the present invention to further develop the generic pipetting device in such a way that it meets the increased sealing wear without linear motor drive compared to conventional pipetting devices.
  • This embodiment which can be realized only with the presently discussed linear motor drive of the piston, thus allows a simple extension of the magnetic piston along the cylinder axis from the guide tube.
  • the piston only has to be moved out of the guide tube so far that it can be pulled out completely by hand or tool attack from the guide tube. Therefore, no complex assembly work is necessary, as are necessary when replacing a coupled with conventional mechanical actuators pipetting, such as a driven by a spindle drive or worm drive piston, in which usually at least one piston rod is provided between the piston and the maintenance side longitudinal end of the guide tube , which connects the piston with the drive device.
  • the magnetic piston (pipetting piston) having at least one permanent magnet can be moved out of its guide tube with a sufficiently strong magnetic field of any desired magnetic field source.
  • the drive device already has a coil arrangement as a magnetic field source to displace the piston during operation along the cylinder axis of the guide tube, is preferably the coil arrangement source of the external magnetic field for extending the Entnahlshacksendes of the piston. As a result, the number of components required for the production of the pipetting device can be kept small.
  • the coil assembly preferably has at least three separate coil strands, each coil strand is connected to a different phase of a multi-phase, in particular three-phase, power supply.
  • windings of different coil strands alternate along the cylinder axis in axial sequence.
  • the pipetting device of the present invention preferably has a grid-like arranged plurality of parallel guide tubes to increase its operating efficiency, of which in each an axially movable, at least one permanent magnet exhibiting piston is received, and whose maintenance side longitudinal ends are open or closed by a cover arranged according to the intended purpose, and each of which is partially surrounded in the circumferential direction by a current-carrying coil assembly as part of the drive device.
  • the pipetting device has only a single guide tube and thus only one pipetting channel.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a method for exchanging a linear motor-driven piston of a pipetting device as described above, the method comprising the following step:
  • the method preferably comprises the step of removing an intended detachably arranged cover from the maintenance-side longitudinal end of the guide tube.
  • the method preferably further comprises pulling out the piston from the guide tube and / or inserting a further piston into the guide tube.
  • the magnetic piston linear motorisch be moved at least a portion far out of the guide tube, so that a Ent Cypruslhacksende having end portion of the piston is no longer surrounded by the guide tube and therefore can be encompassed.
  • the piston can be pulled out, maintained or replaced by a new or already serviced piston in the simplest way, and the piston provided for further operation of the pipetting device can be inserted into the guide tube.
  • the method according to the invention preferably further comprises the step of moving the piston into a reference position, in particular into a reference position defined by a mechanical stop.
  • FIG. 1 is an embodiment of the invention, hereinafter also referred to as a "piston assembly" magnetic piston of the pipetting apparatus of the present invention generally designated 10.
  • the piston assembly 10 extends along a piston axis K and comprises a concentric to the piston axis K cladding tube 12, which forms a kind of outer skeleton of the piston assembly 10.
  • the cladding tube 12 may be formed of a non-magnetic and non-magnetizable metal, for example of a high-alloy stainless steel.
  • the cladding tube can also be made of plastic, for reasons of strength, in particular of filled, especially fiber-reinforced plastic.
  • a plurality of permanent magnet arrangements 14a,... 14i... To 14m are arranged successively along the piston axis K, wherein a preferably ferromagnetic separating body 16 is arranged between in each case two directly axially successive permanent magnet arrangements 14i, 14j.
  • all separating bodies 16 have the same design and have a substantially smaller axial length than the permanent magnet arrangements 14i, 14j which adjoin them on both sides.
  • the permanent magnet arrangements 14a to 14m are arranged such that poles of the same name between the two axially closest permanent magnet arrangements 14i, 14j face one another or adjoin the separating body located between these permanent magnet arrangements.
  • the north pole of the permanent magnet arrangement 14 a adjoins the separating body 16.
  • the north pole of the permanent magnet assembly 14b may abut the separator 16 located between the permanent magnet assemblies 14a and 14b.
  • the permanent magnet arrangements 14a to 14m are arranged along the piston axis K with alternating polarization in order to generate in the area of the separating body 16 an axial magnetic field gradient which is as pronounced as possible.
  • the resulting from the arrangement of the permanent magnet assemblies 14a to 14m with alternating polarization magnetic field serves both to couple the most effective coupling of the piston magnetic field to the magnetic field of the guide tube 30 (see Fig. 2a-2c) surrounding the coil assembly 32 to a positionally accurate as possible
  • each permanent magnet arrangement 14a to 14m is formed by exactly one permanent magnet. However, it should not be excluded if this could be helpful for manufacturing considerations, to form a permanent magnet arrangement with a north and a south pole of a plurality of permanent magnets or a combination of permanent magnets and magnetizable components.
  • the permanent magnet arrangements 14a to 14m and the separating bodies 16 arranged between them can be glued to the inner wall of the cladding tube 12 by an adhesive film and thus secured in position.
  • the cladding tube 12 may be coated with adhesive prior to insertion of the permanent magnet arrangements and the separating body 16 on its inner wall.
  • the Pernnanentnanan arrangements and separator are coated on their lateral surfaces with adhesive.
  • the cladding tube 12 is present preferably circular cylindrical.
  • the permanent magnet arrangements 14a are preferably solid-circular-cylindrical, as are the soft-magnetic, preferably ferromagnetic separation bodies 16.
  • the cladding tube 12 has at one end a sealing longitudinal end 18 and has a longitudinal end 20 opposite the sealing longitudinal end 18.
  • a sealing arrangement 22 is preferably provided in the form of a sealing component.
  • a sealing component 22 or the centering component 24 shown in FIG. 1 can likewise be arranged.
  • the sealing component 22 has a connecting portion 26, which protrudes axially into the cladding tube 12 at its sealing longitudinal end 18 and can also be glued by means of an adhesive to the inner wall of the cladding tube 12.
  • the sealing member 22 has a sealing portion 28 which projects away from the cladding tube 12 in the axial direction.
  • This sealing portion 28 preferably has a sleeve formation 34, which, for example, bell-shaped in the direction of the cladding tube 12 may be formed axially widening away.
  • a section of the sleeve formation 34 projects radially beyond the cladding tube 12 in order to be able to pass undisturbed through the cladding tube 12 into contact with the guide tube 30 and thus to be able to fulfill its sealing function.
  • the sealing arrangement or sealing component 22 may have a central recess 36 into which a tool or a threaded rod can be screwed in order, for example, to pull the sealing component 22 out of the cladding tube 12 or to press it radially against the inner wall of the cladding tube 12 and thus to be able to anchor more strongly to the cladding tube 12.
  • the radially over the cladding tube 12 projecting portion of the sleeve portion 34 forms a circumferential about the piston axis K sealing lip 38.
  • the example shown at the other longitudinal end 20 of the cladding tube 12 centering member 24 has a fixing portion 40, which analogous to the connecting portion 26 axially into the cladding tube 12th is introduced from the longitudinal end 20 ago.
  • the fixing portion 40 may be adhesively bonded by adhesive to the inner wall of the cladding tube 12.
  • the centering component 24 furthermore has a centering section 42 which protrudes axially beyond the cladding tube 12 away from it, wherein an active section 44 of the centering section 42 has a radially larger dimension than the cladding tube 12 and beyond this either along the entire circumference or radially projecting in sections around the circumference.
  • the radial projection of the active section 44 is preferably less than the radial projection of the sleeve section 34 of the centering component 22 in order to avoid unnecessary frictional resistances on the centering component 24.
  • the centering member 24 is used together with the sealing member 22 to avoid contact of the cladding tube 12 with the operationally surrounding guide tube.
  • the centering member 24 may have an accessible from its free longitudinal end forth recess 46, in which a tool for facilitated removal of the centering member 24 from the cladding tube 12 is inserted and fixed.
  • the recess 46 can, contrary to the representation in FIG. 1, extend axially into the region of the cladding tube 12 and serve for pressing the centering component 24 radially against the inner wall of the cladding tube 12.
  • the centering member 24 and the sealing member 22, which are preferably formed integrally, are preferably formed of plastic, namely of a filled ferroplastic plastic, wherein the plastic matrix is preferably polytetrafluoroethylene or a polyolefin and therein Solid particles of mica or graphite are embedded. As a result, a particularly low-friction and low-wear contact with the guide tube 30 operatively surrounding the piston assembly 10 is made possible.
  • FIGS. 2a to 2c the piston assembly 10 of FIG. 1 is shown in different relative positions.
  • the permanent-magnetic piston assembly 10 along the coincident in operation with the piston axis K cylinder axis Z of the guide tube 30 can be moved with high precision and fast.
  • the guide tube 30 has a coupling longitudinal end 48 closer to a coupling formation, not shown in FIG. 2, and a longitudinal end or maintenance longitudinal end 50 opposite thereto on the maintenance side.
  • the maintenance-side longitudinal end 50 of the guide tube 30 is open in the example shown. It can also be closed by a cover 52, which is intended to be releasably detachable on the maintenance-side longitudinal end 50 and forms an end stop of the piston assembly 10 for limiting its axial movement path in the direction of the maintenance-side longitudinal end 50.
  • the piston assembly 10 can be axially moved out of the guide tube 30 at least so far that their removal longitudinal end 54 formed by the centering member 24 is no longer surrounded by the guide tube 30 and thus be grasped by hand or by a tool can. This makes it possible for the piston assembly 10 to be completely constantly axially pull out of the guide tube 30 and completely remove from the guide tube.
  • a serviced or a new piston assembly 10 can then be inserted axially into the guide tube 30 with the piston-sealing longitudinal end 56 having the sealing component 22 (see Fig. 2c), until a producible from the coil assembly 32 Magnetic field so sufficiently with the magnetic field of the permanent magnet assemblies 14a to 14m can be coupled, the piston assembly 10 can be completely retracted by the magnetic field of the coil assembly 32 in the guide tube 30.
  • the lid 52 may then be re-attached to the maintenance-side longitudinal end 50 of the guide tube 30, if necessary.
  • the coil arrangement 32 can move the retracted piston assembly 10 into a defined reference position determined, for example, by a mechanical stop, where its sensor system is referenced to the known position. Subsequently, the pipetting device is again ready for operation with high dynamics and high accuracy.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pipettiervorrichtung zur Aspiration und Dispensation von Dosierflüssigkeiten, umfassend: - wenigstens ein sich längs einer Zylinderachse (Z) erstreckendes Führungsrohr (30), wobei die Zylinderachse (Z) eine längs ihrer Erstreckungsrichtung verlaufende axiale Richtung, eine orthogonal hierzu verlaufende radiale Richtung und eine um sie umlaufende Umfangsrichtung definiert, - einen in dem Führungsrohr (30) relativ zu diesem axial beweglich aufgenommenen Kolben (10), - eine zur zeitlich vorübergehenden oder zur dauerhaften Ankopplung einer Pipettierspitze ausgebildete Kopplungsformation, und - eine Antriebsvorrichtung (32), um den Kolben (10) relativ zum Führungsrohr (30) zu einer axialen Bewegung anzutreiben, wobei das Führungsrohr (30) ein kopplungsseitiges Längsende (48) aufweist, welches näher bei der Kopplungsformation gelegen ist, und ein dem kopplungsseitigen Längsende (48) entgegengesetztes wartungsseitiges Längsende (50) aufweist, welches weiter von der Kopplungsformation entfernt gelegen ist, wobei der Kolben (10) wenigstens einen Permanentmagneten (14a,... 14m) umfasst und wobei die Antriebsvorrichtung (32) eine das Führungsrohr (30) wenigstens teilweise in Umfangsrichtung umgebende bestrombare Spulenanordnung (32) aufweist, wobei das wartungsseitige Längsende (50) des Führungsrohrs (30) offen oder durch einen bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckel (52) offenbar verschlossen ist, sodass ein dem wartungsseitigen Längsende (50) des Führungsrohrs (30) näher gelegenes Entnahmelängsende (54) des Kolbens (10) durch ein äußeres Magnetfeld axial aus dem Führungsrohr hinaus bewegbar ist.

Description

Pipettiervorrichtung mit einfach austauschbarem Magnetkolben
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pipettiervorrichtung zur Aspiration und Dis- pensation von Dosierflüssigkeiten, umfassend:
- wenigstens ein sich längs einer Zylinderachse erstreckendes Führungsrohr, wobei die Zylinderachse eine längs ihrer Erstreckungsrichtung verlaufende axiale Richtung, eine orthogonal hierzu verlaufende radiale Richtung und eine um sie umlaufende Umfangsrichtung definiert,
- einen in dem Führungsrohr relativ zu diesem axial beweglich aufgenommenen Kolben,
- eine zur zeitlich vorübergehenden oder zur dauerhaften Ankopplung einer Pipet- tierspitze ausgebildete Kopplungsformation, und
- eine Antriebsvorrichtung, um den Kolben relativ zum Führungsrohr zu einer axia- len Bewegung anzutreiben,
wobei das Führungsrohr ein kopplungsseitiges Längsende aufweist, welches näher bei der Kopplungsformation gelegen ist, und ein dem kopplungsseitigen Längsende entgegengesetztes wartungsseitiges Längsende aufweist, welches weiter von der Kopplungsformation entfernt gelegen ist, wobei der Kolben wenigstens einen Perma- nentmagneten umfasst und wobei die Antriebsvorrichtung eine das Führungsrohr wenigstens teilweise in Umfangsrichtung umgebende bestrombare Spulenanordnung aufweist.
Eine gattungsgemäße Pipettiervorrichtung ist aus der WO 201 1/083125 A1 bekannt. Nachteilig an dieser Pipettiervorrichtung ist, dass jede Art von Dichtung, mit welcher der Pipettierkolben gegenüber seinem Führungsrohr abgedichtet ist, sehr schnell verschleißt. Dies liegt an den hohen Beschleunigungen und Verzögerungen, die mit dem Magnetkolben, also einem Pipettierkolben mit wenigstens einem Permanentmagneten, und der das Führungsrohr umgebenden Spulenanordnung erreichbar sind. Der Magnetkolben und die Spulenanordnung bilden einen Linearantrieb. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Pipettiervor- richtung derart weiterzubilden, dass sie dem gegenüber herkömmlichen Pipettiervor- richtungen ohne linearmotorischen Antrieb erhöhten Dichtungsverschleiß gerecht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Pipettiervorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher das wartungsseitige Längsende des Führungsrohrs offen oder durch einen bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckel offenbar verschlossen ist, sodass ein dem wartungsseitigen Längsende des Führungs- rohrs näher gelegenes Entnahmelängsende des Kolbens durch ein äußeres Magnetfeld axial aus dem Führungsrohr hinaus bewegbar ist.
Diese Ausgestaltung, die nur mit dem vorliegend diskutierten linearmotorischen Antrieb des Kolbens realisierbar ist, gestattet somit ein einfaches Ausfahren des Magnetkolbens längs der Zylinderachse aus dem Führungsrohr. Dabei muss der Kolben lediglich so weit aus dem Führungsrohr herausbewegt werden, dass dieser durch Hand- oder Werkzeugangriff vollständig aus dem Führungsrohr herausgezogen werden kann. Es sind daher keine aufwändigen Montagearbeiten notwendig, wie sie beim Austausch eines mit herkömmlichen mechanischen Antrieben gekoppelten Pipettierkolbens notwendig sind, etwa mit einem durch einen Spindeltrieb oder Schneckenradantrieb angetriebenen Kolben, bei welchem üblicherweise zwischen dem Kolben und dem wartungsseitigen Längsende des Führungsrohrs wenigstens eine Kolbenstange vorgesehen ist, welche den Kolben mit der Antriebsvorrichtung verbindet.
Lediglich ein Abnehmen eines bestimmungsgemäß lösbar am wartungsseitigen Längsende des Führungsrohrs angeordneten Deckels kann erforderlich sein, falls das wartungsseitige Längsende zur Vermeidung von Schmutzeinfall mit dem Deckel bestimmungsgemäß lösbar verschlossen ist.
Grundsätzlich kann der wenigstens einen Permanentmagneten aufweisende Magnetkolben (Pipettierkolben) mit einem ausreichend starken Magnetfeld einer beliebigen Magnetfeldquelle aus seinem Führungsrohr herausbewegt werden. Da jedoch die Antriebsvorrichtung bereits eine Spulenanordnung als Magnetfeldquelle aufweist, um den Kolben im Betrieb längs der Zylinderachse des Führungsrohrs zu verlagern, ist bevorzugt die Spulenanordnung Quelle des externen Magnetfelds zum Ausfahren des Entnahmelängsendes des Kolbens. Dadurch kann die Anzahl an Bau- teilen gering gehalten werden, die zur Herstellung der Pipettiervorrichtung benötigt werden.
Um den Kolben in möglichst kleiner axialer Ortsauflösung längs der Längsachse positionsgenau bewegen zu können, weist die Spulenanordnung vorzugsweise wenigstens drei gesonderte Spulenstränge auf, wobei jeder Spulenstrang an eine andere Phase einer mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Stromversorgung angeschlossen ist. Bevorzugt wechseln sich Wicklungen unterschiedlicher Spulenstränge längs der Zylinderachse in axialer Folge ab. Da in der Regel in Laboren aus rasterartig angeordneten Behältern aspiriert und in solche dispensiert wird, beispielsweise aus Mikrotiterplatten mit rasterartig darin ausgebildeten "Wells", weist die Pipettiervorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Erhöhung ihrer Betriebseffizienz bevorzugt eine rasterartig angeordnete Mehrzahl von parallelen Führungsrohren auf, von denen in jedem ein axial beweglicher, wenigstens einen Permanentmagneten aufweisender Kolben aufgenommen ist, und deren wartungsseitige Längsenden jeweils offen oder durch einen bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckel offenbar verschlossen sind, und von denen jedes teilweise in Umfangsrichtung von einer bestrombaren Spulenanordnung als Teil der Antriebsvorrichtung umgeben ist. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass die Pipettiervorrichtung nur ein einziges Führungsrohr und damit nur einen Pipettierkanal aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren zum Austausch eines linearmoto- risch angetriebenen Kolbens einer Pipettiervorrichtung wie sie oben beschrieben ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:
Bestromen der Spulenanordnung derart, dass ein dem wartungsseitigen Längsende des Führungsrohrs näher gelegenes Entnahmelängsende des Kolbens durch ein äußeres Magnetfeld am wartungsseitigen Längsende axial aus dem Führungsrohr hinaus bewegt wird.
Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens sei oben auf die Erläuterungen der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
Falls das Führungsrohr an seinem wartungsseitigen Längsende zur Verhinderung von Schmutzeinfall durch einen bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckel verschlossen sein sollte, umfasst das Verfahren bevorzugt den Schritt eines Abneh- mens eines bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckels vom wartungsseitigen Längsende des Führungsrohrs.
Zum Austausch des linearmotorisch angetriebenen Kolbens weist das Verfahren bevorzugt weiter ein Herausziehen des Kolbens aus dem Führungsrohr oder/und ein Einstecken eines weiteren Kolbens in das Führungsrohr auf. Somit kann, wie oben bereits erläutert wurde, der Magnetkolben linearmotorisch wenigstens einen Abschnitt weit aus dem Führungsrohr herausbewegt werden, so dass ein das Entnahmelängsende aufweisender Endbereich des Kolbens nicht mehr durch das Führungsrohr umgeben ist und daher umgriffen werden kann. Ab diesem Zeitpunkt kann der Kolben in einfachster Weise herausgezogen, gewartet oder durch einen neuen oder bereits gewarteten Kolben ersetzt und der für den weiteren Betrieb der Pipet- tiervorrichtung vorgesehene Kolben kann in das Führungsrohr eingesetzt werden.
Um die Pipettiervorrichtung nach einem Kolbentausch möglichst schnell in einen betriebsbereiten Zustand zu versetzen, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt weiterhin den Schritt des Verfahrens des Kolbens in eine Referenzposition, insbesondere in eine durch einen mechanischen Anschlag definierte Referenzposition. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es stellt dar: Fig. 1 eine grobschematische Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform eines Magnetkolbens der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2a-2c eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer grobschematisch dar- gestellten Pipettiervorrichtung mit dem im Führungsrohr beweglich aufgenommenen Magnetkolben von Fig. 1 in unterschiedlichen Relativpositionen relativ zum Führungsrohr und der das Führungsrohr umgebenden Spulenanordnung als Antriebsvorrichtung. Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines nachfolgend auch als "Kolbenbaugruppe" bezeichneten Magnetkolbens der Pipettiervorrichtung der vorliegenden Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet.
Die Kolbenbaugruppe 10 erstreckt sich längs einer Kolbenachse K und umfasst ein zur Kolbenachse K konzentrisches Hüllrohr 12, welches eine Art Außenskelett der Kolbenanordnung 10 bildet. Aus Festigkeitsgründen kann das Hüllrohr 12 aus einem nicht-magnetischen und nicht magnetisierbaren Metall gebildet sein, beispielsweise aus einem hochlegierten nicht-rostenden Stahl. Aus Gewichtserwägungen kann das Hüllrohr jedoch auch aus Kunststoff gebildet sein, aus Festigkeitsgründen insbeson- dere aus gefülltem, vor allem faserverstärktem Kunststoff.
Eine Hüllrohrachse H fällt somit mit der Kolbenachse K zusammen.
In dem Hüllrohr 12 sind bevorzugt mehrere Permanentmagnetanordnungen 14a, ... 14i ... bis 14m längs der Kolbenachse K aufeinanderfolgend angeordnet, wobei zwischen jeweils zwei unmittelbar axial aufeinanderfolgenden Permanentmagnetanordnungen 14i, 14j ein bevorzugt ferromagnetischer Trennkörper 16 angeordnet ist.
Alle Trennkörper 16 sind vorliegend gleich ausgebildet und weisen eine wesentlich geringere axiale Länge auf als die beiderseits an sie angrenzenden Permanentmagnetanordnungen 14i, 14j. Die Permanentmagnetanordnungen 14a bis 14m sind derart angeordnet, dass an den zwischen zwei einander axial nächstgelegenen Permanentmagnetanordnungen 14i, 14j gleichnamige Pole aufeinander zu weisen bzw. an den zwischen diesen Permanentmagnetanordnungen gelegenen Trennkörper angrenzen. Beispielsweise kann in Fig. 1 der Nordpol der Permanentmagnetanordnung 14a an den Trennkörper 16 angrenzen. Ebenso kann der Nordpol der Permanentmagnetanordnung 14b an den zwischen den Permanentmagnetanordnungen 14a und 14b gelegenen Trennkörper 16 angrenzen. Somit sind die Permanentmagnetanordnungen 14a bis 14m längs der Kolbenachse K mit alternierender Polarisierung angeordnet, um im Bereich der Trennkörper 16 einen axial möglichst ausgeprägten Magnetfeldgradienten zu erzeugen.
Das aus der Anordnung der Permanentmagnetanordnungen 14a bis 14m mit alternierender Polarisierung resultierende Magnetfeld dient sowohl dazu, eine möglichst effektive Ankopplung des Kolben-Magnetfelds an das Magnetfeld der das Führungsrohr 30 (siehe Fig. 2a-2c) umgebenden Spulenanordnung 32 anzukoppeln, um einen möglichst positionsgenauen, effektiven linearmotorischen Antrieb bereitzustellen, als auch dazu, eine möglichst hochauflösende Positionserfassung der Kolbenposition zu erzielen, beispielsweise durch Hall-Sensoren außerhalb des Führungsrohrs 30 längs der Kolbenachse (nicht dargestellt).
Vorliegend ist jede Permanentmagnetanordnung 14a bis 14m durch genau einen Permanentmagneten gebildet. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, wenn dies aus fertigungstechnischen Erwägungen hilfreich sein könnte, eine Permanent- magnetanordnung mit einem Nord- und einem Südpol aus mehreren Permanentmagneten oder aus einer Kombination von Permanentmagneten und magnetisierba- ren Bauteilen zu bilden.
Die Permanentmagnetanordnungen 14a bis 14m und die zwischen diesen angeord- neten Trennkörper 16 können durch einen Klebstofffilm mit der Innenwandung des Hüllrohrs 12 verklebt und somit positionsgesichert sein. Hierzu kann das Hüllrohr 12 vor dem Einführen der Permanentmagnetanordnungen und der Trennkörper 16 an seiner Innenwand mit Klebstoff bestrichen werden. Zusätzlich oder alternativ können die Pernnanentnnagnetanordnungen und Trennkörper an ihren Mantelflächen mit Klebstoff bestrichen werden.
Ein Klebstoffauftrag zwischen Permanentmagnetanordnungen 14a bis 14m und ihnen jeweils benachbarten Trennkörpern 16, etwa auf die sich jeweils berührenden Stirnseiten, ist zwar grundsätzlich möglich, jedoch nicht nötig, so dass die Packung aus Permanentmagnetanordnungen 14a bis 14m und dazwischen angeordneten Trennkörpern 16 axial möglichst dicht gebaut werden kann. Das Hüllrohr 12 ist vorliegend bevorzugt kreiszylindrisch. Die Permanentmagnetanordnungen 14a sind vorliegend bevorzugt massiv-kreiszylindrisch, ebenso wie die weichmagnetischen, vorzugsweise ferromagnetischen Trennkörper 16.
Das Hüllrohr 12 weist einenends ein Dichtungs-Längsende 18 auf und weist ein dem Dichtungs-Längsende 18 entgegengesetztes weiteres Längsende 20 auf.
Am Dichtungs-Längsende 18 ist bevorzugt eine Dichtungsanordnung 22 in Form eines Dichtungsbauteils vorgesehen. Am entgegengesetzten Längsende 20 kann ebenfalls ein Dichtungsbauteil 22 oder das in Fig. 1 dargestellte Zentrierbauteil 24 angeordnet sein.
Das Dichtungsbauteil 22 weist einen Verbindungsabschnitt 26 auf, welcher axial in das Hüllrohr 12 an dessen Dichtungs-Längsende 18 einragt und ebenfalls mittels eines Klebstoffs mit der Innenwand des Hüllrohrs 12 verklebt sein kann.
Weiter weist das Dichtungsbauteil 22 einen Dichtungsabschnitt 28 auf, welcher in axialer Richtung vom Hüllrohr 12 weg absteht. Dieser Dichtungsabschnitt 28 weist bevorzugt eine Hülsenformation 34 auf, welche beispielsweise glockenförmig sich in Richtung vom Hüllrohr 12 axial weg aufweitend ausgebildet sein kann. Ein Abschnitt der Hülsenformation 34 steht radial über das Hüllrohr 12 über, um ungestört durch das Hüllrohr 12 in Anlage an das Führungsrohr 30 gelangen zu können und somit seine Dichtungsfunktion erfüllen zu können. Die Dichtungsanordnung bzw. Dichtungsbauteil 22 kann eine zentrale Ausnehmung 36 aufweisen, in welche ein Werkzeug oder eine Gewindestange eingedreht werden kann, um beispielsweise das Dichtungsbauteil 22 aus dem Hüllrohr 12 herausziehen zu können oder um dieses radial gegen die Innenwand des Hüllrohrs 12 pressen zu können und damit stärker am Hüllrohr 12 verankern zu können.
Der radial über das Hüllrohr 12 überstehende Bereich des Hülsenabschnitts 34 bildet eine um die Kolbenachse K umlaufende Dichtlippe 38. Auch das beispielhaft am anderen Längsende 20 des Hüllrohrs 12 gezeigte Zentrierbauteil 24 weist einen Festlegeabschnitt 40 auf, welcher analog zum Verbindungsabschnitt 26 axial in das Hüllrohr 12 vom Längsende 20 her eingeführt ist. Auch der Festlegeabschnitt 40 kann durch Klebstoff adhäsiv mit der Innenwandung des Hüllrohrs 12 verbunden sein. Das Zentrierbauteil 24 weist darüber hinaus einen Zentrier- abschnitt 42 auf, welcher axial über das Hüllrohr 12 hinaus von diesem weg absteht, wobei ein Wirkabschnitt 44 des Zentrierabschnitts 42 eine radial größere Abmessung aufweist als das Hüllrohr 12 und über dieses hinaus entweder längs des gesamten Umfangs oder in Abschnitten um den Umfang herum verteilt radial vorsteht. Bevorzugt ist der radiale Überstand des Wirkabschnitts 44 geringer als der radiale Über- stand des Hülsenabschnitts 34 des Zentrierbauteils 22, um unnötige Reibungswiderstände am Zentrierbauteil 24 zu vermeiden. Das Zentrierbauteil 24 dient zusammen mit dem Dichtungsbauteil 22 dazu, einen Kontakt des Hüllrohrs 12 mit dem ihn betriebsmäßig umgebenden Führungsrohr zu vermeiden. Auch das Zentrierbauteil 24 kann eine von seinem freien Längsende her zugängliche Ausnehmung 46 aufweisen, in welche ein Werkzeug zur erleichterten Entnahme des Zentrierbauteils 24 aus dem Hüllrohr 12 einführbar und festlegbar ist. Die Ausnehmung 46 kann entgegen der Darstellung in Fig. 1 axial bis in den Bereich des Hüllrohrs 12 hineinreichen und zur Verpressung des Zentrierbauteils 24 radial gegen die Innenwandung des Hüllrohrs 12 dienen. Das Zentrierbauteil 24 und das Dichtungsbauteil 22, welche bevorzugt einstückig gebildet sind, sind vorzugsweise aus Kunststoff gebildet, und zwar aus einem gefüllten ferroplastischen Kunststoff, wobei die Kunststoffmatrix bevorzugt Polytetrafluorethylen oder ein Polyolefin ist und darin Festkörper-Partikel aus Glimmer oder aus Graphit eingebettet sind. Dadurch wird ein besonders reibungs- und verschleißarmer Kontakt mit dem die Kolbenbaugruppe 10 betriebsmäßig umgebenden Führungsrohr 30 ermöglicht. In den Fig. 2a bis 2c ist die Kolbenbaugruppe 10 von Fig. 1 in unterschiedlichen Relativpositionen gezeigt.
Durch entsprechende Bestromung der Spulenanordnung 32 kann die permanentmagnetische Kolbenbaugruppe 10 längs der im Betrieb mit der Kolbenachse K zusammenfallenden Zylinderachse Z des Führungsrohrs 30 hochgenau und schnell bewegt werden.
Das Führungsrohr 30 weist ein einer in Fig. 2 nicht dargestellten Kopplungsformation näher gelegenes Kopplungslängsende 48 und ein diesem entgegengesetztes war- tungsseitiges Längsende oder Wartungslängsende 50 auf.
Axial schließt sich an das Kopplungslängsende 48 ein Bereich der in den Fig. 2a bis 2c nicht dargestellten Pipettiervorrichtung an, zu welcher das Führungsrohr 30 gehört, an der eine Kopplungsformation in an sich bekannter Weise zur lösbaren zeitlich vorübergehenden Ankopplung einer Pipettierspitze vorgesehen ist.
Das wartungsseitige Längsende 50 des Führungsrohrs 30 ist im dargestellten Beispiel offen. Es kann auch durch einen bestimmungsgemäß lösbar am wartungsseiti- gen Längsende 50 angeordneten Deckel 52 verschlossen sein, welcher einen End- anschlag der Kolbenbaugruppe 10 zur Begrenzung von deren axialem Bewegungsweg in Richtung zum wartungsseitigen Längsende 50 hin bildet.
Nach etwaigem entfernen des lösbaren Deckels 52 kann die Kolbenbaugruppe 10 in einfacher Weise wenigstens so weit aus dem Führungsrohr 30 axial herausbewegt werden, dass ihr vom Zentrierbauteil 24 gebildetes Entnahmelängsende 54 nicht mehr vom Führungsrohr 30 umgeben ist und somit von Hand oder durch ein Werkzeug ergriffen werden kann. Dadurch ist es möglich, die Kolbenbaugruppe 10 voll- ständig axial aus dem Führungsrohr 30 herauszuziehen und aus dem Führungsrohr vollständig zu entfernen.
Eine gewartete oder eine neue Kolbenbaugruppe 10 kann dann mit dem einem das Dichtungsbauteil 22 aufweisenden Kolben-Dichtungs-Längsende 56 vorauseilend axial in das Führungsrohr 30 eingeschoben werden (s. Fig. 2c), und zwar so weit, bis ein von der Spulenanordnung 32 erzeugbares Magnetfeld so ausreichend mit dem Magnetfeld der Permanentmagnetanordnungen 14a bis 14m koppelbar ist, das die Kolbenbaugruppe 10 durch das Magnetfeld der Spulenanordnung 32 vollständig in das Führungsrohr 30 eingezogen werden kann. Der Deckel 52 kann daraufhin erforderlichenfalls erneut an dem wartungsseitigen Längsende 50 des Führungsrohrs 30 angebracht werden.
Um die Pipettiervorrichtung nach einem Austausch der Kolbenbaugruppe 10 erneut betriebsbereit herzurichten, kann die Spulenanordnung 32 die eingezogene Kolbenbaugruppe 10 in eine beispielsweise durch mechanischen Anschlag bestimmte definierte Referenzposition fahren, wo ihre Sensorik auf die bekannte Position referen- ziert wird. Anschließend ist die Pipettiervorrichtung wieder mit hoher Dynamik und hoher Genauigkeit betriebsbereit.

Claims

Ansprüche
Pipettiervorrichtung zur Aspiration und Dispensation von Dosierflüssigkeiten, umfassend:
wenigstens ein sich längs einer Zylinderachse (Z) erstreckendes Führungsrohr (30), wobei die Zylinderachse (Z) eine längs ihrer Erstreckungsrichtung verlaufende axiale Richtung, eine orthogonal hierzu verlaufende radiale Richtung und eine um sie umlaufende Umfangsrich- tung definiert,
einen in dem Führungsrohr (30) relativ zu diesem axial beweglich aufgenommenen Kolben (10),
eine zur zeitlich vorübergehenden oder zur dauerhaften Ankopplung einer Pipettierspitze ausgebildete Kopplungsformation, und
eine Antriebsvorrichtung (32), um den Kolben (10) relativ zum Führungsrohr (30) zu einer axialen Bewegung anzutreiben,
wobei das Führungsrohr (30) ein kopplungsseitiges Längsende (48) aufweist, welches näher bei der Kopplungsformation gelegen ist, und ein dem kopp- lungsseitigen Längsende (48) entgegengesetztes wartungsseitiges Längsende (50) aufweist, welches weiter von der Kopplungsformation entfernt gelegen ist, wobei der Kolben (10) wenigstens einen Permanentmagneten (14a, ... 14m) umfasst und wobei die Antriebsvorrichtung (32) eine das Führungsrohr (30) wenigstens teilweise in Umfangsrichtung umgebende bestrombare Spulenanordnung (32) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass das wartungsseitige Längsende (50) des Führungsrohrs (30) offen oder durch einen bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckel (52) offenbar verschlossen ist, sodass ein dem wartungs- seitigen Längsende (50) des Führungsrohrs (30) näher gelegenes Entnahmelängsende (54) des Kolbens (10) durch ein äußeres Magnetfeld axial aus dem Führungsrohr hinaus bewegbar ist. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung Quelle (32) des externen Magnetfelds zum Ausfahren des Entnahmelängsendes (54) des Kolbens (10) ist.
Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (32) wenigstens drei gesonderte Spulenstränge aufweist, wobei jeder Spulenstrang an eine andere Phase einer mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Stromversorgung angeschlossen ist.
Pipettiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sie eine rasterartig angeordnete Mehrzahl von parallelen Führungsrohren (30) aufweist, von denen in jedem ein axial beweglicher, wenigstens einen Permanentmagneten (14a, 14m) aufweisender Kolben (10) aufgenommen ist, deren wartungsseitige Längsenden (50) jeweils offen oder durch einen bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckel (52) offenbar verschlossen ist, und von denen jedes teilweise in Umfangsrichtung von einer bestrombaren Spulenanordnung (32) als Teil der Antriebsvorrichtung (32) umgeben ist.
Verfahren zum Austausch eines linearmotorisch angetriebenen Kolbens (10) einer Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend den folgenden Schritt:
Bestromen der Spulenanordnung (32) derart, dass ein dem wartungs- seitigen Längsende (50) des Führungsrohrs (30) näher gelegenes Entnahmelängsende (54) des Kolbens (10) durch ein äußeres Magnetfeld am wartungsseitigen Längsende (50) axial aus dem Führungsrohr (30) hinaus bewegt wird. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt eines Abnehmens eines bestimmungsgemäß lösbar angeordneten Deckels (52) vom wartungsseitigen Längsende (50) des Führungsrohrs (30) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass es ein Herausziehen des Kolbens (10) aus dem Führungsrohr (30) oder/und ein Einstecken eines weiteren Kolbens (10) in das Führungsrohr (30) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Verfahrens des Kolbens (10) in eine Referenzposition, insbesondere in eine durch einen mechanischen Anschlag definierte Referenzposition umfasst.
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