WO2021156285A1 - Gerätemodul für ein laborgerät und verfahren zur temperierung eines laborgerätes - Google Patents

Gerätemodul für ein laborgerät und verfahren zur temperierung eines laborgerätes Download PDF

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WO2021156285A1 PCT/EP2021/052504 EP2021052504W WO2021156285A1 WO 2021156285 A1 WO2021156285 A1 WO 2021156285A1 EP 2021052504 W EP2021052504 W EP 2021052504W WO 2021156285 A1 WO2021156285 A1 WO 2021156285A1
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Zilan ORHAN
Uwe Orth
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    • G01N2035/00445—Other cooling arrangements

Definitions

  • Device module for a laboratory device and method for temperature control of a laboratory device
  • the invention relates to a device module for a laboratory device, in particular for a comminution device for material comminution, further in particular for a laboratory mill, such as a ball mill, and / or for a feeding device for feeding, dosing and / or conveying sample materials and / or for charging of shredding devices such as laboratory mills, of sample dividers or of particle measuring devices.
  • the present invention also relates to a method for temperature control, in particular cooling, of a laboratory device, in particular during operation of the laboratory device, further in particular for temperature control of a laboratory mill, such as a ball mill, and / or for temperature control of a feed device, the feed device being designed for supplying, dosing and / or conveying sample materials and / or for charging shredding devices such as laboratory mills, sample dividers or particle measuring devices, in particular using a device module of the type mentioned at the beginning.
  • liquid nitrogen is fed into the rotary leadthrough via a nitrogen line and a switching valve and via a connection and leaves the rotary leadthrough via a feed line connected to the connection.
  • the nitrogen flow is then led to the grinding jar holder and from there back to the movable part of the rotary leadthrough and finally reaches a collecting vessel via the stationary part of the rotary leadthrough and a return line connected to it.
  • the switching valve is closed. After so much nitrogen has evaporated that the sensor is no longer wetted with nitrogen, the switching valve is opened again. This ensures the supply of liquid nitrogen at all times during the grinding process.
  • the grinding jar holder is flooded with nitrogen and the grinding jar located therein is flushed with liquid nitrogen. As a result, there is direct contact between the temperature control medium and the grinding jar. In addition, the grinding jar is always maximally cooled by the flooding in liquid nitrogen.
  • the object of the present invention is to provide a device module for a laboratory device and a method for temperature control, in particular cooling, of a laboratory device, which in a structurally simple manner with high user-friendliness enable demand-dependent temperature control, in particular cooling, of laboratory devices.
  • the temperature control should take place in such a way that the heat energy dissipated when a component of the laboratory device and / or a material sample treated in the laboratory device is cooled and / or the heat energy supplied when the component and / or the material sample is heated to the greatest possible extent is adapted to actual needs.
  • a device module for a laboratory device which has at least one temperature control medium connection for connecting the device module to a temperature control medium supply of an in particular liquid temperature control medium, in particular for connection to a nitrogen tank or a nitrogen line, at least one line connection for connecting the device module to a supply line as required Laboratory device for the temperature control and at least one actuator of a control and / or regulating circuit for controlling and / or regulating at least one temperature in the laboratory device.
  • the device module makes it possible to supply a laboratory device with an in particular liquid temperature control medium, further in particular liquid nitrogen, from the temperature control medium supply via the temperature control medium connection, at least one flow line of the device module and the at least one line connection for temperature control of the laboratory device.
  • the actuator as part of a control and / or regulating circuit, the volume flow of the temperature control medium fed to the laboratory device via the device module can preferably be changed, with a higher volume flow of a coolant leading to greater cooling in the laboratory device and thus to a reduction of at least one in temperature measured by the laboratory device.
  • the measurement temperature of the laboratory device is taken into account as an actual value in the temperature control and / or regulation.
  • a solenoid valve can be provided as the actuator.
  • the actuator can be designed for the clocked feeding or supply of the temperature control medium to the laboratory device.
  • the actuator is designed to change the temperature of the temperature control medium, which can be done, for example, by mixing at least two temperature control medium flows with different temperatures.
  • the device module is an exchangeable, complex element and forms a separate functional unit that can be connected to the laboratory device as required, which if the temperature control medium transport functions from the temperature control medium supply via the device module to the laboratory device and the change in the temperature control medium volume flow and / or the temperature control medium temperature via the at least one actuator as part of a control and / or regulation process.
  • the device module is an integral unit.
  • the device module according to the invention can be connected to the laboratory device as required, ie depending on the requirement to cool or heat the laboratory device, the connection via the connections of the device module to the laboratory device on the one hand and the temperature control medium supply on the other hand takes place.
  • the device functions of the laboratory device can be called up or executed independently of the functions of the device module, wherein the device module can only be physically connected to the laboratory device when the laboratory device is to be temperature controlled.
  • the device module and the laboratory device are permanently physically connected, in which case the temperature control functions of the device module, ie the forwarding of the temperature control medium to the laboratory device and / or change in the temperature control medium volume flow and / or the temperature control medium temperature, are only then carried out if temperature control of the laboratory device is required.
  • the device module Due to the modular structure of the device module with preferably standardized connections, it is possible to use the same device module for temperature control of different laboratory devices and for this purpose, if necessary, with a laboratory device, fluidically for the temperature control medium transport, mechanically to form a physical connection and metrologically for the transmission of measured values from To connect the laboratory device to the device module.
  • the device module according to the invention thus differs from laboratory devices which already have a stationary temperature control medium connection and an actuator integrated into the device housing.
  • interfaces are provided in the line routing of the temperature control medium from the temperature control medium supply to the place of cooling or heating in the laboratory device, which allow the device module to be separated from the laboratory device as a non-destructive unit or as intended.
  • the device module according to the invention can, if necessary, be used equally for a plurality of identical or differently designed laboratory devices.
  • the device module preferably has a module housing that can be detachably connected to a device housing of the laboratory device. A form-fitting and / or force-fitting connection can be provided between the module housing and the device housing.
  • any power supply for the device module can be provided via an electrical supply line via the laboratory device.
  • the device module can also have a separate power supply.
  • the device module particularly preferably has a control and / or regulating device for generating a control variable for the actuator.
  • the control and / or regulating device can comprise an electronic circuit designed accordingly for this purpose.
  • a control device is preferably provided which determines a control deviation between at least one measurement temperature in the laboratory device and a predetermined setpoint value and then generates the control variable for the actuator on the basis of the control deviation. In this way, an exact and demand-dependent temperature control of the laboratory device is made possible in a simple manner as a function of the actual temperatures in the laboratory device.
  • the logic of the control process or the control loop is integrated into the device module, so that the device module can be used to control the temperature of different laboratory devices as required.
  • Different control and / or regulation programs can be stored in the control and / or regulating device in order to enable temperature control and / or regulation in different laboratory devices.
  • the device module can have at least one communication or data interface.
  • a control device of the device module preferably determines a control deviation between a measurement temperature of the laboratory device and a temperature setpoint stored in the control device.
  • a ball mill for example, especially a vibrating mill, provision can be made to measure the temperature of a grinding vessel and / or a grinding vessel holder and / or the temperature inside the grinding vessel or in the interior of a grinding chamber of the ball mill and transfer this temperature reading to the control device of the device module transferred to.
  • the control deviation of the device module and the device module are then determined on the basis of the measured value possibly generates a control variable in order to adjust the actuator to change the temperature control medium volume flow and / or the temperature control medium temperature accordingly and thus eliminate or at least reduce the control deviation. Due to the local proximity of the temperature measurement to the grinding vessel and / or grinding chamber, a lower control inertia with a higher precision and speed of the control is achieved.
  • the temperature control medium temperature in at least one temperature control medium line of the cooling device and / or the room or ambient temperature are measured and taken into account in the control or regulation within the scope of the temperature control and / or regulation.
  • the device module can have at least one further line connection for connection to a discharge line of the laboratory device for the temperature control medium, wherein temperature control medium can be diverted from the laboratory device and the further line connection and at least one return line of the device module into the environment and / or a collecting container and / or can be returned to the temperature control medium supply is. If liquid nitrogen is used as the temperature control medium, the return line of the device module can open into an expansion pipe in which the nitrogen evaporates and the nitrogen is released into the environment.
  • the device module can also have at least one measuring device for recording a measured value of the temperature control medium, in particular for temperature measurement.
  • Several temperature sensors can be provided in order to enable error detection, in particular to detect temperature control medium leaks occurring in the laboratory device. If the laboratory device is, for example, a laboratory mill with several grinding vessels, each grinding vessel can be connected to a return line in the device module via a discharge line and a further connection of the device module. By measuring the temperature in several return lines of the temperature control medium and comparing the measuring temperatures, it is possible to infer leaks in the laboratory device if the measuring temperatures differ from one another. In principle, it is also possible to measure the level and / or the volume flow of the temperature control medium in the device module using suitable sensors.
  • the device module has a module housing and a functional part that can be detachably connected to the module housing, the functional part serving as a carrier for the temperature control medium connection, the line connection and the actuator.
  • Several line connections can be provided, all of which are held on the functional part. This makes it possible to separate or remove the functional part as an independent functional unit from the module housing and to connect it to another module housing and to use it together with the other module housing.
  • Further components of the functional part that are held on the functional part can be at least one feed line and at least one return line for routing the temperature control medium between the connection points of the functional part.
  • Several line sections can be held on the functional part and brought together or open into a collecting line.
  • the control and / or regulating device or the electronics of the control and / or regulation can preferably be held on the module housing.
  • the module housing is preferably designed for a certain type of laboratory device, which can affect the geometry and dimensioning of the module housing, so that it is useful to assign the device intelligence of the device module or the electronics of the control process and / or the control circuit to the module housing.
  • the housing shape of the module housing can be adapted to the housing shape of a device housing of the laboratory device.
  • the housing is preferably adapted in such a way that, when the device module is connected to the laboratory device, the module housing is perceived as an integral part of the overall housing arrangement formed from the device housing and the module housing.
  • An adaptation can also be provided with regard to the dimensioning and / or external appearance of the module housing and of a laboratory device that can be connected to the device module.
  • a further aspect of the invention thus also relates to a system with at least one functional part and with a plurality of different module housings, the module housings being adapted to the shape and / or dimensioning and / or external appearance or the design. sign the device housing of different laboratory devices and the functional part can be connected to each module housing as required to form a device module according to the invention. For example, at least one outer wall of the module housing and one housing wall of the device housing of the laboratory device can be aligned and / or protrude only slightly, i.e.
  • the device housing of the laboratory device and the module housing can have essentially the same contour lines in a view from above and / or in a view from at least one side of the arrangement of laboratory device and device module.
  • a preferred embodiment in which the device module is perceived as an integral part of the laboratory device can provide that the laboratory device can be set up on the device module.
  • the laboratory device can preferably be set up on the device module via latching and / or holding projections on the top of the device module, so that it is ensured that the laboratory device can only be set up on the device module in a certain orientation relative to the device module and the laboratory device cannot be set up in a horizontal direction can be moved relative to the device module.
  • the laboratory device and the device module are not frictionally connected to one another when they are connected to one another, that is to say in a state when the fluidic connections of the laboratory device and the device module are fluidically connected to convey the temperature control medium.
  • an additional screw connection between the laboratory device and the device module can be dispensed with.
  • screwing the module housing to the device housing is also not excluded.
  • the functional part can preferably be replaced and / or inserted horizontally and preferably from behind on a rear side of the device module into the module housing of the device module.
  • the back of the device module corresponds to the back of the laboratory device when the device module and laboratory device are connected.
  • Condensate can be drained from the laboratory device via the device module.
  • a condensate collector can be provided on the underside of the device module.
  • a Condensate drainage from above can be possible through the functional part downwards.
  • the device module can have a perforated draining surface for condensate water of the laboratory device, which can in particular be a component of the functional part.
  • a condensate collector preferably designed as a pull-out drawer, can be provided for condensate of the laboratory device that drips through the draining surface and the functional part. This makes it possible in a simple manner to collect and discharge condensate.
  • the method according to the invention for temperature control, in particular cooling, of a laboratory device, further in particular a ball mill such as a vibrating mill provides for the first time in the prior art temperature control of the laboratory device in a closed control loop, in particular using a device module according to the invention, with at least one temperature in the laboratory device measured and the temperature measured value is transmitted as a control variable or as an actual value to a control device, in particular a control device of a device module according to the invention.
  • the control device determines a setpoint / actual value deviation or control deviation, which is the input variable of a process controller that calculates a control variable for an actuator.
  • a solenoid valve for example, can be provided as an actuator in order to change the volume flow of the temperature control medium, preferably in a clocked manner, as a function of the control deviation.
  • a solenoid valve for example, can be provided as an actuator in order to change the volume flow of the temperature control medium, preferably in a clocked manner, as a function of the control deviation.
  • the temperature control is possible, for example, by means of a PID controller.
  • the temperature of a laboratory mill is to be monitored and controlled, in particular a laboratory ball mill such as a laboratory vibrating mill
  • a temperature measurement on a grinding jar holder and / or on a grinding jar of the mill and / or a temperature measurement in the grinding chamber of the grinding jar can be provided.
  • At least one temperature sensor can be arranged in the immediate vicinity of the grinding vessel in order to enable the temperature of the grinding vessel to be monitored. If a temperature sensor is installed in the grinding chamber, the temperature of the grinding sample can be monitored. The regulation through the local proximity of the temperature sensors to the grinding vessel and / or to the grinding sample leads to a lower control inertia, so that the precision and speed of the control are high.
  • temperatures of several grinding jars and / or grinding samples are to be regulated independently of one another, this is possible by means of several temperature sensors on and / or in the grinding jars, with the measured temperature values being transmitted to the device module.
  • the regulation of the temperatures in and / or on the grinding jars can take place independently of one another.
  • exemplary embodiments of the invention are shown, which are described below. Show it
  • FIG. 1 shows a perspective view of a device module according to the invention in a view obliquely from the front
  • FIG. 2 shows a perspective view of the device module from FIG. 1 in a view obliquely from the rear
  • FIGS. 1 and 2 shows a perspective view of the device module shown in FIGS. 1 and 2 from below
  • FIG. 4 shows a perspective view of a functional part of the device module shown in FIGS. 1 to 3 in a view obliquely from above
  • FIG. 5 shows the functional part shown in FIG. 4 in a perspective view obliquely from below
  • FIG. 6 shows the functional part shown in FIG. 4 in a perspective view from below looking towards the inside of a panel of the functional part
  • FIGS. 1 to 3 shows a perspective view of an installation of a laboratory device on the device module shown in FIGS. 1 to 3, obliquely from behind and
  • FIGS. 1 to 3 show a schematic process flow diagram of a method according to the invention for controlling the temperature of grinding jars in a laboratory mill.
  • a device module 1 for a laboratory device 2 is shown in perspective in FIGS. 1 to 3, wherein the laboratory device 2 can be a laboratory mill, in particular a laboratory vibrating mill, by way of example.
  • the laboratory device 2 can be a laboratory mill, in particular a laboratory vibrating mill, by way of example.
  • a configuration of the device module 1 adapted to other laboratory devices is also easily possible.
  • the design of the device module 1 as a laboratory mill is therefore to be understood in the following purely as an example.
  • the device module 1 has a functional part 3 shown in FIGS. 4 to 6 that is installed in a module housing 5 of the device module 1 via the rear side 4 (FIG. 2) of the device module 1.
  • the functional part 3 has a cover 6, which is screwed to the module housing 5 on the rear side 4 of the device module 1 by means of knurled nuts 7.
  • the functional part 3 in the exemplary embodiment shown has a temperature control medium connection 8 for connecting the device module 1 to a temperature control medium supply 28 shown schematically in FIG. 8.
  • the temperature control medium supply 28 can be a pressure vessel with liquid nitrogen.
  • the connection can take place via hose connectors, check valves and hose pieces known per se from the prior art and preferably standardized.
  • two line connections 9 are provided on the functional part 3 for connection to two supply lines 10 (shown schematically in FIG. 7) of the laboratory device 2 as required.
  • the line connections 9 it is possible to transfer an in particular liquid temperature control medium from the temperature control medium supply 28 via the temperature control medium connection 8, a flow line 11 which, in the embodiment shown, merges into two further flow lines 12, 13 via a Y-piece 40, and the line connections 9 to the To feed laboratory device 1 via supply lines 10.
  • the connection can in turn take place via hose connectors, check valves and hose pieces known per se from the prior art and preferably standardized.
  • two further line connections 14 are provided on the functional part 3 for connection to lines 15 of the laboratory device 2 for temperature control medium, so that temperature control medium can be derived from the laboratory device 2 and via the further line connections 14 and two return lines 16 of the device module 1 of the Environment can be supplied.
  • the two return lines 16 open into a collecting space 17 with an enlarged cross-sectional area, which is provided for receiving a connection piece 18 for an exhaust pipe (not shown). Liquid nitrogen, which is discharged from the laboratory device 2 via the device module 1, can evaporate into the environment via the exhaust pipe.
  • the functional part also has an actuator 19 designed as a solenoid valve in the exemplary embodiment shown.
  • the actuator 19 it is possible to change the temperature control medium flow which is led from the temperature control medium supply 28 via the temperature control medium connection 8 and the first flow line 11.
  • the actuator 19 is part of a control circuit for regulating a temperature in the laboratory device 2, in particular a temperature on and / or in a grinding jar 22 (FIG. 8) of the laboratory device 2.
  • the actuator 19 allows the volume flow of the via the device module 1 into the Change the temperature control medium conveyed to the laboratory device 2, the actuator 19 being part of a closed control loop for regulating a temperature in the laboratory device 2.
  • At least one temperature sensor 21 is arranged in the immediate vicinity of a grinding jar 22 of the laboratory device 2, which enables the temperature of the grinding jar 22 to be monitored.
  • the temperature sensor 21 can be arranged in a component of a grinding jar holder and / or in a grinding chamber of the grinding jar 22 and thus allow the temperature of the grinding jar 22 and / or the temperature of a grinding sample to be monitored.
  • the determined temperature is then used as an input for a process controller, the measurement temperature representing an actual value and an electronics unit 20 with a correspondingly designed electronic circuit in the device module 1 forming the logic of the control loop.
  • the electronics unit 20 determines a control deviation between a temperature measured in the laboratory device and a predefined setpoint value and generates a control variable for the actuator 19 as a function of the control deviation , in the present case the solenoid valve, drives and, depending on the temperature measured by the temperature sensors 21, a preferably clocked feed or supply of temperature control medium to the laboratory device 2 via the further flow lines 12, 13 and the line connections 9.
  • Fig. 8 shows schematically the process sequence of a method for temperature control of a laboratory device 2 using the example of a laboratory vibrating mill with two grinding jars 22. Two temperature sensors 21 are provided to measure the temperature on two plate-shaped heat transfer elements 23, each heat transfer element 23 being part of a grinding jar holder for one Grinding jar 22 is.
  • the temperature control medium is fed to the heat transfer elements 23 of the two grinding jars 22 via feed lines 10, rotary feedthroughs 24 and first temperature control lines 25 and via further temperature control lines 26 from the heat transfer elements 23 via the rotary feedthroughs 24 to feed lines 15 which are connected to the device module 1 via further line connections 14 are connected.
  • the line connections 14 are connected to the return lines 16, via which the temperature control medium returned from the laboratory device 2 is optionally fed via a throttle 27 to an exhaust pipe 18a.
  • the temperature control medium can be liquid nitrogen from a temperature control medium supply 28, for example a nitrogen tank, so that the nitrogen evaporates and the nitrogen passes into the environment in the exhaust pipe 18a.
  • the return lines 16 do not necessarily have to be brought together, but can also be routed separately into the exhaust pipe 18a.
  • a further temperature sensor 29 can be provided in the laboratory device 2 in order to measure the ambient temperature and to take it into account as a disturbance variable in the temperature control.
  • the device module 1 can also have further temperature sensors 30 in order to determine the flow temperature of the temperature control medium in the flow line 11 and / or the return temperatures of the temperature control medium in the return lines 16. From a comparison of the measured temperature values, conclusions can be drawn as to whether there is a leakage loss of the temperature control medium.
  • the further temperature sensors 30 are used to detect errors.
  • the measured values of the temperature sensors 30 can also be taken into account in the temperature regulation. Due to the local proximity of the temperature sensors 21 in the laboratory device 2 to the grinding jars 22, the control has a low control inertia, so that a high level of precision and high speed of the control is achieved.
  • the temperatures on and / or in the grinding bowls 22 can be regulated independently of one another.
  • the device module 1 can be used for a plurality of laboratory devices 2 and enables a device temperature to be regulated inside the laboratory device 2 in the present case by means of the clocked inflow of liquid nitrogen as the temperature control medium.
  • the regulation of the device temperature can also be made possible by a proportionally controlled inflow of liquid nitrogen.
  • the temperature of external temperature sensors 21 (FIG. 8) is used as an input variable for a process controller, the device module 1 being able to be used, for example, to control the temperature of individual or multiple grinding jars 22 in a laboratory mill.
  • the device module 1 also has on its rear side 4 an on / off switch 31 and a data interface 32 for the transmission of measurement data between the laboratory device 2 and the device module 1, in particular for the transmission of temperature measurement data.
  • the interface 32 is connected to the electronics unit 20.
  • a power supply is possible via a power supply socket 33.
  • a status display 41 is provided in order to display the operating status of the device module 2 in color.
  • the status display 41 can be a light guide with an LED underneath.
  • the device module 1 is connected to the laboratory device 2 via coupling connections, shown schematically in FIG. 8, with check valves provided on the device side and on the module side. A corresponding connection is also provided between the device module 1 and the temperature control medium supply 28.
  • the functional part 3 is shown that, together with the module housing 5, forms the device module 1.
  • the functional part 3 comprises the temperature control medium connection 8, the line connections 9, 14, the internal line routing and the actuator 19.
  • the actuator 19 is held on a perforated plate 34 which is firmly connected to the panel 6.
  • the perforated plate 34 can be moved via the diaphragm 6 After loosening the knurled nuts 7, remove them together with the components attached to the cover 6 and the perforated plate 34 from the housing part 5.
  • the perforated plate 34 of the functional part 3 is located below a recess 35 of a base plate 36 of the module housing 5. Via the recess 35 and the perforated plate 34, condensation water, which occurs in the laboratory device 2 during cooling, can be drip down through the device module 1 and enter a condensate drawer 37 (FIG. 3) on the underside of the device module 1, via which condensation water can be discharged.
  • the drawer 37 is held displaceably on a lower cover plate 39 of the housing part 5, it being understood that the lower cover plate 39 also has recesses for condensation water to pass through.
  • the cover plate 36 of the module housing 5 has projections 38 in order to be able to place the laboratory device 2 on the device module 1 from above in a certain defined position.
  • FIG. 7 the state is shown when the laboratory device 2 stands on the device module 1 from above.
  • the housing shape of the module housing 5 is adapted to the housing shape of the device housing of the laboratory device 2, so that in the connected state of the arrangement formed from the device module 1 and the laboratory device 2, the device module 1 is perceived as an integral part of the overall housing arrangement will.
  • the device module 1 and the laboratory device 2 have, in a view from above, an essentially matching contour line with essentially aligned side surfaces.

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Gerätemodul (1) für ein Laborgerät (2). Erfindungsgemäß weist das Gerätemodul (1) wenigstens einen Temperiermittelanschluss (8) zum bedarfsweisen Anschluss des Gerätemoduls (1) an einen Temperiermittelvorrat (28) eines insbesondere flüssigen oder gasförmigen Temperiermittels, wenigstens einen Leitungsanschluss (9) zum bedarfsweisen Anschluss an wenigstens eine Zuleitung (10) des Laborgeräts (2) für das Temperiermittel und wenigstens ein Stellglied (19) eines Steuerprozesses und/oder Regelkreises zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Temperatur im Laborgerät (2) auf.

Description

Gerätemodul für ein Laborgerät und Verfahren zur Temperierung eines Laborgerätes
Die Erfindung betrifft ein Gerätemodul für ein Laborgerät, insbesondere für ein Zer- kleinerungsgerät für die Materialzerkleinerung, weiter insbesondere für eine Labormühle, wie eine Kugelmühle, und/oder für ein Zuführgerät zum Zuführen, Dosieren und/oder Fördern von Probematerialien und/oder zur Beschickung von Zerkleinerungsgeräten, wie Labormühlen, von Probenteilern oder von Partikelmessgeräten. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperie- rung, insbesondere Kühlung, eines Laborgerätes, insbesondere während des Betriebs des Laborgerätes, weiter insbesondere zur Temperierung einer Labormühle, wie einer Kugelmühle, und/oder zur Temperierung eines Zuführgerätes, wobei das Zuführgerät ausgebildet ist zum Zuführen, Dosieren und/oder Fördern von Probenmaterialien und/oder zur Beschickung von Zerkleinerungsgeräten, wie La- bormühlen, von Probenteilern oder von Partikelmessgeräten, insbesondere unter Verwendung eines Gerätemoduls der eingangs genannten Art.
Bei Schwingmühlen für den Laborbetrieb ist es bekannt, zur effizienten Zerkleinerung von insbesondere spröden Materialien eine zusätzliche Versprödung des zu zerkleinernden Materials durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff herbeizuführen. Die Kühlung erfolgt bei bekannten Verfahren beispielsweise durch Eintauchen des Mahlbechers in flüssigen Stickstoff, mit dem eine Mahlbecherhalterung geflutet wird. Flierzu muss der flüssige Stickstoff kontinuierlich der Mahlbecherhalterung zugeführt und von dieser weggeführt werden. In diesem Zusammenhang ist es be- kannt, die Versorgung mit dem flüssigen oder gasförmigen Medium, beispielsweise Stickstoff, mittels entsprechend angeordneter flexibler Schläuche durchzuführen. Hierbei werden die Schläuche direkt an der Mahlbecherhalterung befestigt, wobei dann eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Mahlbecherhalterung und dem eingesetzten Mahlbecher besteht.
Neben der Stickstoffanwendung nutzen andere Anwendungen das kurzfristige lokale Freisetzen größerer Energiemengen beim Mahlvorgang zur Einleitung chemischer Reaktionen. Je nach den eintretenden Reaktionen muss der Mahlbecher unter Umständen gekühlt oder beheizt werden. Auch dies erfordert dessen kontinuier- liehe Versorgung mit einem Medium zur Temperierung des Reaktionsraums. Aus der EP 2 391 454 B1 ist eine Labormühle mit Drehdurchführungen für die mit einem Medium zu versorgenden Mahlbecher bekannt. Hier ist es vorgesehen, dass an jedem Mahlbecher zwei Temperierleitungen zur Zufuhr und zur Abfuhr des Mediums angeschlossen und beide Temperierleitungen über die Drehdurchführung geführt sind, wobei an dem stationären Teil der Drehdurchführung zwei externe Anschlüsse für die ortsfesten Temperierleitungen der Labormühle und an dem beweglichen Teil der Drehdurchführung zwei interne Anschlüsse für die zum Mahlbecher führenden Temperierleitungen ausgebildet sind. Gemäß der aus der EP 2 391 454 B1 bekannten Labormühle wird flüssiger Stickstoff über eine Stickstoffleitung und ein Schaltventil sowie über einen Anschluss in die Drehdurchführung geleitet und verlässt die Drehdurchführung über eine an dem Anschluss angeschlossene Zuleitung. Der Stickstoffstrom wird dann zur Mahlbecherhalterung und von dort wieder zurück zum beweglichen Teil der Drehdurchfüh- rung geführt und gelangt schließlich über den stationären Teil der Drehdurchführung und eine daran angeschlossene Rückleitung in ein Auffanggefäß. Sobald ein am Auffanggefäß angeordneter Sensor mit flüssigem Stickstoff in Berührung kommt, wird das Schaltventil geschlossen. Nachdem soviel Stickstoff verdampft ist, dass der Sensor nicht mehr mit Stickstoff benetzt ist, wird das Schaltventil wieder geöffnet. Damit wird zu jedem Zeitpunkt eines Mahlvorgangs die Versorgung mit flüssigem Stickstoff gewährleistet.
Zur Kühlung der bekannten Labormühle wird die Mahlbecherhalterung mit Stickstoff geflutet und der darin befindliche Mahlbecher mit flüssigem Stickstoff umspült. Es kommt folglich zu einem direkten Kontakt zwischen dem Temperiermedium und dem Mahlbecher. Zudem wird der Mahlbecher durch die Flutung in flüssigem Stickstoff stets maximal gekühlt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerätemodul für ein Laborgerät und ein Verfahren zur Temperierung, insbesondere Kühlung, eines Laborgerätes zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacher Weise bei hoher Benutzerfreundlichkeit eine bedarfsabhängige Temperierung, insbesondere die Kühlung, von Laborgeräten ermöglichen. Die Temperierung soll derart erfolgen, dass die bei einer Kühlung eines Bauteils des Laborgerätes und/oder einer in dem Laborgerät behan- delten Materialprobe abgeführte Wärmeenergie und/oder die bei einer Erwärmung des Bauteils und/oder der Materialprobe zugeführte Wärmeenergie in einem größtmöglichen Umfang an den tatsächlichen Bedarf angepasst ist. Die vorgenannten Aufgaben werden durch ein Gerätemodul mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran- Sprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Gerätemodul für ein Laborgerät vorgeschlagen, das wenigstens einen Temperiermittelanschluss zum bedarfsweisen Anschluss des Gerätemoduls an einen Temperiermittelvorrat eines insbesondere flüssigen Temperier- mittels, insbesondere zum Anschluss an einen Stickstofftank oder eine Stickstoffleitung, wenigstens einen Leitungsanschluss zum bedarfsweisen Anschluss des Gerätemoduls an eine Zuleitung des Laborgeräts für das Temperiermittel und wenigstens ein Stellglied eines Steuer- und/oder Regelkreises zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Temperatur im Laborgerät aufweist.
Das Gerätemodul ermöglicht es, einem Laborgerät ein insbesondere flüssiges Temperiermittel, weiter insbesondere flüssigen Stickstoff, aus dem Temperiermittelvorrat über den Temperiermittelanschluss, wenigstens eine Vorlaufleitung des Gerätemoduls und den wenigstens einen Leitungsanschluss für die Temperierung des Laborgerätes zuzuleiten. Mit dem Stellglied als Teil eines Steuer- und/oder Regelkreises lässt sich vorzugsweise der Volumenstrom des über das Gerätemodul dem Laborgerät zugeleiteten Temperiermittels verändern, wobei beispielsweise ein höherer Volumenstrom eines Kühlmittels zu einer stärkeren Kühlung in dem Laborgerät und damit zu einer Absenkung von wenigstens einer in dem Laborgerät gemessenen Temperatur führt. Die Messtemperatur des Laborgerätes wird dabei als Istwert bei der Temperatursteuerung und/oder -regelung entsprechend berücksichtigt.
Als Stellglied kann ein Magnetventil vorgesehen sein. Weiter vorzugsweise kann das Stellglied zur getakteten Einspeisung bzw. Zufuhr des Temperiermittels zum Laborgerät ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend besteht aber auch die Möglichkeit, dass das Stellglied ausgebildet ist zur Veränderung der Temperatur des Temperiermittels, was beispielsweise durch Mischen von wenigstens zwei Temperiermittelströmen mit unterschiedlichen Temperaturen erfolgen kann.
Das Gerätemodul ist ein austauschbares, komplexes Element und bildet eine an das Laborgerät bedarfsweise anschließbare separate Funktionseinheit, die jeden- falls die Funktionen des Temperiermitteltransports von dem Temperiermittelvorrat über das Gerätemodul an das Laborgerät und die Veränderung des Temperiermittelvolumenstroms und/oder der Temperiermitteltemperatur über das wenigstens eine Stellglied als Teil eines Steuer- und/oder Regelungsprozesses unterstützt bzw. ausführt. Das Gerätemodul stellt eine integrale Baueinheit dar. Das erfindungsgemäße Gerätemodul lässt sich bedarfsweise, d.h. in Abhängigkeit von der Anforderung, das Laborgerät zu kühlen oder zu erwärmen, mit dem Laborgerät verbinden, wobei die Verbindung über die Anschlüsse des Gerätemoduls an das Laborgerät einerseits und den Temperiermittelvorrat andererseits erfolgt. Die Gerätefunktionen des Laborgerätes sind hierbei unabhängig von den Funktionen des Gerätemoduls abrufbar bzw. ausführbar, wobei das Gerätemodul lediglich dann, wenn das Laborgerät temperiert werden soll, mit dem Laborgerät körperlich verbunden sein kann. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass das Gerätemodul und das Laborgerät dauerhaft körperlich verbunden sind, wobei dann die Temperierfunktionen des Ge- rätemoduls, d.h. die Weiterleitung des Temperiermittels zum Laborgerät und/oder Veränderung des Temperiermittelvolumenstroms und/oder der Temperiermitteltemperatur, nur dann ausgeführt werden, wenn eine Temperierung des Laborgerätes erforderlich ist. Durch den modularen Aufbau des Gerätemoduls mit vorzugsweise genormten Anschlüssen besteht die Möglichkeit, dasselbe Gerätemodul für die Temperierung von unterschiedlichen Laborgeräten einzusetzen und zu diesem Zweck bedarfsweise mit einem Laborgerät fluidisch für den Temperiermitteltransport, mechanisch zur Ausbildung einer körperlichen Verbindung und messtechnisch für die Messwert- Übertragung vom Laborgerät an das Gerätemodul zu verbinden.
Das erfindungsgemäße Gerätemodul unterscheidet sich somit von Laborgeräten, die bereits einen in das Gerätegehäuse integrierten ortsfesten Temperiermittelanschluss und ein Stellglied aufweisen. Erfindungsgemäß sind Schnittstellen in der Leitungsführung des Temperiermittels vom Temperiermittelvorrat zum Ort der Kühlung oder Erwärmung in dem Laborgerät vorgesehen, die es zulassen, das Gerätemodul als Baueinheit zerstörungsfrei bzw. bestimmungsgemäß vom Laborgerät zu trennen. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Gerätemodul bedarfsweise für eine Mehrzahl von gleich oder unterschiedlich ausgebildeten Laborgeräten gleich- ermaßen verwenden. Vorzugsweise weist das Gerätemodul ein Modulgehäuse auf, dass mit einem Gerätegehäuse des Laborgerätes lösbar verbindbar ist. Es kann eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Modulgehäuse und dem Gerätegehäuse vorgesehen sein.
Eine etwaige Stromversorgung des Gerätemoduls kann über eine elektrische Zuleitung über das Laborgerät erfolgen. Grundsätzlich kann das Gerätemodul aber auch eine separate Stromversorgung aufweisen. Besonders bevorzugt weist das Gerätemodul eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Erzeugung einer Steuergröße für das Stellglied auf. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung kann eine zu diesem Zweck entsprechend ausgebildete elektronische Schaltung umfassen. Vorzugsweise ist eine Regelungseinrichtung vorgesehen, die eine Regelabweichung zwischen wenigstens einer Mess- temperatur im Laborgerät und einem vorgegebenen Sollwert ermittelt und auf der Grundlage der Regelabweichung dann die Steuergröße für das Stellglied generiert. Damit wird in einfacher Weise eine exakte und bedarfsabhängige Temperierung des Laborgerätes in Abhängigkeit von den tatsächlichen Temperaturen im Laborgerät ermöglicht. Die Logik des Steuerprozesses bzw. des Regelkreises ist in das Gerätemodul integriert, so dass sich das Gerätemodul bedarfsweise zur Temperierung unterschiedlicher Laborgeräte einsetzen lässt. Der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung können unterschiedliche Steuer- und/oder Regelungsprogramme hinterlegt sein, um die Temperatursteuerung und/oder -regelung bei unterschiedlichen Laborgeräten zu ermöglichen.
Für die Messdatenübertragung, insbesondere zur Übertragung von Temperaturmessdaten, zwischen dem Laborgerät und dem Gerätemodul kann das Gerätemodul wenigstens eine Kommunikations- bzw. Datenschnittstelle autweisen. Vorzugsweise wird von einer Regelungseinrichtung des Gerätemoduls eine Regelab- weichung zwischen einer Messtemperatur des Laborgeräts und einem in der Regelungseinrichtung hinterlegten Temperatur-Sollwert bestimmt. Bei einer Kugelmühle beispielsweise, insbesondere bei einer Schwingmühle, kann vorgesehen sein, die Temperatur eines Mahlgefäßes und/oder einer Mahlgefäßhalterung und/oder die Temperatur im Inneren des Mahlgefäßes bzw. im Inneren eines Mahlraums der Kugelmühle zu messen und diesen Temperaturmesswert an die Regelungseinrichtung des Gerätemoduls zu übertragen. Auf der Grundlage des Messwerts wird dann die Regelabweichung von dem Gerätemodul ermittelt und das Gerätemodul erzeugt gegebenenfalls eine Steuergröße, um das Stellglied zur Veränderung des Temperiermittelvolumenstroms und/oder der Temperiermitteltemperatur entsprechend zu verstellen und damit die Regelabweichung zu beseitigen oder zumindest zu verringern. Durch die örtliche Nähe der Temperaturmessung zum Mahlgefäß und/oder Mahlraum wird eine geringere Regelträgheit mit einer höheren Präzision und Geschwindigkeit der Regelung erreicht.
Alternativ oder ergänzend kann aber auch vorgesehen sein, im Rahmen der Temperatursteuerung und/oder -regelung die Temperiermitteltemperatur in wenigstens einer Temperiermittelleitung des Kühlgerätes und/oder die Raum- bzw. Umgebungstemperatur zu messen und bei der Steuerung oder Regelung zu berücksichtigen.
Das Gerätemodul kann wenigstens einen weiteren Leitungsanschluss zum AnSchluss an eine Ableitung des Laborgeräts für das Temperiermittel aufweisen, wobei Temperiermittel aus dem Laborgerät und dem weiteren Leitungsanschluss und wenigstens eine Rücklaufleitung des Gerätemoduls in die Umgebung und/oder einen Sammelbehälter ableitbar und/oder in den Temperiermittelvorrat rückführbar ist. Wird als Temperiermittel flüssiger Stickstoff eingesetzt, kann die Rücklauflei- tung des Gerätemoduls in ein Entspannungsrohr münden, in dem es zu einer Verdampfung des Stickstoffs und zu einer Abgabe des Stickstoffs in die Umgebung kommt.
Das Gerätemodul kann darüber hinaus wenigstens eine Messeinrichtung zur Er- fassung eines Messwerts des Temperiermittels, insbesondere zur Temperaturmessung, aufweisen. Es können mehrere Temperatursensoren vorgesehen sein, um eine Fehlererkennung, insbesondere zur Erkennung von im Laborgerät auftretenden Temperiermittelleckagen, zu ermöglichen. Handelt es sich bei dem Laborgerät beispielsweise um eine Labormühle mit mehreren Mahlgefäßen, kann jedes Mahl- gefäß über eine Ableitung und einen weiteren Anschluss des Gerätemoduls mit einer Rücklaufleitung im Gerätemodul verbunden sein. Durch die Temperaturmessung in mehreren Rücklaufleitungen des Temperiermittels und den Vergleich der Messtemperaturen lässt sich bei stärkerer Abweichung der Messtemperaturen voneinander auf Leckagen im Laborgerät schließen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, den Füllstand und/oder den Volumenstrom des Temperiermittels im Gerätemodul mittels geeigneter Sensoren zu messen. Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gerätemodul ein Modulgehäuse und ein lösbar mit dem Modulgehäuse verbindbares Funktionsteil aufweist, wobei das Funktionsteil als Träger für den Temperiermittelanschluss, den Leitungsanschluss und das Stellglied dient. Es können mehrere Leitungsanschlüsse vorgesehen sein, die alle an dem Funktionsteil gehalten sind. Dies ermöglicht es, das Funktionsteil als unabhängige Funktionseinheit von dem Modulgehäuse zu trennen bzw. auszubauen und mit einem anderen Modulgehäuse zu verbinden und zusammen mit dem anderen Modulgehäuse einzusetzen. Weitere Bauteile des Funktionsteils, die an dem Funktionsteil gehalten sind, können we- nigstens eine Vorlaufleitung und wenigstens eine Rücklaufleitung zur Leitungsführung des Temperiermittels zwischen den Anschlussstellen des Funktionsteils sein. Mehrere Leitungsabschnitte können an dem Funktionsteil gehalten und zusammengeführt sein bzw. in eine Sammelleitung münden. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung bzw. die Elektronik der Steuerung und/oder Regelung kann vorzugsweise an dem Modulgehäuse gehalten sein. Das Modulgehäuse ist vorzugsweise ausgelegt für einen bestimmten Laborgerätetyp, was die Geometrie und die Dimensionierung des Modulgehäuses betreffen kann, so dass es zweckmäßig ist, die Geräteintelligenz des Gerätemoduls bzw. die Elekt- ronik des Steuerprozesses und/oder des Regelkreises dem Modulgehäuse zuzuordnen.
Die Gehäuseform des Modulgehäuses kann an die Gehäuseform eines Gerätegehäuses des Laborgerätes angepasst sein. Vorzugsweise ist eine Anpassung der Gehäuse derart vorgesehen, dass das Modulgehäuse im an das Laborgerät angeschlossenen Zustand des Gerätemoduls als integraler Bestandteil der Gesamtgehäuseanordnung gebildet aus dem Gerätegehäuse und dem Modulgehäuse wahrgenommen wird. Eine Anpassung kann auch im Hinblick auf die Dimensionierung und/oder äußere Erscheinungsform des Modulgehäuses und eines mit dem Gerä- temodul verbindbaren Laborgerätes vorgesehen sein.
Es besteht die Möglichkeit, das Funktionsteil vom Modulgehäuse baulich zu trennen bzw. das Funktionsteil aus einem Modulgehäuse auszubauen und in ein anderes Modulgehäuse einzubauen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft damit auch ein System mit wenigstens einem Funktionsteil und mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Modulgehäusen, wobei die Modulgehäuse angepasst sind an die Form und/oder Dimensionierung und/oder äußere Erscheinungsform bzw. das De- sign der Gerätegehäuse von unterschiedlichen Laborgeräten und wobei das Funktionsteil bedarfsweise mit jedem Modulgehäuse zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Gerätemoduls verbindbar ist. Beispielsweise können wenigstens eine Außenwandung des Modulgehäuses und eine Gehäusewandung des Gerätegehäuses des Laborgeräts ausgefluchtet sein und/oder in wenigstens einer Raumrichtung nur geringfügig, d.h. weniger als 5 cm, vorzugsweise weniger als 3 cm, besonders bevorzugt weniger als 1 cm, seitlich relativ zueinander überstehen. Das Gerätegehäuse des Laborgerätes und das Mo- dulgehäuse können im Wesentlichen gleiche Konturlinien in einer Ansicht von oben und/oder in einer Ansicht von wenigstens einer Seite der Anordnung aus Laborgerät und Gerätemodul aufweisen.
Eine bevorzugte Ausführungsform, bei der das Gerätemodul als integraler Bestand- teil des Laborgerätes wahrgenommen wird, kann vorsehen, dass das Laborgerät auf das Gerätemodul aufstellbar ist. Vorzugsweise kann das Laborgerät über Rast- und/oder Haltevorsprünge an der Oberseite des Gerätemoduls auf das Gerätemodul aufstellbar sein, so dass sichergestellt ist, dass das Laborgerät nur in einer bestimmten Ausrichtung relativ zum Gerätemodul auf das Gerätemodul aufstellbar ist und das Laborgerät in horizontaler Richtung nicht relativ zum Gerätemodul verschoben werden kann. Weiter vorzugsweise sind das Laborgerät und das Gerätemodul im miteinander verbundenen Zustand, also in einem Zustand, wenn die flu- idischen Anschlüsse des Laborgerätes und des Gerätemoduls zur Leitung des Temperiermediums strömungstechnisch verbunden sind, nicht kraftschlüssig mitei- nander verbunden. Insbesondere kann eine zusätzliche Schraubverbindung zwischen dem Laborgerät und dem Gerätemodul entbehrlich sein. Grundsätzlich ist aber auch eine Verschraubung des Modulgehäuses mit dem Gerätegehäuse nicht ausgeschlossen. Das Funktionsteil kann vorzugsweise horizontal und vorzugsweise von hinten auf einer Rückseite des Gerätemoduls in das Modulgehäuse des Gerätemoduls ersetzbar und/oder einschiebbar sein. Die Rückseite des Gerätemoduls entspricht dabei der Rückseite des Laborgerätes im verbundenen Zustand von Gerätemodul und Laborgerät.
Über das Gerätemodul kann ein Kondesatablauf vom Laborgerät erfolgen. An der Unterseite des Gerätemoduls kann ein Kondensatsammler vorgesehen sein. Ein Kondensatablauf von oben kann durch das Funktionsteil hindurch nach unten möglich sein. Zu diesem Zweck kann das Gerätemodul eine gelochte Abtropffläche für Kondensatwasser des Laborgerätes aufweisen, die insbesondere ein Bauteil des Funktionsteils sein kann. Unterhalb des Funktionsteils kann ein vorzugsweise als herausziehbare Schublade ausgebildeter Kondensatsammler für über die Abtropffläche und das Funktionsteil hindurch abtropfendes Kondensat des Laborgerätes vorgesehen sein. Dies ermöglicht es in einfacher Weise, Kondensat aufzufangen und abzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperierung, insbesondere Kühlung, eines Laborgerätes, weiter insbesondere einer Kugelmühle, wie Schwingmühle, sieht erstmals im Stand der Technik eine Temperierung des Laborgerätes in einem geschlossenen Regelkreis vor, insbesondere unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Gerätemoduls, wobei wenigstens eine Temperatur in dem Laborgerät ge- messen und der Temperaturmesswert als Regelgröße bzw. als Istwert an eine Regelungseinrichtung, insbesondere eine Regelungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Gerätemoduls, übertragen wird. Die Regelungseinrichtung ermittelt dann eine Sollwert-Istwert-Abweichung bzw. Regelabweichung, die die Eingangsgröße eines Prozessreglers ist, der eine Steuergröße für ein Stellglied berechnet. Bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gerätemodul kann als Stellglied beispielsweise ein Magnetventil vorgesehen sein, um den Volumenstrom des Temperiermittels in Abhängigkeit von der Regelabweichung vorzugsweise getaktet zu verändern. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Temperatur des Temperiermittels in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu verändern, beispielsweise, indem unterschiedlich kalte Temperiermittelströme miteinander vermischt werden. Die Temperaturregelung ist beispielsweise mittels eines PID-Reglers möglich.
Soll beispielsweise die Temperatur einer Labormühle überwacht und geregelt werden, insbesondere einer Laborkugelmühle, wie einer Laborschwingmühle, so kann eine Temperaturmessung an einer Mahlbecherhalterung und/oder an einem Mahlbecher der Mühle und/oder eine Temperaturmessung im Mahlraum des Mahlbechers vorgesehen sein. Wenigstens ein Temperatursensor kann in unmittelbarer Nähe zum Mahlgefäß angeordnet sein, um die Temperaturüberwachung des Mahlgefäßes zu ermöglichen. Wird ein Temperatursensor im Mahlraum angebracht, ist eine Temperaturüberwachung der Mahlprobe realisierbar. Die Regelung durch die örtliche Nähe der Temperatursensoren zum Mahlgefäß und/oder zur Mahlprobe führt zu einer geringeren Regelträgheit bei der Regelung, so dass die Präzision und Geschwindigkeit der Regelung hoch sind.
Sollen die Temperaturen von mehreren Mahlbechern und/oder Mahlproben unab- hängig voneinander geregelt werden, ist dies durch mehrere Temperatursensoren an und/oder in den Mahlbechern möglich, wobei die Temperaturmesswerte an das Gerätemodul übertragen werden. Die Regelung der Temperaturen in und/oder an den Mahlbechern kann unabhängig voneinander erfolgen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gerätemoduls in einer Ansicht schräg von vorne,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Gerätemoduls aus Fig. 1 in einer Ansicht schräg von hinten,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Gerätemoduls von unten,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Funktionsteils des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Gerätemoduls in einer Ansicht schräg von oben, Fig. 5 das in Fig. 4 gezeigte Funktionsteil in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten,
Fig. 6 das in Fig. 4 gezeigte Funktionsteil in einer perspektivischen Ansicht von unten mit Blickrichtung auf die Innenseite einer Blende des Funktionsteils,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Aufstellung eines Laborgerätes auf das in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Gerätemodul schräg von hinten und
Fig. 8 ein schematisches Verfahrensfließbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Temperierung von Mahlbechern in einer Labormühle. In den Figuren 1 bis 3 ist perspektivisch ein Gerätemodul 1 für ein Laborgerät 2 gezeigt, wobei es sich bei dem Laborgerät 2 exemplarisch um eine Labormühle, insbesondere eine Laborschwingmühle, handeln kann. Grundsätzlich ist aber auch eine Ausgestaltung des Gerätemoduls 1 angepasst an andere Laborgeräte ohne Weiteres möglich. Die Ausgestaltung des Gerätemoduls 1 als Labormühle ist daher nachfolgend rein exemplarisch zu verstehen.
Das Gerätemodul 1 weist ein in den Figuren 4 bis 6 gezeigtes Funktionsteil 3 auf, dass über die Rückseite 4 (Fig. 2) des Gerätemoduls 1 in ein Modulgehäuse 5 des Gerätemoduls 1 eingebaut ist. Zur Befestigung des Funktionsteils 3 mit dem Modulgehäuse 5 weist das Funktionsteil 3 eine Blende 6 auf, die auf der Rückseite 4 des Gerätemoduls 1 mit dem Modulgehäuse 5 über Rändelmuttern 7 verschraubt ist. Wie sich insbesondere aus den Figuren 2 und 5 ergibt, weist das Funktionsteil 3 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Temperiermittelanschluss 8 zum Anschluss des Gerätemoduls 1 an einen in Fig. 8 schematisch gezeigten Temperiermittelvorrat 28 auf. Bei dem Temperiermittelvorrat 28 kann es sich um einen Druckbehälter mit flüssigem Stickstoff handeln. Der Anschluss kann über an sich aus dem Stand der Technik bekannte und vorzugsweise genormte Schlauchverbinder, Rückschlagventile und Schlauchstücke erfolgen.
Darüber hinaus sind an dem Funktionsteil 3 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Leitungsanschlüsse 9 zum bedarfsweisen Anschluss an zwei Zuleitun- gen 10 (in Fig. 7 schematisch gezeigt) des Laborgerätes 2 vorgesehen. Mit den Leitungsanschlüssen 9 ist es möglich, ein insbesondere flüssiges Temperiermittel aus dem Temperiermittelvorrat 28 über den Temperiermittelanschluss 8, eine Vorlaufleitung 11 , die bei der gezeigten Ausführungsform über ein Y-Stück 40 in zwei weitere Vorlaufleitungen 12, 13 übergeht, und die Leitungsanschlüsse 9 dem La- borgerät 1 über die Zuleitungen 10 zuzuleiten. Der Anschluss kann wiederum über an sich aus dem Stand der Technik bekannte und vorzugsweise genormte Schlauchverbinder, Rückschlagventile und Schlauchstücke erfolgen.
Darüber hinaus sind an dem Funktionsteil 3 zwei weitere Leitungsanschlüsse 14 zum Anschluss an Ableitungen 15 des Laborgeräts 2 für Temperiermittel vorgesehen, so dass Temperiermittel aus dem Laborgerät 2 ableitbar und über die weiteren Leitungsanschlüsse 14 und zwei Rücklaufleitungen 16 des Gerätemoduls 1 der Umgebung zuführbar ist. Hierzu münden die beiden Rücklaufleitungen 16 in einem Sammelraum 17 mit vergrößerter Querschnittsfläche, der zur Aufnahme eines Anschlussstücks 18 für ein nicht gezeigtes Abgasrohr vorgesehen ist. Über das Abgasrohr kann flüssiger Stickstoff, der von dem Laborgerät 2 über das Gerätemodul 1 abgeleitet wird, in die Umgebung verdampfen.
Wie sich aus Fig. 5 ergibt, weist das Funktionsteil darüber hinaus ein bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Magnetventil ausgebildetes Stellglied 19 auf. Mit dem Stellglied 19 ist es möglich, den Temperiermittelstrom, der aus dem Tempe- riermittelvorrat 28 über den Temperiermittelanschluss 8 und die erste Vorlaufleitung 11 geführt wird, zu verändern. Das Stellglied 19 ist Bestandteil eines Regelkreises zur Regelung einer Temperatur im Laborgerät 2, insbesondere einer Temperatur an und/oder in einem Mahlbecher 22 (Fig. 8) des Laborgerätes 2. Mit dem Stellglied 19 lässt sich der Volumenstrom des über das Gerätemodul 1 in das Laborge- rät 2 geförderten Temperiermediums verändern, wobei das Stellglied 19 Teil eines geschlossenen Regelkreises zur Regelung einer Temperatur im Laborgerät 2 ist. In Fig. 8 dargestellt ist, dass hierzu wenigstens ein Temperatursensor 21 in unmittelbarer Nähe zu einem Mahlbecher 22 des Laborgerätes 2 angeordnet ist, der die Temperaturüberwachung des Mahlbechers 22 ermöglicht. Der Temperatursensor 21 kann in einem Bauteil einer Mahlbecherhalterung und/oder in einem Mahlraum des Mahlbechers 22 angeordnet sein und so die Temperaturüberwachung des Mahlbechers 22 und/oder die Temperaturüberwachung einer Mahlprobe zulassen. Die ermittelte Temperatur wird dann als Eingabe für einen Prozessregler herangezogen, wobei die Messtemperatur einen Istwert darstellt und wobei eine Elektroni- keinheit 20 mit einer entsprechend ausgebildeten elektronischen Schaltung in dem Gerätemodul 1 die Logik des Regelkreises bildet. Die Elektronikeinheit 20 ermittelt eine Regelabweichung zwischen einer im Laborgerät gemessenen Temperatur und einem vorgegebenen hinterlegten Sollwert und erzeugt in Abhängigkeit von der Regelabweichung einer Steuergröße für das Stellglied 19. Der Regler bzw. die Elektronikeinheit 20 berechnen auf Grundlage einer Übertragungsfunktion die Steuergröße, die das Stellglied 19, im vorliegenden Fall das Magnetventil, antreibt und in Abhängigkeit von der mit den Temperatursensoren 21 gemessenen Temperatur eine vorzugsweise getaktete Einspeisung bzw. Zufuhr von Temperiermittel zum Laborgerät 2 über die weiteren Vorlaufleitungen 12, 13 und die Leitungsan- Schlüsse 9. Fig. 8 zeigt schematisch den Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Temperierung eines Laborgerätes 2 am Beispiel einer Laborschwingmühle mit zwei Mahlbechern 22. Hierbei sind zwei Temperatursensoren 21 vorgesehen, um die Temperatur an zwei plattenförmigen Wärmeübertragungselementen 23 zu messen, wobei jedes Wärmeübertragungselement 23 Teil einer Mahlbecherhalterung für einen Mahlbecher 22 ist. Das Temperiermedium wird hierbei über Zuleitungen 10, Drehdurchführungen 24 und ersten Temperierleitungen 25 den Wärmeübertragungselementen 23 der beiden Mahlbecher 22 zugeführt und über weitere Temperierleitungen 26 von den Wärmeübertragungselementen 23 über die Drehdurchführungen 24 Ablei- tungen 15 zugeleitet, die über weitere Leitungsanschlüsse 14 mit dem Gerätemodul 1 verbunden sind.
In Fig. 8 ist ebenfalls dargestellt, dass die Leitungsanschlüsse 14 mit den Rücklaufleitungen 16 verbunden sind, über die das aus dem Laborgerät 2 zurückgeführte Temperiermittel gegebenenfalls über eine Drossel 27 einen Abgasrohr 18a zugeführt wird. Bei dem Temperiermittel kann es sich um flüssigen Stickstoff aus einem Temperiermittelvorrat 28, beispielsweise einem Stickstofftank, handeln, so dass es im Abgasrohr 18a zum Verdampfen des Stickstoffs und zu einem Übergang des Stickstoffs in die Umgebung kommt.
Die Rücklaufleitungen 16 müssen nicht zwingend zusammengeführt werden, sondern können auch separat ins Abgasrohr 18a geführt sein.
Weiter ergibt sich aus Fig. 8, dass ein weiterer Temperatursensor 29 im Laborgerät 2 vorgesehen sein kann, um die Umgebungstemperatur zu messen und als Störgröße bei der Temperaturregelung zu berücksichtigen.
Das Gerätemodul 1 kann darüber hinaus weitere Temperatursensoren 30 aufweisen, um die Vorlauftemperatur des Temperiermediums in der Vorlaufleitung 11 und/oder die Rücklauftemperaturen des Temperiermediums in den Rücklaufleitungen 16 zu ermitteln. Aus einem Vergleich der Temperaturmesswerte können Rückschlüsse darauf gezogen werden, ob es zu einem Leckageverlust des Temperiermittels kommt. Die weiteren Temperatursensoren 30 dienen zur Fehlererkennung. Die Messwerte der Temperatursensoren 30 können auch bei der Temperaturrege- lung berücksichtigt werden. Die Regelung weist durch die örtliche Nähe der Temperatursensoren 21 im Laborgerät 2 zu den Mahlbechern 22 eine geringe Regelträgheit auf, so dass eine hohe Präzision und hohe Geschwindigkeit der Regelung erreicht wird. Im Übrigen können die Temperaturen an und/oder in den Mahlbechern 22 unabhängig voneinan- der geregelt werden.
Das Gerätemodul 1 kann für eine Mehrzahl von Laborgeräten 2 eingesetzt werden und ermöglicht die Regelung einer Gerätetemperatur im Inneren des Laborgerätes 2 vorliegend durch den getakteten Zufluss vom flüssigen Stickstoff als Temperier- medium. Die Regelung der Gerätetemperatur kann auch durch einen proportional gesteuerten Zufluss von flüssigem Stickstoff ermöglicht sein.
Für die Regelung wird die Temperatur externer Temperatursensoren 21 (Fig. 8) als Eingabegröße für ein Prozessregler genutzt, wobei sich das Gerätemodul 1 einset- zen lässt, um beispielsweise bei einer Labormühle einzelne oder auch mehrere Mahlbecher 22 zu temperieren.
Das Gerätemodul 1 weist darüber hinaus an seiner Rückseite 4 einen Ein-Aus- Schalter 31 und eine Datenschnittstelle 32 zur Messdatenübertragung zwischen dem Laborgerät 2 und dem Gerätemodul 1 , insbesondere zur Übertragung von Temperaturmessdaten auf. Die Schnittstelle 32 ist mit der Elektronikeinheit 20 verbunden. Über eine Netzteil-Steckbuchse 33 ist eine Stromversorgung möglich.
Schließlich ist eine Statusanzeige 41 vorgesehen, um den Betriebsstatus des Ge- rätemoduls 2 farblich anzuzeigen. Bei der Statusanzeige 41 kann es sich um einen Lichtleiter mit darunter liegender LED handeln.
Der Anschluss des Gerätemoduls 1 an das Laborgerät 2 erfolgt über in Fig. 8 schematisch gezeigte Kupplungsanschlüsse mit geräteseitig und modulseitig vor- gesehenen Rückschlagventilen. Ein entsprechender Anschluss ist auch zwischen dem Gerätemodul 1 und dem Temperiermittelvorrat 28 vorgesehen.
In den Figuren 4 bis 6 ist das Funktionsteil 3 gezeigt, dass zusammen mit dem Modulgehäuse 5 das Gerätemodul 1 bildet. Das Funktionsteil 3 umfasst den Temperiermittelanschluss 8, die Leitungsanschlüsse 9, 14, die interne Leitungsführung und das Stellglied 19. Das Stellglied 19 ist an einer Lochplatte 34 gehalten, die mit der Blende 6 fest verbunden ist. Über die Blende 6 lässt sich die Lochplatte 34 nach Lösen der Rändelmuttern 7 zusammen mit den an der Blende 6 und der Lochplatte 34 befestigten Bauteilen aus dem Gehäuseteil 5 entnehmen.
Im in Fig. 1 gezeigten Einbauzustand befindet sich die Lochplatte 34 des Funkti- onsteils 3 unterhalb von einer Aussparung 35 einer Grundplatte 36 des Modulgehäuses 5. Über die Aussparung 35 und die Lochplatte 34 kann Kondenswasser, was in dem Laborgerät 2 bei der Kühlung entsteht, durch das Gerätemodul 1 nach unten abtropfen und gelangt in eine Kondensat-Schublade 37 (Fig. 3) an der Unterseite des Gerätemoduls 1 , über die Kondenswasser abgeführt werden kann. Die Schublade 37 ist verschiebbar an einer unteren Abdeckplatte 39 des Gehäuseteils 5 gehalten, wobei es sich versteht, dass auch die untere Abdeckplatte 39 Aussparungen für den Durchtritt von Kondenswasser aufweist.
Auf der Oberseite weist die Abdeckplatte 36 des Modulgehäuses 5 Vorsprünge 38 auf, um das Laborgerät 2 von oben in einer bestimmten definierten Position auf das Gerätemodul 1 aufsetzen zu können. In Fig. 7 ist der Zustand gezeigt, wenn das Laborgerät 2 von oben auf dem Gerätemodul 1 aufsteht.
Wie sich weiter aus Fig. 7 ergibt, ist die Gehäuseform des Modulgehäuses 5 an die Gehäuseform des Gerätegehäuses des Laborgerätes 2 angepasst, so dass im verbundenen Zustand der Anordnung gebildet aus dem Gerätemodul 1 und dem Laborgerät 2 das Gerätemodul 1 als integraler Bestandteil der Gesamtgehäuseanordnung wahrgenommen wird. Insbesondere ist es so, dass das Gerätemodul 1 und das Laborgerät 2 in einer Ansicht von oben eine im Wesentlichen überein- stimmende Konturlinie mit im Wesentlichen ausgefluchteten Seitenflächen aufwei- sen.
Bezugszeichenliste:
1 Gerätemodul 21 Temperatursensor
2 Laborgerät 22 Mahlbecher 3 Funktionsteil 23 Wärmeübertragungselement
4 Rückseite 24 Drehdurchführung
5 Modulgehäuse 25 Temperierleitung
6 Blende 26 Temperierleitung
7 Mutter 27 Drossel 8 Temperiermittelanschluss 28 Temperiermittelvorrat
9 Leitungsanschluss 29 Temperatursensor
10 Zuleitung 30 Temperatursensor
11 Vorlaufleitung 31 Ein-Aus-Schalter
12 Vorlaufleitung 32 Datenschnittstelle 13 Vorlaufleitung 33 Steckbuchse
14 Leitungsanschluss 34 Lochplatte
15 Ableitung 35 Aussparung
16 Rücklaufleitung 36 Grundplatte
17 Sammelraum 37 Schublade 18 Anschlussstück 38 Vorsprung
18a Abgasrohr 39 Abdeckplatte
19 Stellglied 40 Y-Stück
20 Elektronikeinheit 41 Statusanzeige

Claims

Patentansprüche:
1. Gerätemodul (1) für ein Laborgerät (2), mit wenigstens einem Temperiermittelanschluss (8) zum bedarfsweisen Anschluss des Gerätemoduls (1) an einen Tem- periermittelvorrat (28) eines insbesondere flüssigen oder gasförmigen Temperiermittels, mit wenigstens einem Leitungsanschluss (9) zum bedarfsweisen Anschluss an wenigstens eine Zuleitung (10) des Laborgeräts (2) für das Temperiermittel und mit wenigstens einem Stellglied (19) eines Steuerprozesses und/oder Regelkreises zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Temperatur im Laborgerät (2).
2. Gerätemodul (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gerätemodul (1) eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Erzeugung einer Steuergröße für das Stellglied (19) aufweist.
3. Gerätemodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Datenschnittstelle (32) zur Messdatenübertragung zwischen dem Laborgerät (2) und dem Gerätemodul (1), insbesondere von Temperaturmessdaten, vorgesehen ist.
4. Gerätemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Leitungsanschluss (14) zum Anschluss an eine Ableitung (15) des Laborgeräts (2) für das Temperiermittel vorgesehen ist, wobei Temperiermittel aus dem Laborgerät (2) und dem weiteren Leitungsanschluss (14) und eine Rücklaufleitung (16) des Gerätemoduls (1) ableitbar ist.
5. Gerätemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerätemodul (1) wenigstens eine Messeinrichtung (21) zur Erfassung eines Messwerts des Temperiermittels aufweist.
6. Gerätemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modulgehäuse (5) und ein lösbar mit dem Modulgehäuse (5) verbindbares Funktionsteil (3) vorgesehen ist, wobei das Funktionsteil (3) den Temperiermittelanschluss (8), Leitungsanschlüsse (9, 14) und das Stellglied (19) aufweist.
7. Gerätemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborgerät (2) auf das Gerätemodul (1) aufstellbar ist.
8. Gerätemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Gehäuseform des Modulgehäuses (5) an die Gehäuseform eines Gerätegehäuses des Laborgerätes (2) angepasst ist.
9. Gerätemodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Funktionsteil (3) horizontal in das Modulgehäuse (5) des
Gerätemoduls (1) einsetzbar und/oder einschiebbar ist, insbesondere auf der Rückseite des Gerätemoduls (1).
10. System mit wenigstens einem Funktionsteil (3) und mit einer Mehrzahl von un- terschiedlichen Modulgehäusen (5), wobei die Modulgehäuse (5) angepasst sind an die Form und/oder Dimensionierung und/oder äußere Erscheinungsform der Gerätegehäuse von unterschiedlichen Laborgeräten (2) und wobei das Funktionsteil (3) bedarfsweise mit jedem Modulgehäuse (5) zur Ausbildung eines Gerätemoduls (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbindbar ist.
11. Verfahren zur Temperierung, insbesondere Kühlung, eines Laborgerätes (2), insbesondere während des Betriebs des Laborgerätes (2), weiter insbesondere zur Temperierung einer Labormühle, wie einer Kugelmühle, und/oder zur Temperierung eines Zuführgerätes, ausgebildet zum Zuführen, Dosieren und/oder Fördern von Probenmaterialien und/oder ausgebildet zur Beschickung von Zerkleinerungsgeräten, wie Labormühlen, von Probenteilern und von Partikelmessgeräten, wobei eine Temperierung des Laborgerätes (2) in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt, insbesondere unter Verwendung eines Gerätemoduls (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9.
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