DE10257414A1

DE10257414A1 - Dispenser mit elektromotorischem Antrieb

Info

Publication number: DE10257414A1
Application number: DE2002157414
Authority: DE
Inventors: Jürgen LENZ
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: DE10257414B4

Abstract

Dispenser mit elektromotorischem Antrieb mit Einrichtungen zum lösbaren Befestigen einer Spritze, mindestens einer Einrichtung mit einem Arbeitszylinder und einem darin verschieblichen Arbeitskolben zum Antreiben eines Spritzenkolbens der Spritze, mit dem Arbeitskolben verbundenen Kupplungseinrichtungen zum lösbaren Verbinden des Arbeitskolbens mit dem Spritzenkolben und mindestens einer von einem Elektromotor antreibbaren Pumpe für ein hydraulisches Medium, die mit mindestens einer Arbeitskammer des Arbeitszylinders verbunden ist, um den Arbeitskolben mittels des hydraulischen Mediums anzutreiben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dispenser mit elektromotorischem Antrieb.
Dispenser sind Dosiervorrichtungen, die eine einmal aufgezogene Flüssigkeitsmenge in einem einzigen Abgabeschritt oder in mehrfachen Abgabeschritten mit gleichen oder unterschiedlichen Dosiermengen abgeben können. Dispenser werden vielfach mit einer Spritze zum Aufnehmen und Abgeben von Flüssigkeit versehen. Spritzen aus Kunststoff sind nach Gebrauch gegen eine frische Spritze austauschbar. Handdispenser sind manuell handhabbare Dispenser. Bekannt sind manuell und elektromotorisch über Schraubengetriebe angetriebene Handdispenser. Ein manuell angetriebener Handdispenser bzw. „Repetierpipette" mit einem Zahnstangen-Klinken-Getriebe für einen schrittweisen Vorschub des Spritzenkolbens ist in der DE 29 26 691 C2 be schrieben. Vielfach sind Dispenser mit verschieden großen Spritzen für unterschiedliche Dosieraufgaben bestückbar (z.B. 0,1 bis 50 ml). Die Teilmengen sind z.B. im Bereich von 1 μl bis 50 ml einstellbar.
Verschieden große Spritzen haben unterschiedliche Reib- und Strömungswiderstände. Ein Antrieb für die Spritzenkolben sollte einerseits eine große Kraft ausbringen, um die Spritzenkolben der großen Spritzen anzutreiben. Andererseits sollte der Antrieb hohe Geschwindigkeiten erreichen können, um bei kleinen Spritzen eine Dosierung im Freistrahl und einen sauberen Tropfenabriß zu ermöglichen. Nur dann sind hinreichend reproduzierbare Dosierergebnisse erreichbar.
Bekannte elektromotorisch angetriebene Handdispenser werden bei vertretbarer Baugröße und bei Batterie- bzw. Akkubetrieb nur einer der Anforderungen gerecht. Meist bringen sie eine ausreichende Antriebskraft für große Spritzenkolben auf. Die Kolbengeschwindigkeit ist aber bei den kleinen Spritzen für eine Dosierung im Freistrahl zu langsam. Hierdurch ist der Einsatzbereich eingeschränkt.
Aus der DE 197 43 660 C1 ist eine Repetierpipette bekannt, die eine manuell betätigbare, hydraulische Betätigungseinrichtung zur kontinuierlichen Änderung der Dosiermenge aufweist.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dispenser mit elektromotorischem Antrieb zur Verfügung zu stellen, der auch bei eingeschränkter Baugröße und Batterie- oder Akkubetrieb in der Lage ist, eine hinreichend große Kraft für den Antrieb großer Spritzenkolben und eine hinreichend große Antriebsgeschwindigkeit für die Dosierung im Freistrahl mittels kleiner Spritzenkolben zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch einen Dispenser mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Dispensers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Dispenser mit elektromotorischem Antrieb hat

– Einrichtungen zum lösbaren Befestigen einer Spritze,
– mindestens eine Einrichtung mit einem Arbeitszylinder und einem darin verschieblichen Arbeitskolben zum Antreiben eines Spritzenkolbens der Spritze,
– mit dem Arbeitskolben verbundene Kupplungseinrichtungen zum lösbaren Verbinden des Arbeitskolbens mit dem Spritzenkolben und
– eine von einem Elektromotor antreibbare Pumpe für ein hydraulisches Medium, die mit mindestens einer Arbeitskammer des Arbeitszylinders verbunden ist, um den Arbeitskolben mittels des hydraulischen Mediums anzutreiben.

Der erfindungsgemäße Dispenser weist zwischen Elektromotor und Spritze ein hydraulisches Getriebe aus einer Pumpe und einer Einrichtung mit einem Arbeitszylinder und einem Arbeitskolben auf, in dem sich abhängig vom Widerstand des Spritzenkolbens und vom Druck im hydraulischen Medium selbständig ein Arbeitspunkt einstellt, durch den die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens und die Antriebskraft festgelegt ist. Das hydraulische Medium ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere eine möglichst inkompressible Flüssigkeit. Durch den sich selbständig einstellenden Arbeitspunkt arbeitet der Elektromotor auch bei sehr unterschiedlicher Last in einem besonders effektiven Leistungsbereich. Infolgedessen kann eine hinreichende Antriebskraft für größere Spritzen und eine hinreichende Antriebsgeschwindigkeit für kleinere Spritzen zur Verfügung gestellt werden. Im Unterschied dazu ermöglichen die starren mechanischen Getriebe zwischen den Elektromotoren und den Spritzenkolben herkömmlicher Dispenser nur einem Betrieb in einem deutlich eingeschränkteren Lastbereich. Außerhalb dieses Lastbereiches ist der elektromotorische Antrieb nicht mehr in der Lage, die erforderliche Leistung zur Verfügung zu stellen. Zudem ist es von Vorteil, daß der Konstrukteur bei der Anordnung der Komponenten des erfindungsgemäßen Dispensers freier ist, als bei den herkömmlichen Dispensern mit starrem elektromechanischen Getrieben.
Die Erfindung bezieht den Einsatz von Pumpen verschiedener Bauart ein. Vorteilhaft ist der Einsatz von Pumpen, die in der Lage sind, lastunabhängig einen konstanten Volumenstrom zu fördern, beispielsweise Zahnradpumpen. Dann ist es möglich, die Kolbenverschiebung und damit die Dosiermenge über die Pumpzeit zu steuern. Darauf ist eine Ausgestaltung der Erfindung gerichtet.
Gemäß einer Ausgestaltung ist ein Sensor zum Erfassen des Hubes des Arbeitskolbens vorhanden. Der Sensor ermöglicht die genaue Ermittlung des jeweils vom Arbeitskolben zurückgelegten Weges und damit eine genaue Steuerung der Dosiermenge. Dies begünstigt den Einsatz von Pumpen, die einen lastabhängigen Volumenstrom fördern.
Die Einrichtung mit einem Arbeitszylinder und einem Arbeitskolben kann eine einfach wirkende Einrichtung sein, bei der nur eine Arbeitskammer mit hydraulischem Medium beaufschlagt wird. Durch Befüllen und/oder Entleeren der Arbeitskammer mittels der Pumpe ist die Bewegung des Arbeitskolbens steuerbar. Dabei kann die Bewegung des Arbeitskolbens in einer Richtung durch eine auf den Arbeitskolben wirkende Federeinrichtung unterstützt oder bewirkt werden. Bei der Verlagerung des Arbeitskolbens aufgrund der Vorspannung der Federeinrichtung ist das hydraulische Medium von dem Arbeitskolben aus der Arbeitskammer auspreßbar oder von der Pumpe abpumpbar.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Einrichtung mit dem Arbeitszylinder und dem Arbeitskolben doppelwirkend und das hydraulische Medium ist mittels der Pumpe wahlweise in die und/oder aus den Arbeitskammern pumpbar. Bei dieser Ausgestal tung ist der Arbeitskolben durch gezielte Druckbeaufschlagung einer der beiden Arbeitskammern in beiden Richtungen verlagerbar. Das in der jeweils anderen Arbeitskammer enthaltene hydraulische Medium ist durch Bewegung des Arbeitskolbens auspreßbar oder von der Pumpe abpumpbar.
Gemäß einer Ausgestaltung ist ein Reservoir für das hydraulische Medium vorhanden, mit dem die Pumpe verbunden ist. Das hydraulische Medium ist mittels der Pumpe aus dem Reservoir in die Arbeitskammer pumpbar. Eine bidirektionale Pumpe oder eine zweite Pumpe kann das hydraulische Medium aus der Arbeitskammer in das Reservoir pumpen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Pumpe über ein Schaltventil mit der Arbeitskammer und/oder die Arbeitskammer über dasselbe oder ein weiteres Schaltventil mit dem Reservoir verbunden. Durch Betätigen des Schaltventiles ist die Bewegung des Arbeitskolbens steuerbar. Gemäß einer Ausgestaltung handelt es sich um ein elektrisches Schaltventil.
Gemäß einer Ausgestaltung ist in der Verbindung von Pumpe und Arbeitskammer ein hydraulischer Druckspeicher vorhanden. Der hydraulische Druckspeicher unterstützt die Pumpe, wenn kurzfristig ein großer Volumenstrom bereitgestellt werden muß. Der große Volumenstrom kann beispielsweise vorteilhaft für das Erzeugen einer hohen Losbrechkraft für das Anfahren eines Spritzenkolbens oder für eine hohe Beschleuni gung des Spritzenkolbens im Hinblick auf eine Freistrahlabgabe kleiner Flüssigkeitsmengen genutzt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist ein Rückschlagventil zwischen Pumpe und hydraulischem Druckspeicher vorhanden. Das Rückschlagventil verhindert das Zurückströmen des hydraulischen Mediums aus dem Druckspeicher in das Reservoir und begünstigt den Aufbau erhöhter Drucke im Druckspeicher.
Gemäß einer Ausgestaltung ist in der Verbindung von Pumpe und Arbeitskammer ein Druckregelventil zum Regeln des Druckes des hydraulischen Mediums vorhanden. Mittels des Druckregelventils können insbesondere Überdrücke im System verhindert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung hat der Dispenser eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Steuerbefehlen durch einen Benutzer. Die Eingabeeinrichtung kann beispielsweise eine Tastatur sein, die es beispielsweise ermöglicht, Dosiermengen, Dosiergeschwindigkeiten bzw. Abgabeschritte einzugeben.
Gemäß einer Ausgestaltung hat der Dispenser eine Anzeigeeinrichtung. Mittels der Anzeigeeinrichtung sind beispielsweise Eingaben oder Betriebszustände des Dispensers anzeigbar.
Gemäß einer Ausgestaltung ist ein weiterer Sensor zum Abtasten einer lesbaren Kennzeichnung einer Spritze vorhanden. Die Kennzeichnung kann sich insbesondere auf die Größe der Spritze bzw. auf eine andere Eigenschaftsangabe beziehen. Die vom Sensor erfaßten Daten werden z.B. der Steuerung des Elektromotors bzw. der Anzeige zugrunde gelegt. Die Steuerung des Elektromotors kann den Hub des Arbeitskolbens in Abhängigkeit von der eingegebenen Dosiermenge und der Spritze steuern. Die Steuerung kann ferner die Kraft bzw. die Geschwindigkeit bzw. die Beschleunigung des Arbeitskolbens in Abhängigkeit von der Dosiermenge und der Spritze steuern.
Gemäß einer Ausgestaltung hat der Dispenser eine elektronische Steuerung, die mit dem Elektromotor und/oder dem elektrisch angetriebenen Schaltventil und/oder dem Sensor und/oder der Eingabeeinrichtung und/oder der Anzeigeeinrichtung und/oder dem weiteren Sensor verbunden ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Dispenser ein Handdispenser. Die Vorteile der Erfindung im Hinblick auf die Baugröße, den Batterie- oder Akkubetrieb und die Anordnung der Systemkomponenten sind besonders vorteilhaft bei Handdispensern nutzbar.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Dispenser Teil eines Dispensiersystems mit einer Spritze.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Spritze in einem Befestigungsbereich eine von außen mittels des weiteren Sensors lesbare Kennzeichnung auf.
Schließlich weist gemäß einer Ausgestaltung weist die Spritze die Kennzeichnung auf einem Befestigungsflansch auf.
Geeignete Einrichtungen zum lösbaren Befestigen einer Spritze und Kupplungseinrichtungen sowie ein weiterer Sensor und damit abtastbare Kennzeichnungen sind in der DE 29 26 691 C2 und in der DE 43 41 229 C2 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme in diese Anmeldung einbezogen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, die ein Dispensersystem in einem Längsschnitt zeigt.
Ein Handdispenser 1 hat im vorderen Endbereich eines länglichen Gehäuses 1a Einrichtungen zum axialen Aufnehmen und lösbaren Befestigen 2a, 2b eines oberen Endes einer Spritze 3. Genauer gesagt ist die Spritze 3 an einem oberen Randflansch 3a eines Spritzenzylinders 3b lösbar befestigt. Dort weist sie eine Kennzeichnung 3c in Form kranzförmig angeordneter, axial vorstehender Erhebungen auf, die in Axialrichtung abtastbar sind.
Der Handdispenser 1 hat einen Sensor 4 zum Abtasten der Kennzeichnung 3c der eingesetzten Spritze 3.
Das aus der Spritze 3 herausstehende Ende eines Spritzenkolbens 3d der Spritze 3 ist axial in einer Kupplung 5 aufgenommen, die Druck- und Zugkräfte auf den Kolben 3d übertragen kann.
Die vorbeschriebenen Einzelheiten stimmen im wesentlichen mit denen des Ausführungsbeispieles der deutschen Patentes DE 43 31 229 C2 überein.
Die Kupplung 5 ist mittels eines Schaftes 6 mit einem Arbeitskolben 7 verbunden. Der Arbeitskolben 7 ist durch die Dichtungen 8a, 8b zu einem Arbeitszylinder 9 und der Schaft 6 ist durch eine Dichtung 10 zum Arbeitszylinder 9 abgedichtet.
In einem Reservoir 11 befindet sich eine Menge einer Flüssigkeit 12, die durch eine Pumpe 13 in einen Druckspeicher 14 gefördert wird. Im Druckspeicher 14 befindet sich ein komprimiertes Gasvolumen 15, das durch eine Membran 16 von der Flüssigkeit 12 abgetrennt wird. Ein Rückschlagventil 17 verhindert das Zurückströmen der Flüssigkeit 12.
Vom Druckspeicher 14 leitet eine Rohrleitung 18 die Flüssigkeit 12 zu einem Schaltventil 19. Das Schaltventil 19 hat drei Stellungen 19a, 19b, 19c.
In der Stellung 19a gelangt die Flüssigkeit 12 in eine Arbeitskammer 9a des Arbeitszylinders 9 und der Spritzenkolben 3d der Spritze 3 wird gezogen. Dabei wird aus der Arbeitskammer 9b Flüssigkeit 12 verdrängt und fließt durch eine Rohrleitung 20 in das Reservoir 11.
In der Stellung 19b sperrt das Schaltventil 19 den Flüssigkeitsstrom.
In Stellung 19c desselben Schaltventils 19 gelangt die Flüssigkeit 12 in die Arbeitskammer 9b des Arbeitszylinder 9 und der Spritzenkolben 3d des Combitips wird geschoben. Dabei wird aus der Arbeitskammer 9a Flüssigkeit 12 verdrängt und fließt durch die Rohrleitung 20 in das Reservoir 11.

Claims

Dispenser mit elektromotorischem Antrieb mit – Einrichtungen (2) zum lösbaren Befestigen einer Spritze (3), – mindestens einer Einrichtung mit einem Arbeitszylinder (9) und einem darin verschieblichen Arbeitskolben (7) zum Antreiben eines Spritzenkolbens (31) der Spritze (3), – mit dem Arbeitskolben (7) verbundenen Kupplungseinrichtungen (5) zum lösbaren Verbinden des Arbeitskolbens (7) mit dem Spritzenkolben (3d) und – mindestens einer von einem Elektromotor antreibbaren Pumpe (13) für ein hydraulisches Medium, die mit mindestens einer Arbeitskammer (9a, 9b) des Arbeitszylinders (9) verbunden ist, um den Arbeitskolben (7) mittels des hydraulischen Mediums anzutreiben.
Dispenser nach Anspruch 1, bei dem die Pumpe (13) eine lastunabhängig einen konstanten Volumenstrom fördernde Pumpe (13) ist.
Dispenser nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Sensor zum Erfassen des Hubes des Arbeitskolbens (7).
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Einrichtung mit einem Arbeitszylinder (9) und einem Arbeitskolben (7) doppelwirkend ist und das hydraulische Medium mittels der Pumpe (13) wahlweise in die und/oder aus den beiden Arbeitskammern (9a, 9b) pumpbar ist.
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ein Reservoir (11) für das hydraulische Medium aufweist, mit dem die Pumpe (13) verbunden ist.
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Pumpe (13) über ein Schaltventil (19) mit der Arbeitskammer (9a, 9b) und/oder die Arbeitskammer (9a, 9b) über dasselbe oder ein weiteres Schaltventil (19) mit dem Reservoir (11) verbunden ist.
Dispenser nach Anspruch 6, bei dem das Schaltventil (19) ein elektrisch angetriebenes Schaltventil ist.
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in der Verbindung von Pumpe (13) und Arbeitskammer ein hydraulischer Druckspeicher (14) vorhanden ist.
Dispenser nach Anspruch 8 mit einem Rückschlagventil (17) zwischen Pumpe (13) und hydraulischem Druckspeicher (14).
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Druckregelventil zum Regeln des Druckes des hydraulischen Mediums in der Verbindung von Pumpe (13) und Arbeitskammer (9a, 9b).
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Steuerbefehlen.
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer Anzeigeeinrichtung.
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einem weiteren Sensor (4) zum Abtasten einer Kennzeichnung (3c) einer Spritze (3).
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit einer elektronischen Steuerung, die mit dem Elektromotor und/oder dem elektrisch angetriebenen Schaltventil (19) und/oder dem Sensor und/oder der Eingabeeinrichtung und/oder der Anzeigeeinrichtung und/oder dem weiteren Sensor (4) verbunden ist.
Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, der ein Handdispenser (1) ist.
Dispensersystem mit einem Dispenser nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und einer Spritze (3).
Dispensersystem nach Anspruch 16 mit einer Spritze (3), die in einem Befestigungsbereich eine von außen mittels eines weiteren Sensors (4) abtastbare Kennzeichnung (3c) aufweist.
Dispensersystem nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die Kennzeichnung (3c) auf einem Befestigungsflansch der Spritze (3) angeordnet ist.