DE2454763C2 - Verfahren und Vorrichtung zum präzisen Abmessen und Abgeben von Flüssigkeitsmengen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum präzisen Abmessen und Abgeben von FlüssigkeitsmengenInfo
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Description
a) Einsaugen einer Flüssigkeitsmenge über das erste Ende des Schlauchs durch Zusammendrükken
des dem zweiten Ende benachbarten VoIumenieilbereichs
und Entlasten des dem ersten Ende benachbarten sowie des mittleren Volumenteilbereichs,
b) Ausstoßen dieser Flüssigkeitsmenge über das zweite Ende des Schlauchs durch Zusammendrücken
des dem ersten Ende benachbarten sowie des mittleren Volumenteilbereichs und Entlasten
des dem zweiten Ende benachbarten Volumenteilbereichs,
dadurch gekennzeichnet, daß nach Beenden des Einsaugens der Flüssigkeitsmenge
bi) zunächst nur der dem ersten Ende des Schlauchs (19) benachbarte Volumenteilbereich
zusammengedrückt wird,
b2) danach zum Einsaugen von Luft über eine die
Strömungsgeschwindigkeit erhöhende Düse (23) am zweiten Ende des Schlauchs (19) der
diesem Ende benachbarte Volumenteilbereich entlastet wird, und
b3) danach zum Ausstoßen der Flüssigkeitsmenge
über die Düse (23) der mittlere Volumenteilbereich zusammengedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsaugen der Flüssigkeitsmenge
nicht länger dauert als das Ausstoßen derselben.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Ende des Schlauchs (19) in einen die abzumessenden Flüssigkeitsmengen liefernden Flüssigkeitsvorrat
(20) eingetaucht ist, daß die Düse (23) am zweiten Ende des Schlauchs (19) eine spitz zulaufende
Düse mit einem im Vergleich zum Durchmesser des Schlauchs (19) kleinen Öffnungsdurchmesser
ist und daß drei durch eine Antriebseinrichtung antreibbare Druckkörper (6,7,8) zum Zusammendrükken
der drei Volumenteilbereiche des Schlauchs (19) gegen einen Boden (2) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine von einem
Motor (25) über eine Kupplung (27) antreibbare, drehbar gelagerte Welle (15) aufweist, die mit
Nockenscheiben (16,17,18) versehen ist, die an den Druckkörpern (6,7,8) befestigte, axial geführte Verbindungsstangen
(9, 10,11) betätigen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer elastischer
Schlauch parallel zu dem ersten elastischen Schlauch (19) angeordnet ist und die Druckkörper (6,
7, 8) solche Maße aufweisen, daß sie jeweils alle
Schläuche zusammendrücken.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schlauch zum Erreichen
anderer Flüssigkeitsmengen eine andere Größe als der erste Schlauch (19) aufweist
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen unterschiedlicher
Abstände zwischen den Schläuchen und den Druckkörpern (6,7,8) diese in unterschiedliche Stellungen
einstellbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anheben der
Druckkörper (6, 7, 8) Rückstellfedern (26) vorgesehen sind, oder die Rückstellkraft des Schlauchs (19)
verwendbar ist
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung Zylindereinheiten
aufweist, die zum Anheben und Absenken der Druckkörper (6,7,8) in bestimmter Folge direkt mit
diesen verbunden sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß ein Druckkörper (7)
U-förmig ist und mit einer Einrichtung (30) zum Einstellen unterschiedlicher Abstände zwischen den
Schenkeln (31) des U-förmigen Druckkörpers (7) versehen ist
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckkörper (7)
einen Einstellflansch (32) aufweist, der in Richtung zu dem Schlauch (19) hin und von diesem weg einstellbar
ist
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der
Welle (15) durch den Motor (25) mit Hilfe der Kupplung (27) auf jeweils eine Umdrehung begrenzbar ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum präzisen Abmessen und Abgeben von Flüssigkeitsmengen, die in
einen elastischen Schlauch mit einem ersten und einem zweiten Ende durch entsprechendes Vergrößern und
Verkleinern von Volumenteilbereichen des elastischen Schlauchs eingesaugt und aus diesem wieder ausgestoßen
werden, indem drei voneinander getrennte Volumenteilbereiche des Schlauchs in nachstehender Reihenfolge
zusammengedrückt und wieder entlastet werden:
a) Einsaugen einer Flüssigkeitsmenge über das erste Ende des Schlauchs durch Zusammendrücken des
dem zweiten Ende benachbarten Volumenteilbereichs und Entlasten des dem ersten Ende benachbarten
sowie des mittleren Volumenteilbereichs,
b) Ausstoßen dieser Flüssigkeitsmenge über das zweite Ende des Schlauchs durch Zusammendrücken
des dem ersten Ende benachbarten sowie des mittleren Volumenteilbereichs und Entlasten des dem
zweiten Ende benachbarten Volumenteilbereichs.
Aus der US-PS 36 06 596 sind ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung bekannt.
Bei diesem Stand der Technik ist das zweite Ende des
Schlauchs mit einem anderen, mit Blut bcl'iillien
Schlauch verbunden, der in einen Blutkreislauf eingefügt ist, in den mit Hilfe der offenbarten Pumpe eine
flüssige Medizin kontinuierlich eingespritzt werden soll.
Würde das zweite Ende des Schlauchs offen sein, um die abgemessenen Flüssigkeitsmengen zum Beispiel in einen
Behälter abzugeben, bestünde die Gefahr, daß an diesem offenen Ende des Schlauchs durch Tropfenbildung
eine undefinierbare Flüssigkeitsmenge zurückbe- s halten wird, die eventuell erst durch eine Bewegung des
Schlauchs abfallen würde. Die abgemessene Flüssigkeitsmenge
läßt sich demnach nicht mit der notwendigen Sicherheit abgeben, so daß das bekannte Verfahren
zum genauen Abgeben von abgemessenen Flüssigkeitsmengen ungeeignet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so zu gestalten, daß einzelne Flüssigkeitsmengen
präzise abgemessen und aus dem zweiten Ende des Schlauchs ohne Tropfenbildung abgegeben werden
können. Ferner soll eine Vorrichtung angegeben werden, mit der dieses Verfahren ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Verfahrensanspruchs 1 dadurch gelöst, d=\ß nach Beenden
des Einsaugens der Flüssigkeitsmenge
bi) zunächst nur der dem ersten Ende des Schlauchs benachbarte Volumenteilbereich zusammengedrückt
wird,
b2) danach zum Einsaugen von Luft über eine die Strömungsgeschwindigkeit
erhöhende Düse am zweiten Ende des Schlauchs der diesem Ende benachbarte Volumenteilbereich entlastet wird, und
bj) danach zum Ausstoßen der Flüssigkeitsmenge über die Düse der mittlere Volumenteilbereich zusammengedrückt
wird.
Der zweite Teil der Aufgabe wird nach dem Kennzeichen des Vorrichtungsanspruchs 3 dadurch gelöst, daß
das erste Ende des Schlauchs in einen die abzumessenden Flüssigkeitsmengen liefernden Flüssigkeitsvorrat
eingetaucht ist, daß die Düse am zweiten Ende des Schlauchs eine spitz zulaufende Düse mit einem im Vergleich
zum Durchmesser des Schlauchs kleinen Öffnungsdurchmesser ist, und daß drei durch eine Antriebseinrichtung
antreibbare Druckkörper zum Zusammendrücken der drei Volumenteilbereiche des Schlauchs gegen
einen Boden vorgesehen sind.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Bildung von Tropfen vermieden
wird, wodurch ein genaues Abmessen und Abgeben auch von kleinsten Flüssigkeitsmengen möglich ist, zum
Beispiel in der Größenordnung von 25 bis 50 Mikroliter.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 einen Teilquerschnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1,
Fi g. 3 einen Teilquerschnitt entlang der Linie 1II-III
in Fig. 1,
F i g. 4 einen Teilquerschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1,
60
r ι g. 5 ui'ci Küi vcii I.ÜI11 DärstCilou
3, 4. Zwischen den Seitenteilen 3, 4 ist ein Führungsblock 5 angeordnet, in dessen Bohrungen 12, 13, 14
Stoßstangen 9,10,11 verschiebbar vorgesehen sind, die
an ihren unteren Enden Druckkörper 6,7,8 tragen. Die
Bohrungen 12, 13, 14 und die Stoßstangen 9, 10, 11 haben eine solche Gestalt, daß ein Verdrehen der Stoßstangen
9, 10,11 verhindert wird.
Eine Nockenwelle 15 ist in den Seitenteilen 3,4 drehbar
gelagert und über den Stoßstangen 9,10,11 in einer durch diese gehenden Ebene angeordnet und mit Nokkenscheiben
16, 17, 18 versehen, die beim Drehen der Nockenwelle 15 die Stoßstangen 9,10,11 antreiben.
Ein Schlauch 19, dessen eines Ende mit einem Flüssigkeitsvorrat 20 in Verbindung steht, verläuft durch Öffnungen
21,22, die sich in den Seitenteilen 3,4 befinden, und ruht auf dem Boden 2 unter den Druckkörpern 6,7,
8. Wegen seiner Elastizität hebt der Schlauch 19 die Druckkörper 6,7,8 derart nach oben, daß ihre Stoßstangen
9, 10, It zu jeder Zeit an den Nockenscheiben 16, 17,18 anliegen.
Diese Funktion kann jedoch auch durch Federn 26 erreicht oder unterstützt werden, die die Stoßstangen 9,
10, 11 nach oben gegen die Nockenscheiben 16, 17, 18 drücken.
Das andere Ende des Schlauches 19 ist mit einer Düse 23 versehen, deren Spitze eng und länglich ist und die
einen Ausfließkanal mit einem kleinen Querschnitt aufweist Auf diese Weise nimmt die ausgestoßene Flüssigkeit
eine sehr hohe Geschwindigkeit an, wodurch die Bildung von Tropfen an der Öffnung der Düse 23 verhindert
wird. Das ist dann von Bedeutung, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Pumpen von
Flüssigkeitsmengen im Bereich von 10 bis 200 Mikroliter verwendet wird, wobei eine Menge von etwa 50 Mikroliter
einem Wassertropfen entspricht.
Die F i g. 2,3 und 4 zeigen die Form der Nockenscheiben
16,17, 18, wobei diese auf die Stellung der Druckkörper 6, 7, 8 wie sie in F i g. 1 gezeigt ist, ausgerichtet
sind und die Markierung 0° sich auf die Stelle auf jeder Nockenscheibe 16, 17, 18 bezieht, an der die entsprechende
Stoßstange 9, 10,11 angreift. Die Nockenwelle 15 soll im Uhrzeigersinn gedreht werden, um Flüssigkeit
von links nach rechts, durch den Schlauch 19 zu transportieren. Die Drehrichtung der Nockenscheiben 16,17,
18 ist in den F i g. 2 bis. 4 durch Pfeile angegeben.
Die Nockenwelle 15 wird durch einen Motor 25 über eine Kupplung 27 angetrieben, die so ausgebildet ist,
daß sich der Motor 2!> beim Betätigen der Nockenwelle 15 mit einer Umdrehung oder mit einem Drehwinkel
dreht, der einem Ausstoß- oder einem Einsaugzyklus entspricht. Auf diese Weise hat die Bedienungsperson
genügend Zeit, um die Düse 23 auf einen anderen Auffangbehälter umzustellen.
Die vertikale Bewegung, die den Stoßstangen 9,10,11
und ihren Druckkörpern 6, 7, 8 während eines Arbeitszyklus von den Nockenscheiben 16, 17, 18 mitgeteilt
wird, ist in F i g. 5 dargestellt, wobei die Druckkörper 6, 7, 8 an der Stelle »T« den obersten Punkt ihrer Bewegung
(Schlauch entlastet) und an der Stelle »O« den untersten Punkt ihrer Bewegung (Schlauch zusammen-ZSdrÜckt)
erroi"h°P nioc» FnHnncitinnpn cinH für Hip
mierung der in F i g. 1 gezeigten Druckkörper,
F i g. 6 eine erste Ausführungsform eines Druckkörpers,
F i g. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte zweite Ausführungsl'orm eines Druckkörpers.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 hat einen Rahmen mit einem oberen Körper 1, einem Boden 2 und Seitenteilen
unterschiedlichen Winkelstellungen der Nockenscheiben 16, 17, 18 von 0° bis 360° aufgetragen, wobei die
FI g. 1 die Winkelstellung 0° bzw. 360° zeigt.
Es ist zu beachten, daß die Saugphase relativ lange dauert, während die Ausstoßphase eine relativ kurze
Dauer hat. Beispielsweise beginnt das Einsaugen gemäß den F i g. 2 bis 5 bei 90° und endet bei 270°. während das
Ausstoßen bis 0° beginnt und bei 90° endet. Auf diese Weise hat der Schlauch 19 ausreichend Zeit, um seine
Gestalt wiederzugewinnen und damit die Flüssigkeit einzusaugen. Zusätzlich ist ein ausreichender zeitlicher
Spielraum zwischen je zwei Ausstoßphasen gewährleistet, wodurch mehr Zeit zur Verfügung steht, um Auffangbehälter
zu wechseln. Diese Vorteile erreicht man trotz der Tatsache, daß die Nockenwelle 15 kontinuierlich
gedreht wird.
Wenn maneine andere Antriebseinrichtung für die
Druckkörper 6, 7, 8 verwenden will, zum Beispiel hydraulische oder pneumatische Zylinder, ist es durchaus
möglich, das in F i g. 5 gezeigte Diagramm zum Steuern der Antriebseinrichtung zu verwenden. Wenn auch das
Diagramm nach Fig. 5 ein bevorzugtes Diagramm ist, \s
so kann es doch auf viele Arten verändert werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. So kann zum Beispiel
während eines Pumpzyklus der Einsaugtakt verlängert und der Ausstoßtakt verkürzt werden, und zwar
durch einfaches Ändern der Nockenscheiben 16, 17, 18 gemäß den F i g. 2 bis 4.
Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß die Winkelstellung 315'' für die Erfindung deshalb wesentlich ist, weil der
Druckkörper 8 dort für einen Augenblick unbelastet ist, wodurch sich dabei eingesaugte Luft in die Düse 23
bringen läßt oder kleine Tropfen, die sich an der Kante der Düse 23 angesammelt haben, in die Düse 23 zurückbringen
lassen. Wegen des kleinen Durchmessers der Düsenöffnung wird eine sehr große Luftgeschwindigkeit
erreicht, wodurch das Absaugen der Tröpfchen vereinfacht wird.
Die Vorrichtung ist in erster Linie für Volumenteile der Größe von etwa 25 Mikroliter gedacht. Daher muß
beachtet werden, daß ein einziger an der Düsenöffnung hängender Tropfen einen Fehler von mehr als 100% in
der abgemessenen Flüssigkeitsmenge verursachen könnte, falls dieser Tropfen gleichzeitig mit dem Ausstoßen
der Flüssigkeitsmenge herabfallen sollte.
Der Durchmesser der in der Düse 23 befindlichen Bohrung kann an die Eigenschaften der zu messenden
Flüssigkeit angepaßt werden, wobei der kleinste Querschnitt durch den zulässigen Druck im Schlauch 19 bestimmt
wird, während der größte Querschnitt durch die Bedingung bestimmt wird, daß die Flüssigkeit nicht
durch ihre eigene Schwerkraft herausfließt.
Um den Druckkörper 8 für verschiedene gewünschte Förderleistungen einstellen zu können, kann dieser gemäß
F i g. 6 U-förmig und mit einer Einstellschraube 30 versehen sein, die die Einstellung verschiedener Abstände
zwischen den Schenkeln 31 des Druckkörpers 8 gestattet. Durch Zusammendrücken der Schenkel 31 wird
der durch den Druckkörper 8 überspannte Bereich kleiner gemacht, wodurch sich die Förderleistung entsprechend
verringert.
Um die Förderleistung eichen oder das Volumen hinsichtlich der Formveränderung kompensieren zu können,
ist am Druckkörper 8 entsprechend F i g. 7 ein Einstellflansch 32 vorgesehen, der bezüglich des Druckkörpers
8 einstellbar ist Eine Verschiebung des Einstellflansches 32 nach oben oder unten ergibt eine sehr kleine
Änderung des Pumpvolumens.
Im Rahmen der Erfindung kann die dargestellte Vorrichtung
auf viele Weisen abgewandelt werden. Die in Fig.! gezeigte Vorrichtung kann zum Beispiel auf den
Kopf gestellt werden, wobei dann die Federn 26 über- h5
flüssig sind. Es ist auch möglich, die Elastizität des Schlauches 19 zu benutzen, um die Druckkörper 6, 7, 8
anzuheben. Ferner können die Druckkörper 6, 7, 8 auswechselbar sein, um die Pumpvolumina leicht ändern zu
können. Ferner kann das in F i g. 5 gezeigte Bewegungsmuster auf verschiedene Weise variiert werden, wobei
wesentlich ist, daß die Bewegung des Druckkörpers 6,7,
8 so programmiert ist, daß am Ende eines jeden Pumpzyklus ein kurzzeitiges Zurücksaugen gewährleistet ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zum präzisen Abmessen und Abgeben von Flüssigkeitsmengen, die in einen elastischen
Schlauch mit einem ersten und einem zweiten Ende durch entsprechendes Vergrößern und Verkleinern
von Volumenteilbereichen des elastischen Schlauchs eingesaugt und aus diesem wieder ausgestoßen werden,
indem drei voneinander getrennte Volumenteilbereiche des Schlauchs in nachstehender Reihenfolge
zusammengedrückt und wieder entlastet werden:
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