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Betriebsgerät für eine Elektrophoresevorrichtung
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Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für eine Elektrophoresevorrichtung,
welches ein wahlweise auf Regelung seines Ausgangsstroms oder Regelung seiner Ausgangsspannung
umschaltbares Netzgerät mit mehreren Ausgangsanschlüssen zum Anschließen von Elektrophoresekammern
der Elektrophoresevorrichtung aufweist.
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Elektrophoresevorrichtungen dienen der Auftrennung von Substanzgemischen
und werden sowohl im medizinisch-pharmazeutischen Bereich als auch im chemischen
Bereich benutzt. Insbesondere im medizinischen Bereich haben sich elektrophoretische
Trennverfahren bei der Diagnostizierung verschiedenartigster Erkrankungen bewährt.
Obwohl das Hauptgewicht derartiger Untersuchungen auf der Trennung von Serumeiweiß
liegt, lassen sich auch eine Vielzahl anderer Flüssigkeiten und Sekrete untersuchen.
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Beispielsweise können Eiweißkörper von Exsudaten und Transsudaten
Ascites, Gewebsflüssigkeit, Liquor, Kammerwasser, Glaskörperflüssigkeit, Harn, Magensaft,
Pankreassaft, Cervixsekret, Muskelproteinen und anderes mehr untersuchen.
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Die Trennung erfolgt in Elektrophoresevorrichtungen mit mehreren Kammern
oder Trögen, die jeweils zwei Elektroden und ein zwischen den Elektroden sich befindendes
Trägermedium für die elektrophoretisch aufzutrennende Substanz enthalten. Trägermedien
sind z.B.
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Papier, Agar oder Stärke.
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Die zum Betrieb der Elektrophoresevorrichtung benötigten Spannungen
bzw. Ströme werden bei bekannten Elektrophoresevorrichtungen aus einem Netzgerät
geliefert, bei dem die Elektroden sämtlicher Kammern an ein und denselben Ausgang,
ggf. an mehrere Klemmen dieses Ausgangs angeschlossen werden. Für die Handhabung
dieser Elektrophoresevorrichtungen ergeben sich daraus erhebliche Nachteile. Da
die elektrophoretische Auftrennung von Substanzen längere Zeit, ggf. mehrere Stunden,
in Anspruch nimmt, ist man bestrebt, mehrere Untersuchungen gleichzeitig durchzuführen.
Diesem Zweck dienen Elektrophoresevorrichtungen mit mehreren Kammern oder Trögen.
Um einwandfreie Untersuchungen durchführen zu können, müssen jedoch die Spannungen
bzw. die Ströme der zu untersuchenden Substanz bzw. den bei der Untersuchung benutzten
Reagenzien angepaßt werden.
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Es ist zwar ein Netzgerät für eine Elektrophoresevorriohtung bekannt
geworden, das wahlweise eine geregelte Ausgangsspannung oder einen geregelten Ausgangsstrom
abgeben kann, doch hat dieses Netzgerät den Nachteil, daß sämtliche Kammern nur
mit ein und derselben Strom- oder Spannungsamplitude betrieben werden können. Es
wäre zwar denkbar einzelne Kammern über einen Vorwiderstand zu betreiben, doch würde
in diesem Fall den Elektroden keine konstante Spannung mehr zugeführt werden können.
Abhängig von Stromänderungen bzw. änderungen des Spannungsabfalls des Trogs würde
sich auch der Spannungsabfall am Vorwiderstand ändern, da das Netzgerät
lediglich
die Gesamtspannung oder den Gesamtstrom konstanthalten kann.
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Im Zuge der Weiterentwicklung elektrophoretischer Untersuchungsmethoden
wurden auch Reagenzien entwickelt bzw. Substanzen der Untersuchung zugänglich gemacht,
für die zur elektrophoretischen Auftrennung relativ hohe Spannungen bzw. Ströme
errorderlich sind.
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Beispielsweise sind für manche elektrophoretische Untersuchungen Spannungen
bis zu 600 V, bei Strömen bis zu 300 mA erforderlich.
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Netzgeräte dieser Leistung sind jedoch aufwendig und teuer. Wollte
man aus einem Netzgerät dieser Leistung mehrere Kammern einer Elektrophoresevorrichtung
mit unterschiedlichen Elektrodenspannungen oder Elektrodenströmen betreiben, so
würden die, wie vorstehend erläutert, errorderlichen Vorwiderstände ein erhebliches
Unfallrisiko darstellen, zumal derartige Elektrophoresevorrichtungen auch von Hilfspersonen
bedient werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein konstruktiv einfaches Betriebsgerät
für eine Elektrophoresevorrichtung anzugeben, das trotz hoher Ausgangsleistung mehrere
Kammern der Elektrophoresevorrichtung unabhängig voneinander wahlweise mit einem
geregelten Strom oder einer geregelten Spannung beaufschlagen kann.
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Ausgehend von dem eingangs näher erläuterten Betriebsgerät wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Netzgerät mehrere Kanäle mit je
einer für sich wahlweise auf Stromregelung oder Spannungsregelung umschaltbaren
Regelstufe aufweist, die den Ausgangsstrom oder die Ausgangs spannung zumindest
eines dem Kanal zugeordneten Ausgangsanschlusses regelt und daß ein Wählschalter
vorgesehen ist, der die Ausgangsanschlüsse der einzelnen Kanäle für eine wählbare
Anzahl an Kanälen zueinander parallel schaltet.
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Die einzelnen Kanäle des Netzgeräts müssen somit nicht mehr für den
maximalen Ausgangsstrom des Betriebsgeräts ausgelegt sein;
Es genügt,
wenn die Summe der Ausgangsströme den maximalen Wert erreicht. Da der Konstruktionsaufwand
des Netzgeräts bei den geforderten hohen Ausgangsspannungen von etwa 600 V mit wachsendem
maximalem Ausgangsstrom erheblich zunimmt, lassen sich die Kanäle, die zwar für
die maximale Spannung ausgelegt sind, jedoch lediglich einen Bruchteil des maximalen
Stroms abgeben, kostengünstiger aufbauen. Da sich die Ausgangsanschlüsse der Kanäle
parallel schalten lassen, steht dennoch im Einzelfall die maximale Ausgangsleistung
zur Verfügung.
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Da die Anzahl der zueinander parallelschaltbaren Kanäle wählbar ist,
kann der Strombereich den Erfordernissen der Untersuchung angepaßt werden. Die nicht
parallelgeschalteten Kanäle stehen nach wie vor getrennt einstellbar zur Verfügung.
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Der konstruktive Aufwand des Betriebsgeräts läßt sich erheblich vereinfachen,
wenn einige der Bestandteile des Netzgeräts für sämtliche Kanäle gemeinsam ausgenutzt
werden. Hierbei muß jedoch darauf geachtet werden, daß sich die Regelstufen der
einzelnen Kanäle nicht gegenseitig beeinflussen. Bevorzugt wird aus diesem Grund
eine Ausführungsform, bei der das Netzgerät einen Rechteckgenerator aufweist, dessen
Betriebsspannung auf einer Spannungsregelschaltung zuführbar ist und bei der jeder
Kanal einen Aufwärts-Transformator mit einer nachgeschalteten, den Ausgangsanschluß
des Kanals speisenden Gleichrichterstufe aufweist. Der Rechteckgenerator liefert
eine Impulsfolge, beispielsweise mit einer Frequenz von 10 kHz, was zur Verkleinerung
der Abmessungen des Transformators führt und ist sämtlichen Kanälen gemeinsam.
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Da seine Betriebsspannung stabilisiert ist, ergeben sich bessere Regeleigenschaften
der Kanäle.
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Der Transformator wird bevorzugt im Gegentaktbetrieb aus dem Rechteckgenerator
gespeist und weist hierzu eine Gegentaktprimärwicklung auf. Als günstig hat es sich
erwiesen, wenn die
Regelstufe über einen Regeltransistor am Mittelanschluß
der Gegentakt-Primärwicklung eingreift. Der Regeltransistor wird hierbei über eine
weitere Gleichrichterstufe beispielsweise aus einem Netztransformator gespeist.
Auch die weitere Gleichrichterstufe kann sämtlichen Kanälen gemeinsam sein.
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Da Regelschaltungen in integrierter Schaltkreistechnik relativ kostengünstig
erhältlich sind und Mehrfach-Schalter aufgrund von Kontaktfehlern Betriebsstörungen
verursachen können, sind bevorzugt getrennte Stromregelschaltungen und Spannungs
rege ls chal tungen vorgesehen, die gemeinsam an den Regeltransistor angeschlossen
sind und diesen in Abhängigkeit eines vom Ausgang der Gleichrichterstufe des Transformators
her zugeführten Regel-Ist-Signals regeln.
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Zum Umschalten auf Spannungsregelung oder Stromregelung muß lediglich
wechselweise die Referenzspannungsquelle an die Spannungsregelschaltung oder die
Stromregelschaltung zugeschaltet werden.
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Zweckmäßigerweise hat jeder der Kanäle einen eigenen Betriebsschalter,
über den er ein- oder ausgeschaltet werden kann. Auf diese Weise muß nicht das Betriebsgerät
insgesamt abgeschaltet werden, wenn lediglich an einer der Kammern der Elektrophoresevorrichtung
gearbeitet werden soll.
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Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die Regelstufe jedes Kanals
getrennte Einstellpotentiometer für die Stromregelung und für die Spannungsregelung
aufweist, da hierdurch die Bedienung des Betriebsgeräts erheblich erleichtert wird.
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Zweckmäßigerweise ist zur Kontrolle der Strom- bzw. Spannungsamplitude
ein Strommeßgerät und/oder ein Spannungsmeßgerät vorgesehen, das mittels eines Wählschalters
wahlweise dem Ausgangsanschluß jedes der Kanäle zuschaltbar ist. Das Strommeßgerät
und/oder das Spannungsmeßgerät kann weiterhin einen umschaltbaren Meßbereich haben.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert
werden und zwar zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf die Bedienungsseite eines erfindungsgemäßen
Betriebsgeräts für eine Elekt rophoresevorrichtung und Fig. 2 ein Blockschaltbild
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines in dem Betriebsgerät verwendbaren Netzgeräts.
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Das in Fig. 1 dargestellte Betriebsgerät ermöglicht den Betrieb einer
Elektrophoresevorrichtung mit 5 Kammern. Das Betriebsgerät enthält ein in Einschubtechnik
aufgebautes Netzgerät, das an 5 Ausgangsbuchsen la bis le 5 unabhängig voneinander
einstellbare geregelte Spannungen oder wahlweise geregelte Ströme abgibt. An jede
der Ausgangsbuchsen la bis le können die Elektroden einer Kammer bzw. eines Trogs
der Elektrophoresevorrichtung angeschlossen werden. Die Ausgangsbuchsen la bis le
werden von Je einem Kanaleinschub 3a bis 3e gespeist. Die Kanaleinschübe 3a bis
3e sind identisch aufgebaut, so daß im folgenden lediglich einer dieser Einschübe,
beispielsweise der Kanaleinschub 3a erläutert werden soll. Der Kanaleinschub 3a
weist einen Umschalter 5 auf, an dem die Regelart des Kanaleinschubs 3a gewählt
werden kann. In der oberen Stellung des Umschalters 5 liefert der Kanaleinschub
3a eine konstante Spannung an die Ausgangsbuchse la, deren Amplitude an einem Potentiometerknopf
7 eingestellt werden kann. In der unteren Stellung des Umschalters 5 liefert der
Kanaleinschub 3a einen konstanten Strom an die Ausgangsbuchse 3a, deren Amplitude
an einem weiteren Potentiometerknopf 9 ebenfalls verändert werden kann. An einen
Tastenschalter 11, dessen Taste als Signalleuchte ausgebildet ist, kann der Kanaleinschub
3a unabhängig von den übrigen Kanaleinschüben ein- bzw. ausgeschaltet werden.
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An einem ebenfalls mit einer Signal leuchte kombinierten Netzschalter
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kann das gesamte Betriebsgerät ein- bzw. ausgeschaltet werden. Bei 15 ist ein Sicherungshalter
für eine das Betriebsgerät vor Überlastung schützende Sicherung dargestellt.
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Jeder der Kanaleinschübe liefert eine Spannung bis zu 600 V oder einen
Strom bis zu 60 mA. Sofern für einzelne Kammern der Elektrophoresevorrichtung höhere
Ströme benötigt werden, können zwei oder mehr Ausgangsbuchsen des Betriebsgeräts
mittels eines Wählschalters 17 zueinander parallelgeschaltet werden, was den an
den parallelgeschalteten Ausgangsbuchsen verfügbaren Strom proportional zur Zahl
der parallelgeschalteten Ausgangsbuchsen erhöht. Die nicht parallelgeschalteten
Ausgangsbuchsen liefern nach wie vor unabhängig von den parallelgeschalteten Ausgangsbuchsen
einstellbare Ströme bzw. Spannungen. Steht der Wählschalter 17 beispielsweise in
der in Fig. 1 mit N bezeichneten Stellung, so ist jeder der Kanaleinschübe 3a bis
3e ausschließlich mit der ihm zugeordneten Ausgangsbuchse la bis le verbunden. Wird
der Wählschalter 17 auf die mit 1-2 bezeichnete Stellung umgeschaltet, so werden
hierdurch die Ausgangsbuchsen la und 1b zueinander parallelgeschaltet; an diesen
beiden Ausgangsbuchsen kann ein maximaler Strom von 120 mA entnommen werden, während
an den Ausgangsbuchsen lc bis le, d.h. an den Ausgängen 3 bis 5 unabhängig voneinander
Ströme bis zu 60 mA verfügbar sind. In der mit 1-3 bezeichneten Stellung des Wählschalters
sind die Ausgänge 1 bis 3, d.h. die Ausgangsbuchsen la, lb und lc parallelgeschaltet.
Der maximale Strom beträgt 180 mA und kann an einer dieser drei Ausgangsbuchsen
abgenommen werden. Die Ausgangsbuchsen 1d und le sind getrennt betreibbar. Der maximale
Strom des Betriebsgeräts ergibt sich in der Stellung 1-5 des Wählschalters 17 und
beträgt 300 mA.
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Zur Überwachung der Spannungs- und Stromamplitude ist ein Spannungsmeßgerät
19 sowie ein Strommeßgerät 21 vorgesehen. Der Anzeigebereich des Spannungsmeßgeräts
19 beträgt 600 V; der Anzeigebereich des Strommeßgeräts 21 beträgt
entsprechend
dem maximalen Strom des Betriebsgeräts 300 mA und kann mittels eines Drucktastenschalters
23 auf den maximalen Strom einer Kanaleinheit, d.h. auf 60 mA umgeschaltet werden.
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Mittels eines Wählschalters 25 lassen sich sowohl das Spannungsmeßgerät
19 als auch das Strommeßgerät 21 an den Ausgang jedes der Kanaleinschübe 3a bis
3e anschließen.
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Fig. 1 zeigt weiterhin Einschübe 29, 31 für weitere Baugruppen des
Betriebsgeräts, die zum Betrieb der Kanaleinschübe 3a bis 3e erforderlich sind und
an die die Kanaleinschübe 3a bis 3e gemeinsam angeschlossen sind.
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Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels
für ein im Betriebsgerät nach Fig. 1 verwendbares Netzgerät. Zum besseren Verständnis
sollen zur Erläuterung des Blockschaltbilds die Bezugszahlen der Fig. 1 mitbenutzt
werden. In Fig. 2 sind insbesondere die Ausgangsbuchsen la bis le und die Kanaleinschübe
3a bis 3e zu erkennen. Der Wählschalter 17 weist vier Schaltebenen 17-1 bis 17-4
auf, die gemeinsam geschaltet werden. In jeder der Schaltebenen 17-1 bis 17-4 ist
eine andere Anzahl benachbarter, festehender Kontakte miteinander und mit einer
der Ausgangsbuchsen verbunden. In jeder der Schaltebenen 17-1 bis 17-4 ist darüber
hinaus der bewegliche Kontakt mit einer der Ausgangsbuchsen verbunden, wobei der
bewegliche Kontakt und die feststehenden Kontakte ein und derselben Schaltebene
an unterschiedliche Ausgangsbuchsen angeschlossen sind. Auf diese Weise wird erreicht,
daß in jeder der Stellungen des Wählschalters 17 eine unterschiedliche Zahl Ausgangsbuchsen
parallelgeschaltet ist.
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Da die Kanaleinschübe 3a bis 3e gleich aufgebaut sind, soll im folgenden
lediglich der Kanaleinschub 3a in Zusammenhang mit den auch für die übrigen Kanaleinschübe
3b bis 3e gemeinschaftlich benutzten Baugruppen erläutert werden. Die Netzspannung
des Betriebsgeräts wird bei 33 einem Netztransformator 35 zugeführt,
der
in mehreren Sekundärwicklungen, die zum Betrieb der einzelnen Baugruppen erforderlichen
Niedervoltspannungen erzeugt. Um eine strom- oder spannungsgeregelte Hochspannung
erzeugen zu können, ist ein Rechtecksignalgenerator 37 vorgesehen, der aus einer
an den Netztransformator 35 angeschlossenen Spannungsregelschaltung 39 mit stabilisierter
Betriebsspannung gespeist wird. Der Rechtecksignalgenerator 37 erzeugt im Gegentaktbetrieb
Rechtecksignale mit einer Frequenz von 10 kHz, die in einem Hochspannungstransformator
41 mit Gegentakt-Primärwicklung aufwärts transformiert und in einer an die Sekundärwicklung
des Hochspannungstransformators 41 angeschlossenen Gleichrichterstufe 43 in eine
Gleichspannung von 600 V umgewandelt und der Ausgangsbuchse la zugeführt wird.
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Die Regel stufe des Kanaleinschubs 3a greift an einem Mittelangriff
45 der Gegentakt-Primärwicklung des Hochspannungstransformators 41 über einen Regeltransistor
47, ggf. mehrere derartiger Transistoren an, die das am Mittelabgriff 45 anliegende
Potential bzw.
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den Strom dieses Mittelabgriffs verändern. Der Regeltransistor 47
ist hierzu mit seiner Emitter-Kollektorstrecke zwischen den Mittelabgriff 45 und
eine Gleichrichterstufe 49 angeschlossen, die aus dem Netztransformator 35 gespeist
wird.
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Die Regelung des Regeltransistors 47 erfolgt über Je eine Stromregelschaltung
51 sowie eine Spannungsregelschaltung 53, die ihre Regel-Ist-Signale über Leitungen
55 bzw. 57 aus der Gleichrichterstufe 43 beziehen. Die Regelschaltungen 51, 53 sind
ausgangsseitig gemeinsam an den Regeltransistor 47 angeschlossen. Sie werden durch
wechselweises Zuschalten einer von der Spannungsregelschaltung 39 gelieferten Bezugsspannung
mittels des Schalters 5 wirksam geschaltet. Die Bezugsspannung wird Uber Potentiometerschaltungen
59, 61 den Regelschaltungen 51 bzw. 53 zugeführt, wobei des Spannungsteilerverhältnis
der Potentiometerschaltungen 59, 61 und damit der Wert der Bezugsspannung mittels
der Potentiometerknöpfe 7 bzw. 9 nach Fig. 1 verändert werden kann.
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Die Kanaleinschübe 3b bis 3e sind über Leitungen 63, 65, 67 und 69
entsprechend dem Kanaleinschub 3a bis 3e parallel an die Ausgänge der Gleichrichterstufe
49, den Bezugssignalausgang der Spannungsregelschaltung 39 sowie die Gegentakt-Rechtecksignalausgänge
des Rechtecksignalgenerators 37 angeschlossen.
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