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Die
Erfindung betrifft eine Kartusche für die Handhabung und den Transport
eines flüssigen
oder gasförmigen
Stoffs sowie ein System zur Handhabung eines flüssigen oder gasförmigen Stoffs
unter Verwendung einer solchen Kartusche. Die Erfindung betrifft
insbesondere eine Kartusche zur Handhabung eines medizinisch zu
untersuchenden flüssigen oder
gasförmigen
Stoffs sowie eine Analysevorrichtung zur Untersuchung medizinisch
relevanter Eigenschaften eines flüssigen oder gasförmigen Stoffs
unter Verwendung einer solchen Kartusche.
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In
der medizinischen Diagnostik gibt es eine Vielzahl von Untersuchungen,
die an Flüssigkeiten oder
Gasen durchgeführt
werden, z.B. an Blut, Urin, Speichel, Magensäften oder Atemluft. Die Untersuchungen
können
der Analyse verschiedenster Parameter chemischer, mikrobiologischer
oder physikalischer Eigenschaften dienen. Neben der Ermittlung von
Größen wie
dem pH-Wert, dem Gehalt an bestimmten chemischen Elementen oder
Verbindungen oder der Bestimmung des Bakterien-Gehalts spielen mikrobiologische
Analyseverfahren eine immer größere Rolle.
Diese haben häufig
den elektrochemischen Nachweis von Nukleotidsequenzen zum Ziel, die
auf genetische Fehlentwicklungen oder die Existenz krankheitserregender
Bakterien oder Viren hinweisen können.
Der Nachweis von Nukleotidsequenzen basiert normalerweise auf einem
zweistufigen Verfahren, in dessen erster Stufe in der Flüssigkeit vorhandene
DNA-Bruchstücke vielfach
reproduziert werden, um die Nachweiswahrscheinlichkeit für den eigentlichen
Nachweis in der zweiten Stufe des Nachweisverfahrens zu erhöhen. Da
dabei auch genetische Verunreinigungen vervielfacht werden, stellen
diese Verfahren besonders hohe Anforderungen an die Sauberkeit der
Verfahrens-Apparaturen.
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Auch
in chemischen und biochemischen Analyseverfahren spielt die Analyse
von Flüssigkeiten
oder Gasen eine große
Rolle. Solche Verfahren können
in chemischen Labors, in der Industrie, im Umweltschutz oder der
Nahrungsmittelherstellung von großer Bedeutung sein. Je nach
Anwendungsgebiet können
dort besondere Anforderungen an die Reinheit von Behältnissen
für die
Durchführung
der Analyse-Verfahren gestellt werden.
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Neben
Untersuchungszwecken kann die Handhabung von Flüssigkeiten oder Gasen auch
im Hinblick auf Transport oder Handhabung für industrielle oder lebensmittelindustrielle
Anwendungen erforderlich sein. Insbesondere in großindustriellen
Anwendungs-Maßstäben können immense
Anzahlen von Handhabungsvorgängen
für einzelne
Flüssigkeits-
oder Gas-Mengen auftreten.
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Während die
Handhabung von Flüssigkeiten und
Gasen unter alltäglichen
Bedingungen kein besonderes Problem darstellt, verursachen hohe
Anzahlen an Handhabungs-Vorgängen
oder hohe Anforderungen an einen besonderen Grad an Reinheit bislang
einen hohen finanziellen und handhabungstechnischen Aufwand. Die
penible Reinigung der Behältnisse
verursacht eine Vielzahl einzelner Reinigungsschritte mit entsprechen
hohem Arbeits-Aufwand. Die Handhabung und Dosierung von Flüssigkeiten
oder Gasen bei großen
Anzahlen von Handhabungs-Vorgängen
und hohen Anzahlen einzelner Mengen-Einheiten ist nur mit hohem
gerätetechnischem
Automatisierungs-Aufwand erreichbar.
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Kommen
hohe Anforderungen an Reinheitsgrad und Handhabungs-Stückzahlen
zusammen, ist bislang wegen des hohen Preises der aufwändigen Geräte zur Handhabung
und zur Reinigung die Einwegnutzung der Gerätschaften unrentabel und zusätzlicher
personeller Aufwand ist unvermeidbar. Aber auch wenn alleine ausreichend
große
Anzahlen Handhabungs-Vorgängen
im Spiel sind, entsteht bereits ein unvertretbar hoher Handhabungs-Aufwand. Zum Beispiel
kommt es bei der Vielzahl an Handhabungs-Schritten, die in einem
zentralen medizinischen oder chemischen Analyse-Labor für eine Vielzahl
von Kleinkunden serienmäßig durchgeführt werden,
oder in einer chemischen oder lebensmittelindustriellen Fertigung
großen
Maßstabs,
bereits durch die Einsparung einzelner Handhabungs-Schritte zur Ersparnis
von Arbeits-Aufwand und -Zeit in bedeutendem Umfang.
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Die
große
Anzahl von Handhabungsvorgängen
mit diskreten Flüssigkeits-
oder Gas-Mengen kann mit einer großen Anzahl von Stoff-Behältern, nachfolgend
auch Kartusche genannt, durchgeführt werden.
Nachteilig dabei ist aber, dass die Kartuschen in ebenso großer Anzahl
einzeln gehandhabt werden müssen
und z.B. an zu dieser Verwendung vorgesehene Geräte angeschlossen werden müssen. Besondere
Anforderungen an Logistik oder an die Reinheit können mit einer großen Anzahl
von Kartuschen erfüllt
werden, wenn diese ausreichend günstig
sind, um wirtschaftlich als Einweg-Produkte genutzt werden zu können. Hier
stellt sich zusätzlich das
Problem, dass trotz günstiger
Kosten der Handhabungs-Aufwand klein gehalten werden soll.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Handhabung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen
in Kartuschen zu ermöglichen,
die zum einen nur geringen Handhabungsaufwand erfordern, zum anderen
aber ausreichend günstig
herstellbar sind, um auch als Einweg-Produkte wirtschaftlich nutzbar
zu sein.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch
1 bzw. durch ein System gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 7.
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Die
Erfindung beruht auf dem Gedanken, zur Handhabung von Flüssigkeiten
und Gasen eine Kartusche zu verwenden, die ein integrales, von außerhalb
der Kartusche anzutreibendes Pumpsystem besitzen. Unter Kartusche
soll dabei ein den jeweiligen Anforderungen angepasster Stoffbehälter verstanden
werden, der dick- oder dünnwandig
sein kann und zusätzliche
Merkmale wie integrierte Heiz- oder Kühlsysteme oder sonsti ges aufweisen
kann. Das Pumpsystem kann selbsttätig mit dem Pump-Antrieb eines
Handhabungs-Systems gekoppelt und entkoppelt werden. Dadurch ist
es nicht erforderlich, zusätzliche
Pumpsysteme wie z.B. Spritzen oder Kolbenpumpen zur Handhabung zu
verwenden. Dadurch kann bei der Handhabung zusätzlicher Aufwand für das Ankoppeln
und Entkoppeln der Kartusche an ein Handhabungs-System vermieden
werden.
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Die
Erfindung beruht weiter auf dem Gedanken, dass neben der Kartusche
auch das Pumpsystem auf preisgünstig
herstellbaren Komponenten wie Kunststoff-Formteilen oder ferromagnetischen
Ankern basiert. Dadurch kann die Kartusche preisgünstig hergestellt
und in großer
Stückzahl
zur Verfügung gestellt
werden. Die wirtschaftliche Herstellbarkeit großer Stückzahlen ist von besonderem
Vorteil bei der Verwendung der Kartusche für zentrale, serienmäßige Labor-Untersuchung
von großen
Anzahlen von Proben, die räumlich
verteilt vor Ort abgenommen werden müssen. Die preisgünstige Herstellbarkeit
der Kartusche in großen
Stückzahlen
macht sie zudem als Einwegprodukt wirtschaftlich nutzbar. Dadurch
kann zum einen der logistische Aufwand bei häufiger, räumlich verteilter Nutzung verringert
werden. Zum anderen kann im Hinblick auf Analyse-Verfahren, die besondere Anforderungen
an die Reinheit der Proben stellen, die aufwändige Reinigung der Kartuschen
entfallen. Statt dessen werden die bei der Herstellung noch nicht
verunreinigten Kartuschen je nach Anforderungen sterilisiert bzw.
gereinigt und abschließend
dicht verpackt, z.B. in einem Blister, wie er für Medizin-Produkte üblich ist.
Die wesentlich aufwändigere
Reinigung bereits benutzter, also verunreinigter Kartuschen wird
dann ganz verzichtbar.
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In
einer vorteilhaften Variante der Vorrichtung wird der Herstellungsaufwand
dadurch minimiert, dass die automatisch herstellbare Verbindung zwischen
integralem Pumpsystem der Kartusche und Pump-Antrieb des Analyse-
oder Dosier-Geräts
unter Verzicht auf aufwändige,
feinmechanisch arbeitende Teile und lediglich auf Basis eines elastischen
Formteils realisiert wird. Das elastische Formteil ist so gestaltet,
dass es Rast- oder
Backenelemente aufweist, die bei Vorschub des integralen Pumpsystems
durch den externen Pump-Antrieb mit diesem eine in Bezug auf Längsbewegungen
formschlüssige
Verbindung eingeht. Die formschlüssige
Verbindung ist so beschaffen, dass das integrale Pumpsystem durch
den externen Pump-Antrieb auch wieder zurückgezogen werden kann, wobei
sich die formschlüssige
Verbindung dann löst,
wenn das integrale Pumpsystem beim Zurückziehen wieder seine Ausgangsstellung erreicht
hat.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass auch das integrierte Pumpsystem
als Einweg-System ausgeführt
ist. Es kann gegebenenfalls denselben Reinigungsschritten wie die
gesamte Kartusche unterzogen werden und erfüllt daher die gleichen Anforderungen
an die Reinheit. Bei Einwegnutzung muss es ebenfalls nicht aufwändig zur
Wiederverwendung gesäubert
werden. Darüber
hinaus profitiert die Reinheit der zu handhabenden Flüssigkeiten oder
Gase auch von der Integration des Pumpsystems, dass der Transfer über und
der Kontakt mit zusätzlichen
Pumpsystemen, z.B. Spritzen, vermieden wird.
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Erfindungsgemäß wird ein
System angegeben, das die Handhabung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen
mittels einer preisgünstig
herstellbaren Kartusche ermöglicht,
die mit dem System selbsttätig gekoppelt
und auch wieder entkoppelt werden kann. Durch die selbsttätige Koppelung
kann die Anzahl einzelner Handhabungsschritte reduziert werden. Die
preisgünstige
Herstellbarkeit der Kartusche ermöglicht die wirtschaftliche
Anwendung in großen Stückzahlen
und als Einwegprodukt.
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Nachfolgend
wird die Vorrichtung anhand von Figuren beschrieben. Diese zeigen
im einzelnen:
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1 Kartusche und Analyse-
oder Dosiergerät
mit nichtverbundenem Pump-Antrieb,
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2 Kartusche und Dosier-
oder Analysegerät
mit verbundenem Pump-Antrieb,
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3 vergrößerte Darstellung einer besonderen
Ausführung
der Verbindungs-Komponenten,
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4 vergrößerte Darstellung einer weiteren,
besonderen Ausführung
der Verbindungs-Komponenten.
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1 zeigt ein System mit einer
Kartusche 3 und einem Dosier- oder Analysegerät 9.
Die Kartusche 3 kann je nach der zu handhabenden Flüssigkeit
oder dem zu handhabenden Gas aus Kunststoff, Metall oder einem sonstigen,
geeigneten Werkstoff bestehen. Die Kartusche 3 weist einen
als Zylinder geformten Tank 2 auf, dessen Querschnitt grundsätzlich beliebig
geformt sein kann, der der einfacheren Herstellung halber aber vorzugsweise
kreisrund ist. In dem Tank 2 befindet sich in 1 eine Flüssigkeit 1,
die über
eine an der Stirnseite des Tanks 2 liegende Öffnung 4 eingepumpt
wird. In dem Tank 2 ist ein Kolben 5 angeordnet,
der vor- und zurückschiebbar ist,
um die Flüssigkeit 1 ein-
oder auszupumpen. Damit der Kolben 5 mit der Innenwand
des Tanks 2 eine dichte Verbindung eingehen kann, weisen
die beiderseitigen Oberflächen
eine entsprechende Oberflächengüte auf.
Außerdem
kann wenigstens einer der beiden Dichtungspartner aus elastischem
Material gefertigt sein, z.B. kann der Kolben 5 aus elastischem
Kunststoff hergestellt sein. Je nach Anforderung an die Dichtheit
können
auf dem Kolben 5 auch Dichtringe angeordnet sein, was in 1 aber nicht dargestellt
ist.
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Der
Kolben 5 weist ein Verbindungs-Element 7 auf,
das in 1 als gesondertes,
mit dem Kolben 5 mechanisch verbundenes Bauelement dargestellt ist.
Es ist jedoch auch möglich,
Kolben 5 und Verbindungs-Element 7 integral, d.h.
als ein einziges Bauelement, zu fertigen, was der Verringerung des
Herstellungsaufwands dienen kann. Andererseits kann sich dies verbieten,
falls die mit dem Kolben 5 in Kontakt tretende Flüssigkeit 1 Anforderungen
an das Material des Kolbens 5 stellt, die mit den mechanischen Anforderungen
des Verbindungs-Elements 7 nicht vereinbar sind. Zum Beispiel
könnte
das Verbindungs-Element 7 aus elastischem Kunststoff gefertigt werden,
die Flüssigkeit 1 jedoch
in Bezug auf Kunststoff aggressive Eigenschaften aufweisen. In diesem Fall
dürfte
der Kolben 5 nicht aus Kunststoff gefertigt werden, sondern
müsste
z.B. aus Metall bestehen.
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Der
Kolben 5 kann von dem Dosier- oder Analyse-Pump-Gerät 9 durch
eine Kolben-Stange 11 erfasst werden, die von einem Antrieb 13 angetrieben wird.
Wird die Kolben-Stange 11 durch den Antrieb 13 vorgeschoben,
so kann sie den Kolben 5 über das Verbindungs-Element 7 tiefer
in den Tank 2 hineinschieben. Dadurch wird Flüssigkeit 1 durch
die Öffnung 4 ausgepumpt.
Das Dosier- oder Analyse-Pump-Gerät 9 steuert den Antrieb 13 und
kann so die Menge der Flüssigkeit 1,
die durch Öffnung 4 austritt,
exakt dosieren. Aufgrund des linearen Vorschubs der Kolben-Stange 11 und
des gleichbleibenden Querschnitts des Tanks 2 hängt das
dabei austretende Volumen direkt vom Vorschub der Kolben-Stange
ab, wobei unter Umständen
die Elastizität
des Kolbens 5 oder des Verbindungs-Elements 7 zu
berücksichtigen
ist.
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Die
Vorrichtung ermöglicht
es darüber
hinaus, den Kolben 5 durch Zurückziehen der Kolben-Stange 11 zurückzuziehen
und dadurch Flüssigkeit 1 durch Öffnung 4 in
den Tank 2 einzupumpen. Zu diesem Zweck kann die Öffnung 4 entweder
als Düse
zur Aufnahme von Flüssigkeit 1 ausgebildet sein,
mit der einzupumpenden Flüssigkeit 1 in
direktem Kontakt stehen, oder es kann eine Düse bzw. Nadel auf die Öffnung 4 aufsetzbar
sein. Falls die Öffnung 4 nicht
mit Flüssigkeit
in direktem Kontakt steht und der Kolben 5 zurückgezogen
wird, wird anstelle von Flüssigkeit 1 Umgebungs-Luft
in den Tank 2 eingepumpt.
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Damit
der Kolben 5 durch die Kolben-Stange 11 zurückgezogen
werden kann, sind das Verbindungs-Element 7 und das Ende
der Kolben-Stange 11 so ausgebildet, dass zwischen ihnen
eine in Bezug auf gegenseitige Längsbewegungen
formschlüssige
Verbindung hergestellt werden kann. Um diese formschlüssige Verbindung
herstellen zu können, weist
das Verbindungs-Element 7 eine Verbindungs-Buchse 19 auf,
die durch eine Vertiefung in dem dem Kolben 5 gegenüberliegenden
Ende des Verbindungs-Elements 7 gebildet
wird. Die Wand des Verbindungs-Elements 7 weist im Bereich
dieser Vertiefung Rast-Elemente 21 auf, die in 1 als halbrunde Backen ausgeführt sind.
Die Kolben-Stange 11 dagegen
weist an ihrem dem Verbindungs-Element 7 zugewandten Ende
einen Verbindungs-Stempel 15 auf, der durch eine Verjüngung 17 abgeschlossen wird.
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Verbindungs-Buchse 19 und
Verbindungs-Stempel 15 sind so geformt, dass sie beim Vorschieben
der Kolben-Stange 11 in gegenseitigen Eingriff und treten
können,
um die Verbindung selbsttätig
zu schließen.
Zu diesem Zweck weitet sich der Querschnitt des Tanks 2 in
dem Abschnitt 25, in dem in 1 das
Verbindungs-Element 7 liegt, zum Ende hin auf. Diese Aufweitung
ermöglicht
es den Rast-Elementen 21, infolge der Elastizität des Verbindungs-Elements 7 vom
Verbindungs-Stempel 15 weg
nach außen
auszuweichen. Daher ist in 1 die
Verbindung zwischen Kolben-Stange 11 und Kolben 5 nicht
geschlossen.
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Kartusche 3 und
Kolben 5 sowie Verbindungs-Element 7 weisen dabei
einen verhältnismäßig einfachen
Aufbau auf, der eine Fertigung und Montage als Einwegprodukt in
wirtschaftlicher Weise möglich
macht.
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In 2 ist das gleiche System
wie in der vorhergehenden 1 dargestellt,
hier jedoch mit geschlossener Verbindung zwischen Kolben 5 und Kolben-Stange 11.
Die Kolben-Stange 11 wurde durch Antrieb 13 weit
genug vorgeschoben, um in die Verbindungs-Buchse 19 des
Verbindungs-Elements 7 einzugreifen. Dabei wurde der Kolben 5 über das Verbindungs-Element 7 so
weit vorgeschoben, dass die Rast-Elemente 21 in 2 nicht mehr im auf geweiteten
Abschnitt 25 des Tanks 2 liegen, sondern bis in
den zylindrischen Teil 27 vorgeschoben sind. Beim Vorschieben
der Rast-Elemente 21 durch den sich verjüngenden
Abschnitt 25 des Tanks 2 werden diese zunehmend
in Richtung des Verbindungs-Stempels 15 gedrückt, bis
sie im zylindrischen Abschnitt 27 des Tanks 2 völlig angedrückt werden.
Dabei werden die Rast-Elemente 21 in die Verjüngung 17 der
Kolben-Stange 11 hineingedrückt und der Verbindungs-Stempel 15 füllt die
Verbindungs-Buchse 19 komplett aus. Zu diesem Zweck entspricht
die Tiefe der Verbindungs-Buchse 19 und die Anordnung der Rast-Elemente 21 in
der Buchse genau der Länge des
Verbindungs-Stempels 15 und der spiegelbildlich verkehrten
Anordnung der Verjüngung 17.
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In 2 ist erkennbar, dass die
Rast-Elemente 21 so in die Verjüngung 17 eingreifen,
dass eine in Bezug auf Längsbewegungen
formschlüssige Verbindung
hergestellt wird. Das heißt,
dass der Kolben 5 durch Vorschub der Kolben-Stange 11 exakt vor-
und zurückbewegt
werden kann. Dadurch ist sowohl das Einpumpen als auch das Auszupumpen
von Flüssigkeit 1 durch
die Öffnung 4 möglich.
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Die
formschlüssige
Verbindung zwischen Verbindungs-Stempel 15 und Verbindungs-Buchse 19 wird
durch die besondere Form des Tanks 2 selbsttätig hergestellt.
Zu diesem Zweck muss das Verbindungs-Element 7 aus einem
elastischen Material so hergestellt sein, dass die Rast-Elemente 21 ohne
Einwirken einer äußeren Kraft
vom Verbindungs-Stempel 15 weg nach außen tendieren. Durch diese
elastische Kraft nehmen sie die in 1 dargestellte
Position, in der die formschlüssige
Verbindung nicht hergestellt ist, selbsttätig ein. Dadurch löst sich beim
Zurückziehen
der Kolben-Stange 11 die Verbindung zum Verbindungs-Element 7 wieder
selbsttätig, sobald
die Rast-Elemente 21 aus
dem zylindrischen Abschnitt 27 des Tanks 2 in den
sich aufweitenden Abschnitt 25 gelangen. Die formschlüssige Verbindung
ist also selbsttätig
schließbar
und selbsttätig wieder
lösbar,
wobei sie nur der Steuerung der Kolben-Stange 11 durch das Dosier-
oder Auswerte-Pump-Gerät 9 unterliegt.
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Die
automatische Herstellung der Verbindung zwischen Kolbestange 11 und
Kolben 5 ermöglicht
es insbesondere, die Kartusche 3 unaufwändig mit dem Dosier- oder Auswerte-Pump-Gerät 9 zu
verbinden. Sie kann ohne weiteres durch wenige, ungeschulte Handgriffe
angebracht werden, da die eigentliche funktionale Verbindung zur
Steuerung des Pumpvorgangs automatisch hergestellt wird. Sie unterliegt
demnach nicht der Präzision,
mit der die Kartusche 3 manuell am Dosier- oder Auswerte-Pump-Gerät 9 angebracht
wird. Dies erhöht
einerseits die Präzision
bei der Dosierung geringer Mengen von Flüssigkeit 1 durch das
Dosier- oder Auswerte-Pump-Gerät 9 und
ermöglicht
andererseits die Installation und Deinstallation der Kartusche 3 mit
geringem Arbeitsaufwand insbesondere bei der häufigen Handhabung großer Stückzahlen.
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Das
beschriebene System ist damit in der Lage, zentral, insbesondere
stationär
durchzuführende
Analysen unter Verwendung von Einwegkartuschen in großen Stückzahlen
durchzuführen.
Weiter können
die Kartuschen 3 als Einwegkartuschen im gewünschten
Reinheits-Grad hergestellt werden, um eine Anwendung auch in Reinheits-kritischen
Analysen, wie sie in der Mikrobiologie, Chemie oder Medizin durchgeführt werden,
zu ermöglichen.
Es sind auch große
Anzahlen diskreter Stoffmengen in der Lebensmittel-Herstellung,
der chemischen Industrie oder anderen industriellen Anwendungen
möglich.
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In 3 sind das Verbindungs-Element 7 und
der Verbindungs-Stempel 15 in einer anderen Ausführung vergrößert dargestellt.
Insbesondere bei Verwendung elastischer Materialien für die Herstellung
des Verbindungs-Elements 7 oder bei Ver wendung von Folien-Gelenken
für die
Ausformung der Verbindungs-Buchse 19 kann das Problem auftreten, dass
der Kolben 5 durch die Kolben-Stange 11 nicht ausreichend
weit zurückgezogen
werden kann. Dies rührt
daher, dass die Rast-Elemente 21 beim Zurückziehen
des Verbindungs-Stempels 15 elastisch nachgeben und in
die Länge
gezogen werden. Dadurch werden die Rast-Elemente beim Zurückziehen
des Verbindungs-Stempel 15 in einen stärker aufgeweiteten Abschnitt
des Tanks 2 gezogen, dann freigeben, verkürzen sich
dann aber elastisch und wandern in einen stärker verjüngten Abschnitt zurück. Wird
der Verbindungs-Stempel 15 anschließend erneut vorgeschoben, trifft
er auf die Rast-Elemente 21 in dem stärker verjüngten Abschnitt des Tanks 2;
die Rast-Elemente 21 stehen dann zu eng beieinander und
der Verbindungs-Stempel 15 kann nicht erneut in die Verbindungs-Buche 19 eingeschoben
werden. Das hätte
zur Folge, dass keine formschlüssige
Verbindung zwischen Kolben-Stange 11 und Kolben 5 hergestellt
wird und der Kolben 5 nach weiterem Vorschub anschließend nicht
mehr zurückgezogen
werden könnte.
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Um
dies zu vermeiden weisen die Rast-Elemente 21 in 3 eine Form auf, die in
Rückzieh-Richtung
weniger leicht elastisch deformierbar sind als in Vorschub-Richtung.
Idealerweise sind sie in Rückzieh-Richtung
gar nicht elastisch sondern verbleiben starr in ihrer Position.
Dadurch kann der Verbindungs-Stempel 15 leichter in die
Verbindungs-Buchse 19 hineingeschoben als herausgezogen
werden. Um dies zu bewerkstelligen sind die Rast-Elemente 21 als
sägezahnartige
Zacken dargestellt, die sich beim Zurückziehen der Kolben-Stange 11 in
der Verjüngung 7 sozusagen
festkrallen, während
sie über
ihre flache Seite beim Vorschub der Kolben-Stange 11 leicht
zur Seite gedrückt
werden können.
Um das Einrasten der Rast-Elemente 21 in die
Verjüngung 7 in
Rückzieh-Richtung
zu unterstützen,
weist der Verbindungs-Stempel 15 eine flache Rückseite
auf, auf der die Rast-Elemente 21 aufliegen, ohne seitlich
abzugleiten. Insofern spielen Verjüngung 7 bzw. Verbindungs-Stempel 15 und Rast-Elemente 21 wie
ein Zahnrastung zusammen.
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In 4 ist eine weitere Variante
des Verbindungs-Elements 7 in vergrößerter Darstellung gezeigt.
Die in 4 dargestellte
Variante verfolgt das gleiche Ziel wie die in 3 dargestellte Variante, nämlich das
verfrühte
Lösen der
Verbindung zwischen Verbindungs-Stempel 15 und Verbindungs-Element 7 in
Rückzieh-Richtung
zu verhindern. In Ergänzung
zu den elastischen Rast-Elementen 21 sind hier zusätzlich mechanische
Rasten 23 vorgesehen. Diese sind so befestigt, dass sie
in Vorschubrichtung der Kolben-Stange 11 zur Seite geklappt
werden können,
in der entgegengesetzten Richtung jedoch durch Anschläge am Wegklappen gehindert
werden. Dadurch kann der Verbindungs-Stempel 15 beim Vorschub
in die Verbindungs-Buchse 19 die Rasten 23 zur
Seite drücken, ohne
dass dabei eine Vorschubskraft auf den Kolben 5 ausgeübt würde. Die
Rasten 23 sind derart angebracht, dass sie in die Verjüngung 7 eingreifen,
sobald der Verbindungs-Stempel 15 vollständig in
die Verbindungs-Buchse 19 eingeschoben ist. Zu diesem Zweck
müssen
die Rasten 23 durch Federkraft oder eine elastische Aufhängung in
ihre in 4 dargestellte
Ausgangsposition zurückgedrückt werden.
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Die
Rasten 23 gewährleisten
eine sichere formschlüssige
Verbindung zwischen dem Verbindungs-Element 7 und der Kolben-Stange 11,
die sich beim Zurückziehen
nicht frühzeitig
lösen kann,
da die Rasten 23 in Rückzieh-Richtung
nicht wegklappen können.
Sie sind nicht aus elastischem Material, sondern auf Grundlage fester
Materialien gefertigt, z.B. aus Hart-Kunststoff oder Metall. Im Gegensatz
dazu besteht das Verbindungs-Element 7 aus elastischem Material,
um die Rast-Elemente 21 elastisch
in ihre Ausgangsposition zurücktreiben
zu können,
oder weist dazu einen entsprechend vorgespannten Feder-Mechanismus
auf, was in der Figur aber nicht näher dargestellt ist.
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In
einer weiteren, nicht dargestellten Variante des Verbindungs-Elements 7 ist
dieses nicht aus elastischem Material gefertigt, sondern ebenfalls
aus einem festen Material wie Hart-Kunststoff oder Metall. In dieser
Variante muss das automatische Herstellen der Verbindung zwischen
Kolben 5 und Kolben-Stange 11 durch eine erweiterte
Funktionalität der
Rasten 23 gewährleistet
werden. Während
nämlich
in der vorhergehend beschriebenen Variante durch die Aufweitung
des Querschnitts des Tanks 2 die Rast-Elemente 21 und
damit die Rasten 23 ausreichend weit vom Verbindungs-Stempel 15 weggedrückt werden
können,
um die Verbindung beim Zurückziehen
zu lösen,
geht diese Möglichkeit
bei Verwendung eines nicht elastischen Verbindungs-Elements 7 verloren.
Daher ist es auch nicht nötig,
den Endbereich des Tanks 2 mit einem sich kontinuierlich aufweitenden
Querschnitt zu gestalten. Statt dessen ist das Verbindungs-Element 7 ebenso
wie der Kolben 5 zylindrisch, d.h. mit über seine Länge gleichbleibendem Durchmesser,
geformt.
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Um
die erforderliche Funktionalität
der Rasten 23 zu gewährleisten,
weisen diese in der nicht dargestellten Variante einen Riegel auf,
der ihre Bewegung in der Richtung, in der sie den Verbindungs-Stempel 15 freigegeben,
blockiert. In der anderen Richtung ist ihre Bewegung nicht eingeschränkt, so
dass der Verbindungs-Stempel 15 jederzeit ungehindert in
die Verbindungs-Buchse 19 eingeschoben werden kann. Der
Riegel, der die Bewegung der Rasten 23 blockiert, kann
beispielsweise als Zahnraste ausgeführt sein, die beim Zurückziehen
des Verbindungs-Elements 7 in einem bestimmten Längsabschnitt
des Tanks 2 gelöst
wird, indem ein Entriegelungsstift auf der Innenwand des Tanks 2 die
Zahnraste freigibt. Obwohl eine derartige Variante mit mechanisch
beweglichen Rasten 23 einen bedeutend größeren Herstellungsaufwand
mit sich bringen würde,
kann dadurch eine zuverlässigere
Verbindung und eine größere Präzision bei
der Dosierung von in den Tank 2 einzupumpender Flüssigkeit
erreicht werden.
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Die
Kartusche 3 und das Dosier- und Analyse-Pump-Gerät 9 können unabhängig vom
jeweiligen Pump- bzw. Verbindungs-Mechanismus entsprechend jeweils eigener
Anforderungen ges taltet sein. So kann das Pump-Gerät 9 statt
einer aufwändig
gesteuerten automatischen Apparatur auch eine handgesteuerte Vorrichtung
sein, die beispielsweise der Entnahme von Blutproben im Rahmen medizinischer Untersuchungen
direkt in die Kartusche 3 dient. Der Antrieb 13 wäre dann
ein geeigneter manueller Antrieb und die Öffnung 4 wäre mit einer
sterilen intravenösen
Nadel versehen. Wenn statt Blutproben z.B. Gewässerproben für umwelttechnische
oder chemische Untersuchungen genommen werden sollen, könnte eine
solche Apparatur verwendet werden, die dann eine Düse anstelle
einer Nadel an der Öffnung 4 der
Kartusche aufweisen würde.
In einer industriellen Großserien-Anwendung
könnte
die selbsttätig herstellbare
und wieder lösbare
Verbindung zwischen Kartusche 3 und Pump-Gerät 9 genutzt
werden, um eine Vielzahl von Kartuschen 3 in schneller Abfolge
durch das Pump-Gerät 9 befüllen oder
entleeren zu lassen. Je nach Anwendung können die Kartuschen 3 mechanisch
stabil, gegen Erschütterungen
gedämpft,
kühlbar,
heizbar, durch ihre Form gut transportierbar oder in eine Großserien-Anlage integrierbar
gestaltet sein. Außerdem
können
die Öffnung 4 verschließbar und
der Kolben 5 versiegelbar sein, um unbeabsichtigtes Entweichen
von Flüssigkeit 1 zu
verhindern.