DE4041892A1 - Accurately delivering very small liq. vol. from cannula - by controlled vibration fracturing liq. skin protruding below cannula outlet - Google Patents

Accurately delivering very small liq. vol. from cannula - by controlled vibration fracturing liq. skin protruding below cannula outlet

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DE4041892A1 DE19904041892 DE4041892A DE4041892A1 DE 4041892 A1 DE4041892 A1 DE 4041892A1 DE 19904041892 DE19904041892 DE 19904041892 DE 4041892 A DE4041892 A DE 4041892A DE 4041892 A1 DE4041892 A1 DE 4041892A1
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Abstract

Liq. to be delivered in accurate vol. within the micro-litre or ultra-monolitre range is fed by a standard piston and cylinder (1,2) along connecting box to a metering canule (4) with an open end from which protrudes the 'skin' formed by surface tension and which holds a quantity of the supplied liq. The skin is broken by transverse vibrations applied through a canule wall from an external vibrator (11) actuated by an electro-mechanical or piezoelectric source (10). Intensity of vibration of frequency 100 Hz to 10 kHz is adjustable by the position of a slidable clamp support for the vibrator. USE/ADVANTAGE - For clinical and other laboratories, where delivery rate must have no effect on accuracy of metered vol.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur volumenrichtigen Ausgabe von Flüssigkeiten im Mikroliter- und Ultramikroliterbereich. Sie verbessert den technisch herkömmlichen Ausstoß der Flüssigkeiten aus einem oder mehreren Kolben-Zylinder-Systemen in Richtung auf eine volumenrichtige Dosierung von kleinsten Volumina, die in oder unter der Größe eines sich im Schwerefeld von selbst lösenden Tropfens der entsprechenden Flüssigkeit liegen.The present invention relates to a method and a Device for dispensing liquids in the correct volume Microliter and ultra-microliter range. It improves the technically conventional output of the Liquids from one or more piston-cylinder systems in Direction towards correct volume dosing from the smallest Volumes that are in or below the size of a gravity field of self-dissolving drops of the corresponding liquid lie.

Die Dosierung von kleinsten Flüssigkeitsmengen wird hauptsächlich nach dem Prinzip der Volumenverdrängung vorgenommen. Technisch realisiert sind zwei Möglichkeiten, Volumina, die sich auf Grund ihrer geringen Größe nicht von der Dosierspitze lösen wollen, zu dosieren.The dosing of the smallest amounts of liquid is mainly made according to the principle of volume displacement. Technically are realized two ways, volumes based on each other do not want to detach from their small size from the dosing tip dose.

Beim ersten möglichen Arbeitsprinzip, z. B. nach der Realisierung in EP-Patent 00 41 318 wird das zu dosierende Volumen durch Verdrängung langsam aus der Dosieröffnung ausgestoßen, und der Bediener legt dieses im gewünschten Gefäß ab, wobei sich das dosierte Volumen durch die Adhäsionskräfte zwischen Flüssigkeit und Gefäß von der Dosierspitze löst.In the first possible working principle, e.g. B. after implementation in EP patent 00 41 318 the volume to be metered is determined by Displacement slowly ejected from the metering opening, and the Operator places this in the desired vessel, whereby the dosed volume through the adhesive forces between liquid and detach the vessel from the dosing tip.

Beim zweiten möglichen Arbeitsprinzip, z. B. nach DE-Patent 26 58 486 wird die zu dosierende Flüssigkeit mit Motorkraft auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt. Bei Erreichen des voreingestellten Verdrängungsvolumens wird der Ausstoßvorgang ruckartig abgebremst. Entsprechend den geometrischen Dimensionierungen der Kanüle, den durch die Kolbenbewegung gesteuerten Geschwindigkeitsablauf und den flüssigkeitsspezifischen Eigenschaften wie Oberflächenspannung und Viskosität reißt die dosierte Flüssigkeitsmenge bei diesem Bremsvorgang ab.In the second possible working principle, e.g. B. according to DE patent 26 58 486, the liquid to be dosed is applied to a motor certain speed accelerates. When the preset displacement volume is the ejection process abruptly braked. According to the geometric Sizing of the cannula caused by the piston movement controlled speed sequence and  liquid-specific properties such as surface tension and viscosity tears the metered amount of liquid at this Braking process.

Beide technisch realisierten Arbeitsprinzipien zeigen in den Qualitätskennwerten einer Flüssigkeitsdosierung, volumenrichtige Dosierung bei geringer Streuung der einzelnen Volumina, die folgenden Nachteile.Both technically implemented working principles show in the Quality characteristics of a liquid dosage, correct volume Dosage with little scatter of the individual volumes following disadvantages.

Vorrichtungen der ersten Art sind bezüglich Volumenrichtigkeit und Streuung stark von dem Einfluß des Bedieners beim Ablegen des aus der Dosieröffnung ausgetretenen Volumens abhängig.Devices of the first type are correct in terms of volume and scatter greatly from the influence of the operator when dropping the volume exited from the metering opening.

Dieser Nachteil wird durch die im zweiten Arbeitsprinzip realisierte freie Ablage der zu dosierenden Flüssigkeit überwun­ den, so daß für Volumen über 100 Mikroliter eine Dosierung mit befriedigenden Kennwerten technisch realisiert ist.This disadvantage is caused by the second working principle realized free storage of the liquid to be dosed the, so that for volumes over 100 microliters a dosage with satisfactory technical values is realized.

Kommt jedoch das zu dosierende Volumen in oder unter die Größenordnung des im Schwerefeld an der Dosierspitze hängenden Tropfens, ist zum Erreichen eines definierten Abreißens der Flüssigkeit ein abrupter Bremsvorgang notwendig. Die aufgeprägte Geschwindigkeitsführung bei der Dosierung von Volumina in und unter Tropfengröße setzt sich deshalb aus einem Beschleunigungsvorgang auf möglichst hohe Geschwindigkeitswerte der Flüssigkeitssäule und einem ruckartigen Abbremsen zusammen. Das für das definierte Abbremsen der Flüssigkeitssäule notwendige Abbremsen wird in der Praxis entweder durch Fahren gegen feste Anschläge oder durch extrem kurzzeitige Stop-Vorgänge in Schrittmotorantrieben realisiert.However, the volume to be dosed comes in or below the Order of magnitude hanging on the dosing tip in the gravitational field Dripping is the key to achieving a defined tearing Liquid an abrupt braking action is necessary. The embossed Speed control when dosing volumes in and therefore, droplet size consists of one Acceleration process to the highest possible speed values the liquid column and a jerky braking. The necessary for the defined braking of the liquid column In practice, braking is done either by driving against a fixed one Attacks or by extremely short-term stops in Stepper motor drives implemented.

Durch diese Arbeitsweise ist der Qualitätskennwert Streuung für Dosierungen von etwa 20 Mikroliter abwärts unter etwa 0,5%, bezogen auf den Mittelwert, zu halten.Through this way of working, the quality characteristic is scatter for Doses from about 20 microliters down to below about 0.5%, based on the mean.

Die für das definierte Abreißen der Tröpfchen aufgeprägte Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses zeigt jedoch, daß der zweite Qualitätskennwert, die Volumenrichtigkeit, bei ansonsten konstant gehaltenen Bedingungen durch technisch bedingte, kleine Änderungen der Geschwindigkeitsführung stark beeinfluß wird. Mit einer Anordnung, technisch realisiert als motorgetriebener Dosierer mit Festanschlägen in den Dosierorganen und der Verbindung von Dosieröffnung (Dosierkanüle) und Kolben-Zylinder- System in technisch herkömmlicher Art durch entsprechend dimensionierte Schlauch- bzw. Kanülenleitungen, wobei auch Ventilbaugruppen zwischengeschaltet sein können, wurde der oben beschriebene Einfluß von technisch bedingten, geringfügigen Änderungen auf die Qualitätsparameter untersucht. Gearbeitet wurde mit wäßrigen Lösungen und mit einem Festvolumen von 20 Mikroliter.The one stamped for the defined tearing off of the droplets However, speed control of the dosing process shows that the second quality characteristic, the volume correctness, otherwise constant conditions due to technical, small Changes in speed control will be greatly affected. With an arrangement, technically implemented as a motor-driven Dosers with fixed stops in the dosing elements and the  Connection of dosing opening (dosing cannula) and piston-cylinder System in a technically conventional way through accordingly dimensioned hose or cannula lines, whereby also Valve assemblies can be interposed, was the above described influence of technical, minor Changes to the quality parameters examined. Worked was with aqueous solutions and with a fixed volume of 20 Microliters.

Während der Qualitätskennwert Streuung bei derartigen Meßserien unter dem zu garantierenden Wert bleibt, wird der Qualitätskennwert Volumenrichtigkeit als prozentuale Abweichung des Mittelwertes der Meßserie vom Sollwert bis etwa 1% beeinflußt. Das bedeutet jedoch eine Beeinflussung dieses Qualitätskennwertes in der Größenordnung des Garantiewertes. Diese in der klinischen Praxis und Laboruntersuchungen gewonnenen Befunde erklären sich durch das chaotische Verhalten der strömenden Flüssigkeit beim Einströmen und Umlenken in ihre in der Dosieröffnung aufgespannte gekrümmte Oberfläche. Beim Umschlag der laminar aus der Kanüle einströmenden Flüssigkeit in ihre in der Dosieröffnung aufgespannte Oberfläche wird die Flüssigkeit zwangsweise zum turbulenten Umschlag gezwungen. Bei diesem Vorgang kann sich das chaotische Verhalten strömender Flüssigkeiten durchsetzen.During the quality characteristic scatter in such measurement series remains below the value to be guaranteed, the Quality characteristic volume accuracy as a percentage deviation the mean value of the measurement series from the target value to about 1% influenced. However, that means influencing this Quality characteristic in the order of the guarantee value. These obtained in clinical practice and laboratory tests Findings are explained by the chaotic behavior of the flowing liquid as it flows in and redirects into its the dosed opening spanned curved surface. At the Envelope of the liquid flowing in from the cannula into its surface spanned in the metering opening becomes the Liquid forced to undergo turbulent handling. At this process, the chaotic behavior can become more flowing Enforce liquids.

Dieser bei jedem Dosiervorgang ablaufende Vorgang wirkt bei Volumina in Tropfengröße und darunter störend in Hinsicht auf eine Beeinflussung des Qualitätskennwertes Volumenrichtigkeit in der angestrebten Größenordnung.This process, which takes place with each dosing process, is effective Volumes in droplet size and below are bothersome in terms of an influence on the quality characteristic volume accuracy in the desired size.

Mit anderen Worten wird der Mittelwert einer Meßreihe durch technisch nicht mehr vermeidbare Änderungen der Geschwindigkeits­ führung des Dosierprozesses bei Tropfengröße schon etwa bis zu ein Prozent beeinflußt. Diese Qualität entspricht jedoch der angestrebten Kennzahl für den gesamten Dosierprozeß einschließlich technologisch tolerierter Grenzen für die Fertigung von Dosier­ geräten. In other words, the mean of a series of measurements is determined by Technically unavoidable changes in speed Management of the dosing process with drop sizes up to about one percent affected. However, this quality corresponds to desired key figure for the entire dosing process including Technologically tolerated limits for the production of dosing devices.  

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung soll ohne großen technischen Aufwand eine volumenrichtige Dosierung von Volumina unter Tropfengröße bei geringem Verbrauch an Reagenzien und einwandfreien Qualitätskennwerten mit anwendergerechter Genauigkeit erreicht, sowie eine wirtschaftliche Arbeitsweise in diesen Volumenbereichen gewährleistet werden.With the method according to the invention and the associated Device should be a without great technical effort correct dosing of volumes under drop size low reagent consumption and flawless Quality characteristics achieved with user-specific accuracy, as well as an economical way of working in these Volume ranges are guaranteed.

Mit Verfahren und Vorrichtung zur volumenrichtigen Dosierung soll die im Stand der Technik beschriebene, physikalisch bedingte Beeinflussung des Qualitätskennwertes Volumenrichtigkeit bei Volumina in und unter Tropfengröße durch geeignete technische Maßnahmen reduziert werden.With method and device for correct volume dosing that described in the prior art, physically determined Influencing the quality characteristic volume accuracy Volumes in and under drop size through suitable technical Measures are reduced.

Es lag weiterhin die Aufgabe vor, Bedienfehler von vornherein auszuschließen und zu sichern, daß die Dosiergeschwindigkeit keinen negativen Einfluß auf die Volumenrichtigkeit der Dosierung ausübt.The task was still there, operating errors from the outset exclude and ensure that the dosing speed no negative influence on the correct volume of the dosage exercises.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß durch geeignete technische Maßnahmen die physikalisch bedingte Chaotik von außen mit einem stochastischen Prozeß überlagert wird, so daß die chaotisch bedingte Korrelation zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Volumenrichtigkeit im beschriebenen Volumenbereich gebrochen wird.The basic idea of the invention is that by suitable technical measures the physical chaos from outside is overlaid with a stochastic process, so that the chaotic correlation between flow velocity and volume correctness in the volume range described becomes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Schwingungen in der, in der Öffnung der Dosierkanüle aufgespannten, gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche erregt werden, in diese schwingende Flüssigkeitshaut, die einen Teil des zu dosierenden Volumens darstellt, das in herkömmlicher Weise vordosierte Volumen hinein gefördert wird und entsprechend der Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses Flüssigkeitshaut und von ihr aufgenommenes, vordosiertes Volumen definiert zum Abriß gebracht werden, wobei während des gesamten Zeitraumes bis zum Abriß des dosierten Volumens die Flüssigkeitsoberfläche in fortwährenden Schwingungen gehalten wird. According to the invention the object is achieved in that vibrations in the curved one spanned in the opening of the dosing cannula Liquid surface are excited in this vibrating Liquid skin that is part of the volume to be dosed represents the pre-metered volume in a conventional manner is promoted and according to the speed control of the Dosing process liquid skin and absorbed by it, predefined volume can be brought to demolition, whereby during the entire period up to the demolition of the dosed Volume the liquid surface in constant vibrations is held.  

Es erscheint als eine günstige Variante, daß die Schwingung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Flüssigkeit auf das Flüssigkeitsvolumen gerichtet wird.It appears as a favorable variant that the vibration perpendicular to the direction of movement of the liquid on the Volume of liquid is directed.

Als stochastischer Prozeß wirken die Schwingungen, die auf die in der Kanülenöffnung aufgespannte, gekrümmte Flüssigkeitsoberfläche aufgeprägt werden, so daß der turbulente Umschlag der laminaren Strömung der dosierten Flüssigkeit mit einer zufälligen Komponen­ te überlagert wird.The vibrations acting on the in curved liquid surface stretched over the cannula opening be imprinted so that the turbulent turnover of the laminar Flow of the dosed liquid with a random component te is superimposed.

Das Verfahren wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung realisiert, gekennzeichnet dadurch, daß an der kanülenartigen Dosieröffnung mittels geeigneter Verbindungselemente ein schwingungserzeugendes Element angebracht ist, das über Vorrichtungen zur Steuerung der, auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkenden, Schwingungsintensität verfügt.According to the invention, the method is implemented by a device realized, characterized in that on the cannula-like Dosing opening by means of suitable connecting elements vibration generating element is attached, which over Devices for controlling the surface of the liquid acting, vibration intensity.

Als Vorrichtungen zur Steuerung der, auf die Flüssigkeitsober­ fläche einwirkenden, Schwingungsintensität können verschiebbar auf der kanülenartigen Dosieröffnung anordenbare und klemmbare Halterungen des schwingfähigen Systems, Vorrichtungen zur elektrischen Beeinflussung der elektromechanischen Rückkoppelbedingungen, einstellbare technische Mittel der Impulsübertragung vom Schwingsystem auf die kanülenartige Dosieröffnung, insbesondere über Schraubverbindungen justierbare, federnde Kopplungen dienen.As devices for controlling the, on the liquid upper Area impacting, vibration intensity can be shifted can be arranged and clamped on the cannula-like dosing opening Brackets of the oscillatory system, devices for electrical influence of the electromechanical Feedback conditions, adjustable technical means of Impulse transmission from the vibration system to the cannula-like Dosing opening, especially adjustable via screw connections, spring couplings are used.

Das schwingungserzeugende Element kann ein elektromechanischer oder ein piezoelektrischer Schwinger sein.The vibration generating element can be an electromechanical or be a piezoelectric vibrator.

Die Erregerfrequenz liegt vorzugsweise zwischen 100 Hz und 10 kHz.The excitation frequency is preferably between 100 Hz and 10 kHz.

Die von dem schwingungserzeugenden Element erzeugten Schwingungen wirken mit einer Intensität, die ein Auseinanderreißen der in der Dosieröffnung aufgespannten Flüssigkeitsoberfläche unter dem Einfluß dieser Schwingungen verhindert.The generated by the vibration generating element Vibrations act with an intensity that Tear apart the clamped in the metering opening Liquid surface under the influence of these vibrations prevented.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel und den Figuren näher erläutert. Es zeigtThe method and device according to the invention are set forth in an embodiment and the figures explained.  It shows

Fig. 1 Übersichtsdarstellung der Dosieranordnung, Fig. 1 Overview of the dosing assembly,

Fig. 2a-d Details der Vorgänge an der Dosieröffnung in den einzelnen Verfahrensschritten. Fig. 2a-d details of the processes at the metering orifice in the individual process steps.

Fig. 1 ist die für das Verständnis wichtige technische Übersichtsdarstellung für Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung. Ausgangspunkt für die Realisierung der Dosierung einer Flüssigkeit ist ein meistens technisch realisiertes Kolben 1- Zylinder 2-System. Die Flüssigkeit 3 wird durch den Kolben 1 im Zylinder 2 verdrängt, zur Dosieröffnung 4 gefördert und durch diese ausgestoßen. Die Verbindung von Dosieröffnung 4 und Kolben 1-Zylinder 2-System erfolgt in technisch herkömmlicher Art durch entsprechend dimensionierte Schlauch- bzw. Kanülenleitungen 5, wobei auch Ventilbaugruppen 6 zwischengeschaltet sein können. Die Bewegung des Kolbens 1 wird vorzugsweise durch eine motorgetriebene Kupplung, in 7 symbolisch dargestellt, über die Kolbenstange 8 erreicht. Fig. 1 which is important for the understanding of technical overview illustration of methods and apparatus according to the invention. The starting point for realizing the dosing of a liquid is a mostly technically realized piston 1 - cylinder 2 system. The liquid 3 is displaced by the piston 1 in the cylinder 2 , conveyed to the metering opening 4 and ejected through it. The connection between the metering opening 4 and the piston 1- cylinder 2 system takes place in a technically conventional manner by means of appropriately dimensioned hose or cannula lines 5 , valve assemblies 6 also being able to be interposed. The movement of the piston 1 is preferably achieved by means of a motor-driven clutch, symbolically represented in FIG. 7 , via the piston rod 8 .

Die Größe des ausgestoßenen Volumens wird durch eine Begrenzung der Kolbenbewegung zwischen mechanischen oder elektronischen Anschlägen bestimmt. Diese Anschläge sind durch 9 symbolisch dargestellt.The size of the ejected volume is determined by limiting the piston movement between mechanical or electronic stops. These attacks are symbolically represented by 9 .

Ein an sich technisch bekanntes elektromechanisches Schwingungs­ system 10 wird nun so an der Kanülenleitung 5 angebracht, daß das mechanisch schwingende Teil über die Kanülenleitung 5 Schwingun­ gen auf die Dosieröffnung 4 aufprägen kann. Der Einsatz eines piezoelektrischen Schwingungsgebers ist ebenfalls für diesen Zweck denkbar.A technically known electromechanical vibration system 10 is now attached to the cannula line 5 so that the mechanically vibrating part can impress 5 oscillations on the metering opening 4 via the cannula line. The use of a piezoelectric vibrator is also conceivable for this purpose.

Als technisch geeignetes Mittel zur Einstellung der Schwingungsintensität der, in der Dosieröffnung 4 aufgespannten, Flüssigkeitshaut wurde ein auf der Kanülenleitung 5 längsverschiebbares und klemmbares Aufnahmeelement 11 des elektromechanischen Schwingungsgebers 10 eingesetzt, mit dem über eine die Kanüle 5 umgebende, nicht näher dargestellte Hülse, die erzeugten Schwingungen auf die Dosieröffnung 4 geleitet werden. Durch eine Längsverschiebung dieser Aufnahmevorrichtung 11 auf der Kanüle 5 ist die Intensität der Schwingungen in der gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche einstellbar.As a technically suitable means for adjusting the oscillation intensity of the spanned in the metering orifice 4, liquid skin was 11 of the electro-mechanical vibration transducer 10 is inserted a longitudinally displaceable on the cannula line 5 and clampable recording element to which a cannula 5 surrounding, not illustrated sleeve, the generated Vibrations are passed to the metering opening 4 . The intensity of the vibrations in the curved liquid surface can be adjusted by a longitudinal displacement of this receiving device 11 on the cannula 5 .

Mit einer derartigen Anordnung, technisch realisiert als motorgetriebener Dosierer mit mechanischen Festanschlägen im Dosierorgan, wurde der oben beschriebene Einfluß von technisch geringfügigen Geschwindigkeitsänderungen auf den Qualitätsparameter Volumenrichtigkeit untersucht. Die Verbindungsschläuche und Kanülen 5 bestanden aus Polyethylen mit einem Innendurchmesser von 1,2 mm, die geometrische Dimensionierung der Dosieröffnung 4 lag im Innendurchmesser zwischen 0,3 und 0,5 mm bei einer Übergangslänge von Kanülendurchmesser zu Dosieröffnung von 4 bis 6 mm.With such an arrangement, technically implemented as a motor-driven metering device with mechanical fixed stops in the metering element, the above-described influence of technically minor changes in speed on the quality parameter volume correctness was investigated. The connecting hoses and cannulas 5 consisted of polyethylene with an inner diameter of 1.2 mm, the geometrical dimensioning of the metering opening 4 was between 0.3 and 0.5 mm with a transition length from cannula diameter to metering opening of 4 to 6 mm.

Nach dem Wesen der Erfindung wird nun dem vom Kolben 1- Zylinder 2-System vordosierten Flüssigkeitsvolumen eine senkrecht zur Strömungsrichtung gerichtete Schwingung aufgeprägt. Diese Schwingung wird durch einen externen, an der Dosierkanüle angebrachten Schwinger 10 angeregt.According to the essence of the invention, the liquid volume pre-metered by the piston 1 -cylinder 2 system is impressed with a vibration directed perpendicular to the direction of flow. This vibration is excited by an external vibrator 10 attached to the dosing cannula.

Die Intensität der aufzuprägenden Schwingungen ist durch die angegebenen technischen Maßnahmen so einzustellen, daß die in der Dosieröffnung 4 aufgespannte Flüssigkeitsoberfläche unter dem Einfluß der aufgeprägten Schwingungen nicht zerreißt, sondern das dosierte Volumen vollständig aufnehmen kann.The intensity of the vibrations to be impressed is to be set by the technical measures indicated so that the liquid surface spanned in the metering opening 4 does not tear under the influence of the impressed vibrations, but rather can completely absorb the metered volume.

Technisch ebenfalls geeignet erscheinen schaltungstechnische Maßnahmen zur elektrischen Einstellung der elektromechanischen Rückkoppelbedingungen oder piezoelektrisch erregten Schwingungen, das heißt eine primäre Steuerung der im Schwingsystem 10 erregten Intensität.Circuitry measures for the electrical setting of the electromechanical feedback conditions or piezoelectrically excited vibrations also appear to be technically suitable, that is, primary control of the intensity excited in the vibrating system 10 .

Eine in einer Haltevorrichtung abgestützte, gefederte Andruckvor­ richtung zur über die einwirkende Federkraft gesteuerten Übertra­ gung der im Schwingsystem 10 erzeugten Schwingungen auf die Kanüle 5 ist zur Steuerung der Intensität der Schwingungen der in der Dosieröffnung 4 aufgespannten Flüssigkeitshaut ebenfalls denkbar; dabei kann die wirkende Federkraft durch Schraubverbin­ dungen eingestellt werden.A supported in a holding device, spring-loaded Andruckvor direction for controlled by the acting spring force transmission of the vibrations generated in the vibrating system 10 on the cannula 5 is also conceivable for controlling the intensity of the vibrations of the fluid skin spanned in the metering opening 4 ; the spring force can be adjusted by screw connections.

Die beschriebenen Vorrichtungen zur Intensitätssteuerung können sowohl in ein herkömmliches Handstück zur Kanülenhalterung integriert werden, als insbesondere auch beim Einsatz in Meßplätzen als einzelne Baugruppe ausgeführt werden.The described devices for intensity control can both in a conventional handpiece for cannula holder be integrated, especially when used in  Measuring stations can be designed as a single assembly.

Die Frequenz der aufzuprägenden Schwingungen sollte zwischen 100 Hz und 10 kHz liegen. Die optimale Erregungsfrequenz des Schwing­ systemes wird durch den konkreten Anwendungsfall bestimmt und wird durch die geometrischen Verhältnisse an der Dosieröffnung, die Größe des zu dosierenden Volumens, die Zähigkeit der zu dosierenden Flüssigkeit und die Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses beeinflußt. Für die Anpassung der Erregerfrequenz an die konkrete Dosieraufgabe sollten folgende Tendenzen Anwendung finden: eine Verkleinerung des zu dosierenden Volumens erfordert eine höhere Erregerfrequenz; bei Vergrößerung der auf­ gespannten, gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche durch geometrische Dimensionierung wird durch Senken der Erregerfrequenz optimiert. Ein funktioneller Zusammenhang diese Tendenzen ist auf Grund des chaotischen Charakters des Dosiervorganges nicht herstellbar.The frequency of the vibrations to be impressed should be between 100 Hz and 10 kHz are. The optimal excitation frequency of the oscillation system is determined by the specific application and is determined by the geometric conditions at the metering opening, the size of the volume to be dosed, the toughness of the dosing liquid and the speed control of the Dosing process influenced. For the adjustment of the excitation frequency The following tendencies should apply to the specific dosing task Find application: a reduction in the volume to be dosed requires a higher excitation frequency; when enlarging the tense, curved liquid surface due to geometric Dimensioning is optimized by lowering the excitation frequency. A functional connection of these tendencies is due to the chaotic character of the dosing process can not be produced.

Im Experiment wurde unter den oben angegebenen Versuchsbedingungen erfolgreich mit Frequenzen zwischen 500 Hz und 1 kHz gearbeitet. Für die Erzeugung der Erregerfrequenz sind geeignete schaltungs­ technische Maßnahmen vorzusehen, die neben der elektrischen Erzeugung und eventuellen Verstärkung der Erregerfrequenz auch schaltungstechnische Maßnahmen zum Schalten der Erregerfrequenz­ erzeugung entsprechend dem momentanen Zustand im Dosierprozeß beinhalten müssen. Sie werden in der symbolisch angegebenen Steuereinheit 12 realisiert.In the experiment, frequencies between 500 Hz and 1 kHz were successfully used under the test conditions given above. For the generation of the excitation frequency, suitable circuit-technical measures are to be provided which, in addition to the electrical generation and possible amplification of the excitation frequency, must also include circuit-technical measures for switching the excitation frequency generation in accordance with the current state in the metering process. They are implemented in the symbolically indicated control unit 12 .

Durch diese Maßnahmen ist das Schwingsystem 10 vor Beginn des Dosiervorganges zu aktivieren und während der Dauer des Dosier­ vorganges aktiviert zu belassen. Experimentell wurde dieses Problem durch entsprechende elektrische Schalter an der den Dosierprozeß steuernden mechanischen Kurvenscheibe des eingesetz­ ten Festvolumendosierers gelöst.Through these measures, the vibrating system 10 is to be activated before the start of the metering process and to be left activated during the duration of the metering process. This problem was solved experimentally by means of corresponding electrical switches on the mechanical cam disc controlling the metering process of the fixed volume meter used.

Zum Verständnis der grundlegenden Verfahrensschritte sind in Fig. 2a-d die Vorgänge an der Dosieröffnung 4 im Detail dargestellt. Fig. 2a zeigt die Verhältnisse in der Dosieröffnung 4 im Ruhe­ zustand. In der Dosieröffnung 4 ist die gekrümmte Flüssigkeits­ haut 13 aufgespannt, die sich an der Berührungsfläche von Luft und Flüssigkeit 3 zwangsläufig bildet. Je nach Kräfteverhältnis­ sen zwischen benetzter Wand und freier Flüssigkeitsoberfläche wird diese konkav oder konvex aufgespannt.To understand the basic method steps, the processes at the metering opening 4 are shown in detail in FIGS . 2a-d. Fig. 2a shows the conditions in the metering opening 4 at rest. In the metering opening 4 , the curved liquid skin 13 is stretched, which inevitably forms on the contact surface of air and liquid 3 . Depending on the balance of forces between the wetted wall and the free surface of the liquid, it is clamped concave or convex.

Vor Beginn des Dosierprozesses wird erfindungsgemäß die externe Schwingvorrichtung zugeschaltet. Durch diese Schwingungen wird die in der Dosieröffnung 3 aufgespannte Flüssigkeitshaut 13 aus­ gelenkt und befindet sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten in unterschiedlichen Lagen, wodurch erfindungsgemäß dem Dosierprozeß eine stochastische Komponente überlagert wird.According to the invention, the external oscillation device is switched on before the dosing process begins. Due to these vibrations, the fluid skin 13 stretched out in the metering opening 3 is deflected out and is in different positions at different times, as a result of which, according to the invention, a stochastic component is superimposed on the metering process.

Wird die Flüssigkeit 3 nun durch eine Bewegung des Kolbens 1 verdrängt, so strömt sie bei diesem Vorgang in die aufgespannte Flüssigkeitshaut 13. Dort wird der einströmende Flüssigkeitsstrom durch die Spannung der Oberflächenhaut umgelenkt, dabei kommt es zum tubulenten Umschlag der Flüssigkeit, der den chaotischen Charakter des Dosierprozeses begründet.If the liquid 3 is now displaced by a movement of the piston 1 , it flows into the stretched liquid skin 13 during this process. There, the inflowing liquid flow is redirected by the tension of the surface skin, which leads to a tubulent change in the liquid, which justifies the chaotic character of the dosing process.

Die aufgespannte Flüssigkeitshaut 13 bläht sich durch Aufnahme der einströmenden Flüssigkeit 4 langsam auf. Dabei schwingt sie entsprechend den senkrecht aufgeprägten Schwingungen um ihre Ruhelage. Dieser fortschreitende Prozeß ist in den Fig. 2b und 2c dargestellt, wobei die unterschiedlichen Lagen A und B unterschiedliche Schwingungsphasen symbolisieren.The stretched-out liquid skin 13 swells slowly by absorbing the inflowing liquid 4 . It swings around its rest position in accordance with the vertically imprinted vibrations. This progressive process is shown in FIGS. 2b and 2c, the different positions A and B symbolizing different oscillation phases.

Nach Aufnahme des dosierten Volumens reißt die aufgeblähte Flüs­ sigkeitshaut 13 bei fortwährender Schwingungseinwirkung durch Beenden des Dosiervorganges schließlich von der Dosieröffnung 4 ab. Dieser Zustand ist in Fig. 2d veranschaulicht. Damit ist ein Dosiervorgang beendet. After the metered volume has been taken up, the inflated liquid skin 13 finally tears from the metering opening 4 in the event of continuous vibration by ending the metering process. This state is illustrated in Fig. 2d. This completes the dosing process.

Aufstellung der BezugszeichenList of reference numbers

1 Kolben
2 Zylinder
3 Flüssigkeit
4 Dosieröffnung
5 Kanülenleitung
6 Ventilbaugruppe
7 Motor mit Getriebe
8 Kolbenstange
9 Anschlagsystem
10 schwingungserzeugendes System
11 Aufnahmeelement
12 Steuereinheit
13 Flüssigkeitshaut
1 piston
2 cylinders
3 liquid
4 dosing opening
5 cannula lead
6 valve assembly
7 Motor with gear
8 piston rod
9 stop system
10 vibration generating system
11 receiving element
12 control unit
13 fluid skin

Claims (9)

1. Verfahren zur volumenrichtigen Dosierung, bei dem die zu dosierende Flüssigkeit durch Motorkraft auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt und bei Erreichen mechanischer oder elektronischer Anschläge der Ausstoßvorgang abgebremst wird, gekennzeichnet dadurch, daß Schwingungen in der, in der Öffnung der Dosierkanüle aufgespannten, gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche erregt werden, in diese schwingende Flüssigkeitshaut, die einen Teil des zu dosierenden Volumens darstellt, das in herkömmlicher Weise vordosierte Volumen hinein gefördert wird und entsprechend der Geschwindigkeitsführung des Dosierprozesses Flüssigkeitshaut und von ihr aufgenommenes, vordosiertes Volumen definiert zum Abriß gebracht werden, wobei während des gesamten Zeitraumes bis zum Abriß des dosierten Volumens die Flüssigkeitsoberfläche in fortwährenden Schwingungen gehalten wird.1. Method for correct volume metering, in which the liquid to be metered is accelerated to a certain speed by motor force and the ejection process is slowed down when mechanical or electronic stops are reached, characterized in that vibrations are excited in the curved liquid surface spanned in the opening of the metering cannula are, into this vibrating liquid skin, which is part of the volume to be dosed, which is conveyed in a conventional manner into pre-dosed volume and according to the speed control of the dosing process liquid skin and pre-dosed volume absorbed by it are brought to a demolition, during the entire period until the dosed volume is torn off, the liquid surface is kept in constant vibration. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schwingung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Flüssigkeit auf das Flüssigkeitsvolumen gerichtet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Vibration perpendicular to the direction of movement of the liquid the volume of liquid is directed. 3. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens zur volumenrichtigen Dosierung von Flüssigkeiten bestehend aus einem Kolben-Zylinder-System mit kanülenartiger Dosieröffnung, wobei das zu dosierende Volumen durch einen, über entsprechende Vorrichtungen zwischen mechanischen oder elektronischen Anschlägen motorgetriebenen Kolben in die Dosierkanüle gefördert wird, gekennzeichnet dadurch, daß an der kanülenartigen Dosieröffnung mittels geeigneter Verbindungselemente ein schwingungserzeugendes Element angebracht ist, das über Vorrichtungen zur Steuerung der, auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkenden, Schwingungsintensität verfügt.3. Device for implementing the method for correct volume dosing of liquids consisting of a Piston-cylinder system with cannula-like metering opening, whereby the volume to be dosed by a corresponding one Devices between mechanical or electronic Stops of motor-driven pistons are conveyed into the dosing cannula is characterized in that on the cannula-like Dosing opening by means of suitable connecting elements vibration generating element is attached, which over Devices for controlling the surface of the liquid acting, vibration intensity. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung der, auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkenden, Schwingungsintensität eine auf der kanülenartigen Dosieröffnung verschiebbar anordenbare und klemmbare Halterung des schwingfähigen Systems dient.4. The device according to claim 3, characterized in that for Control of the liquid surface Vibration intensity on the cannula-like metering opening  Slidably mountable and clampable bracket of the vibratory system is used. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die, auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkende, Schwingungsintensität durch Vorrichtungen gesteuert wird, die die elektromechanischen Rückkoppelbedingungen elektrisch beeinflussen.5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that that the acting on the liquid surface Vibration intensity is controlled by devices that the electromechanical feedback conditions electrical influence. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die, auf die Flüssigkeitsoberfläche einwirkende, Schwingungsintensität durch einstellbare technische Mittel der Impulsübertragung vom Schwingungssystem auf die kanülenartige Dosieröffnung, insbesondere durch über Schraubverbindungen justierbare, federnde Kopplung gesteuert wird.6. The device according to claim 3 or 4, characterized in that that the acting on the liquid surface Vibration intensity through adjustable technical means of Impulse transmission from the vibration system to the cannula-like Dosing opening, especially through screw connections adjustable, spring coupling is controlled. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das schwingungserzeugende Element ein elektromechanischer Schwinger ist.7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the vibration generating element is electromechanical transducer. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das schwingungserzeugende Element ein piezoelektrischer Schwinger ist.8. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the vibration generating element is a piezoelectric vibrator. 9. Vorrichtungen nach Anspruch 3 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Erregerfrequenz der schwingungserzeugenden Elemente vorzugsweise zwischen 100 Hz und 10 kHz liegt.9. Apparatus according to claim 3 to 8, characterized in that that the excitation frequency of the vibration generating elements is preferably between 100 Hz and 10 kHz.
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