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Die Erfindung bezieht sich auf ein Pipettiersystem umfassend eine Pipettiervorrichtung und eine Pipettenspitze.
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Pipettiervorrichtungen werden zusammen mit Pipettenspitzen zum Dosieren von Flüssigkeiten verwendet. Eine Pipettiervorrichtung umfaßt eine Verdrängungseinrichtung mit einer Verdrängungskammer und einem darin verlagerbaren Verdrängerelement für Luft. Die Verdrängungseinrichtung ist meist als Zylinder mit einem darin längsverschieblich angeordneten Kolben ausgeführt. Die Pipettiervorrichtung weist einen Aufsteckschaft zum Aufstecken einer Pipettenspitze auf. Die Verdrängungskammer ist über einen Durchgangskanal mit einem Loch im Ende des Aufsteckschaftes verbunden. Eine Pipettenspitze weist einen länglichen, röhrförmigen Körper auf, der an einem Ende eine Durchgangsöffnung für die zu dosierende Flüssigkeit und an dem anderen Ende eine Aufstecköffnung zum Aufstecken auf den Aufsteckschaft der Pipettiervorrichtung hat. Durch Eindrücken des Aufsteckschaftes in die Aufstecköffnung wird die Pipettenspitze an der Pipettiervorrichtung fixiert.
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Mittels der Verdrängungseinrichtung wird eine Luftsäule verschoben, um Flüssigkeit in die auf den Aufsteckschaft gesteckte Pipettenspitze einzusaugen oder aus dieser auszustoßen. Wird die Luftsäule von der Pipettenspitze weg bzw. in die Verdrängungskammer hinein verschoben, wird eine bestimmte Flüssigkeitsmenge durch die Durchgangsöffnung in den rohrförmigen Körper eingesogen. Durch Verschieben der Luftsäule von der Verdrängungskammer weg zur Pipettenspitze hin, wird eine Flüssigkeitsmenge aus dem rohrförmigen Körper durch die Durchgangsöffnung abgegeben.
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Bekannt sind Pipettiersysteme, bei denen die Pipettenspitze mit der Hand vom Aufsteckschaft abgezogen wird. Meistens weisen die Pipettiervorrichtungen einen Abwerfer auf, der auf den oberen Rand der Pipettenspitze wirkt, um diese bei Betätigen des Abwerfers durch den Anwender vom Aufsteckschaft abzudrücken.
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Die Pipettiervorrichtung kann eine tragbare Handpipette mit manuell oder durch einen Elektromotor angetriebener Verdrängungseinrichtung oder eine stationäre Dosierstation mit einer motorbetriebenen Verdrängungseinrichtung sein. Das Aufstecken und Abwerfen der Pipettenspitze kann ebenfalls manuell oder motorgetrieben geschehen.
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Zur Vermeidung von Fehlpipettierungen muß die Pipettenspitze abdichtend auf dem Aufsteckschaft fixiert sein. Für den Anwender ist oftmals schwer zu erkennen, warm die Pipettenspitze abdichtend auf dem Aufsteckschaft angeordnet ist. Durch hohe Aufsteckkräfte kann zwar eine Abdichtung erreicht werden. Jedoch wird der Anwender durch den hohen Kraftaufwand beim Aufstecken und Abwerfen von Pipettenspitzen stark belastet. Außerdem kann die für eine abdichtende Fixierung erforderliche Aufsteckkraft infolge von Fertigungstoleranzen schwanken, so daß der Anwender eine erhebliche Aufsteckkraft aufbringen muß, wenn er sicher sein will, daß die Pipettenspitze abdichtend am Aufsteckschaft sitzt.
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Ferner hat eine unterschiedliche Aufsteckhöhe der Pipettenspitze am Aufsteckschaft zur Folge, daß das Totvolumen zwischen der Flüssigkeitsoberfläche in der Pipettenspitze und dem Kolben oder einem anderen Verdrängerelement schwankt. Dies kann den Dosierfehler erheblich beeinflussen.
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Die
US 4 748 859 beschreibt eine Pipettenspitze mit drei inneren koaxialen, kreisringförmigen Dichtbändern, die in einem Abstand von einem proximalen Ende zur Aufnahme eines konischen Aufsteckschaftes angeordnet sind. Die beiden ersten Dichtbänder und die benachbarten Teilbereiche der Pipettenspitze sind relativ nachgiebig und so geformt, dass die beiden Dichtbänder gleichzeitig mit dem Aufsteckschaft in Eingriff kommen und diesen beim Eintritt in die Pipettenspitze führen und seitlich abstützten, um kreisringförmige, flüssigkeitsdichte Dichtungen mit dem Aufsteckschaft zu bilden. Das dritte Dichtband ist relativ starr und bildet nach Eingriff mit dem Aufsteckschaft eine dritte kreisringförmige flüssigkeitsdichte Dichtung und einen kontrollierbaren Anschlag für den Aufsteckschaft, sodass die Pipettenspitze auf dem Aufsteckschaft in der Nähe eines Abwerfmechanismus angeordnet ist. Wenn das dritte Dichtband in Eingriff mit dem Aufsteckschaft kommt, können hohe Aufsteckkräfte auftreten. Zudem kann die Aufsteckhöhe der Pipettenspitze am Aufsteckschaft schwanken, je nachdem, welche Aufsteckkraft aufgebracht wird.
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Die
US 5 200 151 beschreibt ein Pipettiersystem mit einem Aufsteckschaft an einer Pipette und Pipettenspitzen. Die Pipettenspitzen haben eine proximale Kammer, welche das distale Ende des Aufsteckschaftes aufnimmt. Die Kammer weist eine Stufe auf, die einen kreisringförmigen Bereich des Aufsteckschaftes umgibt, um einen Anschlag für den Aufsteckschaft zu bilden und einen genauen Abstand zwischen dem distalen Ende des Aufsteckschaftes und der Öffnung der Pipettenspitze einzuhalten. Die Stufe weist eine hochstehende Lippe auf, die auf einer konischen Fläche am distalen Ende des Aufsteckschaftes abdichtet. Ferner weist die Pipettenspitze in der Kammer oberhalb der Dichtlippe einen Dichtwulst auf, der auf einer weiteren konischen Dichtfläche des Aufsteckschaftes abdichtet. Oben sind in der Kammer drei symmetrisch um den Umfang verteilte Grate vorhanden. Die Grate sind Schnappelemente, welche in den Eingriff mit einem Vorsprung des Aufsteckschaftes kommt. Oben weist die Pipettenspitze drei Kerben auf, die sich vom proximalen Ende der Pipettensptitze aus bis etwa auf die Höhe der Grate erstrecken. Durch die Kerben soll die Kraft, mit der die Pipettenspitze auf dem Aufsteckschaft gehalten wird, erhöht werden.
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Dadurch, dass das untere Ende des Aufsteckschaftes an der Stufe anliegt, ist ein Toleranzausgleich uneingeschränkt möglich.
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Die
WO 2005/082536 A1 beschreibt ein Pipettiersystem mit einem Aufsteckschaft und einer Pipettenspitze, in die ein separat gefertigtes Einsatzbauteil zum Aufstecken auf den Aufsteckschaft eingesetzt ist. Das Einsatzbauteil weist oben voneinander beabstandete, axial gerichtete federnde Finger auf, die innen einen Hinterschnitt aufweisen, mit dem das Einsatzbauteil an einer Schulter des Aufsteckschaftes gehalten wird. Die federnden Finger stehen von einem kreisscheibenförmigen Boden des Einsatzteiles hoch, der eine Durchgangsbohrung hat, die von einem axial vorstehenden Dichtwulst umgeben ist. Der Dichtwulst kommt in abdichtende Anlage mit der distalen Endfläche des Aufsteckschaftes. Diese Dichtung funktioniert nur, wenn die Pipettenspitze von den Federelementen mit dem Dichtwulst exakt in Anlage an dem distalen Ende des Aufsteckschaftes gehalten ist. Geringe Toleranzen können Undichtigkeit der Abdichtung zur Folge haben.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Pipettiersystem zu schaffen, das dem Anwender das abdichtende Fixieren der Pipettenspitze am Aufsteckschaft und das Lösen der Pipettenspitze vom Aufsteckschaft erleichtert.
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Die Aufgabe wird durch ein Pipettiersystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Pipettiersystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß Anspruch 1 hat das erfindungsgemäße Pipettiersystem zum Dosieren von Flüssigkeiten
- – eine Pipettiervorrichtung mit mindestens einem Aufsteckschaft mit mindestens einem Rastelement,
- – mindestens einen umlaufenden Dichtbereich des Aufsteckschaftes,
- – eine auf den Aufsteckschaft aufsteckbare Pipettenspitze mit mindestens einem mit dem Rastelement des Aufsteckschaftes verrastbaren weiteren Rastelement und
- – mindestens einen umlaufenden weiteren Dichtbereich der Pipettenspitze, der sich in dichtender Anlage an dem Dichtbereich des Aufsteckschaftes befindet, wenn Rastelement und weiteres Rastelement miteinander verrastet sind, wobei
- – der Dichtbereich (33) näher am freien Ende des Aufsteckschaftes (1) angeordnet ist als das Rastelement (6),
- – die Pipettenspitze (15) im Bereich des weiteren Rastelementes (29) eine geschwächte Wand aufweist,
- – die geschwächte Wand durch mindestens einen in Axialrichtung der Pipettenspitze (15) verlaufenden Schlitz (31) geschwächt ist,
- – der Schlitz (31) von der Aufstecköffnung (17) der Pipettenspitze (15) ausgeht und
- – der Dichtbereich (33) und/oder der weitere Dichtbereich (34) mindestens eine Ringnut (11, 12) mit einem darin eingesetzten Dichtring (13, 14) aufweist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Pipettiersystem ist der Aufsteckschaft am Außenumfang und die Pipettenspitze am Innenumfang mit mindestens einem Paar miteinander verrastbarer Rastelemente versehen. Diese sind z. B. miteinander verrastbare Rastnocken oder Rasthaken. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind sie als Rastwulst und Rastnut ausgeführt. Beim Aufstecken der Pipettenspitze auf den Aufsteckschaft erkennt der Anwender an dem Verrasten der Rastelemente, daß die Pipettenspitze richtig auf den Aufsteckschaft aufgesteckt ist. Spätestens wenn die Rastelemente miteinander verrastet sind, befinden sich nämlich der Dichtbereich des Aufsteckschaftes und der weitere Dichtbereich der Pipettenspitze in dichtender Anlage aneinander. Durch die Verrastung von Pipettenspitze und Aufsteckschaft wird sichergestellt, daß die Pipettenspitze mit im wesentlichen konstanter Aufsteckkraft auf dem Aufsteckschaft fixiert und mit einer entsprechenden Kraft vom Aufsteckschaft lösbar ist. Das Aufbringen überhöhter Aufsteckkräfte, die den Anwender beim Aufstecken und Lösen der Pipettenspitze stark belasten, wird vermieden. Ferner rastet die Pipettenspitze immer auf der gleichen Höhe auf dem Aufsteckschaft auf, so daß Schwankungen des Totvolumens und damit einhergehende Dosierfehler vermieden werden. Des weiteren ist es möglich, die Rastposition der Pipettenspitze am Aufsteckschaft so zu wählen, daß Fertigungstoleranzen die Abdichtung der Pipettenspitze auf dem Aufsteckschaft nicht beeinträchtigen.
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Der Dichtbereich und/oder der weitere Dichtbereich weist eine Ringnut mit einem darin eingesetzten Dichtring auf. Der Dichtring ermöglicht einen Toleranzausgleich zwischen Aufsteckschaft und Pipettenspitze. Dies beruht darauf, daß der Dichtring besonders elastisch ausgeführt sein kann, so daß eine starke Verformung des Dichtringes einen Toleranzausgleich bewirkt. Zum Zwecke des Toleranzausgleiches kann zusätzlich eine glatte Wand, an der der Dichtring und/oder der Dichtwulst anliegt, besonders dünnwandig und damit besonders elastisch ausgeführt sein.
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Der Dichtbereich ist näher am freien Ende des Aufsteckschaftes angeordnet als das Rastelement. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Rastelemente von pipettierter Flüssigkeit benetzt bzw. verunreinigt werden.
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Der Aufsteckschaft kann verschiedene Geometrien aufweisen. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Aufsteckschaft im wesentlichen zylindrisch und/oder konisch und weist die Pipettenspitze eine dazu komplementäre Innenkontur auf.
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Die Pipettenspitze weist im Bereich des weiteren Rastelementes eine geschwächte Wand auf. Die Pipettenspitze ist im Bereich der geschwächten Wand stärker elastisch verformbar, als in den übrigen, nicht geschwächten Bereichen ihrer Wand. Durch die Schwächung der Wand ist das Verrasten der Pipettenspitze mit dem Aufsteckkonus erleichtert.
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Die geschwächte Wand weist mindestens einen in Axialrichtung der Pipettenspitze verlaufenden Schlitz auf. Der Schlitz begünstigt eine Aufweitung der Pipettenspitze, die das Verrasten der Rastelemente erleichtert. Der Schlitz geht von der Aufstecköffnung von der Pipettenspitze aus, d. h. von dem Querschnitt der Pipettenspitze, der beim Verrasten zuerst aufgeweitet wird. Hierdurch wird das Verrasten weiter erleichtert.
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Es versteht sich, daß die Pipettiervorrichtung eine manuell oder motorisch angetriebene Verdrängereinrichtung mit einem Verdrängerelement in einer Verdrängerkammer und eine die Verdrängerkammer mit einem Loch am Ende des Aufsteckschaftes verbindenden Durchgangskanal aufweist. Ferner versteht sich, daß die Pipettenspitze einen Körper in Form eines Röhrchens mit einer Aufstecköffnung an einem Ende und einer Durchgangsöffnung für Flüssigkeit am anderen Ende aufweist. Dabei kann der röhrchenförmige Körper viele verschiedene Ausgestaltungen aufweisen, z. B. ganz oder teilweise zylindrisch und/oder konisch sein.
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Nachfolgend werden Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Unteransprüche für das Pipettiersystem erläutert.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist der Aufsteckschaft einen Anschlag und die Pipettenspitze einen Gegenanschlag zur Begrenzung der Aufsteckbewegung der Pipettenspitze auf den Aufsteckschaft auf. Anschlag und Gegenanschlag begrenzen das Aufstecken der Pipettenspitze auf den Aufsteckschaft, so daß diese auch nicht über die Rastposition hinaus aufschiebbar ist. Hierdurch werden die Aufsteck- und Dichtkräfte auf Maximalwerte begrenzt. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Anschlag eine umlaufende Außenstufe des Aufsteckschaftes und/oder der Gegenanschlag ein stirnseitiger Rand um eine Aufstecköffnung der Pipettenspitze.
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Der Dichtbereich und der weitere Dichtbereich können verschieden ausgestaltet sein. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Dichtbereich und/oder der weitere Dichtbereich glatt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Dichtbereich und/oder der weitere Dichtbereich einen Dichtwulst auf. Der Dichtwulst ermöglicht einen Toleranzausgleich zwischen Aufsteckschaft und Pipettenspitze. Dies beruht darauf, dass der Dichtwulst besonders elastisch ausgeführt sein kann, so daß eine starke Verformung des Dichtwulstes einen Toleranzausgleich bewirkt. Zum Zwecke des Toleranzausgleiches kann zusätzlich eine glatte Wand, an der der Dichtwulst anliegt, besonders dünnwandig und damit besonders elastisch ausgeführt sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung endet der Schlitz in einem Abstand vom weiteren Dichtbereich. Eine Unterbrechung des weiteren Dichtbereiches durch den Schlitz wird hierdurch vermieden. Eine Ausgestaltung weist mehrere gleichmäßig über den Umfang der Pipettenspitze verteilte Schlitze auf. Dies begünstigt eine gleichmäßige Verteilung der Aufsteckkräfte über den Umfang und erleichtert damit das Verrasten von Pipettenspitze und Aufsteckkonus.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfaßt die geschwächte Wand einen Bereich reduzierter Wandstärke. Der Bereich reduzierter Wandstärke kann zusätzlich oder statt des mindestens einen Schlitzes vorhanden sein.
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Die Pipettenspitze ist vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff hergestellt, insbesondere aus einem Thermoplasten, z. B. aus Polypropylen und Polyethylen, z. B. durch Spritzgießen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen Aufsteckschaft einer Pipettiervorrichtung in Seitenansicht;
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2 denselben Aufsteckschaft im Längsschnitt;
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3 eine Pipettenspitze in Seitenansicht;
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4 dieselbe Pipettenspitze im Längsschnitt;
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5 dieselbe Pipettenspitze an demselben Aufsteckschaft in einer verkleinerten Seitenansicht;
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6 dieselbe Anordnung im Längsschnitt;
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7 vergrößertes Detail VII der 6.
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Gemäß 1 und 2 hat ein Aufsteckzapfen 1 einen im wesentlichen hohlzylindrischen Körper 2 mit einem Durchgangskanal 3, der in einem Loch 4 am freien Ende des Aufsteckzapfens 1 mündet. Mit dem anderen Ende ist der Aufsteckzapfen 1 an einer nicht dargestellten Pipettiervorrichtung fixiert.
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In der oberen Hälfte der Abbildung ist der Aufsteckzapfen 1 glattzylindrisch. Der glattzylindrische Bereich endet etwa in der Mitte mit einem Anschlag 5 in Form einer Außenstufe. Zwischen dem Anschlag 5 und dem Ende mit dem Loch 4 hat der Aufsteckzapfen 1 einen etwas geringeren Durchmesser als in dem glattzylindrischen Bereich.
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In kurzem Abstand vom glattzylindrischen Bereich hat der Aufsteckzapfen 1 am Außenumfang einen umlaufenden Rastwulst 6, der ein im wesentlichen trapezförmiges Profil hat.
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Auf der anderen Seite des Rastwulstes 6 befindet sich ein zylindrischer Abschnitt 7. Darauf folgt ein Konus 8 mit kleinem Konuswinkel, der sich bis zu einer stärker konischen Fase 9 erstreckt. Zwischen Fase 9 und Loch 4 befindet sich ein gerundeter Absatz 10.
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Im Bereich des Konus 8 weist der Aufsteckschaft 1 zwei voneinander beabstandete, umlaufende Ringnuten 11, 12 auf, die jeweils der Aufnahme eines Dichtringes 13, 14 dienen.
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Gemäß 3 und 4 hat eine Pipettenspitze 15 einen röhrchenförmigen Körper 16 mit einer Aufstecköffnung 17 am einen Ende und einer Durchgangsöffnung 18 für Flüssigkeit am anderen Ende. Der röhrchenförmige Körper 16 hat zwischen Aufstecköffnung 17 und Durchgangsöffnung 18 eine Innenkontur 19 mit zwei inneren Konusabschnitten 20 und 21 unterschiedlicher Konizität.
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Außen weist die Pipettenspitze 15 angrenzend an die Aufstecköffnung 17 einen Zylinderabschnitt 22 mit einer Reihe Vorsprünge und/oder Vertiefungen 23 mit elliptischer Form auf, die als Kennzeichnung dienen können.
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Daran angrenzend hat sie außen Konusabschnitte 24, 25, 26, 27, 28, wobei die verschiedenen äußeren Konusabschnitte eine unterschiedliche Konizität haben und/oder Absätze zwischen den verschiedenen äußeren Konusabschnitten angeordnet sind.
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Im oberen inneren Konusabschnitt 20 sind am Innenumfang der Pipettenspitze 15 zwei voneinander beabstandete, umlaufende Nuten vorhanden, wobei die obere eine Rastnut 29 und die untere eine als Entformungshilfe dienende Nut 30 ist. Die Nuten 29, 30 haben komplementäre, trapezförmige Profile zu dem Rastwulst 6. Die Rastnut 29 dient der Fixierung am Aufsteckschaft einer Pipettiervorrichtung. Die Nut 30 dient der zeitweiligen Fixierung an einem nadelförmigen Kern beim Öffnen des Spritzgießwerkzeuges. Nach Öffnen des Spritzgießwerkzeuges wird die Pipettenspitze 15 von der Nadel abgestoßen.
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Von der Aufstecköffnung 17 aus erstrecken sich vier gleichmäßig über den Umfang verteilte, axial gerichtete Schlitze 31 bis in die Mittelebene der weiter von der Aufstecköffnung 17 entfernten Nut 30.
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Der die Aufstecköffnung 17 umgebende Rand bildet einen Gegenanschlag 32.
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Die Pipettenspitze ist aus einem thermoplastischen Kunststoff gespritzt, beispielsweise aus Polypropylen oder Polyethylen.
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Der Konusbereich 8 des Aufsteckkonus 1 bildet mit den Dichtringen 13, 14 einen Dichtbereich 33. Unterhalb der Nut 30 bildet die glatte Innenkontur des oberen Konusabschnittes 20 der Pipettenspitze 15 einen weiteren Dichtbereich 34.
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Gemäß 5 bis 7 ist die Pipettenspitze 15 auf den Aufsteckzapfen 1 aufgeschoben, bis die obere Rastnut 29 auf den Rastwulst 6 des Aufsteckkonus 1 aufgerastet ist. Der Gegenanschlag 32 liegt an dem Anschlag 5 an.
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Zugleich liegt der Dichtbereich 33 abdichtend an dem weiteren Dichtbereich 34 an.
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Durch die zeitweilige elastische Aufweitung der Pipettenspitze im Bereich der Schlitze 31 beim Aufschieben der Rastnut 29 auf den Rastwulst 6 werden die Aufsteckkräfte beim Verrasten reduziert. Durch die Verrastung wird ein definierter Sitz der Pipettenspitze 15 an dem Aufsteckschaft 1 erreicht. Anschlag 5 und Gegenanschlag 32 stellen sicher, daß die Pipettenspitze 15 nicht über die Rastposition hinausschiebbar ist. In der Rastposition wird zugleich eine sichere Abdichtung durch Anlage des Dichtbereiches 33 am weiteren Dichtbereich 34 erreicht. Die Dichtringe 13, 14, die vorzugsweise aus einem gummielastischen und gegenüber den zu pipettierenden Flüssigkeiten inerten Material bestehen, sind geringfügig radial zusammengedrückt. Hierdurch werden Toleranzen ausgeglichen und eine sichere Abdichtung erreicht, wobei die für das Abdichten aufzubringenden Aufsteckkräfte gering gehalten werden können.