METHOD OF RESIDUE-FREE DISPENSING OF SMALL AMOUNTS OF LIQUID

Abstract: 1. Process for metering small quantities of liquid without leaving a residue by means of a micro-piston pump having a capillary cylinder in which a piston, which fits in gastight manner therein, is mounted so as to be movable between a top dead centre and a bottom dead centre, the cylinder at its end located opposite the base of the piston opening into a twoway valve which connects the space in the cylinder alternately to an inlet and to an outlet (which connects the cylinder to the atmosphere during the first stage of the intake operation), characterised in that the piston and the valve are moved in such a way that, during the intake operation, first a defined quantity of air and then a defined quantity of liquid is transported into the cylinder, the quantity of air being such that, as the piston moves downwards to bottom dead centre, all the liquid is expelled through the outlet line.

Description: Die Erfindung betrifft eine Mikrokolbenpumpe für die rUckstandsfreie Dosierung kleiner Flüssigkeitsmengen. Mikrokolbenpumpen dieser Art können beispielsweise mit Vorteil verwendet werden, um der Zerstäuberplatte eines piezoelektrischen Zerstäubers (z.B, nach der DE-OS 25 37 765) eine definierte Menge Arzneistoff zuzuführen. Die erfindungsgemässe Mikrokolbenpumpe besteht im wesentlichen aus einem kapillarenartigen Zylinder mit gasdicht eingepassten Kolben, einem Zweiwegeventil mit Zu- und Ableitung an dem dem Kolbenboden gegenüberliegenden Ende des Zylinders sowie einer Steuerungsvorrichtung, welche Kolbenbewegung und Ventileinstellung koordiniert. Eine typische Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 1 und 2 dargestellt, wobei Figur 1 die Mikrokolbenpumpe im Ausgangszustand1 Figur 2 die Mikrokolbenpumpe in gefülltem Zustand zeigt. Einen vertikalen Schnitt durch die Mitte des unteren Teils der Mikrokolbenpumpe, senkrecht zu dem in Figur 1 wiedergegebenen Schnitt, zeigt Figur 3. Der Kolben 1, vorzugsweise aus Edelstahl bewegt sich in dem sehr engen Zylinder 2, der z.B. aus Glas oder Metall gefertigt sein kann. Der Zylinder 2 endet in einem Ventilblock 4, z.B. aus einem Kunststoff, etwa Teflon, in den der gasdicht schliessende, vorzugsweise aus Edelstahl gefertigte Ventilschieber 5 Jeweils bis zum Anschlag 6; 7 bewegt werden kann. Durch die Lage der Einschnürung 8 des Ventilschiebers 5 zu Einlass 9 bzw. Auslass 10 ergibt sich eine Verbindung zwischen dem Einlass bzw. dem Auslass und dem Hohlraum 11 des Zylinders. Der Kolben 1 befindet sich an seinem unteren Totpunkt, wenn der Solbengriff 12 an den Zylinder anstösst. Das ProduKt aus dem lichten Querschnitt des Zylinders und dem Hub rtfischen den Harken a und c bestimmt die Dosierung. Die Bewegung von Kolben 1 und Ventilschieber 5 ist so gesteuert, dass es zu folgendem Bewegungsablauf kommt: a) Bei geöffnetem AuslaB (Anschlag 7 liegt am Ventilblock) bewegt sich der Kolben 1 aus der in Figur 1 dargestellten Position in Richtung A, bis eine gewisse Menge Luft in den Zylinder hineingesaugt ist (die Stirnfläche des Kolbens befindet sich bei Marke a). Die Luftmenge ist so bemessen, dass sie mit Sicherheit beim Entleeren der Mikrokolbenpumpe alle Flüssigkeit aus dem Bentil und der Auslassleitung hinaustreibt. b) Im zweiten Schritt wird durch Verschieben des Ventil schiebers in Richtung D bis zum Anschlag die Ver bindung zwischen dem Einlass 9 (und damit dem Vorrats behälter) und dem Zylinder freigegeben. c) Der Kolben 1 wird in Richtung A weiterbewegt, bis das durch Hub- und Z--linderquerschnitt festgelegte Flüssig keitsvolumen eingesaugt ist (Endeinstellung gemäss Figur 2; die Stirnfläche des Kolbens befindet sich bei Marke c). d) Der Ventilschieber 5 wird bis zum Anschlag in Richtung C zurückgestellt, damit die Verbindung zwischen Zylinder 2 und Auslass 10 geöffnet. e > Der Kolben 1 bewegt sich bis zum umteren Totpunkt (Stellung gemäss Figur 1). Dabei wird zunächst die Flüssigkeit, dann die Luft aus dem Zylinder 2 ver drängt und durch die Auslassleitung hinausgetrieben. Die Luft wird zum Freiblasen des Ventils und der Aus lassleitung benutzt. Nach diesem Entleerungsvorgang ist wieder der Ausgangszustand erreicht. Die erfindungsgemässe Mikrokolbenpumpe dient bevorzugt zur Dosierung vom Flüssigkeitsmengen im Bereich von 10 bis 50p1, kann Jedoch durch Änderung der Abmessungen auch für grössere oder kleinere Volumina eingerichtet werden. Dabei wird durch die Verwendung eines hinreichend engen Zylinders dafür gesorgt, dass infolge der Kapillarität auch bei Lageveränderungen der gefüllten Nikrokolben- pumpe die Luftsäule a.qzischen Kolben und Flüssigkeit erhalten bleibt. Die Steuerung des oben beschriebenen Bewegungsablaufes kann im einfachsten Fall von Hand erfolgen. Veflqendbar sind aber auch an sich bekannte mechanische oder elektrische Mittel. Eine einfache Vorrichtung ftfr diesen Zweck besteht aus einer Kombination von Zahnrädern, Zhn- stangen und Hebeln, die folgendermassen aufgebaut ist: Vier Zahnräder sind nebeneinander angeordnet und starr miteinander verbunden. Der Umfang der Zahnräder ist nur teilweise mit Zähnen besetzt, und zwar derart, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt im wesentlichen nur ein Zahnrad wirksam wird, Während also beispielsweise das erste Zahnrad Uber eine Zahnstange und Hebel den Vorgang a) bewirkt, laufen die drei anderen frei mit, bis die ge wtlflschte Luftmenge in den Zylinder gelangt ist. Dann sorgt das zweite Zahnrad für die Verstellung des Ventilschiebers, während gleichzeitig das erste Zahnrad den Kolben auf den oberen Totpunkt hin bewegt. Von da an läuft Zahnrad 1 frei mit, ein drittes Zahnrad bringt den Ventilschieber in die Auslassstellung. Danach übernimmt es das vierte Zahnrad mit den zugehörigen Ubertragungs- elementen, den Kolben zum unteren Totpunkt zu bewegen. Die Steuerungsmechanik ist 8o ausgelegt, dass sich nach einer Drehung der Zahnräder um 3600 alle Elemente wieder in der Ausgangsposition befinden. In einer anderen Ausiührungsform der Steuerungsvorrichtung ist die Drehbewegung durch eine Auf- und Abbewegung ersetzt. Hierzu kann es vorteilhaft sein, Zylinder und Ventil so anzuordnen, dass die Bewegungsrichtungen von Kolben und Ventilschieber parallel verlaufen.

Claims: PatentansDrUche 1. Mikrokolbenpumpe für die rückstandsfreie Dosierung kleiner Flüssigkeitsmengen, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen kapillaren Zylinder aufweist, in dem ein gasdicht eingepasster Kolben zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt beweglich angeordnet ist, dass der Zylinder an seinem dem Kolbenboden gegenüber liegenden Ende in ein Zweiwegeventil mündet, das den Zylinderhohlraum wechselweise mit einem Einlass und einem Auslass verbindet, wobei die Kolbenbewegungen und die Ventil einstellung durch an sich bekannte Steuerungseleiente so koordiniert werden, dass während des Ansaugvorgangs zunächst Luft und danach eine definierte Flüssigkeitsmenge in den Zylinder trans-. portiert wird, die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens bis zum unteren Totpunkt rUckstandsfrei durch die Auslassleitung abgegeben wird. 2. Mikrokolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Hohlraum des Zylinders einen solchen Durchmesser aufweist, dass infolge der Kapillarität auch bei Lageveränderungen der Mikrokolbenpumpe die Luftsäule zwischen Kolbenboden und Flüssigkeit er halten bleibt.

Inventors: ZIERENBERG, BERND, DR.
Applicants: C.H. BOEHRINGER SOHN
Application year: 1980
Main classification: B01L3
IPC codes: G01N1, B01L3, F04B13, F04B7