Die vorliegende Anmeldung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten.

Eine Dosiereinrichtung für Fluide ist aus der DE 35 31 241 C2 bekannt. Dabei wird Flüssigkeit mit Hilfe eines Druckgebers durch eine Kanüle gedrückt. Ein Drucksensor misst den Druck der Flüssigkeit in der Kanüle, das Messergebnis wird einer Regelvorrichtung zur Ansteuerung des Druckgebers zugeführt. Bei Lufteinschlüssen in der Flüssigkeit lässt sich aber nicht exakt vom Druckverlauf auf die abgegebene Flüssigkeitsmenge schließen. Dies ist bei Dosiervorgängen, bei denen es auf die genaue Dosierung von kleinen Mengen ankommt, problematisch.

Somit ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten anzugeben, mit der auch kleine Flüssigkeitsmengen möglichst genau dosiert werden können. Ebenso ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum möglichst genauen Dosieren von Flüssigkeiten anzugeben.

Diese Aufgaben werden von den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen definiert sind.

Es wird eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten mit einem Flüssigkeitsbehälter, einer Ablassvorrichtung und einer Druckmessvorrichtung mit einem Hohlraum und einem Drucksensor zum Erfassen eines Drucks in dem Hohlraum bereitgestellt. Eine erste Röhrenvorrichtung ist zum Leiten von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter durch das Innere der ersten Röhrenvorrichtung zu dem Hohlraum und eine zweite Röhrenvorrichtung zum Leiten von Flüssigkeit aus dem Hohlraum durch das Innere der zweiten Röhrenvorrichtung zu der Ablassvorrichtung eingerichtet. Dabei ist die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass alle Flüssigkeit, die aus dem Flüssigkeitsbehälter zu der Ablassvorrichtung fließt, durch den Hohlraum fließt.

Eine Röhrenvorrichtung kann beispielsweise Röhren oder Schläuche oder eine Kombination von Röhren oder Schläuchen enthalten und enthält gegebenenfalls auch Ventile und komplexe Verzweigungen. Die zwei Pfade, einer zu und einer von dem Hohlraum, haben den Vorteil, dass der Hohlraum gespült werden kann, indem durch den einen Pfad Flüssigkeit in den Hohlraum und durch den anderen Pfad Flüssigkeit aus dem Hohlraum fließen kann. Somit können sich in dem Hohlraum weder Luftblasen noch sonstige Gasblasen noch Verschmutzungen sammeln. Dies ist besonders wichtig bei Ultraspurenanwendungen. Luftblasen haben den Nachteil, dass aus dem gemessenen Druckunterschied nicht sicher auf die Menge an abgegebener Flüssigkeit geschlossen werden kann. Zudem darf Gas nicht mitdosiert werden, da ansonsten das Zielvolumen wird nicht eingehalten wird. Luft und sonstige Gase sind in der Regel kompressibel, sodass Druckänderungen zunächst eine Verformung der Gasblasen bewirken. Hohlräume in Röhrenvorrichtungen, die nicht durchspült werden, bergen die Gefahr, dass sich in ihnen Luftblasen ansammelt. Dies ist bei Dosier-Vorrichtungen mit sehr hohen Genauigkeitsanforderungen besonders kritisch.

Der Aufbau der Vorrichtung soll deshalb möglichst einfach sein, die Oberflächen, durch die die Flüssigkeit fließt, möglichst glatt sein. Es sollen keine oder möglichst kleine Totvolumina für die Flüssigkeit vorhanden sein. Zudem soll der Aufbau robust, zuverlässig und sicher sein, so dass wiederholbar ohne Korrektur durch Benutzer, zum Beispiel tage- oder wochenlang, dosiert werden kann. Somit besteht eine hervorragende Eignung für Automatisierung.

Die Vorrichtung kann auch dazu genutzt werden, eine Zeitspanne einzustellen, in der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in die Röhrenvorrichtung befördert wird. Aus der Multiplikation der Zeitspanne mal der pro Zeit durch die Ablassvorrichtung abgelassenen Volumens lässt sich das insgesamt abgelassene Volumen zu bestimmen. Dieses Bestimmen ist aber nur korrekt, wenn es keine Luftblasen im Röhrensystem gibt. Das Vorhandensein von Luftblasen kann mit dem anmeldungsgemäßer Vorrichtung zumindest detektiert werden. Falls bei dem Dosiervorgang Luftblasen detektiert wurden, kann die dosierte Menge vernichtet und die Dosiervorgang wiederholt werden. Somit können ultragenaue Dosiervorgänge mit der anmeldungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen werden.

Verunreinigungen, die sich im Hohlraum absetzen können und bei einem späteren Dosiervorgang in die abgegebene Flüssigkeit gelangen, bewirken eine Verschmutzung der Mischung. Die Vorrichtung lässt sich somit auch insbesondere bei Mischvorgängen, bei denen es auf Ultrareinheit ankommt, und auch insbesondere bei Mischvorgängen, bei denen ultraaggressive Flüssigkeiten verwendet werden, einsetzen. Die anmeldungsgemäße Vorrichtung kann auch als eine Form der Flüssigkeitshandhabungsüberwachung (englisch: Liquid handling monitoring) bezeichnet werden.

In einer Ausführungsform ist der Flüssigkeitsbehälter mit Flüssigkeit gefüllt. Dies bedeutet, dass es kein Gaspolster gibt, wie es in einigen Vorrichtungen aus dem Stand der Technik vorgesehen ist. Ein Gaspolster ist grundsätzlich kompressibei und erschwert deshalb die Kontrolle des Ablassens anhand des gemessenen Drucks. Zudem erhöht ein Gaspolster das Risiko, dass Gasblasen in die Flüssigkeit gelangen.

Gaspolster oder Separationslücken erfordern mechanisch, bewegte Halterungen oder Injektoren. Dies resultiert in hohem Aufwand, Platzbedarf bzw. Kontaminationsquellen. Seperationslücken sind Gasblasen, die sich oberhalb der abzugebenen Flüssigkeit befinden.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die erste Röhrenvorrichtung einen Schlauch, der in dem Hohlraum mündet. Dieser Schlauch kann flexibel durch die Druckmessvorrichtung geführt werden und so direkt auf möglichst einfache Weise in den Hohlraum geführt werden. Dies vereinfacht die Montage der Vorrichtung.

Besonders geeignet ist die Vorrichtung, wenn die Ablassvorrichtung eine nach unten offene Spitze mit einem Öffnungsquerschnitt von kleiner 0,4 mmm aufweist. Bei einer solchen Ablassvorrichtung bewirkt der kleine Öffnungsquerschnitt einen hohen Widerstand für die Flüssigkeit, so dass der Druck in der Röhrenvorrichtung auch bei kleiner Dosiergeschwindigkeit relativ hoch wird, und bewirkt eine kleine Übergangsfläche zwischen der Flüssigkeit und der Luft an der Ablassvorrichtung, was die Genauigkeit der Dosierung erhöht. Der Druckunterschied zwischen dem Zustand, in dem die Vorrichtung in Ruhe ist, und einem Zustand, in dem die Vorrichtung Flüssigkeit ablässt, ist somit relativ hoch, womit hochpräzise Überwachungen und Messungen möglich sind.

Wenn die Ablassvorrichtung keine beweglichen Teile aufweist, wird die Anzahl von Komponenten in der Vorrichtung verringert, da jede zusätzliche Komponente weitere Materialien enthält, die Verschmutzungen verursachen könnten. Bei komplexen Systemen wäre der Platzbedarf enorm, sie wären dann nicht bei vertretbarem Aufwand durchführbar .

Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der Röhrenvorrichtung und der Druckmessvorrichtung eine Weiche vorgesehen, durch die die Pfade räumlich voneinander getrennt werden. Diese Weiche ermöglicht eine einfache Trennung zwischen den Pfaden, sodass diese einfach an die unterschiedlichen Anschlüsse der Weiche angeschlossen werden können, um das Ausspülen des Hohlraums zu ermöglichen.

Vorzugsweise enthält der Drucksensor ein piezoelektrisches Element. Mit einem solchen können Druckänderungen einfach in elektrische Signale gewandelt werden.

Wenn die erfassten Signale in einer Auswerteeinheit elektronisch interpretiert werden und entsprechend den Signalverläufen Fehlermeldungen ausgegeben werden, ist es möglich, Warnungen auszugeben und diese einem Operator zukommen zu lassen, ohne dass dieser ständig die Signalverläufe beobachten muss.

Vorzugsweise erfolgt die Auswertung mit Hilfe einer Fourier-Transformation. Mit einer solchen können auch komplexere Signalverläufe schnell interpretiert werden, sodass eine schnelle Ausgabe einer Fehlermeldung möglich wird. Dadurch kann ein Operator bei Bedarf sofort eingreifen.

In einer Ausführungsform ist eine Druckerhöhungsvorrichtung, zum Beispiel ein Kolben, der hydraulisch angetrieben wird, zum Erhöhen des Drucks in der Flüssigkeit vorgesehen. Mit einer solchen lässt sich die Dosiergeschwindigkeit erhöhen.

Die Druckerhöhungsvorrichtung kann beispielsweise auch eine Einrichtung zum Erhöhen des Gasdrucks in einem Zylinder, der die Flüssigkeit und ein Gas enthält, aufweisen.

Mit einer Regelungsvorrichtung für die Druckerhöhungsvorrichtung, bei der der vom Drucksensor erfassten Wert als Rückführungssignal zu der Regelungsvorrichtung geleitet wird, kann die Genauigkeit der Dosierung weiter erhöht werden.

Die Anmeldung betrifft auch ein Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeit mit einer anmeldungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung zusätzlich einen Umschalter zum schaltbaren Verbinden des Flüssigkeitsbehälters mit einem Flüssigkeitsspeicher aufweist. Das Verfahren weist die Schritte

- Verbinden des Flüssigkeitsbehälters mit dem Flüssigkeitsspeicher

- Füllen des Flüssigkeitsbehälters mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher,

- Trennen der Verbindung des Flüssigkeitsbehälters mit dem Flüssigkeitsspeicher,

- Erhöhen des Drucks im Flüssigkeitsbehälter zum Ablassen von Flüssigkeit aus der Ablassvorrichtung auf. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann Flüssigkeit abgelassen werden, ohne dass während des Ablassens bewegliche Teile in dem Pfad zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und der Ablassvorrichtung bewegt werden müssten, wie dies bei klassischen Auslassventilen der Fall wäre. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten verringert werden, was den Platzbedarf verringert und die

Zu beachten ist, dass auch Flüssigkeiten, die durch Zersetzung langsam Gas abgeben, dosiert werden sollen. Dafür ist besonders wichtig, dass Entlüftungsschritte vorgesehen werden.

Es gibt Ausführungsformen, bei denen zum Beispiel ein Mehrwegeventil am Ende der ersten Röhrenvorrichtung vorgesehen ist, so dass zwischen mehreren zweiten Röhrenvorrichtungen, die jeweils in eine eigene Ablassvorrichtung münden, umgeschaltet werden kann. Dennoch wird vorzugsweise ein solches Mehrwegeventil nicht geschaltet, während abgelassen wird. Dies ermöglicht eine gute Kontrolle des Verfahrens mit Hilfe einer Druckmessung während des Ablassvorgangs.

In einer Ausführungsform wird der Schritt des Erhöhen des Drucks mindestens zweimal durchgeführt wird, wobei bei einer ersten Durchführung die erste Röhrenvorrichtung und die zweite Röhrenvorrichtung gespült werden und bei einer zweiten Durchführung eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit dosiert abgelassen wird.

Damit wird für die zweite Durchführung die Dosiergenauigkeit erhöht.

Wenn beim Ablassen Flüssigkeit aus der Ablassvorrichtung in Tropfen-oder Strahlform abfällt, kommt es zu keiner oder nur sehr geringer Zerstäubung, wodurch gewährleistet wird, dass die Flüssigkeit sich nicht in der Luft auflöst, sondern in einen Dosierbehälter fällt.

Die Anmeldung betrifft auch ein Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeit in einem Behälter mit einer anmeldungsgemäßen Vorrichtung. Dabei enthält das Verfahren einen Schritt zum Ausüben eines Drucks auf die Flüssigkeit zum Ablassen der Flüssigkeit. Der Druck wird dabei vom Drucksensor gemessen und der gemessene Druck auf der Anzeige angezeigt. Mit diesem Verfahren wird es nunmehr möglich, dass Dosieren von Flüssigkeit zu beobachten, womit die Dosierung zuverlässig und hochgenau wird.

Zudem kann die Vorrichtung auf erhöhte Drücke überwacht werden. Werden diese Drücke zu groß, besteht die Gefahr des Platzens der Röhren oder Schläuche. Insbesondere bei aggressiven und giftigen Medien wie zum Beispiel Flusssäure gefährden platzende Schläuche umstehende Personen. Somit kann mit dem Verfahren auch die Sicherheit erhöht werden.

Vorzugsweise wird vor dem Schritt des Ausübens von Druck auf die Flüssigkeit ein Schritt des Entlüftens der Flüssigkeit vorgenommen. Dabei wird beispielsweise eine Menge von Flüssigkeit vor dem eigentlichen Dosiervorgang abgelassen.

Gemäß einem weiteren anmeldungsgemäßen Verfahren werden Flüssigkeiten in einem Behälter dosiert, wobei eine anmeldungsgemäße Vorrichtung verwendet wird. Das Verfahren enthält dabei einen Schritt des Ausübens von Druck auf die Flüssigkeit zum Ablassen der Flüssigkeit, wobei der Druck vom Drucksensor gemessen wird und der gemessene Druck mit Hilfe einer elektronischen Auswertung auf Fehlerbilder untersucht wird. Mit diesem Verfahren wird die automatische elektronische Auswertung bereitgestellt, sodass ein Operator die Fehler gemeldet bekommt, beispielweise per Kurznachricht (SMS) auf sein mobiles Telefon.

Die Anmeldung betrifft auch ein Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten mit einer Vorrichtung, die einen Flüssigkeitsbehälter, der vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, eine Ablassvorrichtung und eine Röhrenvorrichtung zum Leiten von Flüssigkeiten aus dem Flüssigkeitsbehälter zu der Ablassvorrichtung enthält. Eine Druckmessvorrichtung ist zum Messen des Drucks einer Flüssigkeit im Inneren der Röhrenvorrichtung vorgesehen, wobei die Druckmessvorrichtung einen mit dem Inneren der Röhrenvorrichtung verbundenen Hohlraum und einen Drucksensor zum Erfassen eines Drucks in dem Hohlraum aufweist. Das Verfahren weist die Schritte des Erhöhens des Drucks auf einer Flüssigkeit in der Röhrenvorrichtung zum Ablassen von Flüssigkeit aus der Ablassvorrichtung und des Beobachtens des Drucks in der Flüssigkeit mit Hilfe der Druckmessvorrichtung auf.

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann überprüft werden, ob sich während des Ablassens der Flüssigkeit Luftblasen in der Röhrenvorrichtung befinden und geprüft werden, ob überhaupt Flüssigkeit abgegeben wird oder ob z.B. ein Schlauch gerissen oder ein Zylinder defekt ist.

In einer Ausführungsform des Verfahrens werden ein oder mehrere Schritte des Ablassens der Flüssigkeit vor dem eigentlichen Dosiervorgang durchgeführt. Bei diesen Schritten kann mit Hilfe der Druckmessung überprüft werden, ob sich Luft in dem System befand.

Vor dem eigentlichen Dosiervorgang wird in einer Ausführungsform ein an der Ablassvorrichtung hängender Tropfen abgeblasen. Ein Ausführungsform des Verfahrens enthält folgende Schritte:

- Verbinden des Flüssigkeitsbehälters (28) mit einem Flüssigkeitsspeicher

- Füllen des Flüssigkeitsbehälters mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher,

- Trennen der Verbindung des Flüssigkeitsbehälters mit dem Flüssigkeitsspeicher,

- Erhöhen des Drucks im Flüssigkeitsbehälter zum Ablassen von Flüssigkeit aus der Ablassvorrichtung, vorzugsweise bis alles Gas aus dem Behaelter verdraengt ist,

- Erneutes Laden des Flüssigkeitsbehälters

- Alle Ventile und Abzweigungen schalten.

- Beliebige Spülvorgänge zur Reinigung, dann neu aufladen.

- Mit einem Teil des Zylindervolumens das Gefäßsystem spülen/entlüften

- Tropfen abtrennen

- Wechsel des Gefäßes oder Spülen des Gefäßes

- Zielvolumen dosieren

- Tropfen abtrennen ins Zielgefäß

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeit.

Figur 2 zeigt eine Weiche, die Teil der Vorrichtung aus Figur 1 ist.

Figur 3 zeigt die Weiche aus Figur 2 in Baueinheit mit einem Drucksensor.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform einer Druckmessvorrichtung zum Einsatz in einer

Vorrichtung gemäß Figur 1.

Figuren 5 bis 9 zeigen Verläufe von Signalen, die von Drucksensoren in Vorrichtungen gemäß

Figur 1 während mehrerer Dosiervorgänge erfasst werden.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 20 zum Dosieren von Flüssigkeiten. Die Vorrichtung 20 enthält einen Zylinder 23, eine Druckmessvorrichtung 25, eine erste Röhrenvorrichtung 24, eine zweite Röhrenvorrichtung 241 , die in einer Ablassvorrichtung 28 mündet, sowie einen Becher 29. Die Röhrenvorrichtungen 24 und 241 sind als Schläuche ausgebildet. Zudem enthält die Vorrichtung einen Umschalter 500 und einen Flüssigkeitsspeicher 501. Der Becher 29 kann manuell oder automatisch gewechselt werden oder er kann als stationäres Gefäß, das nach Gebrauch automatisch gespült wird, genutzt werden.

Die Ablassvorrichtung 28 ist als eine Spitze ausgeführt, die einen Öffnungsdurchmesser von kleiner 0,4 mm aufweist. Die Ablassvorrichtung weist keine bewegten Teile auf. Wenn der Druck in der Flüssigkeit 31 einen bestimmten Wert nicht übersteigt, bewirken hydrostatische Kräfte in der Flüssigkeit, dass keine Flüssigkeit aus den Röhrenvorrichtungen aus der Spitze fällt. Bei erhöhtem Druck übersteigen aber Gravitationskraft und die durch den Druck verursachte Kraft die hydrostatischen Kräfte, so dass Flüssigkeit in Form von Tropfen oder in Form eines Strahls aus der Spitze austritt. Bewegte Teile in der Auslassvorrichtung würden das Einbringen von weiteren Materialien bedeutet, so dass die weiteren Materialien die Flüssigkeit

31 verschmutzen könnten.

Der Zylinder 23 enthält ein Gehäuse 22 sowie eine von außen betätigbare Kolbenstange 21 , mit dessen Hilfe eine Kolbenfläche 222 im Inneren des Gehäuses 22 bewegt werden kann. Das Innere des Gehäuses 22 wird dadurch in zwei getrennte Räume unterteilt. Der Raum, der durch diejenige Fläche der Kolbenfläche 222 begrenzt wird, die keine Kolbenstange aufweist, wird als Flüssigkeitsbehälter 32 bezeichnet und ist mit dem Inneren des Schlauchs 24 verbunden. Der Schlauch 24 wird auch als erste Röhrenvorrichtung und der Schlauch 241 als zweite Röhrenvorrichtung bezeichnet. In einer alternativen Ausführungsform werden die Schläuche 24 und 241 durch Röhren ersetzt. Der Flüssigkeitsbehälter 32 ist auch mit einem Umschalter 500 verbunden. Diese ist derart schaltbar, dass entweder der Flüssigkeitsbehälter

32 mit dem Flüssigkeitsspeicher 501 verbunden ist oder dass die Verbindung zwischen Flüssigkeitsbehälter 32 und dem Flüssigkeitsspeicher 501 getrennt ist.

Das Innere 35 des Schlauchs 24 und des Schlauchs 241 sowie das Flüssigkeitsbehälter 32 des Zylinders 23 sind mit einer Flüssigkeit 31 gefüllt, z.B. mit einer hoch reaktiven Flüssigkeit wie Flusssäure HF. Der Schlauch 24 führt zu der Druckmessvorrichtung 25 und zwar in einen Hohlraum 27, an der eine in dieser Figur nicht gezeigte Membran eines Drucksensors 26 anliegt. Der Schlauch 24 ist mit der Flüssigkeit 31 vollständig gefüllt, aus Hohlraum 27 führt ein zweiter Schlauch 241 zu der Spitze 28, die nach unten offen ist. Unterhalb der Spitze 28 befindet sich der Becher 29, in den die Flüssigkeit 31 dosiert gefüllt wird.

Um Flüssigkeit dosiert in einen Becher 29 zu füllen, wird zunächst ein erster Becher 29 unter die Spitze 28, vorzugsweise automatisch, geführt. Dann muss die Vorrichtung mit Flüssigkeit 31 gefüllt werden, indem der der Flüssigkeitsbehälter 32 und die Schläuche 24 und 241 mit Flüssigkeit gefüllt werden. Dazu wird der Umschalter 500 so betätigt, dass der Flüssigkeitsbehälter 32 mit dem Flüssigkeitsspeicher 501 derart verbunden ist, dass Flüssigkeit 31 zwischen beiden Gefäßen fließen kann. Der Flüssigkeitsspeicher 501 war vorher von außen mit Flüssigkeit, z.B. Flusssäure, gefüllt worden.

Nach dem Bilden der Verbindung wird die Kolbenstange 21 gehoben, so dass sich das Volumen des Flüssigkeitsbehälters 32 vergrößert. Somit wird Flüssigkeit 31 in den Flüssigkeitsbehälter 32 angesaugt. Dabei gibt es keine Gasblase zwischen der Flüssigkeit 31 und der Kolbenfläche 222. Gas in dem Flüssigkeitsbehälter erhöht die Gefahr von Gasblasen in der Flüssigkeit. Da diese die Dosiergenauigkeit verringern, sollen Gasblasen möglichst vermieden werden, und, falls es doch Gasblasen in der Flüssigkeit geben sollte, sollen diese kontrolliert entfernt werden.

Nach dem Ansaugen von Flüssigkeit durch Heben der Kolbenstange 21 wird der Umschalter

500 wieder geschlossen, wodurch der Flüssigkeitsbehälter 32 von dem Flüssigkeitsspeicher

501 getrennt ist.

In einem weiteren Schritt wird zum Entlüften der Schläuche 24 und 241 die Kolbenstange 21 nach unten bewegt, was mehrmals nacheinander wiederholt wird. Durch diese Bewegung wird etwas Flüssigkeit in den Becher 29 abgelassen, wobei Luft oder sonstiges Gas, das sich in der Flüssigkeit 21 befindet, aus den Schläuchen 24 und 241 sowie den Hohlraum 27 herausgedrückt wird. Dabei wird in bevorzugten Ausführungsformen der Druck aber nicht so weit erhöht, dass die Flüssigkeit zerstäubt. Bei Zerstäubung bestünde die Möglichkeit, dass abgelassene Flüssigkeit teilweise nicht im Becher 29 landet.

Anschließend wird ein eventuell an der Spitze hängender Tropfen mit Hilfe von Druckluft entfernt.

Als nächster Schritt wird entweder der erste Becher 29 gespült oder ein zweiter Becher 29 unter die Spitze 28 geführt.

Dann ist die Vorrichtung bereit für den eigentlichen Dosiervorgang, bei dem Flüssigkeit in den nun unter der Spitze 28 befindlichen Becher 29 abgelassen wird. Die Dosierung dient zum Beispiel zum Mischen von Lösungen, die in der chemischen Industrie zum hochgenauen Ätzen und/oder Untersuchen von Hableitoberflächen, dienen. Die Vorrichtung eignet sich besonders zum Mischen von Lösungen im Ultraspurenbereich, bei dem die Menge an Verunreinigungen nahe an der Nachweisgrenze liegt.

Luft in Flüssigkeit ist grundsätzlich kompressibel. Druckänderungen in der Flüssigkeit können daher bei Vorhandensein von Luft nicht so genau wie Druckänderungen von reiner Flüssigkeit detektiert werden. Je mehr Luftblasen sich in der Flüssigkeit befinden, umso mehr kompressibles Volumen ist in der Flüssigkeit und verändert den Verlauf von Druckänderungen.

Die Kolbenstange 21 wird, beispielsweise mit Hilfe eines Schrittmotors oder eines magnetischen Stellgliedes, nach unten gedrückt. Somit erhöht sich der Druck in der Flüssigkeit 31 , sodass ein Teil der Flüssigkeit 31 durch die Spitze 28 nach unten austritt, wonach dieser Teil in den Becher 29 fällt. Die Spitze 28 ist beispielsweise so fein, dass sie bei einem runden Querschnitt einen Durchmesser von 0,3 mm aufweist. Während des Abflusses von Flüssigkeit erhöht sich durch den durch die Spitze und die Schlauchleitung gebildeten Widerstand der Druck innerhalb der Flüssigkeit 31 , beispielsweise um 0,2 bar. Diese Änderung des Drucks wird vom Drucksensor 26 erfasst und beispielsweise an eine in dieser Figur nicht gezeigte' Anzeigeeinheit ausgegeben, auf der der Verlauf des Drucks über der Zeit angezeigt wird.

Alternativ oder zusätzlich wird in einer Auswertevorrichtung mit Hilfe einer Fast-Fourier- Transformation der Signalverlauf des gemessenen Drucks elektronisch analysiert. Beispielsweise ist am Signalverlauf deutlich erkennbar, wenn es in dem Schlauch 241 in Flussrichtung hinter der Druckmessvorrichtung 25 eine Verstopfung gibt. In diesem Fall erhöht sich der Druck der Flüssigkeit sehr stark, was mit Hilfe des Drucksensors 26 detektiert werden kann.

Zum anderen ist erkennbar, wenn sich Luftblasen in der Flüssigkeit 31 befinden. In diesem Fall erfolgen Änderungen des Drucks wesentlich langsamer als in einer Flüssigkeit ohne Luftblasen beziehungsweise der Druckverlauf bricht ein, wenn Luftblasen schließlich die Spitze passieren, da für die Luftblasen der Widerstand der Spitze 28 geringer als für die Flüssigkeit ist.

Die zweifachen Pfade zu dem Hohlraum 27 durch die Schläuche 24 und 241 dienen dazu, den Hohlraum 27 auszuspülen. Eventuell auftretende Gasblasen oder Verunreinigungen, die sich beispielsweise durch abgelöste Partikel des Schlauches ergeben, können sich in dem Hohlraum 27 nicht sammeln, da sie aus diesem Hohlraum 27 heraus gespült werden. Die abgelösten Partikel können von Oberflächenverunreinigungen bei der Herstellung des Materials oder von Deposition herrühren. Würde der Hohlraum nicht gespült werden, würden die Verunreinigungen sich im Totvolumen sammeln und irgendwann plötzlich heraus gespült werden können.

Dabei hat sich auch gezeigt, dass durch die zwei Pfade auch eine Fließrichtung der Flüssigkeit vorgesehen werden soll. Dadurch, dass alle Flüssigkeit 31 aus dem Flüssigkeitsbehälter 32, die zur Abiassvorrichtung 28 fließen soll, durch den Hohlraum 27 mit einer vorgegebenen Richtung fließt, wird dafür gesorgt, dass ein Durchspülen erfolgt. Ein Drucksensor, der nur durch einen Pfad mit einer Leitung zwischen Flüssigkeitsbehälter 32 und Ablassvorrichtung 28 verbunden ist, enthielte ein Totvolumen, in dem sich Verunreinigungen und insbesondere Luftblasen ablagern können. Ebenso wäre dies der Fall, wenn es zwar zwei Pfade gäbe, diese aber keine Fließrichtung definieren würden.

In einer bevorzugten Ausführung werden Hohlräume auch in den Röhrenvorrichtungen 24 und 241 vermieden, indem zum Beispiel Ecken abgerundet werden.

Mit der beschriebenen Vorrichtung konnte bei einem Zylinder mit einer Aufnahmekapazität von 2 ml Flüssigkeit eine Genauigkeit von kleiner 0,1 μΙ erzielt werden, wobei unter der Genauigkeit die Standardabweichung der Variation der Messergebnisse von fünf Dosiervorgängen verstanden wird. Die Messungen der Genauigkeit wurden für sieben Dosiervorrichtungen vorgenommen. Die Zylinder und die Antriebseinheiten für den Kolben des Zylinders stammten von der Firma Metrohm, Herisau, Schweiz.

Die Verunreinigungen werden durch die Spitze 28 aus dem Schlauchsystem, vorzugsweise natürlich in einen Becher 29, der nicht zum Mischen, sondern zum Reinigen der Röhrenvorrichtung dient, abgelassen.

Figur 2 zeigt eine Weiche 1 , die Teil der Druckmessvorrichtung 25 aus Figur 1 ist. Die Weiche 1 ist in Figur 2 einer Draufsicht, in einer Schnittdarstellung und in einer Schrägansicht gezeigt. Die Weiche 1 enthält einen ersten Nippel 6, einen zweiten Nippel 7 und dritten Nippel 8. Die Weiche 1 enthält zudem ein Weichengehäuse 2. Die Nippel 6, 7 und 8 werden jeweils in das Gehäuse mit Hilfe jeweils eines Gewindes 18 eingeschraubt. Im Inneren des Weichengehäuses 2 befindet sich ein Hohlraum 15, der jeweils in die Anschlüsse der Nippel 6, 7 und 8 mündet. Die Nippel 6, 7 und 8 weisen jeweils zylinderförmige innere Hohlräume auf, sodass der Hohlraum des Nippels 8 über den Hohlraum 15 des Weichengehäuses 2 sowohl mit dem Hohlraum des Nippels 6 als auch mit dem Hohlraum des Nippels 7 verbunden ist. An die Nippel 6, 7 und 8 können jeweils Schläuche von außen angeschlossen werden oder es können Schläuche in die Hohlräume der Nippel 6, 7 und 8 eingeführt werden.

Figur 3 zeigt die Druckmessvorrichtung 25 mit der Weiche 1 sowie dem Drucksensor 26. Zwischen Drucksensor 26 und der Weiche 1 ist ein Schlauch 9 vorgesehen, der diese beiden Bauteile, die Weiche 1 und den Drucksensor 26, miteinander verbindet.

Die Druckmessvorrichtung 5 enthält ein Gehäuse 4, in dessen Inneren sich der Hohlraum 27 befindet. Das Gehäuse 4 weist eine hohlzylinderförmige Verlängerung 41 auf. Der Hohlraum 27 ist somit über das Innere 441 der Verlängerung 41 mit dem Inneren 442 des Schlauchs 9 verbunden. An einer Seite des Hohlraums 27 ist eine Membran 19 angeschlossen, die zwischen dem Hohlraum 27 und einer Druckkammer 13 vorgesehen ist und die sich je nach Druck im Hohlraum 27 verbiegt. Dies wird in der Druckkammer 31 mit Hilfe eines in dieser Figur nicht gezeigten piezoelektrischen Sensors gemessen. An diesem piezoelektrischen Sensor sind von elektrischen Leitungen 14, die zu einer Auswerteeinheit 33 führen, angeschlossen. Je nach Druck in der Druckkammer 13 und somit je nach Druck in den Hohlraum 27 erhöht oder erniedrigt sich die elektrische Spannung zwischen den beiden Anschlüssen der Leitungen 14.

Diese elektrische Spannung wird in der Auswerteeinheit 33 in einen Wert für den Druck umgerechnet. Der berechnete Druck wird auf einer Anzeigeeinheit 34 über der Zeit aufgetragen. Zusätzlich wir der Verlauf des Drucks in einem Speicher 38 gespeichert. In dieser Ausführungsform wird der gemessene Druck an eine Regelvorrichtung 35 zur Regelung der Bewegung der in Figur 1 gezeigten Kolbenstange 21 ausgegeben.

An den Nippel 7 ist der Schlauch 241 angeschlossen. In den Hohlraum des Nippels 6 ist der Schlauch 24, der der Übersichtlichkeit halber in Figur 3 teilweise nur als ein einzelner Strich dargestellt ist, eingeführt. Der Schlauch 24 verläuft durch den Hohlraum des Weichengehäuses 2, das Innere des Nippels 8, das Innere des Schlauchs 9 zu dem Hohlraum 27 des Drucksensors 26.

Die Flüssigkeit fließt somit aus dem Schlauch 24 in den Hohlraum 27 und von dort in den Schlauch 241. Dadurch ergibt sich eine Bewegung der Flüssigkeit im Hohlraum 27, die dazu führt, dass Flüssigkeit durch das Innere 442 des Schlauch 9, durch den Hohlraum 15 des Weichengehäuses 2, durch den Nippel 7 zum Schlauch 241 fließt, wonach es zur Spitze 28 fließt und dort abgelassen wird. In der Weiche 1 ist zudem ein O-Ring vorgesehen, der unterhalb des Nippels 8 von außen gegen den Schlauch 9 drückt, so dass dieser abgedichtet wird.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Druckmessvorrichtung 25. Diese weist einen Hohlraum 27 auf, an den von einer ersten Seite das Innere des Schlauchs 24 und auf der anderen, der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite das Innere des Schlauchs 241 angeschlossen ist. Somit wird der Hohlraum 27 von der Flüssigkeit von unten nach oben durchströmt. Der Hohlraum 27 ist so geformt, dass er keine Ecken aufweist, da sich in Ecken Depos für Verunreinigungen bilden können. Ein Drucksensor 26 ist dabei seitlich zwischen den Einlässen für die Schläuche 24 und 241 vorgesehen.

Figur 5 zeigt ein Beispiel für den Druckverlauf während eines Dosiervorgangs. Dabei wird eine Dosiervorrichtung mit zwei Flüssigkeitsbehältern, zwei Röhrenvorrichtungen, zwei Druckmessvorrichtungen und acht Bechern 29 eingesetzt. Jeder der Flüssigkeitsbehälter ist über einen Multiplexer mit jedem der acht Becher verbindbar, das bedeutet, dass flussabwärts der Druckmessvorrichtung ein 8 zu 1 Multiplexer vorgesehen ist, sodass aus jedem Flüssigkeitsbehälter einer der acht Becher gefüllt werden kann.

Die mit der Dreieck gekennzeichnete Kurve bezeichnet einen Dosiervorgang aus dem ersten Flüssigkeitsbehälter und die mit einem Quadrat gekennzeichnete Kurve kennzeichnet einen zweiten Dosiervorgang aus dem zweiten Flüssigkeitsbehälter. Es ist in dem Diagramm jeweils der Druck in Millibar über der Zeit in Sekunden aufgetragen. Die zwei Kurven zeigen die zwei unterschiedlichen Dosiervorgänge, die unabhängig voneinander sind, aber zeitgleich ablaufen. Die Basislinie der zwei Kurven ist leicht unterschiedlich, dies liegt daran, dass die Absolutwerte des Sensors unterschiedlich kalibriert wurden, was zugunsten einer besseren Darstellung so belassen wurde.

Die mit einem Dreieck gekennzeichnete Kurve zeigt einem Dosierverlauf, der unauffällig ist, woraus geschlossen wird, dass kein Fehler vorlag. Immer wenn Flüssigkeit abgelassen wird, erhöht sich der Druck im Inneren der Schläuche 24 und 241 um etwa 100 mbar. Dies soll bei der Vorrichtung, deren Druckverlauf mit einem Rechteck gekennzeichnet ist, eigentlich auch erfolgen. Allerdings fällt auf, dass sich der Druck bei dem ersten Ablassvorgang um mehr als 200 Millibar erhöht. Daraus kann geschlossen werden, dass sich in der Ablassvorrichtung eine Verstopfung befunden hat, die zu einem höheren Widerstand für die Flüssigkeit und somit zu einem erhöhten Druck führt. In den darauf folgenden Ablassvorgängen ist diese Blockierung nicht mehr zu sehen.

Figur 6 zeigt den Verlauf eines weiteren Dosiervorgangs wie in Figur 5, nachdem der Schlauch, der verstopft gewesen war, ausgetauscht wurde. Es fällt auf, dass sich bei der Kurve, die mit dem Rechteck gekennzeichnet ist, der Druck nur langsam erhöht. Dies liegt daran, dass vorher Luft in dem Schlauch war und dass der Fiüssigkeitsspiegei bei Luft in den Schläuchen nur langsam steigt. Dies bedeutet, dass die Kapillaren sich erst während dieses Dosiervorgangs gefüllt haben. Das gleiche würde sich ergeben, wenn die Dosiervorrichtung während des Ablassvorgangs nach oben bewegt wird.

Figur 7 zeigt den Verlauf des Drucks im Inneren der Flüssigkeit der Röhrenvorrichtung während eines Entlüftungsvorgangs. Die mit dem Rechteck gezeichnete Kurve zeigt, wie der Druck in zwei Phasen jeweils steigt und dann wieder sinkt. In dem unteren Bild ist gezeigt, dass es zwei weitere dieser Phasen ergibt, wobei vor jeder dieser Phasen jeweils ein kurzer Druckpuls nach oben zu erkennen ist. Bei etwa 230 Sekunden wird in dem Zylinder die Kolbenstange nach unten geführt und somit der Druck in der Flüssigkeit erhöht. Dabei erhöht sich der Druck allerdings nur langsam, d.h. über einen Zeitraum von etwa 40 Sekunden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es Luftblasen in der Flüssigkeit gibt, die kompressibel sind.

Bei dem gezeigten Verfahren wird eine Vorrichtung verwendet, die zusätzlich zu den Vorrichtung, die in Figur 1 gezeigt ist, ein Füllgefäß und ein Ventil aufweist. Ein Ventil ist so umstellbar, dass das Flüssigkeitsbehälter entweder mit dem Inhalt des Füllgefäßes oder mit dem Inneren des Schlauchs 24 verbunden ist. Zum Auffüllen des Flüssigkeitsbehälter ist es mit dem Inneren des Füllgefäßes verbunden, wobei die Kolbenstange gehoben wird. Zum Ablassen der Flüssigkeit ist das Flüssigkeitsbehälter mit dem Inneren des Schlauchs 24 verbunden und die Kolbenstange wird gesenkt.

Bei etwa 320 Sekunden wird das Ventil an dem Kolben so umgeschaltet, dass das Flüssigkeitsbehälter nicht mehr mit der Flüssigkeit in der Röhrenvorrichtung, sondern mit der Flüssigkeit im Inneren des Füllgefäßes verbunden ist. Anschließend wird der Kolben gehoben, so dass wieder Flüssigkeit aus dem Füllgefäß in das Flüssigkeitsbehälter des Zylinders fließt.

Ab dem Zeitpunkt 420 Sekunden wird das Ventil so umgeschaltet, dass das Flüssigkeitsbehälter des Zylinders wieder mit dem Inneren der Rohrvorrichtung verbunden ist. Anschließend wird wieder der Kolben gesenkt, so dass der Druck in der Flüssigkeit erhöht wird. Beim Zeitpunkt 780 Sekunden ist ein kurzer Peak zu sehen. Dies rührt daher, dass der Kolben kurz in seinen normalen Arbeitsbereich von oben nach unten gefahren wird, bevor er bei 785 Sekunden vollständig nach unten geführt wird. Man erkennt daher, dass der Anstieg des Drucks in der Flüssigkeit sehr schnell erfolgt, viel schneller als bei den Druckerhöhungen bei 250 und bei 450 Sekunden. Der Kurvenverlauf ab 980 Sekunden entspricht ungefähr dem Kurvenverlauf ab 780 Sekunden. Aus den Druckveriäufen konnte der Benutzer lernen, dass bei der gegebenen Vorrichtung drei Entlüftungsvorgänge nötig waren, um den Zylinder und die Schläuche zu entlüften. Je nach Schwere des Eingriffs können auch vier oder fünf Entlüftungsvorgänge erforderlich sein.

Figur 8 zeigt einen weiteren Verlauf von Drucksignalen bei einer Gruppe von Dosiervorgängen. Es zeigt sich, dass die Druckänderungen, die eigentlich alle 10.000 Sekunden erfolgen sollen, ab dem Zeitpunkt von 6.000 Sekunden bei der mit dem Dreieck gekennzeichnete Kurve nicht mehr erfolgen. Dies rührte in diesem Fall daher, dass eine Kupplung zur Ansteuerung des Kolbens des Zylinders gebrochen war und somit keine Flüssigkeit mehr abgelassen wurde. Solche gravierenden Fehler können mit Hilfe der Druckvorrichtung detektiert werden.

Figur 9 zeigt den Druckverlauf bei einem kompletten Dosiervorgang mit Spülen und Entlüften. Hier werden gleichzeitig mehrere Flüssigkeiten in einen Becher, jeweils mit unterschiedlichen Zylindern und mit unterschiedlichen Rohrvorrichtungen, abgelassen. Beim Zeitpunkt 520 Sekunden ist ein Peak nach unten erkennbar. Bei diesem Dosierverfahren wird zu diesem Zeitpunkt der Kolben etwas nach oben gefahren, um zu vermeiden, dass Tropfen, die nach einem Ablasen eines Tropfens aufgrund minimaler Schwankungen im weiteren Zeitverlauf sich bilden können und noch abfallen. Somit wird mit Hilfe von Unterdruck Flüssigkeit an der Ablassvorrichtung zurück in den Schlauch gezogen. Dies verhindert Konzentrationsänderungen der Mischung in dem Becher durch unbeabsichtigten Ablass bei stationären Gefäßen über längere Zeiträume. Bezugszeichenliste:

1 Weiche

2 Weichengehäuse

4 Gehäuse

5 Muffe

6 Nippel

7 Nippe!

8 Nippel

9 Schlauch

10 Flüssigkeit

13 Druckkammer

14 Leitungen

15 Hohlraum

16 O-Ring

18 Gewinde

19 Membran

20 Vorrichtung

21 Kolbestange

22 Kolbengehäuse

23 Zylinder

24 Schlauch

25 Druckmessvorrichtung

26 Drucksensor

27 Hohlraum

28 Spitze

29 Becher

31 Flüssigkeit

32 Flüssigkeitsbehälter

33 Auswerteeinheit

34 Anzeigevorrichtung

35 Regelungsvorrichtung

36 Inneres

38 Speicher

41 Verlängerung 241 Schlauch

242 Schlauch

441 Innere

442 Innere

500 Umschalter

501 Flüssigkeitsspeicher