DE20315371U1

DE20315371U1 - Verbinder zur Herstellung von Fluidverbindungen

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Publication number: DE20315371U1
Application number: DE20315371U
Authority: DE
Original assignee: thinXXS GmbH
Current assignee: thinXXS GmbH
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2013-10-03

Abstract

Verbinder zur Herstellung von Fluidverbindungen, insbesondere zum Anschluss an Mikrokomponenten, wie miniaturisierte Flusszellen, Mikropumpen, Mikrospeicher und dergleichen, mit einem Übertragungselement, das einen Verbindungskanal (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement einen flachen Körper mit in Richtung seiner Dickenausdehnung geringerer Biegesteifigkeit als in dazu senkrechten Richtungen umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbinder zur Herstellung von Fluidverbindungen, insbesondere zum Anschluss an Mikrokomponenten, wie miniaturisierte Flusszellen, Mikropumpen, Mikrospeichern und dergleichen, mit einem Übertragungselement, das einen Verbindungskanal aufweist.
Hauptsächlich soll der Verbinderin solche Mikrokomponenten und entsprechende Betriebsgeräte enthaltenden Systemen für chemische, medizinische oder biologische Analysen und Synthesen sowie innerhalb der Betriebsgeräte zur Verbindung von Komponenten, wie Flüssigkeitsreservoirs, Pumpen und Ventile, eingesetzt werden.
Als Übertragungselemente solcher Fluidverbinder werden herkömmlich Schläuche oder flexible Kapillarröhrchen aus Glas oder Kunststoff verwendet. Während sich die Schläuche auf Anschlussstutzen aufstecken lassen, erfordern die Kapillarröhrchen spezielle Anschlusselemente, durch die z.B. eine Verklebung oder Verklemmung mit dem Anschlussobjekt erfolgt.
Das Fluid strömt im Anschlussbereich und im anschlussnahen Teil der Schlauch- bzw. Kapillarverbindung in ein und derselben Richtung. Entsprechend groß ist der für den Verbinder erforderliche Platzbedarf. Durch die hohe Flexibilität der Schläuche bzw. Kapillarröhrchen kommt es leicht zu Verschlingungen. Die Verbindungsanordnung wird unübersichtlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Verbinder zu schaffen, der den auf dem Gebiet der Mikrofluidtechnik erforderlichen Anforderun gen, insbesondere im Hinblick auf die Geometrie der Verbindungsanordnungen, besser gerecht wird.
Der diese Aufgabe lösende Verbinder nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement einen flachen Körper mit in Richtung seiner Dickenausdehnung geringerer Biegesteifigkeit als in dazu senkrechten Richtungen umfasst.
Vorteilhaft erlaubt ein solcher, in seiner Flexibilität eingeschränkter Verbinder nach der Erfindung eine übersichtliche Verlegung von Verbindungen, wobei der flache Körper in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mehrere Verbindungskanäle aufweisen kann. Vorzugsweise sind die Kanäle zueinander im Abstand angeordnet, so dass Platz für Anschlusselemente geschaffen ist.
Bei dem flachen Körper kann es sich um eine extrudierfe Folie handeln, in der wenigstens ein Verbindungskanal gebildet ist. Alternativ können mehrere Schläuche oder Kapillarröhrchen längsseitig unter Bildung eines Flachbands miteinander verbunden sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der flache Körper aus einem Laminat aus wenigstens zwei Folien, zwischen denen der Verbindungskanalgebildet ist. Wie eine einzelne Folie kann auch ein solches, aus dünnen Folien gebildetes Laminat flexibel und in verschiedenen Biegeformen verlegbar sein.
Der Verbindungskanal ist zweckmäßig durch eine Rille in einer der Folien oder durch einander gegenüberliegende Rillen in beiden Folien gebildet, wobei sich die Rillen z.B. durch Prägetechniken erzeugen lassen.
Alternativ kann eine Zwischenfolie mit einer Schlitzöffnung gebildet sein, wobei der Kanal durch die beiden, die Schlitzöffnung abdeckenden Folien begrenzt ist.
Während es denkbar ist, Öffnungen des Verbindungskanals an den schmalen Randflächen der Folie bzw. des Laminats vorzusehen und in zu verbindenden Objekten Steckschlitze für die Folie bzw. das Laminat zu bilden, endet in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Verbindungskanal im Abstand vom Rand des durch die Folie bzw. das Laminat gebildeten flachen Körpers, und durch Löcher in der Folie, in einer der beiden Folien oder in beiden Folien des Laminats ist der Verbindungs kanal seitlich geöffnet. Dabei kann an den seitlichen Öffnungen des Verbindungskanals bzw. den Löchern am Laminat jeweils ein Anschlusselement vorgesehen sein. Ein zu dem Loch bzw. der Kanalöffnung ausgerichteter Durchgang des Anschlusselements steht senkrecht oder im Winkel zu dem Verbindungskanal bzw. der Laminatebene. Das Fluid wird an der Anschlussstelle umgelenkt, was platzsparende Verbindungen ermöglicht.
Das Anschlusselement weist zweckmäßig einen Stutzen mit einem der Folie bzw. Laminat zugewandten Flansch auf, wobei es über den Flansch mit der Folie bzw. Laminat z.B. durch Kleben oder Schweißen verbunden ist.
An dem Anschlusselement kann ferner ein Außen- oder Innenkonus gebildet sein, der in einen Innen- bzw. Außenkonus an einem Anschlussobjekt fluiddicht eingreift.
Die Verbindungskanäle lassen sich in vielfältiger Weise ausgestalten und können z.B. verzweigt sein, wobei je nach Fließrichtung des Fluids eine Vermischung von Fluidkomponenten oder eine Aufteilung eines Fluidstroms erfolgt.
Der Kanal kann ferner eine Aufweitung aufweisen, die z.B. ein Puffervolumen bildet.
Die Kanallänge kann wesentlich größer sein als die Verbindungsgerade zwischen dem Kanalanfang und dem Kanalende, und der Kanal z.B. mäanderartig verlaufen, z.B. um einen hohen Strömungswiderstand zu erzeugen und damit die Durchflussmenge zu begrenzen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der flache Körper wenigstens einen zwischen zwei Verbindungskanälen verlaufenden Randeinschnitt auf, durch den vorteilhaft in unterschiedlichen Richtungen abbiegbare Zungen gebildet sind.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Verbinder nach der Erfindung,
2 eine geschnittene Teilansicht des Verbinders von 1,
3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen von Anschlussverbindungen eines Verbinders nach der Erfindung mit einer Flusszelle,
6 eine geschnittene Teilansicht entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel für einen Verbinder nach der Erfindung, und
7 verschiedene Ausführungsformen von Verbindungskanälen in Verbindern nach der Erfindung.
Ein miniaturisierter Verbinder weist ein rechteckiges Laminat 1 und mit dem Laminat verbundene Anschlusselemente 2 auf. Die Anschlusselemente 2 sind auf dem Laminat nahe einander gegenüberliegenden Seitenrändern des Laminats angeordnet.
Das Laminat 1 besteht in dem betreffenden Ausführungsbeispiel aus zwei Folien 3 und 4, die durch z.B. Bonden, Kleben oder Schweißen miteinander verbunden sind.
In die Folie 4 sind im Abstand zueinander Rillen eingeprägt, die unter Bildung von Verbindungskanälen 5 bzw. 5' durch die Folie 3 abgedeckt sind. In dem betreffenden Ausführungsbeispiel beträgt die Rillenbreite 500 μm, die Tiefe 100 μm.
Die Kanäle 5 verbinden jeweils auf geradem Wege zwei Anschlusselemente, während die Kanäle 5' jeweils ein Anschlusselement auf einer Seite mit zwei Anschlusselementen auf der anderen Seite des Laminats verbinden. Beide Kanäle 5, 5' enden jeweils im Abstand zu den einander gegenüberliegenden Seitenrändern, und an den Kanalenden ist in der Folie 4 jeweils eine Einsenkung 21 und in der Folie 3 ein zu der Einsenkung ausgerichtetes Durchgangsloch 7 gebildet, das zu einem Durchgang 8 in einem der Anschlusselemente 2 ausgerichtet ist. Der Durchmesser der Einsenkung 21 bzw. des Durchganglochs 7 beträgt in dem betrachteten Ausführungsbeispiel 1 mm.
Die rotationssymmetrischen Anschlusselemente 2 weisen einen Außenkonus 9 auf und sind über einen sich an den Außenkonus anschließenden Flansch 10 mit der Folie 3 durch Kleben oder Schweißen verbunden. Der Durchmesser des Durchgangs 8 ist etwas größer als derjenige des Durchgangslochs 7, um Querschnittsverluste durchungenaue Positionierung der Anschlusselemente auf dem Laminat zu vermeiden.
Vorteilhaft sind die Folien und die Anschlusselemente aus dem gleichen Kunststoffmaterial und die Anschlusselemente im Spritzgießverfahren hergestellt. Als Kunststoffmaterial kommen z.B. PE, PP, P, PMMA, PS, COC und PC in Betracht.
In dem Ausführungsbeispiel von 5 beträgt die Dicke der Folie 4 etwa 200 um, die Dicke der die Rillen abdeckenden Folie 3 beträgt 50 μm. Typische Foliendicken liegen zwischen 0,02 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm.
Das Laminat 1 aus dem miteinander verbundenen dünnen Folien 3 und 4 ist flexibel, so dass sich der Verbinder bei Bedarf in eine geeignete Biegeform bringen lässt.
Je nach Wahl der Anschlusselemente 2 als Ein- oder Auslass erfolgt an den Verzweigungen 6 eine Vereinigung oder Aufteilung von Fluidströmen.
3 zeigt eine Anschlussmöglichkeit des Verbinders von 1 und 2 an eine miniaturisierfe Flusszelle 11 , an der ein dem Außenkonus 9 entsprechender Innenkonus 12 als Einsenkung in eine die Flusszelle 11 bildende Basisfolie 13 gebildet ist. Durch Einführen des Außenkonus' 9 in den Innenkonus 12 lässt sich der Durchgang 8 eines Anschlusselements 2 fluiddicht mit einem Kanal 14 in der Flusszelle 11 verbinden.
4 zeigt eine Flusszelle 11a, bei welcher ein dem Innenkonus 12 entsprechender Innenkonus 12a in einem Ansatz 14 gebildet und der Ansatz 14 mit einer Basisfolie 13a einer Flusszelle 11a verbunden ist. Die Dicke der Basisfolie 13a kann dementsprechend geringer als die Dicke der Basisfolie 13 und die Flusszelle 11a insgesamt dünner als die Flusszelle 11 sein.
5 zeigt einen Verbinder mit einem Laminat 1b aus Folien 3b und 4b. Im Unterschied zu dem Verbinder von 1 und 2 sind an dem Laminat 1b keine Anschlusselemente angebracht. Zur Verbindung mit einer Flusszelle 11b wird ein Durchgangsloch 7b in der Folie 3b zu einer Ein- oder Auslassöffnung in der Flusszelle 11b ausgerichtet, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an der Öffnung ein mit der Flusszelle 11b verbundener Dichtring 16 vorgesehen ist. Zur Herstellung der Anschlussverbindung werden die Flusszelle und der Verbinder miteinander verklebt oder verschweißt, wobei auch eine Klemmverbindung in Betracht kommt.
Es wird nun auf 6 Bezug genommen, welche ausschnittsweise ein Laminat 1c zeigt, bei dem zwischen Folien 3c und 4c eine Zwischenfolie 17 angeordnet ist. In die Zwischenfolie 17 sind, z.B. durch Stanzen oder Laserbearbeitung, Schlitze eingearbeitet, welche unter Bildung von Verbindungskanälen 5c durch die Folien 3c und 4c abgedeckt sind.
In den vorangehenden Ausführungsbeispielen sind Durchgangslöcher stets nur in einer der beiden Folien 3,4 gebildet. Es versteht sich, dass entsprechende Durchgangslöcher auf beiden Seiten des Laminats und z.B. Einlässe auf einer Seite und Auslässe auf der anderen Seite vorgesehen sein können.
Wie aus 7 hervorgeht, können Verbindungskanäle in verschiedener Weise ausgestaltet sein. 7a zeigt ein Laminat mit geraden Kanälen 5d, die einen Einlass mit einem Auslass auf kürzestem Wege verbinden.
In 7b ist bei 18 eine vierfache Verzweigung eines Verbindungskanals 5e gebildet.
Aus 7c gehen Verbindungskanäle 5f mit einer Aufweitung 19 hervor, die z.B. als Puffervolumen dienen kann.
7d zeigt bei 20 in Mäanderform verlaufende Verbindungskanäle 5g, die dem Fluid einen höheren Strömungswiderstand als die geraden Kanäle 5d entgegensetzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 7a ist ein Randeinschnitt 21 gebildet, der es erlaubt, durch den Einschnitt gebildete Zungen des Laminats in entgegengesetzten Richtungen abzubiegen und an entsprechende Anschlussgeometrien anzupassen.

Claims

Verbinder zur Herstellung von Fluidverbindungen, insbesondere zum Anschluss an Mikrokomponenten, wie miniaturisierte Flusszellen, Mikropumpen, Mikrospeicher und dergleichen, mit einem Übertragungselement, das einen Verbindungskanal (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement einen flachen Körper mit in Richtung seiner Dickenausdehnung geringerer Biegesteifigkeit als in dazu senkrechten Richtungen umfasst.
Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Körper mehrere, vorzugsweise zueinander im Abstand angeordnete, Verbindungskanäle aufweist.
Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Körper eine Folie oder mehrere, längsseits miteinander verbundene Schläuche oder flexible Röhren umfasst.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Körper ein Laminat (1) aus wenigstens zwei Folien (3,4) umfasst, zwischen denen der Verbindungskanal (5) gebildet ist.
Verbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (5) durch eine Rille in einer der Folien (3) oder beiden Folien gebildet ist.
Verbinder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (5c) durch einen Schlitz in einer Zwischenfolie (17) gebildet ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (5) im Abstand vom Rand des flachen Körpers endet.
Verbinder nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (5) durch Durchgangslöcher (7) in der Folie, in einer (3) der beiden Folien oder in beiden Folien seitlich geöffnet ist.
Verbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei den seitlichen Öffnungen des Verbindungskanals (5) bzw. Löchern (7) an der Folie bzw. am Laminat (1) außen jeweils ein Anschlusselement (2) vorgesehen ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlusselemente (2) mit einem Stutzen und einem dem flachen Körper zugewandten Flansch (10) vorgesehen sind.
Verbinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (2) einen Außenkonus (9) oder einen Innenkonus umfassen.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (5',5e) verzweigt ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (5f) eine Aufweitung (19) aufweist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Verbindungskanals (5d) größer als die Länge der Verbindungsgeraden zwischen dem Kanalanfang und dem Kanalende ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Körper wenigstens einen zwischen zwei Verbindungskanälen verlaufenden Randeinschnitt (21) aufweist.