CN102954301B - 模块单元和流体分析单元 - Google Patents

Abstract

一种模块单元(2)，包括具有至少一个穿过模块单元(2)的流体线路(15)的流体模块，所述流体线路(15)由相互接合的线路段(15’，15“)构成，所述线路段(15’，15“)穿过流体模块(10)并且在流体模块(10)的侧面(12)上通向流体接口中。两个流体模块(10)在对置的侧面(12)上可拆卸地彼此连接，由此在对置的侧面(12)上的流体接口彼此耦合。在对置的侧面(12)上，侧向偏离相关的线路段(15’，15“)而各设置至少一个磁性元件(20)。对置的侧面(12)上的磁性元件(20)对置且磁性吸引。

Description

模块单元和流体分析单元

技术领域

本发明涉及一种包括流体模块的模块单元和一种流体分析单元。

背景技术

模块单元在各种应用领域中是公知的，例如在诸如阀组等的电动气动系统中是公知的。在此，由彼此可拆卸地连接的各个不同模块构成模块单元，其中多个供给线路穿过该模块单元并给各个流体模块例如提供能量或空气。这种系统的优点是在流体模块的数目和类型方面灵活性高，所述系统能够以简单的方式适配不同的用户期望，其方式是彼此耦合不同的各个流体模块。

在这种流体模块单元中具有决定性的是在各个流体模块之间形成接口，使得一方面在这些接口上保证可靠的(例如流体密封的)或者损耗小的光学连接，而另一方面在任何时候都能够简单地更换流体模块或者利用其他或另外的单个流体模块来扩展模块单元。

发明内容

本发明的任务是提出一种模块单元，其中的流体模块可以简单且可靠地彼此耦合。此外，要提出一种改进的流体分析单元。

根据本发明的解决方案利用一种模块单元以及利用一种包括该模块单元的流体分析单元来实现。

根据本发明，由流体模块构成的流体模块单元具有至少一个穿过模块单元的流体线路，所述流体线路由相互接合的线路段构成，所述线路段穿过流体模块并且在流体模块的侧面上通向流体接口中，其中，两个流体模块在彼此对置的侧面上可拆卸地彼此连接，由此在对置的侧面上的流体接口彼此耦合，其中在对置的侧面上，侧向偏离相关的线路段而各设置至少一个磁性元件，并且对置的侧面的磁性元件对置且磁性吸引。

利用磁性元件实现流体模块之间以机械方式可拆卸的连接在结构上简单、 开销少并且非常稳定。与其相对，具有卡锁连接或者搭扣式钩的结构是公知的，其尤其在重复连接和拆卸时容易受损或者甚至会折断。

此外，在各个流体模块之间期望的连接力可通过相对应地设计磁性元件而得以调节。

流体线路适于容纳例如液体、尤其是水和气体等的介质。

与在根据DE 20 2010 001 422U1所述的现有技术中公知的解决方案(其中磁性元件环形地包围线路段)相比，在本发明中磁性元件沿侧向偏离所述线路段而设。

有利的是，侧向偏离相关的线路段而设置磁性元件，使得处于线路段中的介质不直接与磁性元件接触，因为要不然会不期望地出现污染。磁性材料特别是相对于无机介质并不具有高的化学稳定性，并且会在直接介质接触的情况下不期望地将构成磁性元件的组成部分溶解在介质中。

磁性元件例如被形成为插头和插座，其方式是：磁性元件相对于设有该磁性元件的侧面突出并且伸入到对置的流体模块侧面中的凹进部。由此在一定程度上形成双重连接：插头和插座相互接合，并且附加地通过在它们之间起作用的磁力吸附。

在一个实施形式中，插头为永磁体，而插座至少部分地由软磁性材料形成，或者反之。插头具有特别是圆柱体的几何形状或者长方体形的几何形状。插座被形成为盆状。插座或者完全由软磁性材料构成，由此有利地提高在插座和插头之间起作用的磁力，或者仅部分地(例如仅插座的底部)由软磁性材料构成。于是得到圆柱体形套管状的由非磁性材料构成的插座，其中磁性材料是片状的。在片状的磁性元件中，也可以省去单独的插座，使得由流体模块的侧面中的凹进部的边界壁形成插座，这降低了成本。

但是也可能插座或者其一部分为永磁体而插头由软磁性材料制成。

在一个优选的实施形式中，在对置的侧面上分别设置两个磁性元件，其中对于每对对置的元件，其中一个磁性元件被形成为插头，而另一磁性元件被形成为插座，并且对于每对侧面存在插头和插座。通过使用侧面上的两个磁性元件，一方面提高流体模块之间连接的稳定性，而另一方面由此使得流体模块彼此对准。在圆柱体形的插头和插座的情况下，通过侧面上的两个磁性元件实现防止旋转。

优选地，模块单元是相同的，即为相同的部件。

有利地，对置的侧面具有相同的几何形状。这在流体模块具有对称结构时，即例如形成为长方体形或者立方体形时，能够特别好地实现。在流体模块的侧面上分别并排地在相同的高度上设置插头和插座，其中分别在该侧面上的相同的一侧设置插头。在将两个流体模块的对置的侧面相连接时，所述侧面彼此相配，如图像及其负像那样，并且插头和插座分别对置并且啮合。这具有如下优点：所有流体模块可以以相同的轮廓和相同的结构来制造，这对制造成本具有有利影响。优选地，侧面除了接口以外是平坦的面。

这些或者数个流体接口例如被形成为流体模块的侧面中的凹进部，这些凹进部容纳密封元件，以便耦合邻接的接口。利用流体接口的相对应的轮廓，密封元件与其相配可以例如是O形环，所述O形环被设计成使得：其在两个对置的流体接口之间连接流体模块时，被压缩并且对外密封。但是，也可针对每个接口而设置单独的密封元件，使得于是在两个彼此连接的流体接口之间有两个密封元件，由此可以承受更多的容差。

通常，更确切地说，两个密封元件彼此叠置会减小密封作用。但是，优点是密封元件被固定安装在相关的接口中，因此在拆卸和重新连接时不必注意将密封元件安装在何处和不安装在何处。当每个侧面的接口数目非偶数时，首先出现该问题。当例如是两个接口时，每个侧面的接口总是可以包含密封元件。当每个侧面只存在一个接口时，在拆卸时不明确的是密封元件属于哪侧。

在另一实施形式中，除了流体线路以外，模块单元被附加线路、如光学线路和/或电线和/或通信线路穿过，这些附加线路由附加线路段构成，所述附加线路段穿过流体模块并且在流体模块的侧面上通向附加接口中。其他线路(称为附加线路)可以期望用于执行对容纳在流体线路中的介质特性的测量和测量结果的分析。适当的是，在连接流体模块时，光学接口和电接口以类似的方式可拆卸地彼此连接，流体接口也是如此。也就是说，在连接流体模块的对置的侧面时，通过磁性元件来实现机械连接，并且在此全部附加接口和附加线路段彼此连接。

光学接口有利地被形成为可拆卸的光波导耦合部分，其具有用于光学线路(诸如光纤)的凹进部。光纤以公知的方式彼此连接。在此，通常采用光学粘合剂或者胶。

特别适当的是，光波导耦合部分以套管状地包围光学线路，并且在朝向外部的端侧具有叉形的或者锥形的耦合结构，由此彼此耦合的光学线路也以机械方式连接。光波导耦合部分以耦合结构完全地或者部分地共同伸到流体模块的凹进部中。

在光波导耦合部分具有叉形的、优选是尖细的两个对置的叉臂(尤其是双臂耦合设计)时，在流体模块的对置的侧面上，光波导耦合部分是相同的并且可以以简单的方式而使叉臂关于彼此旋转90°地插接在一起并且彼此可拆卸地连接。

在一个优选的实施形式中，在两个叉臂的尖端的区域而经过光波导耦合部分的纵截面平面与经过被形成为插头和插座的两个磁性元件的纵截面平面以45°角度α相交。在该几何形状的情况下，包括光学接口的流体模块的侧面与其光波导耦合部分同样地构建，使得在两个流体模块的对置的侧面连接时，耦合结构的叉臂啮合并且两个光纤彼此可拆卸地光学连接。

根据优选的实施形式，光学接口使邻接的流体模块在侧向上彼此对准。这有如下优点：光耦合输入到相邻流体模块中的损耗极其小，使得光可以在具有多个彼此邻接的流体模块的模块单元中被引导越过较大的线路段和多个光学接口。此外有利的是，流体模块彼此在接口上以极小的容差对准，但是可以有间隙地设计具有磁性元件的机械接口。由此进一步提高模块单元的稳定性，并且阻止在流体模块之间不期望地出现压力负载。形状配合地啮合的磁性元件因此形成针对所耦合的流体模块的粗定心。

电接口尤其是被形成为弹簧接触部。但是，如插接连接等等的其他公知的接触也是可能的。

在其他实施形式中，流体模块在至少四个分别成对对置的侧面上、优选在所有侧面上具有用于连接线路段的接口。这种方式可以非常灵活地由流体模块形成模块单元。流体模块可以成列地彼此相邻装配。多个这种流体模块列可以并行地被设置在一个平面内。此外可能的是，彼此相叠地设置多层的流体模块。在流体模块的对置的侧面之间，那里所有设置的不同流体接口、光学接口和电接口相互连接，由此由流体模块中的相应的线路段组成穿过模块单元的线路。

流体模块在至少四个分别成对对置的侧面上、优选在所有侧面上具有用于与其他流体模块的对置的侧面连接的磁性元件。这样，所有对置的流体模块在 其侧面上以相同的方式机械地和磁性地彼此连接。由此，模块单元是紧凑的、模块化的和稳定的系统，其中任何时刻都可以简单地更换流体模块或者在需要时附加地补充流体模块。

在其他实施形式中，流体线路段贯穿磁性元件。当介质是有机流体或者惰性气体时，优选采用该实施形式。可替换地，在磁性元件区域中，流体线路与该磁性元件通过分离件(例如通过软管段、膜或者密封元件)隔开。

根据本发明，此外还提供具有分析单元和至少一个可与其耦合的模块单元的流体分析单元，其中至少一个流体模块与分析单元的相对应的接口可拆卸地连接。

附图说明

从下面对附图的说明中可明白本发明的其他优点和改进方案。在附图中：

图1示出根据本发明的流体分析单元的截面图；

图2示出了两个对置的流体模块的透视图，这两个流体模块可彼此耦合成根据本发明的模块单元；

图3示出了经过根据图2所示流体模块的磁接口的截面视图；

图4示出了用于建立根据本发明的其它模块单元的、具有光学接口的流体模块的第二实施形式的透视图；

图5示出了根据图4所示流体模块中的两个光波导耦合部分的透视图；

图6示出了经过根据本发明模块单元的两个对置的其他流体模块的截面图；

图7示出了根据图6所示流体模块的侧视透视俯视图；以及

图8示出了作为根据本发明的模块单元的一部分的流体模块的其他实施形式的截面图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的流体分析单元1的截面图，该流体分析单元1包括模块单元2和两个作为单独构件实施的分析单元3，其中所述分析单元3具有用于诊断介质特性如pH值、浊度、浓度或者吸收率的传感器模块4。模块单元2具有两个被实施为单独构件的流体模块10。不仅流体模块10在对置的侧面12借助于磁性元件20而可拆卸地彼此直接连接，而且分析单元3与模块单元2 连接，在这里，每个分析单元3与流体模块10相耦合。

可以以简单的方式利用其他的流体模块10和/或其他的分析单元3来补充模块单元2。

流体线路15和其他线路(其在下面被称为附加线路16)可穿过模块单元2。附加线路16可以是光学通信线路、电通信线路和/或纯通信线路。在流体模块10中，流体线路15和附加线路16由线路段15’、15“和/或附加线路段16、16“组成，所述线路段通到侧面12上。在流体模块10连接时(这通过磁性元件20进行)，彼此相邻的线路段15“、16’彼此耦合用于共同形成流体线路15和/或附加线路16。

通过可切换的分配站，例如对于图1中所示的左侧流体模块10而言，来自左侧的水平线路段15“能够与从该分配站5向下走向的左侧的线路段15相耦合，或者也可与较下方的水平向右开口的线路段15“或者其他线路段相耦合。这同样也适用于附加线路段16’，所述附加线路段16’可以选择性地相互耦合，这同样通过分配站5来实现。

分析单元3同样具有流体线路15和附加线路16，所述流体线路15和附加线路16通往与流体模块10对置的侧面12。在将分析单元3与模块单元2连接时，流体模块10的流体线路15和附加线路16分别接入分析单元3的流体线路15和附加线路16。

在分析单元3中，流体线路15分别进入传感器模块4以及从其引出。

为了实现任意多个流体模块与任意分析单元3的可变耦合，流体模块10与分析单元3具有同样的基面尺寸。

在下面的附图描述中，说明流体模块10之间的接口以及分析单元3与流体模块10之间的接口如何详细实施。

在图2中，以对置的侧面12透视示出了两个单独的、可彼此耦合成模块单元2的流体模块10，在所述侧面12上设置流体接口14。在这里，流体模块10没有被形成为立方体，而是特别被形成为长方体，其具有彼此垂直的侧面。流体接口14通向流体线路15，如在以下截面图(图6)中也可识别的那样，并且在下文详细描述。流体线路15优选垂直于侧面12而穿过流体模块10。

流体接口14被形成为凹进部17，所述凹进部17分别容纳有密封元件18，该密封元件18沿侧向限定相应的流体线路15。凹进部17在这里被示为圆柱体 形，并且密封元件18是O形环，与凹进部相配合。相对于流体线路15，沿侧面扩展凹进部17，以便形成针对O形环的形状。

当然，凹进部17也可具有其他的几何形状，并且密封元件18的几何形状于是相对应地适配到凹进部17的几何形状。

在每个侧面12(其尤其以平面形式实施)上，分别沿侧向远离流体接口14而布置两个磁性元件20作为两个流体模块10的连接装置，其中，对于每个侧面12，一个磁性元件被形成为插头22，而一个磁性元件被形成为插座24。插头22和插座24在相同高度上并排处于侧面12上，并且可与另一流体模块的插座24和插头22相耦合。

但是也可能在每个流体模块10的侧面12上仅布置唯一的磁性元件。在该实施形式中，在第一流体模块10的侧面12上，磁性元件20被形成为插头22，而与其对置的第二流体模块10的侧面12上的磁性元件被形成为插座24。

可替换地，磁性元件20不是如图2中所示那样沿侧向远离流体线路15布置，而是流体线路15穿过磁性元件20，于是流体接口14被磁性元件20包围。因此，机械和流体接口重合。该实施形式尤其在与流过流体线路15的没有化学腐蚀性的介质一起应用时是适当的，在这里，所述介质不与磁性材料起反应。

在一个实施形式中，流体线路15可以关于磁性元件20通过例如软管段而密封。

盆状的插座24对外平齐地插入凹进部26中，使得插座24盖着凹进部26。插座24由软磁性材料构成。

但是也可能插座24由凹进部26和设置于该凹进部底部的由软磁性材料形成的单独的片构成。

插头22被两件式地实施为插座24和永磁体。插头22与侧面12对置。

在图2中示出的实施形式中，首先两个相同的由软磁性材料构成的盆状插座24被插入两个凹进部26中，其中所述两个插座24之一在形成插头22的情况下固定容纳永磁体，并且另一插座24在两个模块单元10彼此连接时可拆卸地容纳对置的模块单元10的插头22。在该布局中，插头22的磁力通过包围该插头中的磁体的插座24而被有利地增强。

所有流体模块10的所有侧面有利地具有带有相同轮廓的相同几何形状。在图2中，分别在左侧设置插头22，而在右侧设置插座24。

永磁体在图2中被示为圆柱体形。该永磁体自然也可具有其他几何形状，例如也可以被构成为长方体形。

在图3中示出了彼此连接的磁性接口的截面图。在两个对置的模块单元10中分别设置磁性元件20。两个由软磁性材料构成的插座24对置，所述插座24优选被构成为盆状。所述两个插座24之一在形成插头22的情况下固定容纳永磁体，其中该永磁体以一端30而部分地伸出插座24。该永磁体优选在插座24的底部28上将与端30对置的侧面粘合到插座24中。插头22以其伸出的端30接合到对置的第二插座24中。在插头22与插座24之间，由于磁力作用，使得在这两者之间不仅存在机械连接又存在磁性连接。

图4示出了具有流体接口14、磁性元件20以及光学接口32(称为附加接口)的流体模块10的第二实施形式的透视图，其中所述磁性元件20被用于形成插头22和插座24。在该实施形式中，插头22和插座24分别并排设置在两个侧面12上。所有磁性元件20处于一个平面中。

光学接口32被形成为可拆卸的光波导耦合部分34，其具有用于嵌有光纤的光学线路36的凹进部，并且在图5中详细示出。

光波导耦合部分34以套管状地包围光学线路36，并且在面向外部的端面具有叉形耦合结构，该叉形耦合结构带有两个尖细的叉臂38。光波导耦合部分共同地以该耦合结构完全地或者部分地伸入到流体模块10的凹进部40中。

在两个对置的流体模块10中的两个同样对置的光波导耦合部分34被实施为彼此相同，但绕着通过光学线路的纵轴彼此旋转90°而彼此连接，其中的叉臂38啮合并且两个流体模块10的光学线路36彼此可拆卸地连接。

在根据图4的实施形式中，在两个叉臂38的尖端区域而经过光波导耦合部分34的纵截面平面与经过被形成为插头22和插座24的两个磁性元件20的纵截面平面以45°角度α相交。在该几何形状的情况下，包括光学接口32的流体模块10的侧面12与它们的光波导耦合部分34同样地构建，使得在两个流体模块10的对置的侧面12相接时，耦合结构的叉臂38啮合并且两个光纤彼此可拆卸地光学连接。

光学接口32甚至在侧向上使邻接的流体模块10彼此对准。这有如下优点：光耦合输入到相邻流体模块10中的损耗极其小，使得光可以在具有多个彼此邻接的流体模块的模块单元中被引导越过较大的线路段和多个光学接口。

在磁性元件20所处的平面中，在两个侧面12彼此相互接合的区域中设置抓握槽42，所述抓握槽42使得通过克服所作用的磁力进行拉开而能够简单地拆卸两个彼此连接的流体模块10。

每个流体模块10都以分层构造方式由彼此并排叠置的板44组成。在此，穿过流体模块10的流体线路15和附加线路36的轮廓均一半被成形于彼此接连的对置的板44中。

板44例如以塑料工艺学中的注塑技术构造，或者借助于切屑加工法由金属实施，并且以公知方式彼此连接(例如螺栓连接)，或者在塑料的情况下，也借助于键合方法或者激光束焊接或者超声波焊接来制造。

但是也可能在各个板44中实施线路轮廓，并且接着用平面板盖住所述线路轮廓。

图6示出了经过两个对置的流体模块10的截面图，其中多个接口被移到该截面平面中。在侧面12上设置凹进部26，所述凹进部26容纳被形成为插头22和插座24的磁性元件20。流体线路段15’分布在流体模块10中并且在侧面12上通向流体接口14。在所组成的流体模块10中，模块单元中的合成的流体线路段15’构成流体线路15。

光学线路36也穿过流体模块10，所述光学线路36在侧面12上通向对置的光学接口32中。附加线路36也由流体模块10中的线路段36’组成。

任选地，电线48穿过流体模块10，所述电线48在流体模块10的侧面12上通向电接口46(也称为外部接口)中，以便耦合相关的线路段48’。电接口46被形成为弹簧接触部或者插接接触部。

在图7中类似于图6示出了流体模块10的侧面12上的透视俯视图。此处设置多个电接口46，所述电接口46被实施为引脚和插座。

图8示出了流体模块10的其他实施形式的截面图，其中在截面平面中在每个侧面12上设置磁性插头22和插座24。在此，在一个平面中，在所有空间方向上，流体模块10能被连接至模块单元2。

Claims (16)

1.一种由流体模块(10)构成的模块单元，其中所述模块单元(2)具有至少一个穿过该模块单元(2)的流体线路(15)，所述流体线路(15)由相互接合的线路段(15’,15“)构成，所述线路段(15’,15“)穿过流体模块(10)并且在流体模块(10)的侧面(12)上通向流体接口(14)，其中，两个流体模块(10)在彼此对置的侧面(12)上可拆卸地彼此连接，从而在对置的侧面(12)上的流体接口(14)彼此耦合，其中在所述对置的侧面(12)上，侧向偏离相关的线路段(15’,15“)而各设置至少一个磁性元件(20)，并且所述对置的侧面(12)上的磁性元件(20)对置且磁性吸引，其中，在对置的侧面(12)上分别设置两个磁性元件(20)，其中对于每对对置的元件(20)，其中一个磁性元件被形成为插头(22)，而一个磁性元件被形成为插座(24)，并且每个侧面(12)上存在插头(22)和插座(24)。

2.根据权利要求1所述的模块单元，其特征在于，所述磁性元件(20)被形成为插头(22)和插座(24)，其方式是：磁性元件(20)相对于设有该磁性元件(20)的侧面(12)突出并且伸入到对置侧面(12)中的凹进部中。

3.根据权利要求2所述的模块单元，其特征在于，插头(22)为永磁体，而插座(24)至少部分地由软磁性材料形成，或者插座(24)至少部分为永磁体，而插头(22)由软磁性材料制成。

4.根据权利要求1所述的模块单元，其特征在于，对置的侧面(12)具有相同的几何形状。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的模块单元，其特征在于，所述流体接口(14)被形成为模块单元(2)的侧面(12)中的凹进部，该凹进部容纳用于耦合邻接接口的密封元件(18)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的模块单元，其特征在于，附加线路(16)穿过所述模块单元(2)，所述附加线路(16)由附加线路段(16’,36’,48’)构成，所述附加线路段(16’,36’,48’)穿过流体模块(10)并且在流体模块(10)的侧面(12)上通向附加接口中。

7.根据权利要求6所述的模块单元，其特征在于，所述附加接口是光学接口(32)或电接口(46)。

8.根据权利要求7所述的模块单元，其特征在于，光学接口(32)被形成为可拆卸的光波导耦合部分(34)，该光波导耦合部分(34)具有用于光纤的凹进部。

9.根据权利要求8所述的模块单元，其特征在于，光波导耦合部分(34)以套管状地包围光学线路(36)，并且在朝向外部的端侧具有叉形的或者锥形的耦合结构。

10.根据权利要求8至9之一所述的模块单元，其特征在于，光学接口(32)使邻接的流体模块(10)彼此侧向对准。

11.根据权利要求8至9之一所述的模块单元，其特征在于，电接口(46)被形成为弹簧接触部。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的模块单元，其特征在于，流体模块(10)被形成为长方体形或者立方体形。

13.根据权利要求12所述的模块单元，其特征在于，流体模块(10)在至少四个分别成对对置的侧面上具有用于连接线路段或附加线路段(15’,15“,36’,48’)的流体接口(14)和/或附加接口。

14.根据权利要求12所述的模块单元，其特征在于，流体模块(10)在至少四个分别成对对置的侧面上具有用于与其他流体模块(10)的对置的侧面(12)连接的磁性元件(20)。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的模块单元，其特征在于，流体模块(10)由板(44)组成，其中在至少一个板(44)中形成用于构成或者容纳线路段(15’,15“)和/或附加线路段(16’,36’,48’)的凹进部。

16.一种流体分析单元，其具有分析单元(3)和至少一个可耦合到所述分析单元(3)上的根据前述权利要求之一所述的模块单元(2)，其特征在于，至少一个流体模块(10)与分析单元(3)的相应接口可拆卸地连接。