DE10106996A1 - Einrichtung zur Verbindung von Mikrokomponenten - Google Patents
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Abstract
Bei einer Einrichtung zur Verbindung von Mikrokomponenten, insbesondere Mikroreaktoren, die vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind und vorzugsweise aus Silizium bestehen, ist zwischen den Mikrokomponenten eine Dichtungsplatte angeordnet, die Öffnungen aufweist, welche mit Öffnungen der Mikrokomponenten korrespondieren.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbindung von
Mikrokomponenten, insbesondere Mikroreaktoren, die
vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind und vorzugsweise
aus Silizium bestehen.
Zur Entwicklung und Herstellung neuer Substanzen sind im
Bereich der Chemie häufig umfangreiche Versuchsreihen
erforderlich. Dazu sind Mikrokomponenten bekanntgeworden,
mit deren Hilfe die Versuche mit geringen Mengen
durchgeführt werden können. Durch den modularen Aufbau
dieser Mikrokomponenten, beispielsweise Mikroreaktoren und
anderer Komponenten zum Behandeln verschiedener Substanzen,
ist ein Zusammenstellen von Systemen für die jeweilige
Aufgabe leicht möglich. Eines solcher modularen chemischen
Mikrosysteme ist in DE 199 17 398 A1 beschrieben. Bei diesem
Mikrosystem sind die verschiedenen Mikrokomponenten über
Steueranschlüsse mit einem Steuerbus und über
Stoffanschlüsse mit einem Stoffkanalsystem verbunden. Die
Herstellung der Vielzahl von Stoffanschlüssen ist jedoch
recht kompliziert. Insbesondere ist es dabei sogar
erforderlich, Substanzen von einer Mikrokomponente zu einer
benachbarten über das Stoffkanalsystem zu leiten. Ein
Anschlußträger für plattenförmige Mikrokomponenten ist
ferner durch DE 198 54 096 A1 bekanntgeworden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache
Weiterleitung der Substanzen von einer Mikrokomponente zu
einer anderen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
zwischen den Mikrokomponenten eine Dichtungsplatte
angeordnet ist, die Öffnungen aufweist, welche mit Öffnungen
der Mikrokomponenten korrespondieren. Dabei ist vorzugsweise
vorgesehen, daß die Dichtungsplatte aus einem elastischen
Werkstoff besteht, der gegen die jeweils in den
Mikrokomponenten behandelten Medien beständig ist. Für eine
große Zahl von zu behandelnden Substanzen ist es
vorteilhaft, wenn der Werkstoff Polytetrafluorethylen ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß
zwischen benachbarten Mikrokomponenten in äußerst einfacher
und zuverlässiger Weise Verbindungen zum Transport von
flüssigen, gegebenenfalls auch gasförmigen Substanzen
möglich sind. Dabei ist seitens der Mikrokomponenten, die
vorzugsweise aus einem bruchempfindlichen Silizium-Kristall
bestehen, keine spezielle Anschlußvorrichtung erforderlich.
Es genügen einfache Löcher. Außerdem ist bei der
erfindungsgemäßen Einrichtung die notwendige Dichtheit
gegeben.
Die einzelnen Mikrokomponenten können beispielsweise
Reaktoren, Pumpen, Mischer, Verweilstrecken, Extraktoren
oder Wärmeüberträger sein, die nach Art eines Baukastens zu
einem komlexen Mikrosystem zusammengestellt werden können.
Dazu ist außer einer funktional richtigen Anordnung der
jeweiligen Öffnung eine abwechselnde Schichtung der
Mikrokomponenten und der Dichtungsplatten erforderlich.
Sollte für die jeweiligen Substanzen Polytetrafluorethylen
nicht geeignet sein, stehen auch andere Werkstoffe mit
entsprechender chemischen Beständigkeit und mit
erforderlichen mechanischen Eigenschaften, insbesondere
Elastizität und Oberflächengüte, zur Verfügung,
beispielsweise Perfluor-Elastomere oder
Polyvenylidenfluorid.
Eine gute Dichtwirkung ergibt sich bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
vorgesehen ist, daß die Dichtungsplatte im wesentlichen die
Größe der angrenzenden Fläche der Mikrokomponenten aufweist.
Sollte bei den Mikrokomponenten jedoch nur teilweise eine
plane Oberfläche vorhanden sein und auf anderen Teilen der
Oberfläche zusätzliche Komponenten hervorstehen, so kann die
erfindungsgemäße Einrichtung auch derart weitergebildet
sein, daß die Dichtungsplatte einen mit Öffnungen versehenen
Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten bedeckt und einen
weiteren Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten frei
läßt.
Die Anordnung der Dichtungsplatten zwischen den
Mikrokomponenten läßt sich auf verschiedene Weise
verwirklichen. Im Falle eines Einsatzes der gesamten Ordnung
als Einwegapparatur kommen unlösbare Fügetechniken, wie
Verkleben, Vernieten oder Vergießen in bzw. mit Kunstharz in
Betracht. Eine lösbare und trotzdem dichte Verbindung
zwischen den Mikrokomponenten ist jedoch dadurch erzielbar,
daß die Mikrokomponenten aneinandergepreßt werden. Hierzu
stehen ebenfalls verschiedene Techniken zur Verfügung,
beispielsweise federnde Schnappverbindungen - ähnlich eines
Kistenverschlusses -, federnde oder schraubbare Klammern,
Bolzen-Bajonettverschlüsse oder elektromagnetisch,
pneumatisch oder hydraulisch angetriebene
Einspannvorrichtungen.
Durch den modularen Aufbau ist ein Austausch bzw. eine
Reparatur einzelner Mikrokomponenten möglich, ohne daß im
Fehlerfall das ganze modulare System ausgetauscht werden
muß.
Bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Einrichtung wird vorgesehen, daß eine Halterung zum
Aneinanderpressen ein U-förmiges Aufnahmeteil für die
Mikrokomponenten aufweist mit zwei Schenkeln, deren Enden
mit einer Andruckplatte verschraubbar sind. Damit wird die
zur Abdichtung erforderliche Kraft gleichmäßig über die
Fläche der Mikrokomponenten verteilt, so daß die
bruchempfindlichen Silizium-Mikrokomponenten vor Zerstörung
geschützt sind.
Um mit einer Halterung verschieden dicke Stapel aus
Mikrokomponenten und Dichtungsplatten einspannen zu können,
ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, daß
die Andruckplatte einen verstärkten Mittelteil aufweist, der
zwischen die Schenkel des U-förmigen Aufnahmeteils paßt.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht Anschlüsse
nach außen dadurch, daß in der Andruckplatte und in dem der
Andruckplatte gegenüberliegenden Bereich des U-förmigen
Aufnahmeteils Gewindebohrungen zur Aufnahme von
Anschlußelementen vorgesehen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die Teile einer erfindungsgemäßen Einrichtung in
Explosionsdarstellung und
Fig. 2 im zusammengebauten Zustand, wobei in Fig. 2
gegenüber der Darstellung in Fig. 3 eine größere
Zahl von Mikrokomponenten vorgesehen ist.
In Fig. 1 sind zwei Mikrokomponenten 2 mit Öffnungen 6
versehen, durch die Substanzen von einer zur anderen der
Mikrokomponenten transportiert werden. Dazu ist zwischen den
beiden Mikrokomponenten 2 eine Dichtungsplatte 3 mit zwei
Öffnungen 7 angeordnet, die mit den Öffnungen 6
korrespondieren. Die Mikrokomponenten 2 werden in einer
Halterung gegeneinander gepreßt.
Die Halterung besteht aus einem U-förmigen Aufnahmeteil 1
mit zwei Schenkeln 11, 12 und einem die Schenkel 11, 12
verbindenden Basisteil 13. Das U-förmige Aufnahmeteil 1 ist
auf einer Montageplatte 14 angeordnet, die wiederum mit
Hilfe von Löchern 17 in einem größeren Gesamtsystem
befestigt werden kann. An den Stirnflächen der Schenkel 11,
12 sind Gewindebohrungen 15, 16 vorgesehen, so daß eine
Andruckplatte 4, die mit Durchgangsbohrungen 18 versehen
ist, mit Hilfe von Schrauben 19 befestigt werden kann.
Die Andruckplatte 4 ist im mittleren Bereich 5 verstärkt, so
daß sie zwischen die Schenkel 11, 12 eindringt und somit
verschieden dicke Stapel unter gleichzeitiger Führung durch
die Schenkel 11, 12 sicher gegeneinander gepreßt werden
können.
In dem Basisteil 13 und in der Andruckplatte 4 sind
Gewindebohrungen 20 vorgesehen, in welche Anschlußelemente
21 eingeschraubt werden können, welche als Verbindungen zum
Zu- und Abführen von Substanzen von und nach außerhalb des
beschriebenen Systems dienen. Die Anschlußelemente sind an
ihrer Stirnfläche jeweils mit Dichtscheiben 22 versehen.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung im
zusammengebauten Zustand, wobei fünf Mikrokomponenten 2
jeweils unter Zwischenlage von Dichtungsplatten 3
miteinander verbunden sind.
Claims (9)
1. Einrichtung zur Verbindung von Mikrokomponenten (2),
insbesondere Mikroreaktoren, die vorzugsweise plattenförmig
ausgebildet sind und vorzugsweise aus Silizium bestehen,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mikrokomponenten
(2) eine Dichtungsplatte (3) angeordnet ist, die Öffnungen
(7) aufweist, welche mit Öffnungen (6) der Mikrokomponenten
(2) korrespondieren.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtungsplatte (3) aus einem elastischen Werkstoff
besteht, der gegen die jeweils in den Mikrokomponenten (2)
behandelten Medien beständig ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff Polytetrafluorethylen ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (3) im
wesentlichen die Größe der angrenzenden Fläche der
Mikrokomponenten (2) aufweist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte einen mit Öffnungen
versehenen Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten bedeckt
und einen weiteren Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten
frei läßt.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokomponenten (2)
aneinandergepreßt werden.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Halterung (1, 4) zum Aneinanderpressen ein
U-förmiges Aufnahmeteil (1) für die Mikrokomponenten (2)
aufweist mit zwei Schenkeln (11, 12), deren Enden mit einer
Andruckplatte (4) verschraubbar sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Andruckplatte (4) einen verstärkten Mittelteil (5)
aufweist, der zwischen die Schenkel (11, 12) des U-förmigen
Aufnahmeteils (1) paßt.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Andruckplatte (4) und in dem der
Andruckplatte gegenüberliegenden Bereich (13) des U-förmigen
Aufnahmeteils (1) Gewindebohrungen (20) zur Aufnahme von
Anschlußelementen (21) vorgesehen sind.
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