DE102009032744A1 - Fluidspeicher - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fluidspeicher, insbesondere einen Fluidspeicher zur Integration in eine miniaturisierte Flusszelle, mit einem Speicherraum, der durch zwei fluiddicht aneinander anliegende Körper (6, 7) umschlossen ist. Erfindungsgemäß ist in dem Speicherraum neben einer gespeicherten Flüssigkeit (9) ein den übrigen Speicherraum ausfüllender fester Füllkörper (12) angeordnet. Vorzugsweise ist ein durch die gespeicherte Flüssigkeit ausgefüllter Teil des Speicherraums überwiegend durch einen der beiden Körper (6, 7) und den festen Füllkörper (12) begrenzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fluidspeicher, insbesondere einen Fluidspeicher zur Integration in eine miniaturisierte Flusszelle, mit einem Speicherraum, der durch zwei fluiddicht aneinander anliegende Körper umschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fluidspeichers.
  • Fluidspeicher solcher Art sind bekannt, z. B. als durch Verformung entleerbare Blisterspeicher. Der domartige Speicherraum solcher Blisterspeicher enthält stets eine gewisse Menge an Restluft, welche die genaue Dosierung abgegebener Flüssigkeitsvolumen beeinträchtigt. Die komprimierbare Restluftmenge sorgt zunächst für eine Verzögerung der Flüssigkeitsabgabe. Beim Nachlassen eines manuellen oder maschinellen Pressdrucks auf den Blister kommt es infolge Entspannung der Restluftmenge zu einer unkontrollierten nachträglichen Fluidausschüttung. Versucht man bei der Herstellung des Speichers den Einschluss von Restluft durch vollständige Auffüllung des Speicherraums mit der Flüssigkeit zu vermeiden, so führt dies infolge des gewölbten Flüssigkeitsmeniskus' zu einer unerwünschten Verdrängung von Flüssigkeit in einen Spalt zwischen den aneinander anliegenden Körpern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Fluidspeicher der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der eine genauere Dosierung abgegebener Flüssigkeitsmengen ermöglicht.
  • Der diese Aufgabe lösende Fluidspeicher nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicherraum neben einer gespeicherten Flüssigkeit ein den übrigen Speicherraum ausfüllender fester Füllkörper angeordnet ist.
  • Zur Herstellung eines solchen Fluidspeichers wird in dem ersten Körper eine Vertiefung gebildet, die zu speichernde Flüssigkeit in die Vertiefung eingefüllt und die Vertiefung durch einen zweiten Körper unter Bildung des Speicherraums fluiddicht abgedeckt, wobei erfindungsgemäß die Vertiefung nur teilweise mit der Flüssigkeit ausgefüllt und in die Vertiefung ferner ein fester Füllkörper eingesetzt wird, der zusammen mit der eingefüllten Flüssigkeit den Speicherraum vollständig ausfüllt.
  • Indem Flüssigkeit und Füllkörper den Speicherraum vollständig oder nahezu vollständig ausfüllen, kann sich im Speicherraum kein Restluftpolster bilden, das die Flüssigkeitsabgabe verzögern oder unkontrolliert verlängern könnte.
  • Vorzugsweise ist ein durch die gespeicherte Flüssigkeit ausgefüllter Teil des Speicherraums ganz oder überwiegend durch einen der beiden Körper und den festen Füllkörper begrenzt. Das heißt, bei der Herstellung des Speichers wird die im ersten Körper zugewandte Oberfläche der Flüssigkeit ganz oder teilweise durch den Füllkörper abgedeckt, gegen den dann der zweite Körper beim Schließen des Speicherraums angelegt wird. Dem zweiten Körper liegt so kein oder nur ein kleiner Flüssigkeitsmeniskus gegenüber. Alternativ könnte durch den in die Flüssigkeit versenkten Füllkörper ein dem ersten Körper zugewandter Flüssigkeitsmeniskus glattgezogen werden.
  • Beim Abdecken der Vertiefung durch den zweiten Körper kann es daher weder zu einem Lufteinschluss im Speicherraum noch zu einer unerwünschten Verdrängung von Flüssigkeit in den Spalt zwischen den Körpern kommen.
  • Vorzugsweise liegen die beiden den Speicherraum umschließenden Körper nicht nur fluiddicht, ggf. unter Druck, aneinander an, sondern sind auch miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt oder/und verklebt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die beiden Körper mit ebenen Flächen aneinander an und der Füllkörper weist eine zu diesen ebenen Flächen bündige Fläche auf. Bei Abdeckung der genannten Vertiefung durch den zweiten Körper entsteht somit keinerlei Lufteinschluss zwischen den beiden Körpern.
  • Wenigstens einer der beiden Körper kann durch eine Folie gebildet sein, die zur Entleerung des Speichers verformbar ist und z. B. eine den Speicherraum bildende Vertiefung in einer dickeren Platte abdeckt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jedoch die Folie selbst eine den Speicherraum bildende Ausbauchung auf, so dass ein Speicher in Form eines Blisters gebildet ist. Insbesondere bilden zwei Folien den Speicher, von denen wenigstens eine verformt ist. Die Folien bestehen z. B. aus Kunststoff, Aluminium oder mit Kunststoff beschichtetem Aluminium und sind miteinander fluiddicht verklebt oder verschweißt werden.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Füllkörper mit einem der beiden Körper verbunden, insbesondere einstückig verbunden, wobei der Füllkörper von dem einen Körper in eine den Speicherraum bildende, durch den anderen Körper gebildete Vertiefung hinein vorsteht. Bei der Abdeckung der Vertiefung durch den einen Körper gelangt der vorstehende Füllkörper in die Vertiefung und verdrängt daraus sämtliche Luft.
  • Das Volumen des durch die Flüssigkeit ausgefüllten Teils des Speicherraums kann klein im Vergleich zum Gesamtvolumen des Speicherraums sein, d. h., durch Variation der Größe des Füllkörpers lassen sich bei gegebenem Gesamtvolumen des Speicherraums die einfüllbaren Flüssigkeitsmengen variieren.
  • Der Füllkörper kann eine an einen Stempel zur Verformung der genannten Ausbauchung angepasste Oberfläche aufweisen. Ein die Blisterausbauchung zusammendrückender Stempel wird so zentriert und eine unerwünschte Faltenbildung der Blisterfolie verhindert.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Füllkörper ein Werkzeug zur Herstellung einer Austrittsöffnung bilden, das sich durch Verformung der Folie betätigen lässt. Der Füllkörper kann z. B. einen Dorn oder einen Schieber umfassen, der eine Folie durchstößt oder/und eine Sollbruchstelle zum Bersten bringt.
  • Bei dem Füllkörper kann es sich um einen bei Raumtemperatur schmelzenden Körper handeln. Zum Beispiel ein den Füllkörper bildendes Eisstück kann dann für die Verdünnung einer gespeicherten wässrigen Flüssigkeit sorgen.
  • Der Füllkörper kann ferner zur Wechselwirkung mit der gespeicherten Flüssigkeit vorgesehen sein, wobei neben chemischen Reaktionen z. B. die Aufnahme unerwünschter Anteile aus der Flüssigkeit, wie z. B. Partikel, Sauerstoff oder Ionen, möglich wäre.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Füllkörper eine hydrophile Oberfläche auf, die vorteilhaft eine leichte Benetzung durch die gespeicherte Flüssigkeit ermöglicht.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Füllkörper zur Aufnahme von Gas ausgelegt sein, wobei er vorteilhaft geringe Restluftmengen aus dem Speicherraum entfernt. Alternativ ließe sich die Flüssigkeit vor der Speicherung entgasen, so dass sie Restluft aufnehmen kann.
  • Es versteht sich, dass der Füllkörper aus mehreren Teilen bestehen könnte.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform füllt der Füllkörper einen stufenförmigen Ansatz der Ausbauchung auf. Die z. B. kalottenförmige Ausbauchung überträgt dann bei ihrer Verformung keine Kräfte auf den unteren Fußrand oder Ausbauchung. Die Bildung einer Austrittsöffnung durch Aufbrechen einer Sollbruchstelle am Fußrand wird nicht behindert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Füllkörper Spalte, Durchbrüche und/oder Kanäle bestimmter Abmessungen auf, die beim Einsetzen des Füllkörpers in den Speicher von der zu speichernden Flüssigkeit unter Verdrängung der Luft benetzt werden. Beim Ausdrücken wird die zu speichernde Flüssigkeit mit Hilfe dieser Konturen zum fluidischen Ausgang des Speichers, wie z. B. einem nach dem Stand der Technik bekannten Blisterkanal, in kontrollierter Art und Weise geleitet.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die mit dem Speicher verbundene Flusszelle mit einer Injektionsnadel verbunden und das zu speichernde Fluid ein Medikament sein, wobei das Entleeren des Speichers zur Verabreichung eines Medikaments vergleichbar einer Spritze geeignet ist. Der Speicherraum ist dazu vorzugsweise länglich ausgeformt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine geschnittene Teildarstellung einer Flusszelle mit einem integrierten Speicher nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine geschnittene Teildarstellung einer Flusszelle mit einem ersten Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Speicher,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Speicher mit einem gegenüber dem Speicher von 2 verkleinertem Speichervolumen für Flüssigkeit,
  • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Speicher nach der Erfindung mit einen in einem Stufenansatz einer Blisterausbauchung angeordneten Füllkörper,
  • 5 ein viertes Ausführungsbeispiel für einen Speicher nach der Erfindung mit einem als Schieber ausgebildeten Füllkörper,
  • 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für einen Speicher nach der Erfindung mit einem einen Dorn umfassenden Füllkörper,
  • 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel für einen Speicher nach der Erfindung mit einem an einen Pressstempel angepassten Füllkörper,
  • 8 eine die Herstellung eines erfindungsgemäßen Speichers erläuternde Darstellung, und
  • 9 und 10 zwei weitere Ausführungsbeispiele für Speicher nach der Erfindung.
  • Eine in 1 und den folgenden Figuren jeweils ausschnittsweise dargestellte Flusszelle weist eine Kunststoffplatte 1 mit Kavitäten auf, die durch eine mit der Kunststoffplatte 1 verbundene Folie 2 abgedeckt sind. In den 1 bis 5 sowie der 7 sind als Kavitäten eine Kammer 3 und ein Transportkanal 4 erkennbar, in 6 nur ein Transportkanal 27.
  • Auf ihrer der Folie 2 abgewandten Seite ist auf der Kunststoffplatte 1 jeweils ein Fluidspeicher angeordnet, der zwei flächig miteinander verbundene Folien 6 und 7 umfasst. Die Folie 6 ist auf ihrer der Folie 7 abgewandten Seite ihrerseits mit der Kunststoffplatte 1 verbunden. Die Folien 6, 7 können miteinander und die Folie 6 kann mit der Platte 1 verschweißt oder/und verklebt sein und/oder mittels doppelseitigem Klebefilm (nicht gezeigt) verbunden sein.
  • Gemäß 1 weist die Folie 7 eine kalottenförmige Ausbauchung 8 auf, durch die zwischen den Folien 6, 7 ein Speicherraum für die Aufnahme einer Flüssigkeit 9 gebildet ist. Bei 10 lässt sich durch Druck auf die Ausbauchung 8 ein zu dem Transportkanal 4 führender Öffnungskanal aufbrechen.
  • Wie 1 erkennen lässt, ist in dem Speicherraum ein Restluftpolster 11 gebildet. Beim Zusammendrücken der Ausbauchung 8 wird die Restluft komprimiert, was nach Bersten der den Öffnungskanal 10 bildenden Sollbruchstelle zu einer unkontrollierten Abführung von Flüssigkeit aus dem Speicherraum führt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ist im Speicherraum eines Speichers 5a ein plattenförmiger fester Füllkörper 12 angeordnet, der zusammen mit einer im Speicherraum enthaltenen Flüssigkeit 9a den Speicherraum vollständig ausfüllt. Nur in einen schmalen Spalt zwischen der Plattenrandfläche des Füllkörpers 12 und der Wand des Speicherraums kann Flüssigkeit 90 gelangen. Die Formgebung des Randes des Füllkörpers bestimmt hierbei die Lage und Größe des Spaltes. Eine der Folie 6 zugewandte Plattenfläche 13 des Füllkörpers 12 schließt daher bündig mit der zwischen den Folien 6,7 gebildeten Anlagefläche 14 ab. Im Unterschied zu dem Speicher 5 ist in dem Speicherraum des Speichers 5a keine oder kaum noch Restluft vorhanden.
  • Ebenso enthält der Speicherraum eines in 3 gezeigten Speichers 5b keine Restluft. Der Speicher 5b unterscheidet sich von dem Speicher 5a dadurch, dass ein Füllkörper 15 deutlich dicker als der plattenförmige Füllkörper 12 ist. Entsprechend ist in dem Speicher 5b ein kleineres Volumen einer Flüssigkeit 9b eingeschlossen. Wie 3 verdeutlicht. Können (bei gegebener Größe der Ausbauchung) durch Variation der Plattendicke und -geometrie unterschiedlich große Speicherräume für Flüssigkeiten gebildet werden, wobei auch sehr kleine Speicherräume mit genau bemessenem Volumen herstellbar sind.
  • 4 zeigt einen Speicher 5c mit einer Ausbauchung 8c, die einen Stufenansatz 16 aufweist. Ein durch den Stufenansatz 16 gebildeter Teil des Speicherraums ist durch einen plattenförmigen Füllkörper 17 ausgefüllt, dessen Dicke zwischen der Dicke des Füllkörpers 12 und der des Füllkörpers 15 liegt. Durch den Stufenansatz ist ein Fußpunkt 18 der Ausbauchung 8c zum Fußpunkt 19 eines Kalottenteils der Ausbauchung 8c seitlich versetzt, so dass ein auf den Kalottenteil ausgeübter Pressdruck sich nur abgeschwächt vermindert auf den Fußpunkt 18 überträgt. Das Bersten in einer bei 18 vorhandenen Sollbruchstelle wird durch den auf die Ausbauchung 8c ausgeübten Druck dadurch nicht behindert.
  • Ein in 5 gezeigter Fluidspeicher 5d weist einen Füllkörper 20 auf, der bei 21 gelenkig ausgebildet ist. Unter Ausübung einer Druckkraft auf die Ausbauchung 8d gemäß Pfeil 22 kommt es daher gemäß Pfeil 23 zu einer Verschiebung eines Teils des Füllkörpers 22, wobei der Füllkörper bei 24 zur Bildung einer Austrittsöffnung eine Sollbruchstelle aufstößt.
  • Aus 6 geht ein Speicher 5e mit einem Füllkörper 25 hervor. Der Füllkörper 25 umfasst einen Dorn 26, der sich bei Ausübung einer Druckkraft auf die Ausbauchung 8e gemäß Pfeil 22 (5) unter Bildung eines Austrittsöffnung durch die Folie 6 hindurchstoßen lässt, so dass der Speicher 5e in Verbindung mit dem oben genannten Transportkanal 27 steht.
  • Bei den Ausführungsbeispielen von 5 und 6 grenzt die im Speicherraum enthaltene Flüssigkeit nur in einem verhältnismäßig kleinen, in Bezug auf Flüssigkeitsverdrängung unkritischen Bereich 31 bzw. 32 an die Folie 6 an.
  • Ein in 7 gezeigter Speicher 5f weist einen Füllkörper 28 auf, der auf seiner der Folie 6 abgewandten Seite entsprechend einem Druckstempel 29 zum Ausüben einer Druckkraft auf die Ausbauchung 8f geformt ist.
  • Es wird nun auf 8 Bezug genommen, welche beispielhaft die Herstellung des in 7 gezeigten Speichers 5f erläutert.
  • Gemäß 8a wird in einem ersten Schritt in der Folie 7 die Ausbauchung 8f gebildet, im Fall einer Kunststofffolie z. B. durch Warmtiefziehen, im Fall einer typischerweise für Blister verwendeten Aluminiumfolie durch Kalttiefziehen. In den durch die Ausbauchung 8f gebildeten Gefäßraum wird zu speichernde Flüssigkeit 9f eingefüllt. Wobei die Strichlinie 30 in 8b den sich ergebenden Flüssigkeitsspiegel andeutet. Im folgenden Schritt gemäß 8c wird dann der Füllkörper 28 in die Ausbauchung 8f eingesetzt, wobei die der Flüssigkeit 9f abgewandte Oberfläche 13f des Füllkörpers 28 bündig mit der Oberfläche 14f der Folie 7 abschließt oder leicht über diese übersteht.
  • Im letzten Schritt gemäß 8d wird die Folie 7 mit der Folie 6 unter Bildung eines geschlossenen Speicherraums verbunden, wobei der Speicherraum durch die Flüssigkeit 9f und den Füllkörper 28 restluftfrei ausgefüllt ist.
  • 9 und 10 zeigen dem Speicher von 4 ähnliche Speicher mit einem Stufenansatz 16g bzw. 16h. Ein in dem Stufenansatz 16g angeordneter Füllkörper 17g weist am Rand eine Einschlitzung 35 auf. Beim Entleeren des Speichers wird Flüssigkeit durch diese Einschlitzung 35 hindurch einer Austrittsöffnung des Speichers bei 24g zugeführt. Ein Füllkörper 17h des Speichers von 10 weist einen zentralen Durchgang und einen radialen Kanal 37 auf, der zu einer Speicheraustrittsöffnung 24h für.

Claims (21)

  1. Fluidspeicher, insbesondere zur Integration in eine miniaturisierte Flusszelle, mit einem Speicherraum, der durch fluiddicht aneinander anliegende Körper (6, 7) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicherraum neben einer gespeicherten Flüssigkeit (9) ein den übrigen Speicherraum ausfüllender fester Füllkörper (12; 15; 17; 20; 25; 28) angeordnet ist.
  2. Fluidspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die gespeicherte Flüssigkeit (9) ausgefüllter Teil des Speicherraums überwiegend durch einen der beiden Körper (7) und den festen Füllkörper (12; 15; 17; 20; 25; 28) begrenzt ist.
  3. Fluidspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden fluiddicht aneinander anliegenden Körper (6, 7) miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt oder/und verklebt sind.
  4. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Körper (6, 7) mit ebenen Flächen (14) fluiddicht aneinander anliegen und der Füllkörper (12; 15; 17; 20; 25; 28) eine zu den ebenen Flächen (14) bündige Fläche (13) aufweist.
  5. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Körper (6, 7) durch eine Folie gebildet ist.
  6. Fluidspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine verformbare Ausbauchung (8) zur Bildung des Speicherraums aufweist.
  7. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper mit einem der beiden Körper, insbesondere einstöckig, verbunden ist und von dem einen Körper in eine den Speicherraum bildende durch den anderen Körper gebildete Vertiefung hinein vorsteht.
  8. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des durch die Flüssigkeit (9b) ausgefüllten Teils des Speicherraums klein im Vergleich zum Gesamtvolumen des Speicherraums ist.
  9. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (28) eine an einen Stempel (29) zur Verformung der Ausbauchung (8f) zum Herausdrücken der gespeicherten Flüssigkeit angepasste Oberfläche aufweist.
  10. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (20, 25) ein Werkzeug zur Herstellung einer Austrittsöffnung (24) bildet, das sich unter Verformung der Ausbauchung (8d, 8e) betätigen lässt.
  11. Fluidspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (20, 25) einen Dorn (26) umfasst oder/und einen Schieber bildet.
  12. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper ein bei Raumtemperatur schmelzender Körper ist.
  13. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper zur Wechselwirkung mit der Flüssigkeit vorgesehen ist.
  14. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper eine hydrophile Oberfläche aufweist.
  15. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine vor dem Einschluss in den Speicherraum wenigstens teilweise entgaste Flüssigkeit ist.
  16. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper zur Aufnahme von Restluft geeignet ist.
  17. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper mehrteilig ausgebildet ist.
  18. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum einen stufenförmigen Ansatz (16) aufweist der bis auf einen Randbereich durch den Füllkörper (17) ausgefüllt ist.
  19. Fluidspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (17g, 17h) einen Durchbruch, Kanal oder/und einen Einschlitzung zum Leiten der Flüssigkeit zu einem Speicherausgang (24g, 24h) aufweist.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Fluidspeichers, insbesondere eines Fluidspeichers für die Integration in eine miniaturisierte Flusszelle, wobei in einem ersten Körper (7) eine Vertiefung (8f) gebildet, eine gespeicherte Flüssigkeit (9) in die Vertiefung (8f) eingefüllt und die Vertiefung (8f) unter Bildung eines Speicherraums durch einen zweiten Körper (6) fluiddicht abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (f) nur teilweise mit der Flüssigkeit (9f) gefüllt und in die Vertiefung (8f) ein fester Füllkörper (28) eingesetzt wird, der zusammen mit der Flüssigkeit (9f) den Speicherraum vollständig ausfüllt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zweiten Körper (6) zugewandte Oberfläche der Flüssigkeit (9f) ganz oder zu einem überwiegenden Teil durch den Füllkörper (28) abgedeckt wird.
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