DE102011109992A1

DE102011109992A1 - Leiterplattenkabelvorrichtung für ein Laborprobengerät und Laborprobengerät

Info

Publication number: DE102011109992A1
Application number: DE102011109992A
Authority: DE
Inventors: Burkhardt Reichmuth
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2013-02-14
Also published as: US9011799B2; JP2013039559A; EP2566307A2; PL2566307T3; EP2566307B1; JP5932564B2; EP2566307A3; US20130052099A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenkabelvorrichtung für ein Laborprobengerät, insbesondere für einen Dispenser oder eine Pipette. Die Leiterplattenkabelvorrichtung weist mindestens eine Leiterplatte auf, die eine erste und eine zweite Plattenseite aufweist, und, hintereinander angeordnet, mindestens einen ersten Leiterplattenabschnitt, mindestens einen zweiten Leiterplattenabschnitt und mindestens einen dritten Leiterplattenabschnitt aufweist, wobei die Leiterplatte eine Anzahl von Leiterbahnen aufweist, die zumindest abschnittsweise parallel zueinander auf der Leiterplatte angeordnet sind und sich von einem ersten Bahnabschnitt, der im ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist über den zweiten Leiterplattenabschnitt zum dritten Leiterplattenabschnitt erstrecken, in dem ein zweiter Bahnabschnitt angeordnet ist, wobei im zweiten Leiterplattenabschnitt mindestens eine Leiterbahn auf der ersten Plattenseite und mindestens eine Leiterbahn auf der zweiten Plattenseite angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein mit dieser Leiterplattenkabelvorrichtung ausgestattetes Laborprobengerät.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplattenkabelvorrichtung für ein Laborprobengerät und ein Laborprobengerät, insbesondere eine Dosiervorrichtung, z. B. einen Dispenser oder eine Pipette, mit einer solchen Leiterplattenkabelvorrichtung.
Flexible Leiterplattenkabelvorrichtungen bieten den Vorteil, kabelgebundene Signalverbindungen und andere technische Leitungen auch dann zu ermöglichen, wenn z. B. aus Platzgründen nur ein sehr kleiner beziehungsweise flacher Kabelquerschnitt möglich ist. Eine solche Situation liegt bei Geräten zur apparativen Verarbeitung oder Untersuchung von Laborproben vor. Das von einem Laborprobengerät beanspruchte Raumvolumen ist im Vergleich zu jenem der Laborprobe selber meist sehr groß. In Richtung auf die Laborprobe hin verjüngt sich deshalb das Laborprobengerätin den meisten Fällen. Dies ist zum Beispiel bei Handdosiervorrichtungen der Fall, die ein Nutzer in eine Hand nehmen kann, bei denen ein beweglicher Antriebsmechanismus und ein Einstellmechanismus, der die Beweglichkeit des Antriebsmechanismus steuert, im Schaft des Gerätes untergebracht sind, der auch als Griff dient. Bei dem Mittel, in das die Laborprobe aufgenommen wird, handelt es sich wegen der Kontaminationsgefahr durch die Laborprobengeräte vorzugsweise um einen Austauschteil, zumeist ein Einwegteil, zum Beispiel aus Kunststoff. Dieses ist durch eine Haltevorrichtung mit dem Laborprobengerät zu verbinden. Die Haltevorrichtung befindet sich an einem Ende des Laborprobengerätes, an dem die Laborprobe aufgenommen und abgegeben wird. Bei dem Mittel, in das die Laborprobe aufgenommen wird, handelt es sich vorzugsweise um eine Pipettenspitze oder Spritze mit Spritzenkörper und Spritzenkolben. Aber auch andere Mittel sind möglich, zum Beispiel Kartuschen.
Pipettenspitze werden meist auf einen Ansatz aufgesteckt, der zumeist mindestens leicht konisch ausgeführt ist, aber auch unter anderem zylindrisch ausgeführt sein kann. Auf den Ansatz wird die Pipettenspitze so aufgesetzt, dass die Spitze dicht an dem Ansatz anliegt und vorzugsweise keine Luft zwischen Ansatz und Pipettenspitze hindurch treten kann. Der Ansatz ist der äußerste Teil am Gehäuseteil des Laborprobengerätes, in dem als Verdrängungsvorrichtung eine Kolben-Zylindereinheit vorgesehen ist, wobei die Zylindereinheit vorzugsweise durch das Gehäuseteil des Laborprobengeräts gebildet wird. Im Zylinder wird eine Luftsäule durch den Kolben bewegt, wodurch die Laborprobe in der Pipettenspitze aufgenommen und/oder abgegeben wird. Soll eine elektrische Einrichtung, zum Beispiel eine Sensoreinrichtung zur Erkennung der verwendeten Pipettenspitze an dem Ansatz zum Aufnehmen der Pipettenspitze angebracht werden, gibt es nur sehr wenig Platz direkt am Gehäuseteil, um elektrische Leitungen zur Sensoreinrichtung zu legen, damit diese mit einer Steuer-/Regeleinrichtung innerhalb des Gehäuses des Laborprobengerätes kommunizieren kann. Der für herkömmliche elektrische Zuleitungen verfügbare Raum beziehungsweise Öffnungsquerschnitt nahe der elektrischen Einrichtung kann deshalb zu klein sein oder die Anordnungsgeometrie erlaubt dort nur einen geringen Leitungsquerschnitt.
Die DE 43 42 178 C2 beschreibt ein solches Laborprobengerät, nämlich eine Repetierpipette, die auch als Handdispenser bezeichnet wird und die nach dem Prinzip der Direktverdrängung arbeitet. Bei einem Handdispenser ist der Verdrängungskolben nicht wie bei einer Pipette, die nach dem Luftpolsterprinzip arbeitet, im Geräteschaft angeordnet, sondern ist Teil des Mittels, indem die Laborprobe aufgenommen wird, welches nach Art einer Spritze gestaltet ist. Ein solcher Dispenser arbeitet nach dem Direktverdrängerprinzip. Dabei ist der Verdrängungskolben der Spritze während dem Dosieren einer Probenflüssigkeit im Wesentlichen nicht durch ein Luftpolster von der Probenflüssigkeit getrennt sondern mit diesem im direkten Kontakt, wodurch ein besonders genaues Dosieren möglich ist. Der zum Mittel gehörige Verdrängungskolben ist an einen Aktor gekoppelt, der im Geräteschaft angeordnet ist. Der zusätzliche Vorteil der Spritze gemäß der genannten Druckschrift ist insbesondere, dass der Befestigungsabschnitt am zylindrischen Spritzenkörper der Spritze zu deren Befestigung am Handdispenser zusätzlich als Informationsträger ausgebildet ist. Ein im Kopfabschnitt des Handdispensers angeordneter Sensor liest die Informationen aus und stellt sie der Steuereinrichtung zur Verfügung, die im Geräteschaft angeordnet ist. Mittels des Informationsträgers und des Sensors wird automatisch die Art der Spritze erfasst, die der Benutzer mit dem Handdispenser verbindet. Anhand dieser Informationen wird von der Steuereinrichtung das Steuerprogramm ausgewählt, welches die vom Benutzer vorgegebenen gewünschten Probenvolumen in entsprechende Kolbenbewegungen übersetzt.
Der Sensor verwendet eine Abtasteinrichtung, die eine Anzahl von Auslesebereichen an der Spritze ausliest. Die Auslesebereiche sind konzentrisch um die Kolbenachse an der Verbindungsseite der Spritze angeordnet und dem Kopfabschnitt des Handdispensers zugewandt. Jeder Auslesebereich weist einen Vorsprung auf (oder nicht), der einen mechanischen Kontaktschalter des Sensors aktiviert (oder nicht) und so einen elektrischen Stromkreis schließt (oder nicht). Der Sensor weist sieben Kontaktpunkte auf, die jeweils zu einem Auslesebereich korrespondieren und mit denen die gewünschte Information codiert wird. Diese Kontaktpunkte sind konzentrisch auf einer Sensorleiterplatte angeordnet, die kreisringförmig ausgebildet ist und zu deren Ringfläche die Kolbenachse senkrecht verläuft. Eine Leiterbahnfolie ist am Rand der Sensorleiterplatte im rechten Winkel zur Ringfläche angebracht und führt die elektrischen Leitungen von den Kontaktpunkten zu einer Steuereinrichtung weiter oben im Geräteschaft. Im Übergangsbereich von Sensorleiterplatte und Leiterbahnfolie steht nur relativ wenig Raum zur Verfügung, um die elektrischen Leitungen der Sensorleiterplatte mit denen der Leiterbahnenfolie zu koppeln, z. B. durch Löten. Mit der Anzahl der Sensorpunkte und der Anzahl der erforderlichen Leitungen verschärft sich dieses Raumproblem noch.
Es ist Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine Leiterplattenkabelvorrichtung für ein Laborprobengerät bereitzustellen, die das Verbinden von elektrischen Leitern mit einer von diesen entfernt angeordneten elektrischen Einrichtung auch über ein Raumsegment mit begrenztem Platzangebot hinweg ermöglicht. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laborprobengerät bereitzustellen, bei dem eine Leiterplattenkabelvorrichtung das Verbinden von elektrischen Leitern mit einer von diesen entfernt angeordneten elektrischen Einrichtung auch über ein Raumsegment mit begrenztem Platzangebot hinweg ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Laborprobengerät gemäß Anspruch 10. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung für ein Laborprobengerät, insbesondere für einen Dispenser oder eine Pipette, weist mindestens eine – vorzugsweise flexible- Leiterplatte auf, die eine erste und eine zweite Plattenseite aufweist, und, hintereinander angeordnet, mindestens einen ersten Leiterplattenabschnitt, mindestens einen zweiten Leiterplattenabschnitt und mindestens einen dritten Leiterplattenabschnitt aufweist, wobei die Leiterplatte eine Anzahl von Leiterbahnen aufweist, die zumindest abschnittsweise parallel zueinander auf der Leiterplatte angeordnet sind und sich von einem ersten Bahnabschnitt, der im ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist über den zweiten Leiterplattenabschnitt zum dritten Leiterplattenabschnitt erstrecken, in dem ein zweiter Bahnabschnitt angeordnet ist, wobei im zweiten Leiterplattenabschnitt mindestens eine Leiterbahn auf der ersten Plattenseite und mindestens eine Leiterbahn auf der zweiten Plattenseite angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung weist insbesondere den Vorteil auf, dass die auf einem zweiten Leiterplattenabschnitt verfügbare Oberfläche optimal ausnutzbar ist, so dass Laborprobengeräte, insbesondere Handlaborprobengeräte, kompakter gebaut werden können. Die erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung lässt sich in einer bevorzugten Ausgestaltung auch in Umgebungen einsetzen, in denen der zweite Leiterplattenabschnitt aus Platzgründen oder aus anderen Gründen, zum Beispiel aufgrund anderer konstruktiver Erfordernisse, auf ein zweites Breitenmaß beschränkt werden muss, welches kleiner ist als ein erstes Breitenmaß des ersten Leiterplattenabschnitts.
Der erste Bahnabschnitt der Leiterbahnen kann das eine Ende der Leiterbahnen sein, das z. B. in eine Steckereinrichtung münden kann, die zum Kontaktieren mit Steckdoseneinrichtungen dienen kann. Diese Steckdoseneinrichtungen können zum Beispiel einer Steuereinrichtung des Laborprobengerätes zugeordnet sein. Der zweite Bahnabschnitt der Leiterbahnen kann das andere Ende der Leiterbahnen sein, an dem zum Beispiel elektrische Kontakteinrichtungen oder Sensorelemente einer Sensoreinrichtung angeordnet sein können.
Insbesondere Laborprobengeräte weisen oft einen Raum zur Kabelaufnahme auf, der zumindest in einem zweiten Raumbereich kleiner ist als in einem ersten Raumbereich. Solche Laborprobengeräte sind, wie eingangs beschrieben, vorzugsweise Dosiervorrichtungen, zum Beispiel Pipetten oder Dispenser, insbesondere handbedienbare Pipetten oder Dispenser. Solche handbedienbaren Geräte werden als Handlaborprobengeräte bezeichnet. Beispiele für einen Handdispenser sind die von der Firma Eppendorf AG im Jahre 2011 in Deutschland vertriebenen Laborprobengeräte „Multipette^® stream” und „Multipette^® Xstream”. Auch für ein Laborprobengerät nach der Art, wie in der eingangs genannten Druckschrift DE 43 42 178 C2 beschrieben, ist die Erfindung geeignet. Die Erfindung kann aber auch solche Laborprobengeräte betreffen, bei denen eine flüssige, gelartige oder pulverige Laborprobe bearbeitet, verarbeitet, aufgenommen, und/oder abgegeben, und/oder transportiert und/oder auch nur untersucht wird, zum Beispiel optisch und/oder elektrisch oder elektromagnetisch untersucht wird.
Die Leiterplatte ist vorzugsweise verformbar, vorzugsweise flexibel, insbesondere elastisch. Vorzugsweise weist die Leiterplatte eine Flexibilität auf, die geeignet ist, um die Leiterplatte zerstörungsfrei mit einem Biegeradius zu verbiegen, wobei die Richtung dieses Radius vorzugsweise senkrecht zu den Leiterbahnen verläuft. Durch die Flexibilität der Leiterplatte kann die Leiterplattenkabelvorrichtung durch Verbiegen leichter unter beengten Raumverhältnissen angeordnet werden, die typischerweise in einem Laborprobengerät der genannten Art bestehen. Der Biegeradius kann zum Beispiel zwischen 0,5 mm und 100 mm liegen und liegt vorzugsweise zwischen 1,0 mm und 30,0 mm.
Eine flexible Leiterplatte weist eine flexible Trägerschicht auf, die vorzugsweise aus einem Polyimid hergestellt ist, zum Beispiel aus DuPontTM Kapton^®. Es ist jedoch auch möglich, andere Materialien vorzusehen, z. B. Polyester z. B. PET oder PEN. Die Dicke (Höhe) der Leiterplatte beträgt vorzugsweise zwischen 20 μm und 75 μm, vorzugsweise zwischen 25 μm und 60 μm und liegt besonders bevorzugt bei 50 μm (+-5 Mikrometer). Mögliche flexible Leiterplatten sind ebenso ”Flexible Printed Circuit” (”FPC”).
Die Leiterplattenabschnitte sind hintereinander angeordnet, das heißt der erste Leiterplattenabschnitt ist mit dem zweiten verbunden und der zweite ist mit dem dritten verbunden. Vorzugsweise sind alle oder zumindest zwei Leiterplattenabschnitte integral geformt oder weisen zumindest eine gemeinsame flexible Trägerschicht auf.
Die Leiterbahnen der Leiterplatte sind vorzugsweise zumindest abschnittsweise parallel zueinander auf der Oberfläche der flexiblen Trägerschicht angebracht. Dazu wird das leitfähige Material der Leiterbahnen, zum Beispiel ein Metall, z. B. Kupfer oder Gold, oder eine Metalllegierung aus vorzugsweise Gold und Nickel, zum Beispiel durch Bedampfen, mit der Oberfläche verbunden. Die Höhe (= Dicke) der Leiterbahnen bezüglich der Leiterplatte ist zumindest abschnittsweise oder zumindest im ersten Herstellungsschritt im Wesentlichen konstant und beträgt vorzugsweise zwischen 20 μm und 75 μm, vorzugsweise zwischen 25 μm und 55 μm und vorzugsweise zwischen 30 und 40 μm. Die Breite der Leiterbahnen ist zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konstant und beträgt insbesondere zwischen 50 μm und 350 μm, vorzugsweise zwischen 300 μm und 100 μm oder vorzugsweise zwischen 250 μm und 150 μm. Die Leiterplatte oder ein Leiterplattenabschnitt ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise oder vollständig planar ausgebildet. Insbesondere wird eine vorzugsweise vorgesehene Biegung der Leiterplatte erst nach der Herstellung der Leiterplattenkabelvorrichtung erzeugt. Ein Leiterplattenabschnitt, insbesondere der zweite, kann mindestens eine gebogene Stelle aufweisen, in dem der Leiterplattenabschnitt in einem Biegeradius gebogen ist. Vorzugsweise ist die Breite der Leiterbahnen in einem gebogenen Leiterplattenabschnitt breiter – und zwar in Bezug auf die Breite der Leiterbahnen in benachbarten Leiterplattenabschnitten, z. B. dem ersten Leiterplattenabschnitt-, insbesondere um 5–100%, vorzugsweise um 10–75% oder vorzugsweise um 20–50% breiter, in dem ein Biegen der Leiterplatte bei Montage im Zielgerät erforderlich ist. Auf diese Weise kann die elektrische Signalübertragung über die Leiterplattenkabelvorrichtung verbessert werden. Der Abstand der Leiterbahnen ist zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konstant und beträgt insbesondere zwischen 50 μm und 350 μm, vorzugsweise vorzugsweise zwischen 100 μm und 250 μm oder vorzugsweise zwischen 150 μm und 200 μm.
Vorzugsweise wird auf mindestens einer Seite oder auf beiden Seiten der Leiterplatte eine Abdeckschicht vorgesehen, um die darunter liegenden Strukturen zu schützen. Eine solche Abdeckschicht kann eine Kunststofffolie aufweisen oder aus dieser bestehen. Die Abdeckschicht kann z. B. Polyimid oder einen flexiblen Lötstopp-Lack aufweisen oder daraus bestehen. Die Abdeckschicht ist vorzugsweise untrennbar, das heißt nicht zerstörungsfrei lösbar, mit der Trägerschicht verbunden, z. B. durch Laminieren beziehungsweise Aufkleben.
Es ist auch möglich und bevorzugt, dass eine Leiterplatte zumindest abschnittsweise oder über im wesentlichen ihre gesamte Breite – und vorzugsweise auch Länge – mehr als eine Schicht aufweist, so dass mehrere Trägerschichten übereinander als Stapel angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, bei unverändertem Breitenmaß und z. B. erhöhtem, vorzugsweise nur gering erhöhtem Höhenmaß insbesondere im zweiten Leiterplattenabschnitt eine höhere Leitungsdichte (Anzahl von Leitungen pro Querschnittsfläche des Zweiten Leiterplattenabschnitts) zu erzielen. Auf diese Weise können bei entsprechend vorgegebenen Raumverhältnissen ggf. mehr, zum Beispiel doppelt so viele Leiterbahnen im Zielbereich angeordnet werden, zum Beispiel im zweiten Aufnahmeraum für den zweiten Leiterplattenabschnitt.
Die Leiterplatte ist mit einer Anzahl N von Leiterbahnen versehen, die zumindest im ersten Leiterplattenabschnitt vorzugsweise abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und vorzugsweise auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordnet sind. Die Anzahl N resultiert zum Beispiel aus den Anforderungen der elektrischen Einrichtungen, die mit der Leiterplattenkabelvorrichtung verbunden werden sollen. Weist zum Beispiel eine elektrische Einrichtung einer Anzahl von N Sensoren auf, so ist bevorzugt, dass mindestens (bzw. genau) N oder N + 1 Leiterbahnen zum Verbinden der Sensoren mit einer entfernt von diesen Sensoren angeordneten zweiten elektrischen Einrichtung, zum Beispiel Steuereinrichtung und/oder Anzeigeeinrichtung (z. B. Display), vorgesehen sind. Die Anzahl N ist vorzugsweise größer als drei, fünf und besonders bevorzugt größer als sechs, und ist vorzugsweise zwischen 6 und 99, vorzugsweise zwischen 6 und 33, vorzugsweise zwischen 6 und 17,. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist N = 7 und N = 15. N kann aber auch anders sein.
Die Leiterplatte weist vorzugsweise eine Anzahl m von Durchlassöffnungen auf, die es erlauben, eine oder mehrere elektrische Leiterbahnen auf der ersten Seite der Leiterplatte bis zu dieser Durchlassöffnung und durch diese Durchlassöffnung auf die zweite Seite der Leiterplatte zu führen, wo diese eine oder mehrere Leiterbahnen fortgesetzt verlaufen. Zu diesem Zweck ist in dieser Durchlassöffnung vorzugsweise ein elektrischer Leiter hülsenartig angeordnet, was zum Beispiel gleichzeitig mit dem Aufbringen der Leiterbahnen erfolgen kann. Die Durchlassöffnungen können durch Bohren, Stanzen oder andere Verfahren in der Leiterplatte erzeugt werden. Die Durchmesser einer Durchlassöffnung beträgt vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 1,0 mm, insbesondere zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, kann jedoch auch anders sein.
Die Anzahl m der Durchlassöffnungen ist vorzugsweise so ausgewählt, dass durch jede Durchlassöffnung jede gewünschte Leiterbahn von der einen Seite der Leiterplatte auf die andere Seite in der Leiterplatte geführt wird. Wird durch jede Durchlassöffnung eine einzelne Leiterbahn geführt und soll im wesentlichen die Hälfte der Anzahl N der Leiterbahnen im ersten Leiterplattenabschnitt von einer Seite auf die andere Seite der Leiterplatte geführt werden, so beträgt die Anzahl der erforderlichen Durchlassöffnungen m = N/2 (d. h. +-1, falls N eine ungerade Zahl ist). Die Anzahl m im ersten und/oder zweiten und/oder dritten Leiterplattenabschnitt ist vorzugsweise größer als eins, zwei, drei, vier oder fünf und besonders bevorzugt größer als 6, und ist vorzugsweise zwischen 6 und 99, vorzugsweise zwischen 6 und 33, zwischen 6 und 17. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist m = 7 bzw. m = 15. m kann aber auch anders sein.
Es ist je nach Anforderung möglich und bevorzugt, dass eine oder mehrere beziehungsweise alle Leiterbahnen bereits im ersten Leiterplattenabschnitt auf die andere Seite geführt werden, insbesondere von der ersten Seite der Leiterplatte auf die zweite Seite der Leiterplatte geführt werden. Es ist aber auch möglich, dass dies erst im zweiten Leiterplattenabschnitt erfolgt. Es ist ferner möglich und bevorzugt, dass eine oder mehrere beziehungsweise alle Leiterbahnen jeweils mehr als einmal von einer Seite der Leiterplatte auf die andere Seite der Leiterplatte geführt werden. Vorzugsweise weist die Leiterplatte (auch) im dritten Leiterplattenabschnitt eine Anzahl von m = N/2 (d. h. +-1, falls N eine ungerade Zahl ist) von Durchlassöffnungen auf, insbesondere genau wie vorzugsweise auch im ersten Leiterplattenabschnitt.
Die Leiterplatte kann außer den Durchlassöffnungen weitere Öffnungen oder Aussparungen aufweisen, die auch anderen Zwecken dienen können, zum Beispiel die Befestigung der Leiterplatte in dem Laborprobengerät ermöglichen können.
Die Leiterplatte ist vorzugsweise langgestreckt, d. h. ihre durchschnittliche Länge beträgt mindestens das Doppelte ihrer durchschnittlichen Breite. Um weiter voneinander entfernte elektrische Einrichtungen verbinden zu können, kann die Leiterplatte jedoch zum Beispiel auch länger sein. Die Leiterplatte weist planar ausgestreckt insbesondere eine Maximallänge zwischen 20 und 500 mm auf, vorzugsweise zwischen 50 und 400 mm, besonders vorzugsweise zwischen 100 und 300 mm, und ganz besonders bevorzugt zwischen 150 und 200 mm. Die Leiterplatte weist planar ausgestreckt vorzugsweise eine Maximalbreite zwischen 5 und 100 mm auf, vorzugsweise zwischen 10 und 80 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 60 mm, und ganz besonders vorzugsweise zwischen 30 und 40 mm.
Die Leiterplatte kann einen im Wesentlichen rechteckigen Außenumriss aufweisen oder kann z. B. entlang ihrer Länge mindestens eine Kurve oder Eckbiegung von zum Beispiel 90° aufweisen, wodurch eine andere Umrissform als die Rechteckform realisiert werden kann. Die Form der Leiterplatte ist nicht beschränkt und kann letztendlich den Anforderungen, zum Beispiel dem Platzangebot, zum Beispiel im Laborprobengerät, angepasst werden.
Vorzugsweise weist der mindestens eine erste Leiterplattenabschnitt ein erstes Breitenmaß auf, und vorzugsweise weist der mindestens eine zweite Leiterplattenabschnitt ein zweites Breitenmaß auf, wobei das zweite Breitenmaß kleiner ist als das erste Breitenmaß.
Das Breitenmaß ist ein Maß zur Charakterisierung einer Breite eines Leiterplattenabschnitts. Das Breitenmaß eines Leiterplattenabschnitts bezeichnet vorzugsweise die Breite des Leiterplattenabschnitts, insbesondere, im Fall von mehreren Zweigabschnitten eines Leiterplattenabschnitts, vorzugsweise die Netto-Breite als Summe der einzelnen Breiten aller Zweigabschnitte oder vorzugsweise die Breite eines einzelnen Zweigabschnittes oder die Netto-Breite mehrerer Zweigabschnitte. Zur Definition der Erfindung kann aber das Breitenmaß eines Leiterplattenabschnitts alternativ oder zusätzlich auch so definiert werden, dass dieses die beiden Ränder nicht berücksichtigt, die durch den Abstand der beiden äußeren Leiterbahngrenzen vom Rand der Trägerschicht der Leiterplatte gebildet werden. In diesem Fall wird als das Breitenmaß der maximale Abstand der beiden äußeren Leiterbahnen eines Leiterbahnenbündels in einem Leiterplattenabschnitt definiert. Ein Leiterbahnenbündel kann ausschließlich nebeneinander in derselben Höhe angeordnete Leiterbahnen enthalten oder auch in unterschiedlichen Höhen angeordnete Leiterbahnen bezeichnen, die zum Beispiel auf verschiedenen Seiten der Leiterplatte angebracht sind. Die Höhe bezeichnet in diesem Fall die z-Position in einem kartesischen Koordinatensystem, wenn die Leiterplatte in einer x-y-Ebene angeordnet ist, bzw. auch wenn zum Beispiel die Längsachse einer insbesondere langgestreckten Leiterplatte im Wesentlichen parallel zur x-Achse verläuft. Das Breitenmaß bezeichnet vorzugsweise die durchschnittliche Breite (bzw. Netto-Breite) des Leiterplattenabschnitts (bzw. des mindestens einen Zweigabschnitts) über die gesamte Länge dieses Leiterplattenabschnitts. Es ist aber auch möglich und bevorzugt, dass das Breitenmaß die maximale oder auch die minimale Breite (bzw. Netto-Breite) des Leiterplattenabschnitts (bzw. des mindestens einen Zweigabschnitts) bezüglich der gesamten Länge dieses Leiterplattenabschnitts bezeichnet.
Im zweiten Leiterplattenabschnitt sind die Leiterbahnen vorzugsweise in im Wesentlichen gleicher Anzahl (+-1) auf der ersten und zweiten Plattenseite verteilt angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, dass das zweite Breitenmaß des zweiten Leiterplattenabschnitts gegenüber solchen Abschnitten der Leiterplatte, zum Beispiel im ersten Leiterplattenabschnitt, in denen die Leiterbahnen vorzugsweise alle parallel nebeneinander verlaufen oder verlaufen würden, wesentlich verkleinert ist. Dies bietet den Vorteil, dass zur Aufnahme des zweiten Leiterplattenabschnitts ein geringerer Raumbedarf besteht, insbesondere weniger Breite, insbesondere Nettobreite, dieses verfügbaren Raums erforderlich ist, um die Leiterplattenkabelvorrichtung aufzunehmen. Auf diese Weise kann die Leiterplattenkabelvorrichtung in einem Laborprobengerät auch solche Bereiche elektrisch verbinden, in denen eine Engstelle mit geringem Raumangebot die Verbindung mit herkömmlichen Mitteln erschwert oder unmöglich macht.
Es ist zum Beispiel möglich und bevorzugt, dass das zweite Breitenmaß um einen Faktor c kleiner ist als das erste Breitenmaß, wobei c vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,9 belegt, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,8, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,77 und vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,7. c kann aber auch anders sein. Vorzugsweise sind die Leiterbahnen des zweiten Leiterplattenabschnitts über den größeren Teil der Länge des zweiten Leiterplattenabschnitts oder im Wesentlichen entlang von dessen gesamter Länge jeweils auf der ersten und der zweiten Plattenseite (bzw. der ersten oder der zweiten Plattenseite) angeordnet. Vorzugsweise sind die Leiterbahnen auf der ersten und zweiten Plattenseite des zweiten Leiterplattenabschnitts über mindestens 70% der Länge des zweiten Leiterplattenabschnitts angeordnet, vorzugsweise über mindestens 85% der Länge und besonders bevorzugt über mindestens 95% der Länge des zweiten Leiterplattenabschnitts. Es ist jedoch auch möglich, dass eine, mehrere oder alle Leiterbahnen des zweiten Leiterplattenabschnitt mehrfach die Plattenseite wechseln.
Es ist möglich und bevorzugt, dass das zweite Breitenmaß durch Anordnen von mehreren Leiterplatten übereinander weiter reduziert werden kann. Dabei entsteht im zweiten Leiterplattenabschnitt oder über mehrere Leiterplattenabschnitte oder über die gesamte Leiterplatte eine mehr als zweilagige, also mehrlagige Leiterplattenanordnung, welche die Leiterplattenkabelvorrichtung bildet.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Leiterbahnen des zweiten Leiterplattenabschnitts, die in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind, zumindest abschnittsweise oder über ihre gesamte Länge zueinander versetzt angeordnet sind und sich nicht überschneiden. Dies bedeutet, dass eine gedachte, senkrecht auf der ersten Plattenseite stehende Ebene, die durch die Leiterbahn und parallel zu dieser Leiterbahn verläuft, keine der zu dieser Leiterbahn in einer anderen Höhe auf der zweiten Plattenseite parallel verlaufende Leiterbahn schneidet. Es ist bevorzugt, dass die zueinander versetzten, in unterschiedlicher Höhe parallel verlaufenden Leiterbahnen einen Abstand von zum Beispiel mehreren Mikrometern aufweisen. Auf diese Weise können die Strukturen zuverlässiger gefertigt werden und weisen konstantere elektrische Eigenschaften auf. Es ist jedoch auch möglich, dass sich in unterschiedlicher Höhe vorzugsweise parallel verlaufende Leiterbahnen, insbesondere des zweiten Leiterplattenabschnitts, in ihrer Breitenausdehnung teilweise, zum geringeren Teil oder vollständig überschneiden.
Es ist bevorzugt, dass im ersten Leiterplattenabschnitt die Mehrzahl oder alle Leiterbahnen zumindest abschnittsweise, bzw. über den größeren Teil der Länge des ersten Leiterplattenabschnitts oder im wesentlichen entlang von dessen gesamter Länge auf der ersten Plattenseite angeordnet sind. Bevorzugt sind alle Leiterbahnen auf 70% der Länge, besonders 85% der Länge und insbesondere 95% der Länge des ersten Leiterplattenabschnitts auf der ersten Plattenseite angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, die Leiterbahnen zu ihrem – vorzugsweise offenen – Ende in Richtung des Endes der Leiterplattenkabelvorrichtung auf derselben Seite, d. h. in gleicher Weise, falls notwendig, zu kontaktieren, und zum Beispiel in ein vorzugsweise vorgesehenes, verstärktes Anschlussstück für einen Klemm-Stecker münden zu lassen.
Ein Leiterplattenabschnitt, insbesondere der zweite Leiterplattenabschnitt, weist vorzugsweise zumindest zwei und besonders bevorzugt genau zwei nebeneinander angeordnete Zweigabschnitte auf, in denen jeweils eine Anzahl Leiterbahnen angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Summe der Breitenmaße der Zweigabschnitte dem zweiten Breitenmaß entsprechen. Durch die Verzweigung der Leiterplatte und in die mehreren Zweigabschnitte im zweiten Leiterplattenabschnitt ergibt sich der Vorteil, dass die resultierende Leiterplattenkabelvorrichtung auch in solchen Zielgeräten angeordnet werden kann, bei denen der zweite Aufnahmeraum zur Aufnahme des zweiten Leiterplattenabschnitt im mehrere Abschnitte zerfällt, indem z. B. eine teilende Struktur des Zielgerätes den zweiten Aufnahmeraum in zwei oder mehrere Abschnitte verteilt.
Auch in anderen Fällen können die Verzweigung der Leiterplattenkabelvorrichtung und die mehreren Zweigabschnitte im zweiten Leiterplattenabschnitt vorteilhaft sein, wenn zum Beispiel die Verbindung der Leiterplattenkabelvorrichtung mit der elektrischen Einrichtung in Zielbereich aus geometrisch-strukturellen Anordnungsgründen nur über mehrere Zweigabschnitte realisiert werden soll, um zum Beispiel über die elektrischen Leiter eine elektrische Einrichtung anzuschließen, wie zum Beispiel eine Sensoreinrichtung. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen solchen Fall.
Der vorzugsweise vorhandene dritte Leiterplattenabschnitt ist vorzugsweise im Wesentlichen ringförmig oder ringsegmentförmig ausgebildet ist oder weist einen ringförmigen oder ringsegmentförmigen Teilabschnitt auf. Insbesondere dann, aber nicht nur dann, wenn die Zielbereiche der Leiterbahnen der Leiterplattenkabelvorrichtung z. B. als Kontaktpunkte äquidistant und konzentrisch auf der Ringsfläche verteilt sind, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Leiterplattenabschnitt mindestens zwei oder genau zwei nebeneinander angeordnete Zweigabschnitte aufweist und der dritte Leiterplattenabschnitt im wesentlichen als Kreisring ausgebildet ist, wobei insbesondere der erste und zweite Zweigabschnitt jeweils in eine andere Kreisringshälfte münden. Dadurch ergibt sich in der Vorteil, dass ein erster Teil der Leiterbahnen über die eine Ringhälfte geführt werden kann und ein anderer Teil der Leiterbahnen über die andere Ringshälfte geführt werden kann. Dadurch werden räumliche Anordnungsprobleme beim Verteilen der Leiterbahnen auf den Kreisring reduziert oder vermieden. Dieser Vorteil ergibt sich auch, wenn der dritte Leiterplattenabschnitt nicht kreisringförmig ausgebildet ist sondern eine andere Struktur aufweist, zum Beispiel eine Fortsetzung der Zweigabschnitte des zweiten Leiterplattenabschnitts ist oder weitere Verzweigungen oder Engstellen aufweist.
Räumliche Anordnungsprobleme beim Verteilen der Leiterbahnen auf die Ringfläche oder eine andere Struktur des dritten Leiterplattenabschnitts können weiter reduziert werden, indem vorzugsweise vorgesehen ist, dass auch im dritten Leiterplattenabschnitt ein Teil der Leiterbahnen zumindest abschnittsweise auf der ersten Plattenseite verläuft und ein anderer Teil der Leiterbahnen zumindest abschnittsweise auf der zweiten Plattenseite verläuft. Falls notwendig oder gewünscht, können die Leiterbahnen auf der zweiten Plattenseite des dritten Leiterplattenabschnitt mittels Durchlassöffnungen auf die erste Plattenseite geführt werden. Vorzugsweise verlaufen eine Anzahl n1 von Leiterbahnen im dritten Leiterplattenabschnitt auf der ersten Plattenseite und eine Anzahl n2 von Leiterbahnen auf der zweiten Plattenseite, wobei vorzugsweise n1 + n2 = N (zur Definition von „N” siehe oben), und jeweils n1, n2 jeweils vorzugsweise zwischen 2 und 99, zwischen 5 und 50, zwischen 8 und 32, oder zwischen 7 und 10.
Es ist auch möglich und bevorzugt, dass ein Zweigabschnitt (erste Stufe) sich in mindestens zwei weitere Zweigabschnitte zweiter Stufe verzweigt. Es ist dann möglich und bevorzugt, dass die Zweigabschnitte zweiter Stufe ein geringeres Breitenmaß aufweisen als der Zweigabschnitt erster Stufe, aus dem die Zweigabschnitte zweiter Stufe abzweigen. Das geringere Breitenmaß wird vorzugsweise auch dadurch erreicht, dass mindestens eine weitere Trägerschicht für Leiterbahnen vorgesehen ist, die in diesem Zweigabschnitte zweiter Stufe gestapelt mit der ersten Trägerschicht für Leiterbahnen angeordnet ist, so dass die Leiterbahnen beider Trägerschichten in unterschiedlichen Höhen übereinander beziehungsweise versetzt übereinander verlaufen können. Auf diese Weise ist es möglich, die Leiterbahnen in ersten Leiterplattenabschnitt in einen mehrfach verzweigten Bereich zum Beispiel in zweiten Leiterplattenabschnitt aufzuteilen, wobei dieser mehrfach verzweigten Bereich im zweiten Leiterplattenabschnitt ein geringeres Breitenmaß aufweisen kann als der erste Leiterplattenabschnitt. Er kann aber auch im Wesentlichen dasselbe Breitenmaß aufweisen wie der erste Leiterplattenabschnitt oder ein größeres.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Leiterbahnen, die im dritten Leiterplattenabschnitt auf der ersten Plattenseite verlaufen, jeweils in einem Kontakt elektrischen Kontakt (= ”Kontakt”) münden und vorzugsweise auch jene Leiterbahnen, die im dritten Leiterplattenabschnitt gegebenenfalls auf der zweiten Plattenseite verlaufen, durch Öffnungen in der Leiterplatte zur ersten Plattenseite geführt sind und dort jeweils, gegebenenfalls mittels weiterer Leiterbahnabschnitte auf der ersten Plattenseite, in einem Kontakt münden, wobei die Kontakte voneinander beabstandet auf der ersten Plattenseite angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich und bevorzugt, dass auf beiden Seiten der Trägerplatte Zielbereiche in Form von Kontakten vorgesehen sind.
Ein Kontakt besteht vorzugsweise aus einer ersten Teilfläche und einer zweiten Teilfläche, die voneinander beabstandet angeordnet sind und durch den Kontakt eines leitfähigen Kontaktelements mit dem Kontakt elektrisch miteinander verbindbar sind. Der Kontakt besteht vorzugsweise aus demselben Material wie eine Leiterbahn der Leiterplatte, kann jedoch auch ein anderes leitfähiges Material aufweisen. Es ist bevorzugt, dass mit jeder Teilfläche des Kontakts genau eine Leiterbahn der Leiterplatte verbunden ist. Vorzugsweise ist wenigstens eine Teilfläche des Kontakts mit einer eigenen Leiterbahn der Leiterplatte verbunden. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die zweiten Teilflächen mehrerer oder aller Kontakte mit einer (oder auch mehrerer) gemeinsamen Referenzleiterbahn verbunden sind, so dass die ersten Teilflächen der Kontakte jeweils gegenüber der Referenzleiterbahn ausmessbar sind.
Ein Kontakt besteht ferner vorzugsweise aus ersten, miteinander elektrisch verbundenen Kontaktleiterbahnen und aus zweiten, miteinander elektrisch verbundenen Kontaktleiterbahnen, wobei die ersten Kontaktleiterbahnen elektrisch mit einer Leiterbahn der Leiterplatte verbunden sind und die zweiten Kontaktleiterbahnen elektrisch mit einer anderen Leiterbahn der Leiterplatte verbunden sind, und wobei die ersten und zweiten Kontaktleiterbahnen nicht elektrisch verbunden sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die ersten und zweiten Kontaktleiterbahnen so angeordnet sind, dass sie, ohne sich zu berühren, meanderartig interkalieren (ineinandergreifen) und durch den Kontakt eines leitfähigen Kontaktelements mit dem Kontakt elektrisch miteinander verbindbar sind. Durch die mäanderartige Struktur sind die Kontakten weniger anfällig gegenüber Problemen, die aus Höhendifferenzen im Material des Kontakt oder Unebenheiten des kontaktierenden Kontaktelements herrühren.
Durch den Kontakt des Kontaktelements wird die elektrische Stromkreis zwischen den ersten und zweiten Kontaktleiterbahnen beziehungsweise zwischen den beiden Leiterbahnen geschlossen, was zum Beispiel durch einen Abfall des Stromkreiswiderstands detektiert werden kann. Auf diese Weise können Kontaktsensoren realisiert werden, die zum Beispiel in einem Zielbereich eines Laborprobengerätes einen Kontakt detektieren und das zugehörige elektrische Signal via der Leiterplattenkabelvorrichtung und insbesondere durch den beengten zweiten Aufnahmeraum des Laborprobengerätes hindurch zu einer weiter vom Zielbereich entfernten elektrischen Einrichtung im Laborprobengerät leiten, zum Beispiel einer Steuerungseinrichtung, wo dieses Signal ausgewertet werden kann.
Das erfindungsgemäße Laborprobengerät kann ein solches Gerät sein, bei dem flüssige, oder gelartige Laborproben bearbeitet, verarbeitet, aufgenommen, abgegeben, transportiert oder auch nur untersucht werden, zum Beispiel optisch und/oder elektrisch oder elektromagnetisch untersucht wird. Vorzugsweise ist das Laborprobengerät ein Gerät zur Aufnahme und Abgabe und/oder Dosierung einer flüssigen Laborprobe (Dosiervorrichtung). Vorzugsweise ist das Laborprobengerät als Pipettengerät ausgebildet, und zwar entweder als Pipette oder Repetierpipette (Dispenser). Das Laborprobengerät kann ein Handlaborprobengerät sein, also manuell bedienbar und mobil sein oder kann ein stationäres, nicht mobiles Gerät sein, bei dem die Vorgänge der Aufnahme und Abgabe der Laborproben vorzugsweise automatisch erfolgen. Das Laborprobengerät kann also auch Teil eines umfassenderen Robotersystems sein oder Teil eines Labormanagementsystems (LMS) sein.
Das erfindungsgemäße Laborprobengerät, insbesondere der Dispenser, weist einen Kabelaufnahmeraum auf, in dem eine erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung angeordnet ist, wobei der Kabelaufnahmeraum in mindestens einen ersten, zweiten und dritten Aufnahmeraum unterteilt ist, wobei im ersten Aufnahmeraum der erste, im zweiten Aufnahmeraum der zweite, und im dritten Aufnahmeraum der dritte Leiterplattenabschnitt angeordnet ist, wobei der zweite Aufnahmeraum, senkrecht zur Leiterplatte betrachtet, eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der erste Aufnahmeraum. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung lässt sich ein erfindungsgemäßes Laborprobengerät kompakter gestalten. Dies betrifft insbesondere den zweiten und gegebenenfalls auch den dritten Aufnahmeraum mit dem zweiten beziehungsweise dritten Leiterplattenabschnitt. Durch die kompakte Gestaltung des Laborprobengerät wird zum einen in dessen Herstellung günstiger. Zum anderen ist ein solches Laborprobengerät flexibler einsetzbar, da der durch die kompakte Bauweise eingesparte Raum die Übersichtlichkeit verbessert bzw. für andere Zwecke zur Verfügung steht.
Das Laborprobengerät feist vorzugsweise einen ersten, zweiten und dritten Geräteabschnitt auf, in dem jeweils der erste, zweite und dritte Aufnahmeraum angeordnet sind, wobei die Leiterplattenkabelvorrichtung eine elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Einrichtung, die im ersten Geräteabschnitt angeordnet ist und einer zweiten elektrischen Einrichtung, insbesondere Sensoreinrichtung, die im dritten Geräteabschnitt angeordnet ist bewirkt, wobei vorzugsweise Kontakte an den Enden der Leiterbahnen im dritten Leiterplattenabschnitt vorgesehen sind, die zwei räumlich getrennte elektrische Kontaktbereiche aufweisen jeweils einem Sensor der der Sensoreinrichtung zugeordnet sind, indem durch gleichzeitigen Kontakt eines leitfähigen Kontaktelements mit den beiden Kontaktbereichen eines Kontakts das Schließen eines elektrischen Stromkreises detektierbar ist.
Das Laborgerät weist vorzugsweise einen Grundkörper auf, der vorzugsweise langgestreckt geformt ist, das heißt die Länge des Grundkörpers beträgt mindestens das Doppelte seiner Breite und Tiefe. Der Grundkörper kann an einem Ende eine Stirnseite aufweisen, die bei einem lang gestreckten Körper kleiner ist als die Seitenflächen. Die Stirnseite kann zur Montage eines Mittels, in das die Laborprobe aufgenommen wird, zum Beispiel eines optischen Objektivs, einer elektrischen Sonde oder einer Spritze beziehungsweise Pipettenspitze oder dergleichen eingerichtet sein. Die Leiterplattenkabelvorrichtung ist vorzugsweise innerhalb des Grundkörpers angeordnet, und vorzugsweise derart angeordnet, dass der dritte Leiterplattenabschnitt näher an der Stirnseite angeordnet ist als der erste Leiterplattenabschnitt, der sich vorzugsweise in Richtung des Inneren des Grundkörpers erstreckt. Der dritte Leiterplattenabschnitt ist vorzugsweise parallel zur Stirnseite oder einer anderen Seite des Grundkörpers angeordnet. Dadurch kann die Fläche des dritten Leiterplattenabschnitts besonders einfach zur Wechselwirkung mit weiteren Bauteilen außerhalb des Grundkörpers verwendet werden, zum Beispiel als Sensorfeld zur Erkennung von separaten, mit dem Laborprobengerät verbundenen Mitteln, in die die Laborprobe aufgenommen wird. Durch die Kompaktheit der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung kann das Laborprobengerät insbesondere im Bereich einer solchen Stirnseite kompakter gestaltet werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung, umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Trägerplatte; – Aufbringen der Leiterbahnen auf die Trägerplatte, insbesondere im ersten, zweiten und dritten Leiterplattenabschnitt, insbesondere beidseitiges Aufbringen von Leiterbahnen zumindest im zweiten Leiterplattenabschnitt, insbesondere einstückige Fertigung zumindest eines Teils der Leiterbahnen oder aller Leiterbahnen; – vorzugsweise: Vorsehen eines elektrisch leitfähigen Hülsenelementes, insbesondere als Bestandteil einer Leiterbahn, wobei das Hülsenelement vorzugsweise den Übergang einer Leiterbahn von einer Plattenseite auf die andere Plattenseite bildet und vorzugsweise in einer Durchlassöffnung (130; 131) der Leiterplatte angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Laborprobengerätes, umfassend die Schritte: Bereitstellen der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung; – Anordnen der Leiterplattenkabelvorrichtung in einem Kabelaufnahmeraum des Laborprobengerätes, insbesondere Abwinkeln eines Teils der Leiterplattenkabelvorrichtung, insbesondere des dritten Leiterplattenabschnitts.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung und des erfindungsgemäßen Laborprobengerätes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Figuren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Wesentlichen gleiche Bauteile.
1a, 1b und 1c zeigen in einer schematischen Aufsicht jeweils ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung.
2 zeigt in einer schematischen Teilaufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung.
3a und 3b zeigen jeweils einen Querschnitt durch den ersten Leiterplattenabschnitt unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung.
4a und 4b zeigen jeweils einen Querschnitt durch den zweiten Leiterplattenabschnitt unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung.
5a, 5b und 5c zeigen jeweils einen Querschnitt durch den zweiten Leiterplattenabschnitt unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung.
6a zeigt eine Aufsicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung.
6b zeigt die Untersicht der Leiterplattenkabelvorrichtung aus 6a.
6c zeigt die Aufsicht auf die Trägerschicht der Leiterplattenkabelvorrichtung aus 6a, wobei die Durchlassöffnungen sichtbar sind.
7a zeigt eine schematische Frontansicht eines Laborprobengeräts des Stands der Technik.
7b zeigt eine schematische Seitenansicht des Laborprobengeräts aus 7a.
8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Laborprobengeräts.
9a zeigt eine Aufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung.
9b zeigt eine Aufsicht eines Details der Leiterplattenkabelvorrichtung aus 9a.
9c zeigt eine Untersicht eines Details der Leiterplattenkabelvorrichtung aus 9a.
1a zeigt schematisch eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Leiterplattenkabelvorrichtung 1 weist eine langgestreckte flexible Leiterplatte 2 auf. Das Basismaterial der elektrisch isolierenden, flexiblen Trägerschicht dieser Leiterplatte kann zum Beispiel Polyimid sein. Auf der sichtbaren ersten Plattenseite der Leiterplatte 2 verlaufen Leiterbahnen (3, 4, 5, 6) über im wesentlichen in die gesamte Länge der Leiterplatte 2. Gezeigt sind in 1a nur schematisch die Umrisse des Bündels der Leiterbahnen, die in den meisten Abschnitten der Leiterplatte im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die beiden punktierten, horizontalen Linien, die alle 1a, 1b und 1c kreuzen, markieren die drei Bereiche A, B und C. Im Bereich A verläuft jeweils der erste Leiterplattenabschnitt, im Bereich B verläuft der zweite Leiterplattenabschnitt und im Bereich C verläuft der dritte Leiterplattenabschnitt.
Die Leiterplatte 2 weist im ersten Leiterplattenabschnitt A einen Bereich 8 mit Durchlassöffnungen auf. Das Bündel 3 der im Abschnitt A parallel verlaufenden Leiterbahnen zweigt sich nahe des Bereichs 8 auf, wobei die zwei dargestellten Zweigabschnitte 4, 4' im Bereich A weiterhin auf der ersten Plattenseite verlaufen. Dagegen wird jeweils die Hälfte der Leiterbahnen aus der Mitte des Leiterbahnenbündels 3 durch eine elektrisch leitfähige Durchlassöffnung im Bereich 8 auf die zweite Plattenseite geführt und so weitergeführt, dass jeweils zu jedem Zweigabschnitt 4, 4' ein komplementäres Teilbündel von Leiterbahnen existiert (nicht sichtbar), welches unterhalb der Zweigabschnitte 4, 4' verläuft. Vor dem Übergang in den zweiten Leiterplattenabschnitt B wechseln alle Leiterbahnen die Errichtung und verlaufen wieder parallel zum ersten Bündel 3 der Leiterbahnen im ersten Leiterplattenabschnitt.
Im zweiten Leiterplattenabschnitt B verlaufen in jedem Zweigabschnitt ein Teilbündel 5 von Leiterbahnen parallel zueinander auf der ersten Plattenseite und ein dazu komplementäres Teilbündel (nicht sichtbar) verläuft auf der zweiten Plattenseite unterhalb des Teilbündels 5. Das Teilbündel 5 von Leiterbahnen (und das dazu komplementäre Teilbündel) erstreckt sich jeweils bis in den dritten Leiterplattenabschnitt C. Dort endet vorzugsweise jede Leiterbahn in einem offenen Ende, welches zur Verbindung mit einer elektrischen Einrichtung, zum Beispiel Sensoreinrichtung, zur Verfügung steht.
Der zweite Leiterplattenabschnitt B weist ein geringeres Breitenmaß auf als der erste Leiterplattenabschnitt A, da die durchschnittliche Netto-Breite der Leiterplatte im zweiten Leiterplattenabschnitt B, also die durchschnittliche Breite der Zweigabschnitte der Leiterplatte im Bereich B, kleiner ist als die durchschnittliche Breite des ersten Leiterplattenabschnitts A. Dasselbe gilt hier analog auch für die Breite bzw. Netto-Breite der Kabelbündel in den Bereichen B und A. Das Breitenmaß des dritten Leiterplattenabschnitts C ist hier im Wesentlichen gleich zu dem im Bereich B. Durch das Überführen eines Teils der Leiterbahnen 3 auf die zweite Plattenseite ist es also möglich, im Bereich B das Breitenmaß der Leiterplatte zu reduzieren, so dass die Leiterplatte in diesem Bereich B weniger Aufnahmeraum beansprucht. Indem die Leiterbahnen im Bereich B im Wesentlichen übereinander verlaufend angeordnet sind, ist ferner auch die Breite (bzw. Netto-Breite) der Kabelbündel 5 (berücksichtigend auch die darunter verlaufenden, auch als komplementär bezeichneten Kabelbündel) reduziert. Dadurch können die Leiterbahnen leichter durch Engstellen geführt werden. Das Breitenmaß wird ferner im Zusammenhang mit den 2 bis 3b noch weiter erläutert.
1b zeigt eine schematische Aufsicht auf die Leiterplattenkabelvorrichtung 10 gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die Leiterplattenkabelvorrichtung 10 beziehungsweise die Leiterplatte 12 weist in den Bereichen A und B im wesentlichen dieselbe gabelartige Struktur der Leiterplattenkabelvorrichtung 1 aus 1a auf, weist jedoch im dritten Leiterplattenabschnitt C eine andere Ausgestaltung auf. Diese ist in 1b ringförmig ausgeführt. Die Leiterbahnen (nicht gezeigt) verlaufen in diesem Bereich ausgehend von jeweils einem Zweigabschnitt im Bereich B jeweils in eine Hälfte des Rings, und zwar sowohl auf der ersten Plattenseite als auch auf der zweiten Plattenseite. Im Bereich des Übergangs vom Bereich B zum Bereich C kann sich jedes Teilbündel von Leiterbahnen auf jeder Plattenseite nochmals aufzweien, so dass jeweils ein Teilbündel in Richtung der Symmetrieachse der Leiterplatte verläuft und einen anderes Teilbündel von der Symmetrieachse weg läuft. Die offenen Enden jeder Leiterbahnen sind im Bereich des Rings angeordnet und können zum Beispiel als Kontakten ausgebildet sein und können zum Beispiel Teil einer Sensoreinrichtung sein.
1c zeigt eine schematische Aufsicht auf die Leiterplattenkabelvorrichtung 20 gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In diesem Fall weist die Leiterplatte 22 im zweiten Leiterplattenabschnitt B eine Verzweigung in drei Zweigabschnitte auf. In jedem Zweig verlaufen Leiterbahnen im Wesentlichen übereinander sowohl auf der ersten Plattenseite als auch auf der zweiten Plattenseite. Die minimale Netto-Breite der Zweigabschnitte im zweiten Leiterplattenabschnitt B ist kleiner als die minimale Breite des ersten Leiterplattenabschnitts A, so dass das zweite Breitenmaß kleiner ist als das erste Breitenmaß.
2 zeigt eine schematische Teil-Aufsicht auf die Leiterplattenkabelvorrichtung 30 gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In jedem Leiterplattenabschnitt A, B und C verlaufen die Leiterbahnen (33, 35, 36), wobei wieder nur die Umrisse der Bündel von Leiterbahnen gezeigt sind, zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel. Im Bereich des Bündels 33 ergibt sich eine Anordnung, die entlang der gestrichelten Linie E1 zum Beispiel einen Querschnitt (senkrecht zur Zeichnungsebene) aufweisen kann, der dem in 3a gezeigten Querschnitt entspricht.
Die Leiterplatte 32 der Leiterplattenkabelvorrichtung 30 weist keine Verzweigung auf, sondern verjüngt sich stufenweise bzw. kontinuierlich ausgehend von ersten Leiterplattenabschnitt A über den zweiten Leiterplattenabschnitt B zum dritten Leiterplattenabschnitt C. Dies ist einerseits möglich, da im zweiten Leiterplattenbereich B die Leiterbahnen sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten Plattenseite verlaufen und ferner insbesondere im Wesentlichen übereinander verlaufend angeordnet sind. Im Bereich des Bündels 35 ergibt sich ein Stapel von Leiterbahnen beziehungsweise ein mehrlagiger (hier zwei Lagen) Leiterplattenabschnitt, der entlang der gestrichelten Linie E2 zum Beispiel einen Querschnitt aufweisen kann, der dem in 4a gezeigten Querschnitt entspricht.
Darüber hinaus ist das Bündel 36 von Leiterbahnen im dritten Leiterplattenabschnitt C in mehr als zwei Lagen angeordnet, indem dort eine weitere Trägerschicht angeordnet ist. Im Bereich des Bündels 36 ergibt sich ein Stapel von Leiterbahnen beziehungsweise ein mehrlagiger (hier drei Lagen) Leiterplattenabschnitt, der entlang der gestrichelten Linie E3 zum Beispiel einen Querschnitt aufweisen kann, der dem in 5a oder 5b gezeigten Querschnitt entspricht.
Das zweite Breitenmaß des zweiten Leiterplattenabschnitts B ist kleiner als das erste Breitenmaß des ersten Leiterplattenabschnitts A, da die minimale Breite 62 des zweiten Leiterplattenabschnitts B kleiner ist als die minimale Breite B1 des ersten Leiterplattenabschnitts A. Ferner ist auch die minimale Breite b2 des Bündels 35 der Leiterbahnen des zweiten Leiterplattenabschnitts B kleiner ist als die minimale Breite b1 des Bündels 33 der Leiterbahnen des zweiten Leiterplattenabschnitts A. Durch die dreilagige Anordnung der Leiterbahnen 36 dritten Leiterplattenabschnitt C ist das dritte Breitenmaß hier kleiner als das zweite Breitenmaß. Eine derartige Leiterplattenkabelvorrichtung kann auch in solchen Geräten verwendet werden, in denen der entsprechende Kabelaufnahmeraum für die Aufnahme des zweiten und dritten Leiterplattenabschnitts nur eine geringere Breite zur Verfügung stellt.
3a zeigt den Querschnitt einer Leiterplattenkabelvorrichtung 40 gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, und zwar den Querschnitt durch deren ersten Leiterplattenabschnitt. Die Leiterplatte 42 weist eine Trägerschicht 43 aus Polyimid auf, auf der 15 metallische Leiterbahnen 46 parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Benachbarte Leiterbahnen sind um einen konstanten Abstand voneinander entfernt, der größer ist als die Breite einer Leiterbahn. Die obere, erste Plattenseite der Leiterplatte 42 wird von einer Abdeckschicht 45 aus Kunststoff geschützt, welche über der Oberseite der Trägerschicht 43 und über den Leiterbahnen 46 eine durchgehenden, teiltransparenten Schutzfilm bildet. Entsprechend ist die untere, zweite Plattenseite von einer ähnlichen Abdeckschicht 44 bedeckt. Den Querschnitt lässt sich ein Breitenmaß B1 zuordnen, welches durch die Breite der Leiterplatte 42 des Querschnitts definiert ist, und ferner ein ähnliches Breite maß b1, das durch die Breite des durch die einzelnen Leiterbahnen 46 gebildeten Kabelbündels des Querschnitts definiert ist. Unabhängig von der genauen Anzahl der Leiterbahnen ist bevorzugt, dass eine erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung im ersten Leiterplattenabschnitt einen solchen Querschnitt aufweisen kann.
3b zeigt den Querschnitt einer Leiterplattenkabelvorrichtung 50 gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und zwar, wie in 3a, den Querschnitt durch den ersten Leiterplattenabschnitt. In diesem Fall ist der erste Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte 52 der Leiterplattenkabelvorrichtung 50 verzweigt ausgeführt und weist einen ersten Zweigabschnitt 52a und 52b auf. Zweigabschnitte 52a trägt ein erstes Kabelbündel aus sieben Leiterbahnen 56 und Zweigabschnitt 52b trägt ein zweites Kabelbündel aus acht Leiterbahnen 56. Darüber hinaus sind die Zweigabschnitte im Wesentlichen gleich aufgebaut und weisen eine Trägerschicht (53a; 53b) und eine obere (55a; 55b) und untere Abdeckschicht (54a; 54b) auf. Das Breitenmaß dieses ersten Leiterplattenabschnitt kann als Nettobreite angegeben werden. Die Nettobreite ist die Summe der Breitenmaße der beiden Zweigabschnitte, also z. B. die Summe B1_1 + B1_2 der Breiten beider Zweigabschnitte dieses Querschnitts oder die Summe b1_1 + b1_2 der Breiten beider Kabelbündel dieses Querschnitts. Es ist auch möglich, dass ein erster Leiterplattenabschnitt so gestaltet ist, dass er sowohl den Querschnitt gemäß 3a als auch den Querschnitt gemäß 3b aufweist. Ferner ist es generell bei einer Leiterplattenkabelvorrichtung auch möglich, dass bereits im ersten Leiterplattenabschnitt eine Anzahl nx von Leiterbahnen auf der zweiten Plattenseite verläuft (oder auch: dort nicht verläuft), wobei also jeweils vorzugsweise vorgesehen ist, dass nx < 7, besonders bevorzugt nx < 4 und insbesondere nx < 2.
4a und 4b zeigen jeweils einen Querschnitt durch den zweiten Leiterplattenabschnitt unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung (60; 70). Ähnlich wie bei den in 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel für den Querschnitt des ersten Leiterplattenabschnitts, kann auch der zweite Leiterplattenabschnitt verzweigt ausgebildet sein, wie in 4b gezeigt, oder zumindest abschnittsweise nicht verzweigt sein, entsprechend dem Querschnitt in 4a. Die Leiterplattenkabelvorrichtung 60 weist im zweiten Leiterplattenabschnitt eine Leiterplatte 62 auf, die nicht verzweigt ist und bei der oberhalb der Trägerschicht 63 acht Leiterbahnen 66 parallele und äquidistant zueinander angeordnet sind, und unterhalb der Trägerschicht 63 sieben Leiterbahnen 67 äquidistant zueinander angeordnet sind. Insgesamt sind also 15 Leiterbahnen sichtbar. Dabei sind die oberen und unteren Leiterbahnen der ersten Plattenseite und der zweiten Plattenseite auf der Trägerschicht 63 im wesentlichen versetzt zueinander angeordnet, das heißt keine x-z-Ebene des angezeigten kartesischen Koordinatensystems schneidet (zumindest im Bereich dieses Querschnitts) sowohl eine obere Leiterbahn 66 als auch eine untere Leiterbahn 67. Jede Plattenseite bildet von einer Abdeckschicht (64; 65) geschützt. Das Breitenmaß B2 dieses zweiten Leiterplattenabschnitts ist zum Beispiel kleiner als das Breitenmaß B1 des in 3a gezeigten ersten Leiterplattenabschnitts.
In 4b ist die Leiterplatte 72 gezeigt, die einen ersten Zweigabschnitt 72a und einen zweiten Zweigabschnitt 72b aufweist. Der Zweigabschnitt 72a weist acht Leiterbahnen auf, nämlich vier Leiterbahnen 76a auf der oberen ersten Plattenseite und vier Leiterbahnen 77a auf der unteren zweiten Plattenseite. Dagegen erreichte der Zweigabschnitt 72b sieben Leiterbahnen auf, nämlich vier Leiterbahnen 76b auf der ersten Plattenseite und drei Leiterbahnen 77b auf der zweiten Plattenseite. Auf beiden Plattenseite ist jeweils eine Abdeckschicht (75a; 75b; 74a; 74b) vorgesehen. Das Breitenmaß des in 4a und 4b gezeigten zweiten Leiterplattenabschnitts ist jeweils zum Beispiel kleiner als das Breitenmaß des in 3a oder 3b gezeigten ersten Leiterplattenabschnitts, da B2 bzw. die Nettobreite B2_1 + B2_2 jeweils kleiner ist als B1 oder B1_1 + B1_2.
5a, 5b und 5c zeigen jeweils einen Querschnitt durch den zweiten Leiterplattenabschnitt unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung (80; 80'; 90). 5a und 5b zeigen jeweils einen mehrlagigen Aufbau der Leiterplatte 82 im zweiten Leiterplattenabschnitt, der jeweils zwei Trägerschichten (83a; 83b) aufweist, die durch eine Zwischenschicht separiert sind, die zum Beispiel aus einem Polyimid bestehen kann. Dadurch ist es möglich, auf der unteren Seite der oberen Trägerschicht 83a die Leiterbahnen 86b (hier: drei Leiterbahnen) und zugleich auf der oberen Seite der unteren Trägerschicht 83b Leiterbahnen 87b (hier: vier Leiterbahnen) vorzusehen, wie gezeigt. Natürlich kann auch eine der beiden Lagen von im Inneren der Leiterplatte angeordneten Leiterbahnen (86b; 87b) weggelassen werden. Auf der oberen Seite der oberen Trägerschicht 83a befinden sich vier Leiterbahnen 86 und auf der unteren Seite der unteren Trägerschicht 83b befinden sich ebenfalls vier Leiterbahnen. In 5a sind jeweils die Leiterbahnen 86 und 86b sowie 86b und 87b versetzt zueinander angeordnet, während die Leiterbahnen 86, 87b und 87 genau übereinander angeordnet verlaufen. Es ist aber auch möglich, die verschiedenen Lagen der Leiterbahnen in anderer Weise versetzt zueinander anzuordnen, indem zum Beispiel vorzugsweise die Leiterbahnen auf der oberen und unteren Seite der Trägerschicht jeweils vorzugsweise jeweils versetzt zueinander angeordnet sind, wie dies in 5b gezeigt ist. Das zweite Breitenmaß einer solchen Anordnung des zweiten Leiterplattenabschnitts kann gegenüber der zum Beispiel in 4a oder 4b gezeigten zweilagigen Leiterplattenanordnung noch weiter reduziert werden.
5c zeigt ein Beispiel für einen zweiten Leiterplattenabschnitt, bei dem die Leiterplatte 92 drei Trägerschichten 93a, 93b und 93c aufweist, die jeweils von einer Zwischenschicht 98, 98' getrennt sind und von außen von Abdeckschichten 95, 95' eingefasst sind. Das zweite Breitenmaß einer solchen sechslagigen Anordnung des zweiten Leiterplattenabschnitts kann gegenüber der zum Beispiel in 5a oder 5b gezeigten vierlagigen Leiterplattenanordnung noch weiter reduziert werden.
Die Ausführungsbeispiele der 4a, 4b und 3a, 3b, sowie 5a, 5b und 5c können selbstverständlich kombiniert werden, um eine gewünschte erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung zu erhalten.
6a zeigt in einer Aufsicht die im Wesentlichen planare Leiterplattenkabelvorrichtung 100 gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Bevorzugte Größenverhältnisse in der x-y-Ebene können, soweit möglich, gegebenenfalls den 6a, 6b und 6c entnommen werden. Die Leiterplattenkabelvorrichtung 100 weist eine im Wesentlichen langgestreckte Form auf, deren maximale Breite (von jeweils äußerstem Rand zu Rand in y-Richtung) circa 35 mm beträgt und deren maximale Länge (von jeweils äußerstem Rand zu Rand in x-Richtung) circa 170 mm beträgt. Die maximale Höhe (von jeweils äußerstem Rand zu Rand in z-Richtung) beträgt circa 0,2 mm. Die Leiterplatte 102 weist einen ersten Leiterplatteabschnitt A, einen zweiten Leiterplattenabschnitt B und einen dritten Leiterplattenabschnitt C auf. Der erste Leiterplattenabschnitt setzt sich im wesentlichen zusammen aus einem ersten, im wesentlichen U-förmigen Teilabschnitt (104, 106, 107, 108) im Bereich A1 und einem zwischen diesem ersten Teilabschnitt (104, 106, 107, 108) und dem zweiten Leiterplattenabschnitt (im Bereich B) gelegenen, langgestreckten, rechteckförmigen, zweiten Teilabschnitt 103 im Bereich A2. Der Teilabschnitt 103 ist geeignet, um eine vorgesehene Distanz (hier: circa 60 mm) entlang der Längsseite eines langgestreckten Grundkörpers eines Laborprobengerät zu überbrücken. Der Teilabschnitt 103 in A2 ist mittels der Durchlassöffnungen 116 zum Beispiel durch Verschraubung in einem Laborprobengerät befestigbar, wodurch dieser Teilabschnitt mechanisch gesichert wird, insbesondere gegen Verbiegen und Verrutschen. Insbesondere die leitfähige Hülse, die vorzugsweise den Übergang einer Leiterbahn von einer Plattenseite auf die andere Plattenseite bildet und die in der Durchlassöffnung (130; 131) angeordnet ist, wird dadurch weniger mechanisch belastet. Der sich an den Teilabschnitt A2 anschließende, im wesentlichen rechteckförmige und langgestreckte Teilabschnitt 104 erstreckt sich von der Eckverbindung 105 im wesentlichen im rechten Winkel zum Teilabschnitt 103. Der Teilabschnitt 104 ist geeignet, um gekrümmt (Radius zum Beispiel zwischen 10 mm und 30 mm) angeordnet zu werden, wodurch er im Grundkörper des Laborprobengerät solche Bauteile teilweise umfassen kann, die innerhalb des Krümmungsradius angeordnet sind. Teilabschnitt 106 ist wieder im wesentlichen entlang der x-Achse verlaufend, aber zum Teilabschnitt 103 versetzt, ausgebildet und überbrückt eine weitere Distanz, bis der rechtwinklige Krümmungsbereich 109 in den zum Teilabschnitt 104 im wesentlichen parallel verlaufenden, aber diese kürzerem, Teilabschnitt 107 mündet. Der Teilabschnitt 107 wird von einem verstärkten Bereich 108 mit größerer Dicke abgeschlossen, in dem die Leiterbahnen in Form von elektrischen Kontaktstellen frei liegen. Der Teilabschnitt 108 kann so als Steckbereich zum Einstecken in einen weiblichen Stecker in einer beliebigen elektronischen Einrichtung, zum Beispiel Steuerungseinrichtung eines Laborgeräts, verwendet werden.
Der zweite Leiterplattenabschnitt der Leiterplattenkabelvorrichtung 100 im Bereich B weist einen ersten Zweigabschnitt 110 und einen zweiten Zweigabschnitt 111 auf. Beide Zweigabschnitte sind von einem Hohlraum getrennt. Dies bietet den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung 100 auch in solchen Laborprobengeräten angeordnet werden kann, bei denen der zweite Aufnahmeraum zur Aufnahme des zweiten Leiterplattenabschnitts der Leiterplattenkabelvorrichtung 100 durch beliebige Bauteile belegt ist und nicht für die Leiterplattenkabelvorrichtung zur Verfügung steht. Andererseits kann ein Laborprobengerät mit einer solchen Leiterplattenkabelvorrichtung kompakter gebaut und flexibler konzipiert werden, da der zweite Leiterplattenabschnitt ein geringeres Breitenmaß als der erste Leiterplattenabschnitts aufweist. Diese Vorteile gelten im Wesentlichen für alle erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtungen und für alle erfindungsgemäßen Laborprobengeräte im Rahmen der vorliegenden Beschreibung der Erfindung.
Im Anschlussbereich 112 des zweiten Leiterplattenabschnitts an den dritten Leiterplattenabschnitts ist die Leiterplatte 102 dazu ausgebildet, gekrümmt zu werden. Dieses Merkmal gilt im Wesentlichen für alle erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtungen und für alle erfindungsgemäßen Laborprobengerät im Rahmen der vorliegenden Beschreibung der Erfindung. Mittels dieser Krümmung ist der dritte Leiterplattenabschnitt gegenüber dem zweiten Leiterplattenabschnitt vorzugsweise um 90° gebogen anordenbar. Im erfindungsgemäßen Laborprobengerät ist eine Leiterplattenkabelvorrichtung vorzugsweise so angeordnet, dass der dritte Leiterplattenabschnitt gegenüber dem ersten und/oder dem zweiten Leiterplattenabschnitt um einen Winkel a gekrümmt angeordnet ist, wobei vorzugsweise a = 90° (inkl. +-5°) oder 70 < a < 120° ist oder a anders ist. Um die Krümmung zu stabilisieren, können Krümmunghilfsabschnitte 113 vorgesehen sein, die sich im Bereich des Übergangs zwischen dem zweiten und dem dritten Leiterplattenabschnitt im vorbestimmten Krümmungsbereich erstrecken. Die Krümmunghilfsabschnitte 113 sind bei der Leiterplattenkabelvorrichtung 100 als langgestreckte Metallelemente ausgebildet, welche vorzugsweise zusammen einen größeren Gesamtquerschnitt aufweisen als alle Leiterbahnen im Krümmungsbereich der Leiterplatte. Vorzugsweise wird die Krümmung der Abschnitte 113 dazu ausgebildet, um zu verhindern, dass nach dem Krümmen der Leiterplatte die elastische Rückstellkraft der teilelastischen und flexiblen Leiterplatte 102 aus Kapton ® die Krümmung wieder aufhebt. Auf diese Weise kann eine Überbeanspruchung der Leiterbahnen im Krümmungsbereich verhindert werden.
An den zweiten Leiterplattenabschnitt im Bereich B schließt sich der dritte Leiterplatteabschnitt im Bereich C an. Der dritte Leiterplattenabschnitt ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, indem ein Ringabschnitt 114 vorgesehen ist. Der Ringabschnitt 114 weist eine erste Ringhälfte 114a auf, die in 6A unterhalb der gestrichelten Linie E4 liegt, und weist ferner eine zweite Ringhälfte 114b auf, die oberhalb der gestrichelten Linie E4 liegt. Der Ringabschnitt 114 weist ferner vier Eckflansche 115 auf, die in der Ringebene liegen und die jeweils eine Bohrung 116 aufweisen, mittels der der dritte Leiterplattenabschnitt zum Beispiel im Inneren eines Laborprobengerät montierter ist.
Die Leiterplattenkabelvorrichtung 100 weist im ersten und zweiten Leiterplattenabschnitt 15 Leiterbahnen auf. Diese verlaufen in den wesentlichen Teilabschnitten im Wesentlichen fast immer parallel, zumindest teilbündelweise parallel. Im Bereich der Eckbiegung 105 trennt sich das Hauptbündel 120 von insgesamt 15 im wesentlichen äquidistant zueinander angeordneten Leiterbahnen in ein erstes Teilbündel 121 aus acht äquidistant zueinander angeordneten Leiterbahnen und ein zweites Teilbündel 122 aus sieben äquidistant zueinander angeordneten Leiterbahnen auf. Im Teilabschnitt A2 des ersten Leiterplattenabschnitts ist ferner der Bereich A3 vorgesehen. In diesem Bereich A3 wechseln jeweils im Wesentlichen die Hälfte der Leiterbahnen des ersten und des zweiten Teilbündels 121, 122 von der ersten Plattenseite (sichtbar) auf die zweite Plattenseite (nicht sichtbar). Dies sind im Falle des ersten Teilbündels 121 vier Leiterbahnen 121b und im Fall des zweiten Teilbündels 122 drei Leiterbahnen 122b (siehe 6b). Nicht sichtbar sind in 6a und 6b die insgesamt sieben Durchlassöffnungen 130 der Leiterplatte im Bereich A3, entlang derer die Leiterbahnen jeweils die Seite wechseln. Ab dem Bereich A3 sind in 6a nur noch die oberen vier Leiterbahnen 121a des ersten Teilbündels 121 und in die oberen vier Leiterbahnen des zweiten Teilbündels 122 sichtbar.
Im Bereich C des dritten Leiterplattenabschnitts münden die Leiterbahnen des ersten Teilbündels 121 im wesentlichen alle in der ersten Ringhälfte 114a und die Leiterbahnen des zweiten Teilbündels 122 im wesentlichen alle in der zweiten Ringhälfte 114b des Ringabschnitts 114. Insbesondere durch diese Gestaltung ist es möglich, die beiden Arme der Ringhälften relativ schmal auszubilden, wodurch sich ferner der Vorteil ergibt, dass der dritte Leiterplattenabschnitt in einem Laborprobengerät einen kleineren Aufnahmeraum beansprucht. Auf diese Weise kann eine derartig mit einem erfindungsgemäßen Leiterplattenkabelvorrichtung ausgestattetes erfindungsgemäßes Laborprobengerät flexibler gestaltet werden. Ferner ist es durch diese Gestaltung insbesondere möglich, eine vergleichsweise grolle Anzahl an Leiterbahnen von zweiten Leiterplattenabschnitt in den dritten Leiterplattenabschnitt zu führen, ohne dass das relativ geringe zweite Breitenmaß des zweiten Leiterplattenabschnitts zum Problem wird. Auf diese Weise kann eine komplexere elektronische Einrichtung, zum Beispiel eine Abtasteinrichtung mit einer größeren Anzahl NA = 14 von Abtastpunkten realisiert werden.
Im Bereich B des zweiten Leiterplattenabschnitts verlaufen die Leiterbahnen im Wesentlichen so, wie im Ausführungsbeispiel der 4b gezeigt. Im Bereich 106 des ersten Leiterplattenabschnitts verlaufen die Leiterbahnen im Wesentlichen so, wie im Ausführungsbeispiel der 3a gezeigt. Im Bereich 106 des ersten Leiterplattenabschnitts verlaufen die Leiterbahnen im Wesentlichen so, wie im Ausführungsbeispiel der 3a gezeigt. Im Bereich 103 des ersten Leiterplattenabschnitts verlaufen die Leiterbahnen im Wesentlichen so, wie im Ausführungsbeispiel der 3b gezeigt.
6b zeigt die Unterseite der Leiterplatten Kabelvorrichtung 100 nach einer Drehung um 180°. Wie in 6b gezeigt, verlaufen die unteren Leiterbahnen des ersten und zweiten Teilbündels 121b, 122b auch im Ringabschnitt im wesentlichen auf der zweiten Plattenseite, also der Unterseite der Leiterplatte 102 in 6c ist die Leiterplatte 102 100 aufgebrachte Leiterbahnen abgebildet. Der Vergleich der 6a, 6b und 6c zeigt, an welchen Positionen, nämlich den Durchlassöffnungen 131 des Ringabschnitts, die unteren Leiterbahnen des ersten und zweiten Teilbündels 121b, 122b wieder auf die erste Plattenseite geführt werden, wo sie entweder in einem Bereich eines Kontakts 140 münden oder mittels eines weiteren Leiterbahnabschnitts (kaum sichtbar) zu einem Bereich eines Kontakts 140 geführt werden.
Insgesamt sind eine Anzahl von NA = 14 Kontakten 140 vorgesehen, in die jeweils mindestens eine der 15 Leiterbahnen des Leiterbahnenbündels 120 mündet. Ein Kontakt ist als Kontaktsensorfeld eines Berührungssensors ausgebildet, der als Teil einer Abtasteinrichtung eines Laborgeräts, zum Beispiel des erfindungsgemäßen Laborgeräts vorgesehen ist, das z. B. im Ausführungsbeispiel der Figur acht beschrieben ist. Ein Kontakt 140 weist einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich auf, wobei beide Kontaktbereiche voneinander beanstandet und somit elektrisch getrennt sind. Mittels eines separaten Kontaktelements, das eine Graphitscheibe sein kann, sind die beiden Kontaktbereiche elektrisch verbindbar, was als Abfall des elektrischen Widerstandes über die entsprechenden Leiterbahnen detektiert werden kann. Ein solches Kontaktelement kann Teil einer Abtasteinrichtung eines erfindungsgemäßen Laborgerät sein, in dem die Leiterplattenkabelvorrichtung angeordnet wird. Jeder Kontaktbereich weist eine mehrfach gewundene, beziehungsweise verzweigte, filigrane Leitung auf, die mit dem analog gestalteten komplementären Kontaktbereich interkalieren. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit der Kontaktierung verbessert.
9a zeigt eine Aufsicht der Leiterplattenkabelvorrichtung 300, die im Wesentlichen gleiche funktionelle Bestandteile aufweist wie die Leiterplattenkabelvorrichtung 100, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Im Wesentlichen gleiche Bauteile beider Leiterplattenkabelvorrichtungen 100 und 300 tragen deshalb gleiche Bezugszeichen. Bei der Leiterplattenkabelvorrichtung 300 weist der Teilabschnitt 103 bzw. A2 des ersten Leiterplattenabschnitts A mehrere Unterabschnitte A3, A3' und A3'' auf, die dazu dienen, dass jede der Leiterbahnen beider Leiterbahnenbündel 121, 122 mindestens einmal von der ersten Plattenseite auf die zweite Plattenseite oder von der zweiten Plattenseite auf die erste Plattenseite geführt wird. Indem dazu mehrere, voneinander beanstandete Unterabschnitte A3, A3' und A3'' der Leiterplatte 102 verwendet werden, besteht genügend Platz zur Anordnung von Durchlassöffnungen 130 und weiteren Strukturen im Teilabschnitt 103. Eine solche weitere Struktur ist vorliegend die Anordnung von Testkontaktpunkten 301 aus leitfähigen Material, die mittels einer externen Testvorrichtung kontaktiert werden können, um die Funktionsfähigkeit der Leiterplattenkabelvorrichtung zu testen. Durch diese Testkontaktpunkte wird die Herstellung einer zuverlässigen Leiterplattenkabelvorrichtung vereinfacht. 9b zeigt eine Aufsicht eines Details der Leiterplattenkabelvorrichtung aus 9a. 9c zeigt eine Untersicht eines Details der Leiterplattenkabelvorrichtung aus 9a.
7a zeigt eine schematische Frontansicht der Umrisse eines Laborprobengeräts des Stands der Technik. Bei dem Laborprobengerät handelt es sich um den Handdispenser „Multipette^® Xstream” der Eppendorf AG, Deutschland, der im Jahr 2011 im Handel erhältlich ist. Der Handdispenser 180 verläuft von oben nach unten so, dass er sich in Richtung eines Laborprobengefäßes 182 verjüngt. Die Umrisse des Handdispensers sind teilweise technisch bedingt und teilweise durch das Designkonzept der Eppendorf AG, Deutschland bestimmt. Mittels der Spritze 181, die ein Einwegartikel ist, kann die Probe dosiert aufgenommen oder abgegeben werden. Die Spritze 181 fasst z. B. 10 ml Probenvolumen und ist als kompatibles Zubehörteil der Eppendorf AG, Deutschland, ebenfalls im Jahr 2011 im Handel erhältlich. In 7a ist die Spritze 181 nicht vollständig zu sehen, da sie teilweise im Inneren des Grundkörpers 180 des Handdispensers angeordnet ist.
7b zeigt eine schematische Seitenansicht des Laborprobengeräts aus 7a. Hier ist schematisch und vollständig die Spritze 181 dargestellt, die im Bereich C vom Flanschabschnitt 181a, vom Kodierungsprofil-Flansch 181b und vom Kolbenkopplungsstück 181c gebildet wird. Mittels des Kodierungsprofils auf der Stirnseite des Kodierungsprofil-Flansches 181b kann vom Handdispensers 180 mithilfe einer Abtasteinrichtung der Typ der mit dem Gerät gekoppelten Spritze automatisch erkannt werden.
Der Grundkörper 180 des Handdispensers weist einen Kabelaufnahmeraum 185, 186 auf, der insbesondere im Bereich B durch die konstruktiven Anforderungen der Unterbringung der Kopplungsmechanik zum Halten der Spritze und der Abtasteinrichtung räumlich stark eingeschränkt ist. Da die Abtasteinrichtung mit ihren Berührungssensoren die Stirnfläche des Kodierungsprofil-Flansches 181b abtastet, ist der Kabelaufnahmeraum 186 senkrecht zur Längsachse des Laborprobengerätes angeordnet. Entsprechend ist der dritte Leiterplattenabschnitt, der im Bereich 10 angeordnet ist, gegenüber der Längsachse, in deren Richtung der erste und der zweite Leiterplattenabschnitt liegen, um nahezu 90°, bevorzugt 80° bis 100° und besonders bevorzugt 88° bis 92° abzuwinkeln.
8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Laborprobengeräts 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um einen Handdispenser ähnlich jenem der 7a und 7b handeln. Der Grundkörper 201 weist einen Kabelaufnahmeraum 185 auf, dessen Volumen dasselbe sein kann wie jenes beim Handdispenser der 7a und 7b. Im Kabelaufnahmeraum 185 des Handdispensers 200 ist eine erfindungsgemäße Leiterplattenkabelvorrichtung 210 angeordnet, wobei der Kabelaufnahmeraum 186 aus drei Teilräumen 186, 187 und 188 besteht. Diese Leiterplattenkabelvorrichtung 210 kann zum Beispiel der Leiterplattenkabelvorrichtung 100 der 6a entsprechen, indem der Ringabschnitt 114 der Leiterplattenkabelvorrichtung 100 des dritten Leiterplattenabschnitts 213 im dritten Aufnahmeraums 186 angeordnet wird, die beiden Zweigabschnitte 110, 111 als zweiter Leiterplattenabschnitt 212 im zweiten Aufnahmeraum 187 angeordnet werden und der Abschnitt 103 der Leiterplattenkabelvorrichtung 100 als erster Leiterplattenabschnitt 211 im ersten Aufnahmeraum 188 angeordnet wird.
Die Leiterplattenkabelvorrichtung 210 weist eine Leiterplatte (211, 212, 213) mit einem ersten Leiterplattenabschnitt 211, einen zweiten Leiterplattenabschnitt 212 und einem dritten Leiterplattenabschnitt 213 auf. Der dritte Leiterplattenabschnitt 213 ist im rechten Winkel zum ersten Leiterplattenabschnitt 211 angeordnet. Durch eine im Bereich B des zweite Leiterplattenabschnitts 212 zweilagige, gestapelte Anordnung der Leiterbahnen der Leiterplatte und in die schmale Ausführbarkeit dieses Bereichs wird beim erfindungsgemäßen Laborprobengerät 200 eine wesentlich höhere Anzahl von Kontaktfeldern adressiert, als dies bei bekannten Geräten möglich war und gegeben ist. Auf diese Weise können beim Laborprobengerät 200 Spritzen und andere Mittel 181', in die Proben aufgenommen werden können, oder Adapter, die mit diesen Mitteln verbunden werden können, verwendet werden, bei denen das Kodierungsprofil eine größere Anzahl, zum Beispiel NA = 14, Profilerhöhungsstellen aufweist, mittels derer eine logische Null oder Eins dargestellt werden kann, so dass sich ein Codierungswort vom 14 Bit ergibt. Durch die erfindungsgemäße Lehre ist es ohne weiteres möglich, diese Anzahl zu erhöhen und technisch zu realisieren, ohne dass in Bereichen der Stirnseite des Handdispensers 200 Platzprobleme bestehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4342178 C2 [0004, 0011]

Claims

Leiterplattenkabelvorrichtung (1; 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 80'; 90; 100; 210; 300) für ein Laborprobengerät (200), insbesondere für einen Dispenser oder eine Pipette, mit mindestens einer Leiterplatte (2; 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82; 92; 102; 211, 212, 213), die eine erste und eine zweite Plattenseite aufweist, und, hintereinander angeordnet, mindestens einen ersten Leiterplattenabschnitt (A; 211), mindestens einen zweiten Leiterplattenabschnitt (B; 212) und mindestens einen dritten Leiterplattenabschnitt (C; 213) aufweist, wobei die Leiterplatte eine Anzahl von Leiterbahnen (3, 4, 5, 6; 33, 35, 36; 46; 56; 66, 67; 76b, 77b, 76a, 77a; 86, 86b, 87, 87b; 87'; 96; 121, 122, 121a, 122a, 121b, 122b) aufweist, die zumindest abschnittsweise parallel zueinander auf der Leiterplatte angeordnet sind und sich von einem ersten Bahnabschnitt, der im ersten Leiterplattenabschnitt angeordnet ist über den zweiten Leiterplattenabschnitt zum dritten Leiterplattenabschnitt erstrecken, in dem ein zweiter Bahnabschnitt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Leiterplattenabschnitt mindestens eine Leiterbahn (66; 76a, 76b; 86, 87b; 121a, 122a) auf der ersten Plattenseite und mindestens eine Leiterbahn (67; 77a, 77b; 86b, 87; 121b, 122b) auf der zweiten Plattenseite angeordnet sind.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Leiterplattenabschnitt ein erstes Breitenmaß (B1; b1) aufweist, und der mindestens eine zweite Leiterplattenabschnitt ein zweites Breitenmaß (B2; b2) aufweist, wobei das zweite Breitenmaß kleiner ist als das erste Breitenmaß.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Leiterplattenabschnitt die Leiterbahnen in im Wesentlichen gleicher Anzahl auf der ersten und zweiten Plattenseite verteilt angeordnet sind.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Leiterplattenabschnitt die Mehrzahl oder alle Leiterbahnen zumindest abschnittsweise auf der ersten Plattenseite angeordnet sind.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiterplattenabschnitt zumindest zwei nebeneinander angeordnete Zweigabschnitte aufweist, in denen jeweils eine Anzahl Leiterbahnen angeordnet sind, wobei die Summe der Breitenmaße der Zweigabschnitte dem zweiten Breitenmaß entsprechen.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Leiterplattenabschnitt im Wesentlichen ringförmig oder ringsegmentförmig ausgebildet ist oder einen ringförmigen oder ringsegmentförmigen Teilabschnitt aufweist.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiterplattenabschnitt zwei nebeneinander angeordnete Zweigabschnitte aufweist und der dritte Leiterplattenabschnitt im Wesentlichen als Kreisring ausgebildet ist, wobei der erste und zweite Zweigabschnitt jeweils in eine andere Kreisringshälfte münden.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen, die im dritten Leiterplattenabschnitt auf der ersten Plattenseite verlaufen, jeweils in einem Kontakt münden und jene Leiterbahnen, die im dritten Leiterplattenabschnitt auf der zweiten Plattenseite verlaufen, durch Durchlassöffnungen (131) in der Leiterplatte zur ersten Plattenseite geführt sind und dort jeweils in einem Kontaktfläche münden, wobei die Kontakte voneinander beanstandet auf der ersten Plattenseite angeordnet sind.
Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt aus ersten, miteinander elektrisch verbundenen Kontaktleiterbahnen und zweiten, miteinander elektrisch verbundenen Kontaktleiterbahnen besteht, wobei die ersten Kontaktleiterbahnen elektrisch mit einer Leiterbahn der Leiterplatte verbunden sind und die zweiten Kontaktleiterbahnen elektrisch mit einer anderen Leiterbahn der Leiterplatte verbunden sind, und wobei die ersten und zweiten Kontaktleiterbahnen nicht elektrisch verbunden sind, mäanderartig interkalierend angeordnet sind und durch den Kontakt eines leitfähigen Kontaktelements mit dem Kontakt elektrisch miteinander verbindbar sind.
Laborprobengerät (200), insbesondere Dispenser, mit einem Kabelaufnahmeraum (185), in dem eine Leiterplattenkabelvorrichtung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche angeordnet ist, wobei der Kabelaufnahmeraum in mindestens einen ersten (188), zweiten (187) und dritten (186) Aufnahmeraum unterteilt ist, wobei im ersten Aufnahmeraum (188) der erste (211), im zweiten Aufnahmeraum (187) der zweite (212), und im dritten Aufnahmeraum (186) der dritte (213) Leiterplattenabschnitt angeordnet ist, wobei der zweite Aufnahmeraum, senkrecht zur Leiterplatte (211, 212, 213) betrachtet, eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der erste Aufnahmeraum.
Laborprobengerät gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten, zweiten und dritten Geräteabschnitt aufweist, in dem jeweils der erste, zweite und dritte Aufnahmeraum angeordnet sind, wobei die Leiterplattenkabelvorrichtung eine elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Einrichtung, die im ersten Geräteabschnitt angeordnet ist und einer Sensoreinrichtung, die im dritten Geräteabschnitt angeordnet ist bewirkt, wobei vorzugsweise Kontakten an den Enden der Leiterbahnen im dritten Leiterplattenabschnitt vorgesehen sind, die der Sensoreinrichtung zugeordnet sind, indem durch den Kontakt eines leitfähigen Kontaktelements mit einem Kontakt das Schließen eines elektrischen Stromkreises detektierbar ist.