DE102016200548A1

DE102016200548A1 - Flüssigkeitsführungseinrichtung

Info

Publication number: DE102016200548A1
Application number: DE102016200548.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Bochterle
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2017-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsführungseinrichtung (10; 20; 30; 40; 50) umfassend zwei einander zugewandte Wandflächen (1, 2), die eine Oberseite (7) und eine Unterseite (8) eines Flüssigkeitskanals (9) bilden. Erfindungsgemäß wird der Flüssigkeitskanal (9) seitlich jeweils durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche (3, 4, 5, 6) auf einer oder auf beiden Wandflächen (1, 2) begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsführungseinrichtung umfassend zwei einander zugewandte Wandflächen, die eine Oberseite und eine Unterseite eines Flüssigkeitskanals bilden.
Eine solche Flüssigkeitsführungseinrichtung kann insbesondere dazu dienen, eine Flüssigkeit von einer ersten Kammer zu einer zweiten Kammer zu transportieren. Beispielsweise kann eine solche Flüssigkeitsführungseinrichtung in einem mikrofluidischen System eingesetzt werden, in dem eine Flüssigkeit, wie beispielsweise eine Probe, zwischen verschiedenen Kammern, wie beispielsweise Reaktions- und Analysekammern, transportiert wird.
Aus der DE 1 952 785 ist ein flächenhafter Gegenstand mit Kammer- bzw. kanalartigen Hohlräumen bekannt. Zur Herstellung des flächenhaften Gegenstands werden zwei aufeinander liegende Materialbahnen an bestimmten Stellen miteinander verbunden, so dass sich zwischen den Verbindungsstellen kanalartige Hohlräume ausbilden.
Aus der DE 1 402 127 ist ein Wärmetauscher mit Strömungswegen bekannt, welche dadurch erzeugt werden, dass zwei oder mehr Metalltafeln oder Bleche an Flächenstücken, welche die Strömungswege begrenzen, durch ein Walz- oder Bindeverfahren miteinander verbunden werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkeitsführungseinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die in besonders einfacher Weise hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird für eine Flüssigkeitsführungseinrichtung der eingangs genannten Art mittels der im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist der Flüssigkeitskanal seitlich jeweils durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche auf einer oder auf beiden Wandflächen begrenzt.
Im Gegensatz zum zitierten Stand der Technik wird der Flüssigkeitskanal der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsführungseinrichtung somit seitlich nicht durch entsprechende vertikale Wände bzw. vertikale Wandabschnitte begrenzt, sondern stattdessen durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche. Die Oberflächenspannung der von der Flüssigkeitsführungseinrichtung geführten Flüssigkeit verhindert dabei ein Eindringen der Flüssigkeit in die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche.
Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche sind dabei auf denselben Wandflächen vorgesehen, die auch die Ober- und/oder Unterseite des Flüssigkeitskanals bilden. Vorzugsweise sind die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche in denselben geometrischen Ebenen angeordnet, wie die Ober- und/oder Unterseite des Flüssigkeitskanals.
Die beschriebenen flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche können in besonders einfacher und günstiger Weise, beispielsweise durch eine entsprechende Behandlung und/oder Beschichtung der Wandflächen, hergestellt werden. Dabei ist es möglich, die Geometrie und/oder den Verlauf des Flüssigkeitskanals in besonders einfacher Weise festzulegen.
Bei den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen handelt es sich insbesondere um Oberflächenbereiche, die flüssigkeitsabweisender sind als die Oberflächenbereiche der Ober- und/oder Unterseite des Flüssigkeitskanals. Die Oberflächenbereiche der Ober- und/oder Unterseite des Flüssigkeitskanals können dabei auch als flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereiche ausgebildet sein.
Die Begriffe "flüssigkeitsanziehend" und "flüssigkeitsabweisend" sollen insbesondere einen Grad an Benetzbarkeit und/oder einen Kontaktwinkel der jeweiligen Oberflächenbereiche bezeichnen. Dabei sollen die Begriffe "flüssigkeitsanziehend" und "flüssigkeitsabweisend" zunächst dazu dienen, einen relativen Zusammenhang zum Ausdruck bringen; nämlich dass ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich eine höhere Benetzbarkeit bzw. einen niedrigeren Kontaktwinkel aufweist als ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich.
Als flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereiche werden in diesem Zusammenhang Oberflächenbereiche bezeichnet, deren Kontaktwinkel kleiner sind als die von flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen.
Die Begriffe "flüssigkeitsanziehend" und "flüssigkeitsabweisend" können sich dabei insbesondere auf hydrophile Medien, vorzugsweise Wasser und/oder wässrige Flüssigkeiten/Lösungen beziehen. Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche sind demnach vorzugsweise als hydrophobe Oberflächenbereiche ausgebildet, während die flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereiche vorzugsweise als hydrophile Oberflächenbereiche ausgebildet sind. Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche können ferner auch als superhydrophobe Oberflächenbereiche ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich dazu können sich die Begriffe "flüssigkeitsanziehend" und "flüssigkeitsabweisend" auch auf andere Flüssigkeiten, wie beispielsweise lipophile Medien, vorzugsweise Öle und/oder andere ölige Flüssigkeiten/Lösungen beziehen. Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche sind demnach vorzugsweise als lipophobe Oberflächenbereiche ausgebildet, während die flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereiche vorzugsweise als lipophile Oberflächenbereiche ausgebildet sind. Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche können ferner auch als superlipophile Oberflächenbereiche ausgebildet sein.
Insbesondere weist dabei ein hydrophiler bzw. lipophiler Oberflächenbereich einen Kontaktwinkel um ca. 0° auf, ein hydrophober bzw. lipophober Oberflächenbereich einen Kontaktwinkel um ca. 90° und ein superhydrophober bzw. superlipophober Oberflächenbereich einen Kontaktwinkel größer als 150° auf.
Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sich auf den Wandflächen jeweilige Grenzkonturen seitlich der Ober- und/oder Unterseite des Flüssigkeitskanals ergeben. Als Grenzkontur soll in diesem Zusammenhang insbesondere die Grenze bzw. der Übergang zwischen einem flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereich und einem flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereich bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise definieren dabei die Grenzkonturen eine Kanalbahn, die wiederum den Verlauf des Flüssigkeitskanals bestimmt. Die Kanalbahn ist zweckmäßigerweise als flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich ausgebildet.
Als Flüssigkeitskanal soll in diesem Kontext insbesondere ein räumlicher Bereich bezeichnet werden, in dem eine Flüssigkeit bzw. ein Flüssigkeitskörper gehalten und/oder geführt werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise umfasst die Flüssigkeitsführungseinrichtung zwei parallel zueinander angeordnete Platten, deren einander zugewandte Grundflächen die Wandflächen bilden.
Eine solche Flüssigkeitsführungseinrichtung kann auf sehr einfache Weise hergestellt werden – nämlich indem zwei entsprechend behandelte und/oder beschichtete Platten einander zugewandt angeordnet werden. Die Beschichtung und/oder Behandlung der Platten kann dabei insbesondere in einem Zustand erfolgen, in dem die Platten noch nicht einander zugewandt sind; d.h. in einem Zustand, in dem die jeweiligen Wandflächen einfach zugänglich sind.
Der Begriff Platte soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein flächiges Bauteil bezeichnet; also ein Bauteil, dessen Länge und Breite wesentlich größer sind als seine Dicke.
Zweckmäßigerweise umfasst die Flüssigkeitsführungseinrichtung Abstandshalter, mit denen die beiden Wandflächen voneinander beabstandet sind.
Die Beabstandung zwischen der Oberseite und der Unterseite des Flüssigkeitskanals kann auf diese Weise sehr einfach festgelegt werden.
Ferner ist es somit nicht notwendig, Vertiefungen bzw. Nuten auf den Wandflächen vorzusehen. Dadurch ist die Flüssigkeitsführungseinrichtung leicht herstellbar und kann auch einfach gereinigt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Flüssigkeitskanal auf beiden Wandflächen beidseitig durch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche begrenzt.
Dies bedeutet, dass auf jeder Wandfläche jeweils zwei flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche vorgesehen sind.
Insbesondere ist zwischen den beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen jeweils ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich vorgesehen, so dass sich auf jeder Wandfläche zwei Grenzkonturen ergeben. Die flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereiche sind vorzugsweise in der Form von Kanalbahnen ausgebildet. Die beiden Kanalbahnen verlaufen dabei vorzugsweise in Entsprechung zueinander.
Dadurch, dass auf beiden Wandflächen eine beidseitige Begrenzung durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche vorgesehen ist, kann der Flüssigkeitskanal sehr genau definiert werden. Zudem wird auf diese Weise der maximale Druck erhöht, bei dem eine Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskanal gehalten bzw. geführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Flüssigkeitskanal auf jeder der Wandflächen jeweils nur einseitig durch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche begrenzt.
Das bedeutet, dass im Bereich des Flüssigkeitskanals auf jeder Wandfläche jeweils nur ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich vorgesehen ist. Insbesondere sind die beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche dabei auf verschiedenen Seiten der Ober- bzw. Unterseite des Flüssigkeitskanals angeordnet. D.h., dass auf der oberen Wandfläche auf einer ersten Seite – beispielsweise rechts – der Oberseite des Flüssigkeitskanals ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich vorgesehen ist, und auf der unteren Wandfläche auf einer zweiten, von der ersten verschiedenen Seite – beispielsweise links – der Unterseite des Flüssigkeitskanals ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich vorgesehen ist. Die Oberseite und die Unterseite des Flüssigkeitskanals sind dabei vorzugsweise als flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereiche ausgebildet.
Zwischen den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen und der Oberseite bzw. Unterseite des Flüssigkeitskanals ergeben sich jeweilige Grenzkonturen. Auf jeder der beiden Wandflächen ist dabei nur eine Grenzkontur des Flüssigkeitskanals vorgesehen. Die beiden Grenzkonturen verlaufen vorzugsweise in Entsprechung zueinander, so dass sich bei Projektion der einen Grenzkontur auf die Wandfläche der anderen Grenzkontur (in Richtung senkrecht zur Wandfläche) eine beidseitig begrenzte Kanalbahn ergibt.
Die beschriebene Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass für einen Flüssigkeitskanal lediglich ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich pro Wandfläche benötigt wird. Dadurch wird die Herstellung der Flüssigkeitsführungseinrichtung besonders einfach.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Flüssigkeitskanal auf einer der beiden Wandflächen beidseitig durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche begrenzt und auf der anderen Wandfläche ist ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich vorgesehen, der sich über die gesamte Oberseite des Flüssigkeitskanals erstreckt.
Das bedeutet, dass auf einer ersten Wandfläche, vorzugsweise der unteren Wandfläche, zwei flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche vorgesehen sind, währen auf einer zweiten Wandfläche, vorzugsweise der oberen Wandfläche, nur ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich vorgesehen ist, der sich dafür jedoch über die gesamte Oberseite des Flüssigkeitskanals erstreckt.
Insbesondere ergeben sich dabei auf der unteren Wandfläche zwei Grenzkonturen, die den Verlauf einer Kanalbahn definieren. Die Kanalbahn ist dabei zweckmäßigerweise ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich.
Bei dieser Ausgestaltung dient die zweite Wandfläche, also insbesondere die obere Wandfläche, primär dazu, die Höhe des Flüssigkeitskanals zu begrenzen. Es hat sich herausgestellt, dass die zu führende Flüssigkeit bei begrenzter Höhe des Flüssigkeitskanals mit einem höheren Fluiddruck geführt werden kann, ohne dass Flüssigkeit seitlich über die Grenzkonturen hinweg entweicht.
Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist zudem, dass keine selektive Behandlung/Beschichtung der ersten Wandfläche erfolgen muss. Folglich kann die Flüssigkeitsführungseinrichtung auf sehr einfacher Weise hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Flüssigkeitskanal auf einer der beiden Wandflächen beidseitig begrenzt und auf der anderen Wandfläche ist ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich vorgesehen, der sich über die gesamte Oberseite des Flüssigkeitskanals erstreckt, so dass ein von dem Flüssigkeitskanal geführter Flüssigkeitskörper an der anderen Wandfläche seitlich nicht durch einen oder mehrere flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche begrenzt ist.
Insbesondere weist der Flüssigkeitskanal dabei auf einer ersten Wandfläche, vorzugsweise der unteren Wandfläche, zwei flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche auf und auf einer zweiten Wandfläche, vorzugsweise der oberen Wandfläche, nur einen flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereich. Die beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche definieren dabei Grenzkonturen, zwischen denen eine Kanalbahn verläuft. Die Kanalbahn ist vorzugsweise ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich.
Auch bei dieser Ausgestaltung dient die zweite Wandfläche, also insbesondere die obere Wandfläche, primär dazu, die Höhe des Flüssigkeitskanals zu begrenzen, so dass Flüssigkeit mit einem höheren Fluiddruck geführt werden kann.
Bei der beschriebenen Ausgestaltung ist keine Beschichtung und/oder Behandlung der zweiten bzw. oberen Wandfläche nötig, so dass diese in besonders einfacher Weise hergestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind zwischen den beiden Wandflächen mindestens zwei Flüssigkeitskanäle ausgebildet, die vorzugsweise nebeneinander verlaufen.
Dies bedeutet, dass mehrere Flüssigkeitskanäle auf denselben Wandflächen ausgebildet sein können. Insbesondere müssen dabei zwischen den Flüssigkeitskanälen keine seitlichen Wände vorgesehen sein. Die Flüssigkeitskanäle können gemäß den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet sein. Insbesondere ist es dabei auch möglich, Flüssigkeitskanäle gemäß verschiedener Ausgestaltungen auf denselben Wandflächen vorzusehen.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den beiden Wandflächen gleich oder kleiner als 0,5 mm, insbesondere gleich oder kleiner als 0,2 mm.
Es hat sich herausgestellt, dass ein Abstand zwischen den Wandflächen in diesem Bereich die Führung einer Flüssigkeit mit einem hohen Fluiddruck ermöglicht.
Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche sind insbesondere durch Beschichtung und/oder Behandlung einer oder beider Wandflächen gefertigt.
Die Beschichtung kann dabei zweckmäßigerweise sehr einfach und schnell durch verschiedene Druckverfahren, zum Beispiel mittels eines Tintenstrahldrucker oder per Schablone, aufgebracht werden. So lassen sich sehr schnell und kostengünstig kundenindividuelle Systeme aufbauen.
Bei der Beschichtung handelt es sich vorzugsweise um eine stark flüssigkeitsabweisende Nanobeschichtung.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
1 eine Ansicht von vorne auf eine Flüssigkeitsführungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Draufsicht auf die Flüssigkeitsführungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform,
3 eine Ansicht von vorne auf eine Flüssigkeitsführungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
4 eine Ansicht von vorne auf eine Flüssigkeitsführungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
5 eine Ansicht von vorne auf eine Flüssigkeitsführungseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
6 eine Ansicht von vorne auf eine Flüssigkeitsführungseinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
7 eine Draufsicht auf die Flüssigkeitsführungseinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.
In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten der dargestellten Ausführungsformen jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehrfache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird.
Die 1 und 3 bis 6 zeigen jeweils Ansichten von vorne auf Flüssigkeitsführungseinrichtungen 10, 20, 30, 40 und 50, die jeweilige Flüssigkeitskanäle 9 bzw. 109 bereitstellen. Die Flüssigkeitskanäle 9 bzw. 109 verlaufen dabei senkrecht zur Zeichnungsebene zwischen zwei Wandflächen 1 und 2. Die Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene bzw. die Richtung des Kanalverlaufs wird nachfolgend auch als z-Richtung oder Kanalrichtung bezeichnet. Ferner wird die Normalenrichtung der Wandflächen 1, 2 im Folgenden auch als y-Richtung oder Höhenrichtung bezeichnet. Schließlich wird die Richtung parallel zu den Wandflächen 1, 2 und quer zum Kanalverlauf als x-Richtung oder Querrichtung bezeichnet.
Die 2 und 7 zeigen jeweils Ansichten von oben auf Flüssigkeitsführungseinrichtung 10 und 50.
Im Nachfolgenden werden die Begriffe "oben" "unten" "rechts" und "links" verwendet. Diese beziehen sie zuallererst auf die in den Figuren gezeigte Orientierung. Bei einer Änderung der Orientierung bleiben die mit diesen Begriffen beschriebenen Verhältnisse in Entsprechung bestehen.
In bevorzugter Ausgestaltung beziehen sich die Begriffe "oben" und "unten" auf den Gravitationsvektor; d.h., dass beispielsweise eine Oberseite in Gravitationsrichtung über einer Unterseite angeordnet ist.
Die 1 zeigt eine Flüssigkeitsführungseinrichtung 10, die zwei einander zugewandte Wandflächen 1 und 2 umfasst. In dem gezeigten Beispiel sind die beiden Wandflächen 1 und 2 parallel zueinander angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden Wandflächen 1 und 2 unter einem Winkel zueinander angeordnet sind. Wie gezeigt, stellt die Wandfläche 1 eine obere Wandfläche dar und die Wandfläche 2 stellt eine untere Wandfläche dar. Die beiden Wandflächen 1 und 2 sind voneinander beabstandet.
In der 1 sind die Wandflächen 1 und 2 als planare Flächen gezeigt; dies ist aber nicht zwingend notwendig – die Wandflächen 1 und 2 können auch gewisse Unebenheiten aufweisen.
Die beiden Wandflächen 1 und 2 bilden eine Oberseite 7 und eine Unterseite 8 eines Flüssigkeitskanals 9. Als Flüssigkeitskanal soll in diesem Zusammenhang ein räumlicher Bereich bezeichnet werden, in dem eine Flüssigkeit bzw. ein Flüssigkeitskörper gehalten und/oder geführt werden kann.
Im gezeigten Beispiel ist der Flüssigkeitskanal 9 auf beiden Wandflächen 1 und 2 seitlich durch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 3, 4, 5 und 6 begrenzt. Auf der Wandfläche 1 ist der Flüssigkeitskanal 9 dabei beidseitig durch die beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 3 und 4 begrenzt, und auf der Wandfläche 2 ist der Flüssigkeitskanal 9 beidseitig durch die beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 5 und 6 begrenzt. In der 1 sind die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche durch gepunktete Linien angedeutet.
Auf diese Weise wird die Ausdehnung der zu führenden Flüssigkeit bzw. des in der 1 gezeigten Flüssigkeitskörpers 17 seitlich durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche begrenzt. Im Gegensatz zum Stand der Technik müssen daher zur seitlichen Begrenzung des Flüssigkeitskanals keine entsprechenden vertikalen Wandabschnitte vorgesehen sein. Mit "seitlich" sind in diesem Zusammenhang die beiden Seiten in Querrichtung des Flüssigkeitskanals 9 bzw. in der in der 1 angezeigten x-Richtung gemeint.
Zwischen den sich gegenüberliegenden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 3 und 5 bzw. 4 und 6 verläuft ein Spalt. Dieser Spalt stellt vorzugsweise einen Fortsatz des zwischen der Oberseite 7 und der Unterseite 8 des Flüssigkeitskanals 9 ausgebildeten Freiraums dar. Der zwischen der Oberseite 7 und der Unterseite 8 des Flüssigkeitskanals ausgebildete Freiraum ist demnach seitlich begrenzungswandlos.
Zwischen den beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 3 und 4 der oberen Wandfläche 1 verläuft dabei die Oberseite 7 des Flüssigkeitskanals 9. Der Oberflächenbereich der Oberseite 7 ist insbesondere flüssigkeitsanziehend ausgebildet. Zwischen der flüssigkeitsanziehenden Oberseite 7 und den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 3 und 4 ergeben sich zwei Grenzkonturen 13 und 14. Die Oberseite 7 verläuft in z-Richtung bahnförmig und wird aus diesem Grund auch als Kanalbahn bezeichnet.
In Entsprechung dazu verläuft zwischen den beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 5 und 6 die Unterseite 8 des Flüssigkeitskanals 9, die insbesondere flüssigkeitsanziehend ausgebildet ist. Zwischen der flüssigkeitsanziehenden Unterseite 8 und den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 5 und 6 ergeben sich zwei Grenzkonturen 15 und 16. Die Unterseite 8 verläuft bahnförmig.
Vorzugsweise verlaufen die Oberseite 7 und die Unterseite 8 in Entsprechung zueinander. Insbesondere verlaufen auch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 3, 4, 5 und 6 bzw. die Grenzkonturen 13, 14, 15 und 16 in Entsprechung zueinander.
In dem gezeigten Beispiel werden die beiden Wandflächen 1 und 2 durch die Grundflächen zweier parallel zueinander angeordneter Platten 19 und 21 bereitgestellt. Für die Herstellung können die Platten 19 und 21 zunächst beschichtet werden und dann zur Bildung der Flüssigkeitsführungseinrichtung 10 einander zugewandt angeordnet werden.
Vorzugsweise werden die Platten 19 und 21 bzw. die Wandflächen 1 und 2 dabei durch Abstandshalter voneinander beabstandet. Die 6 zeigt exemplarisch die Verwendung von Abstandshaltern 22 und 23 zu diesem Zweck. Die Abstandshalter haben dabei vorzugsweise keine Kanalbegrenzungsfunktion. Insbesondere sind die Abstandshalter derart angeordnet, dass sie von dem in dem Flüssigkeitskanal 9 geführten Flüssigkeitskörper 17 nicht berührt bzw. benetzt werden.
Die 2 zeigt eine Draufsicht auf die Flüssigkeitsführungseinrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Perspektive, aus der die Flüssigkeitsführungseinrichtung 10 in der 2 gezeigt ist, wird in der 1 durch den mit der römischen Ziffer II versehenen Pfeil angedeutet.
In der 2 ist die obere Platte 19 zu sehen. Ferner ist in der 2 der Verlauf der Grenzkonturen 13 und 15 sowie 14 und 16 durch gestrichelte Linien angedeutet. Zwischen den Grenzkonturen 13 bzw. 15 und 14 bzw. 16 verläuft der Flüssigkeitskanal 9. Die gewählte Dimensionierung des Flüssigkeitskanals 9 dient dabei lediglich der besseren Sichtbarkeit; tatsächlich kann der Flüssigkeitskanal 9 auch sehr viel länger als breit ausgestaltet sein.
Im gezeigten Beispiel verläuft der Flüssigkeitskanal 9 geradeaus. Selbstverständlich kann der Flüssigkeitskanal 9 auch Kurven aufweisen.
Die 3 zeigt eine Flüssigkeitsführungseinrichtung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform wird bei der zweiten Ausführungsform der Flüssigkeitskanal 9 auf den jeweiligen Wandflächen 1 und 2 nicht beidseitig, sondern jeweils nur einseitig begrenzt.
Wie in der 3 gezeigt, sind auf den Wandflächen 1 und 2 dabei flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereiche 11 und 12 vorgesehen. Die flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereiche 11 und 12 liegen sich abschnittsweise gegenüber.
Der flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereich 11 der oberen Wandfläche 1 wird links durch den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereich 3 begrenzt. Der flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereich 12 der unteren Wandfläche 2 wird rechts durch den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereich 6 begrenzt. Zwischen dem flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereich 11 und dem flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereich 3 ergibt sich die Grenzkontur 13, und zwischen dem flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereich 12 und dem flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereich 6 ergibt sich die Grenzkontur 16.
Auf der oberen Wandfläche 1 ist rechts (zumindest im Bereich des Flüssigkeitskanals 9) kein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich vorgesehen. In Entsprechung dazu ist auf der unteren Wandfläche 2 links (zumindest im Bereich des Flüssigkeitskanals 9) kein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich vorgesehen.
Dem flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereich 3 bzw. der Grenzkontur 13 der Wandfläche 1 liegt ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich 12 der Wandfläche 2 gegenüber. In Entsprechung dazu liegt dem flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereich 6 bzw. der Grenzkontur 16 der Wandfläche 2 ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich 11 der Wandfläche 1 gegenüber.
Die Ausdehnung des Flüssigkeitskörpers 17 ist auch auf den flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereichen 11 und 12 seitlich begrenzt. Dies wird aufgrund der Oberflächenspannung des Flüssigkeitskörpers 17 durch die jeweils gegenüberliegenden Grenzkonturen 13 und 16 bewirkt.
Die beiden Grenzkonturen 13 und 16 verlaufen in Entsprechung zueinander, so dass sich bei senkrechter Projektion der Grenzkontur 13 auf die Wandfläche 2 der Grenzkontur 16 eine beidseitig begrenzte Kanalbahn ergibt.
Die zweite Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass für den Flüssigkeitskanal 9 lediglich ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich 3 bzw. 5 auf jeder Wandfläche 1 bzw. 2 benötigt wird. Dadurch wird die Herstellung der Flüssigkeitsführungseinrichtung 20 besonders einfach.
Die 4 zeigt eine Flüssigkeitsführungseinrichtung 30 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Flüssigkeitskanal 9 nur auf einer der beiden Wandflächen beidseitig durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche 5, 6 begrenzt ist und dass auf der anderen Wandfläche 1 ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich 18 vorgesehen ist, der sich über die gesamte Oberseite 7 des Flüssigkeitskanals 9 erstreckt.
Im gezeigten Beispiel ist die beidseitige Begrenzung durch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 5 und 6 auf der unteren Wandfläche 2 vorgesehen. Zwischen den beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 5 und 6 befindet sich eine vorzugsweise als flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich ausgebildete Unterseite 8 des Flüssigkeitskanals 9. Die beiden Grenzkonturen 15 und 16 stellen den Grenzverlauf zwischen den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 5 und 6 und der Unterseite 8 dar. Die Unterseite 8 ist zweckmäßigerweise in der Form einer Kanalbahn ausgebildet, die in z-Richtung, also senkrecht zur Zeichnungsebene, verläuft.
Auf der oberen Wandfläche 1 befindet sich, der Unterseite 8 gegenüberliegend, ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich 18, der sich über die gesamte Oberseite 7 des Flüssigkeitskanals 9 erstreckt. Im Bereich des Flüssigkeitskanals 9 ist auf der oberen Wandfläche 1 kein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich vorgesehen.
Bei der dritten Ausführungsform dient die obere Wandfläche 1 primär dazu, die Höhe des Flüssigkeitskanals 9 zu begrenzen. Es hat sich herausgestellt, dass der Flüssigkeitskörper 17 bei begrenzter Höhe des Flüssigkeitskanals 9 mit einem höheren Fluiddruck geführt werden kann, ohne dass der Flüssigkeitskörper 17 seitlich über die Grenzkonturen 15 und 16 hinweg entweicht.
Die 5 zeigt eine Flüssigkeitsführungseinrichtung 40 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Flüssigkeitskanal 9 nur auf der Wandfläche 2 beidseitig begrenzt ist und dass auf der Wandfläche 1 ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich 11 vorgesehen ist, der sich über die gesamte Oberseite 7 des Flüssigkeitskanals 9 erstreckt, so dass der von dem Flüssigkeitskanal 9 geführte Flüssigkeitskörper 17 an der Wandfläche 1 seitlich nicht durch einen oder mehrere flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche begrenzt ist.
Im gezeigten Beispiel weist der Flüssigkeitskanal 9 auf der unteren Wandfläche 2 die beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 5 und 6 auf, die jeweilige Grenzkonturen 15 und 16 definieren, zwischen denen die Unterseite 12 des Flüssigkeitskanals 9 verläuft. Die Unterseite 12 ist dabei insbesondere als flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich ausgebildet und verläuft in z-Richtung, also senkrecht zur Zeichnungsebene, in der Form einer Kanalbahn.
Auf der oberen Wandfläche 1 weist der Flüssigkeitskanal 9 lediglich einen flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereich 11 auf, der den gesamten oberen Bereich des Flüssigkeitskanals 9 einnimmt und seitlich nicht durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche begrenzt ist.
Auf der oberen Wandfläche 1 wird die seitliche Ausdehnung des Flüssigkeitskörpers 17 somit nicht durch auf der oberen Wandfläche vorgesehene flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche begrenzt. Stattdessen bewirken die auf der unteren Wandfläche 2 vorgesehenen flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 5 und 6 bzw. die entsprechenden Grenzkonturen 15 und 16 aufgrund der Oberflächenspannung des Flüssigkeitskörpers 17 eine Begrenzung der Ausdehnung des Flüssigkeitskörpers 17 auf der oberen Wandfläche 1.
Auch bei der vierten Ausführungsform dient die obere Wandfläche 1 primär dazu, die Höhe des Flüssigkeitskanals zu begrenzen, so dass Flüssigkeit mit einem höheren Fluiddruck geführt werden kann.
Die 6 zeigt eine Flüssigkeitsführungsvorrichtung 50 gemäß einer fünften Ausführungsform. Die gezeigte Flüssigkeitsführungsvorrichtung 50 stellt insbesondere eine Weiterbildung der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dar. Während die in der 1 gezeigte Flüssigkeitsvorrichtung 10 einen Flüssigkeitskanal 9 aufweist, sind in der Flüssigkeitsvorrichtung 50 der 6 nun zwei Flüssigkeitskanäle 9 und 109 vorgesehen.
Die beiden Flüssigkeitskanäle 9 und 109 des in der 6 gezeigten Beispiels sind dabei gemäß dem im Zusammenhang mit der 1 vorstehend bereits beschriebenen Flüssigkeitskanal 1 ausgebildet.
Der Flüssigkeitskanal 109 weist folglich eine Oberseite 107 und eine Unterseite 108 auf. Die Oberseite 107 ist als flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich 111 ausgebildet, und die Unterseite 108 ist als flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich 112 ausgebildet. Der flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereich 111 wird seitlich durch die beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 4 und 104 begrenzt. In Entsprechung dazu wird der flüssigkeitsanziehende Oberflächenbereich 112 seitlich durch die beiden flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 6 und 106 begrenzt. Zwischen den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 4 und 104 und dem flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereich 111 ergeben sich die beiden Grenzkonturen 113 und 114. Zwischen den flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereichen 6 und 106 und dem flüssigkeitsanziehenden Oberflächenbereich 112 ergeben sich die Grenzkonturen 115 und 116. Durch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 4, 104, 6 und 106 wird ein Flüssigkeitskörper 117 in einem definierten räumlichen Bereich gehalten.
Die Flüssigkeitskanäle 9 und 109 sind nebeneinander angeordnet. Auf der oberen Wandfläche 1 ist zwischen den Oberseiten 7 und 107 der flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereich 4 vorgesehen. Der flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereich 4 dient als seitliche Begrenzung für die Oberseite 7 bzw. 107 beider Flüssigkeitskanäle 9 und 109.
In Entsprechung dazu ist auf der unteren Wandfläche 2 zwischen den Unterseiten 8 und 108 der Flüssigkeitskanäle 9 und 109 der flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereich 6 vorgesehen, der als seitliche Begrenzung für die Unterseite 8 bzw. 108 beider Flüssigkeitskanäle 9 und 109 dient.
Die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 4 und 6 dienen somit beiden Flüssigkeitskanälen 9 und 109 als seitliche Begrenzung. Dadurch wird die Zahl der pro Flüssigkeitskanal benötigten flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche reduziert, wodurch die Herstellung der Flüssigkeitsführungseinrichtung 50 vereinfacht wird.
Ferner ist es, wie in der 6 gezeigt, nicht nötig, zwischen den verschiedenen Flüssigkeitskanälen 9 und 109 vertikal verlaufende Trennwände bzw. entsprechende Trennwandabschnitte vorzusehen. Auch dadurch wird die Herstellung der Flüssigkeitsführungseinrichtung 50 vereinfacht.
In dem Beispiel der 6 sind ferner Abstandshalter 22 und 23 gezeigt, die dazu dienen, den Abstand zwischen den Platten 19 und 21 zu definieren. Die Abstandshalter 22 und 23 weisen im gezeigten Beispiel einen rechteckigen Querschnitt auf. Ferner sind die Abstandshalter 22 und 23 jeweils im Randbereich der Platten 19 bzw. 21 angeordnet.
Die 7 zeigt eine Draufsicht auf die Flüssigkeitsführungseinrichtung 50 gemäß der fünften Ausführungsform. Die Perspektive, aus der die Flüssigkeitsführungseinrichtung 50 in der 7 gezeigt ist, wird in der 6 durch den mit der römischen Ziffer VII versehenen Pfeil angedeutet.
In dem in der 7 gezeigten Beispiel verlaufen die Flüssigkeitskanäle 9 und 109 parallel nebeneinander. Ferner erstrecken sich die Abstandshalter 22 und 23 entlang der z-Richtung bzw. der Kanalrichtung. Die Abstandshalter 22 und 23 sind dabei parallel zu den Flüssigkeitskanälen 9 und 109 angeordnet.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen ist der Abstand zwischen den beiden Wandflächen 1 und 2 vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,5 mm, insbesondere gleich oder kleiner als 0,2 mm.
Bei einem Abstand, der gleich oder kleiner als 0,5 mm, insbesondere gleich oder kleiner als 0,2 mm, ist, wird es möglich, in einem Flüssigkeitskanal gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Flüssigkeit mit einem bei vielen technischen Anwendungen üblichen Druck zu führen. Dies gilt insbesondere für die vorstehend diskutierte erste Ausführungsform. Sind die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche beispielsweise als superhydrophobe Oberflächenbereiche ausgebildet, so kann bei einem Abstand von 0,5 mm oder kleiner eine Flüssigkeit mit einem Druck von größer als 29 mmH20 geführt werden. Bei einem Abstand von 0,2 mm oder kleiner kann eine Flüssigkeit mit einem Druck von größer als 74 mmH20 geführt werden.
Ferner sind bei den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche 3, 4, 5, 6, 104 und 106 vorzugsweise durch Beschichtung und/oder Behandlung der Wandflächen 1 und/oder 2 gefertigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1952785 [0003]
DE 1402127 [0004]

Claims

Flüssigkeitsführungseinrichtung (10; 20; 30; 40; 50) umfassend zwei einander zugewandte Wandflächen (1, 2), die eine Oberseite (7) und eine Unterseite (8) eines Flüssigkeitskanals (9) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (9) seitlich jeweils durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche (3, 4, 5, 6) auf einer oder auf beiden Wandflächen (1, 2) begrenzt ist.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (10; 20; 30; 40; 50) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei parallel zueinander angeordnete Platten (19, 21), deren einander zugewandte Grundflächen die Wandflächen (1, 2) bilden.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (10; 20; 30; 40; 50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wandflächen (1, 2) mittels Abstandshalter (22, 23) voneinander beabstandet sind.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (9) auf beiden Wandflächen (1, 2) beidseitig durch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche (3, 4, 5, 6) begrenzt ist.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (9) auf jeder der Wandflächen (1, 2) jeweils nur einseitig durch die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche (3, 6) begrenzt ist.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (9) auf einer der beiden Wandflächen (2) beidseitig durch flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche (5, 6) begrenzt ist und dass auf der anderen Wandfläche (1) ein flüssigkeitsabweisender Oberflächenbereich (18) vorgesehen ist, der sich über die gesamte Oberseite (7) des Flüssigkeitskanals (9) erstreckt.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (9) auf einer der beiden Wandflächen (2) beidseitig begrenzt ist und dass auf der anderen Wandfläche ein flüssigkeitsanziehender Oberflächenbereich (11) vorgesehen ist, der sich über die gesamte Oberseite (7) des Flüssigkeitskanals erstreckt, so dass ein von dem Flüssigkeitskanal (9) geführter Flüssigkeitskörper (17) an der anderen Wandfläche seitlich nicht durch einen oder mehrere flüssigkeitsabweisende Oberflächenbereiche begrenzt ist.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Wandflächen (1, 2) mindestens zwei Flüssigkeitskanäle (9, 109) ausgebildet sind, die vorzugsweise nebeneinander verlaufen.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (10; 20; 30; 40; 50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den beiden Wandflächen (1, 2) gleich oder kleiner als 0,5 mm, vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,2 mm, ist.
Flüssigkeitsführungseinrichtung (10; 20; 30; 40; 50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsabweisenden Oberflächenbereiche (3, 4, 5, 6) durch Beschichtung und/oder Behandlung einer oder beider Wandflächen (1, 2) gefertigt sind.