DE10247053A1 - Micro-connector, for small-scale chemical reactor assembly, is assembled from components with inner passages in parallel sections - Google Patents

Micro-connector, for small-scale chemical reactor assembly, is assembled from components with inner passages in parallel sections Download PDF

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Abstract

A small-scale fluid chemical reaction takes place in a piece of apparatus which is assembled from micro-components with connectors. Each micro-component has a passage (2) and is parallel in the vicinity of the passage. Covered passages or transverse passages for gaseous and/or liquid substances join the passage (2) at the sidewalls. The micro-component comprises a center section (1) with a central aperture (2) with side passages (3), with upper (4) and lower (5) connector components. The lower connector is a bolt with an outer thread which passes through the central passage (2) to engage with the upper connector . Both connectors incorporate passages for flowing fluid media.

Description

Mikrokomponenten mit Kanälen für flüssige und gasförmige Stoffe werden für chemische Reaktionen mit sehr geringen Massenströmen verwendet. Sie bestehen in der Regel aus mehreren strukturierten plattenförmigen Substraten. Die Substrate können aus Metall, Glas, Silizium, Kunststoff oder anderen Materialien bestehen. Die Strukturen beinhalten Geometrien, welche vielfältige chemische, physikalische und biologische Reaktionen begünstigen. Durch hermetisch dichtes Fügen der einzelnen Substrate werden die Strukturen verschlossen. Eine derart gefertigte Komponente besteht aus mindestens zwei Substraten.Microcomponents with channels for liquid and gaseous Fabrics are made for chemical reactions with very low mass flows are used. They exist usually from several structured plate-shaped substrates. The substrates can made of metal, glass, silicon, plastic or other materials consist. The structures contain geometries, which are diverse chemical, favor physical and biological reactions. By hermetically sealed Joining the The structures are sealed to individual substrates. Such a manufactured component consists of at least two substrates.

Schwierigkeiten bestehen in der Zuführung und Abführung der Prozeßmedien. Technologien, wie sie im Apparatebau vorherrschen, wie z.B. Verschraubungen oder das Anbringen von Flanschen zur Befestigung von Rohren, sind aufgrund der mechanischen und thermischen Eigenschaften der verwendeten Materialien nicht praktikabel.Difficulties exist in feeding and removal the process media. Technologies that are prevalent in apparatus construction, such as fittings or attaching flanges to attach pipes due to the mechanical and thermal properties of the used Materials not practical.

Das vorgestellte Anschlußsystem besteht im wesentlichen aus einer oberen und einer unteren Anschlußkupplung, einem Bolzen und einem Gegenstück. Die anzuschließende Mikrokomponente besitzt an mindestens einer definierten Stelle eine Durchgangsbohrung. Diese stellt die Verbindung zu den Kanalstrukturen im inneren der Komponente dar. Die Komponente besteht in der Regel aus mehreren Ebenen. Die Strukturen der einzelnen Ebenen können durch verschiedene Strukturierungsverfahren der Mikrotechnik hergestellt werden. Durch anschließendes hermetisch dichtes Verbinden der Ebenen werden die Kanalstrukturen verschlossen. Auf die verschiedenen anzuwendenden Fertigungsverfahren kommt es hier nicht an. Zur Verbindung besitzt die untere Anschlusskupplung (Bolzen) ein Bolzengewinde und die oberen Anschlusskupplung (Gegenstück) ein dazu passendes Muttergewinde. Neben der Verschraubung sind auch andere lösbare kraft- und formschlüssige und unlösbare Verbindungsarten verwendbar (Bajonettverschluß, Exenter, Keilverbindung, Schnappverschluß oder Kleben und andere). Das Bolzengewinde wird durch die Durchgangsbohrung gesteckt und mit dem Muttergewinde der oberen Anschlusskupplung verschraubt. Zusätzlich verfügt die obere Anschlusskupplung noch über eine Anschlussmöglichkeit für gängige Anschlüsse für Flüssigkeiten oder Gase aus der z. B. Medizin, Chemie oder Biotechnologie. Dies sind in der Regel metrische oder zöllige Gewinde und Bajonettverschlüsse.The presented connection system consists essentially of an upper and a lower connection coupling, a bolt and a counterpart. The one to be connected Microcomponent has a through hole at at least one defined point. This establishes the connection to the channel structures inside the Component. The component usually consists of several levels. The structures of the individual levels can be structured using various structuring methods Microtechnology. By subsequent hermetically sealed connection of the levels, the channel structures are closed. To the different The manufacturing processes to be used are not important here. For connection the lower connection coupling (bolt) has a bolt thread and the upper connection coupling (counterpart) has a matching nut thread. In addition to the screw connection, other releasable non-positive and positive connections unsolvable Connection types can be used (bayonet lock, eccentric, wedge connection, Snap lock or Gluing and others). The bolt thread is through the through hole inserted and with the nut thread of the upper connection coupling screwed. additionally has the upper connection coupling still over a connection option for common connections for liquids or gases from the z. B. Medicine, chemistry or biotechnology. This are usually metric or imperial threads and bayonet locks.

Als Dichtfläche kann das obere Muttergewinde (bei Rohrgewinde), eine obere Dichtfläche oder eine innenliegende Dichtfläche für innendichtende Anschlüsse verwendet werden. Parallel zu den Oberflächen der Mikrokomponente befinden sich Dichtflächen, welche das Innere der Anschlusskupplung nach außen abdichten. Der Stoffstrom gelangt über das obere Muttergewinde durch eine Bohrung in den Verbindungskanal der unteren Anschlusskupplung in die Kanalstruktur.The upper nut thread can be used as a sealing surface (with pipe thread), an upper sealing surface or an internal one sealing surface used for internal sealing connections become. Parallel to the surfaces The microcomponent has sealing surfaces that cover the inside of the Connection coupling to the outside caulk. The material flow passes through the upper nut thread through a hole in the connection channel of the lower connection coupling into the channel structure.

Den Patentansprüchen 1 bis 6 der beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Anschlußsystem für beliebige Mikrokomponenten mit mindestens einen Leitungsanschluß für gasförmige oder flüssige Stoffe anzugeben, welches sich durch seinen einfachen Aufbau auszeichnet.Claims 1 to 6 of the described The invention has for its object a simple connection system for any Microcomponents with at least one line connection for gaseous or liquid Specify substances that are characterized by their simple structure.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.The embodiments of the invention are shown in the following drawings and are described below described in more detail.

Es zeigen:Show it:

1: Explosionsdarstellung der Gesamtansicht der Anschlußkupplung. 1 : Exploded view of the overall view of the connection coupling.

2: Explosionsdarstellung der Anschlußkupplung im Schnitt 2 : Exploded view of the connection coupling in section

3: Gefügte Anschlußkupplung im Schnitt 3 : Joined connection coupling in section

4: Doppelte Anschlußkupplung im Schnitt 4 : Double connection coupling on average

Die 1 gibt einen Überblick über den Aufbau. An definierter Stelle der Mikrokomponente 1 befindet sich eine Durchgangsbohrung 2. Diese stellt die Verbindung zu den Kanalstrukturen 3 im inneren der Komponente dar. Die Komponente besteht in der Regel aus mehreren Ebenen. Die Strukturen der einzelnen Ebenen können durch verschiedene Strukturierungsverfahren der Mikrotechnik hergestellt werden. Durch anschließendes hermetisch dichtes Verbinden der Ebenen werden die Kanalstrukturen verschlossen. Auf die verschiedenen anzuwendenden Fertigungsvertahren kommt es hier nicht an. Zum Anschluß wird die untere Anschlußkupplung 18 mit dem Bolzengewinde 5 durch die Durchgangsbohrung 2 gesteckt und mit der oberen Anschlußkupplung 4 verschraubt. Über das obere Muttergewinde 7 kann nun die Komponente mit jedem gängigen Anschluß verbunden werden. In der Regel werden Anschlüße mit zölligem Gewinde verwendet, aber auch andere z. B. metrische Ge winde oder Bajonettverschlüsse können verwendet werden. Als Dichtfläche kann das obere Muttergewinde 7 (bei Rohrgewinde), die obere Dichtfläche 6 oder eine in dieser Darstellung verdeckte Dichtfläche 9 (Dichtfläche für innendichtende Anschlüsse, siehe 2) verwendet werden. Mit der unteren Dichtfläche an der unteren Anschlusskupplung 8 wird die Kupplung gegenüber der Komponente abgedichtet. Der Stoffstrom gelangt über das obere Muttergewinde 7 durch eine in dieser Darstellung verdeckte Bohrung in den Verbindungskanal der unteren Anschlusskupplung 13 in die Kanalstruktur 3.The 1 gives an overview of the structure. At a defined point in the microcomponent 1 there is a through hole 2 , This provides the connection to the channel structures 3 inside the component. The component usually consists of several levels. The structures of the individual levels can be produced using various structuring processes in microtechnology. The channel structures are closed by subsequently hermetically sealing the levels. The various manufacturing processes to be used are not important here. The lower connection coupling is used for connection 18 with the bolt thread 5 through the through hole 2 inserted and with the upper connection coupling 4 screwed. Via the upper nut thread 7 the component can now be connected to any common connection. As a rule, connections with an imperial thread are used, but other z. B. metric Ge threads or bayonet closures can be used. The upper nut thread can be used as a sealing surface 7 (with pipe thread), the upper sealing surface 6 or a sealing surface covered in this illustration 9 (Sealing surface for internal sealing connections, see 2 ) be used. With the lower sealing surface on the lower connection coupling 8th the coupling is sealed off from the component. The material flow passes through the upper nut thread 7 through a concealed hole in this illustration in the connection channel of the lower connection coupling 13 into the channel structure 3 ,

Die 2: zeigt eine Schnittdarstellung der Anschlußkupplung. Gegenüber der 1 ist in dieser Darstellung der gesamte Kanalverlauf sichtbar. Zusätzlich sind zur verbesserten Abdichtung an den Dichtflächen der untern und der oberen Anschlusskupplung 11 und 8 je eine Dichtung 12 angebracht. Das durch die Durchgangsbohrung 2 durch die Komponente geführte Bolzengewinde 5 greift in das Muttergewinde 15 der oberen Anschlusskupplung. Durch eine genügend feste Verschraubung beider Anschlussteile wird eine ausreiched starke Verspannung erreicht. Diese Verspannung dichtet mit Hilfe der Dichtungen 12 die inneren Kanäle und die Gewinde nach außen ab. Als Dichtflächen dienen sowohl die Dichtflächen der oberen und der unteren Anschlusskupplung 11 und 8 als auch die Oberfläche der Mikrokomponente 1. Der Stoffstrom gelangt aus einem passenden Anschluss über das obere Muttergewinde 7 durch einen als Bohrung ausgeführten Verbindungskanal 10 in den durch das Muttergewinde 15 und das eingeschraubte Bozengewinde 5 entstandenen Freiraum. Aus diesem Freiraum gelangt der Stoffstrom in den beschriebenen Verbindungskanal 13 der unteren Anschlußkupplung. Dieser Verbindungskanal ist als Sackbohrung ausgeführt. Eine Querbohrung 14 stellt letztendlich die Verbindung zwischen dem Stoffstrom und der Kanalstruktur 3 her. Am Umfang des Bolzengewindes 5 austretende Flüssigkeiten oder Gase werden durch die Dichtungen 12 und die Dichtflächen 11 und 8 an der Anschlußkupplung und an der Mikrokomponente zurückgehalten.The 2 : shows a sectional view of the connection coupling. Opposite the 1 the entire channel course is visible in this representation. In addition, for improved sealing on the sealing surfaces of the lower and the upper connection coupling 11 and 8th one seal each 12 appropriate. That through the through hole 2 bolt threads guided through the component 5 engages in the nut thread 15 the upper connection coupling. With a sufficiently tight screw connection of both An sufficiently strong tension is achieved. This tension seals with the help of the seals 12 the inner channels and the threads to the outside. Both the sealing surfaces of the upper and the lower connection coupling serve as sealing surfaces 11 and 8th as well as the surface of the micro component 1 , The material flow comes from a suitable connection via the upper nut thread 7 through a connecting channel designed as a bore 10 in through the nut thread 15 and the screwed-in bolt thread 5 created free space. From this free space, the material flow enters the connection channel described 13 the lower connection coupling. This connecting channel is designed as a blind hole. A cross hole 14 ultimately establishes the connection between the material flow and the channel structure 3 ago. At the circumference of the bolt thread 5 Leaking liquids or gases are through the seals 12 and the sealing surfaces 11 and 8th retained on the connector and on the microcomponent.

Als Dichtfläche für äußere Fluidanschlüsse kann das obere Muttergewinde 7 (bei Rohrgewinde), die obere Dichtfläche 6 oder die innenliegende Dichtfläche 9 für innendichtende Anschlüsse verwendet werden. Wird eine besonders kurze Ausführung benötigt, kann der Verbindungskanal 10 eingespart werden. Bei dieser Variante geht das Muttergewinde 7 direkt in das Muttergewinde 15 über. Idealerweise sind in diesem Fall beide Gewinde gleich und durchgängig. Das Fortfallen der Dichtfläche 6 ist nur für Anschlüsse mit innenliegender Dichtfläche kritisch. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Stirnfläche des Gewindebolzens 5 der unteren Anschlusskupplung als Dichtfläche verwendet werden kann. Es ist allerdings notwendig, die Bolzenlänge und die Einschraubtiefe des Anschlusses aneinander anzupassen.The upper nut thread can be used as a sealing surface for external fluid connections 7 (with pipe thread), the upper sealing surface 6 or the internal sealing surface 9 be used for internal sealing connections. If a particularly short version is required, the connecting channel can be used 10 be saved. In this variant, the nut thread works 7 directly into the nut thread 15 about. In this case, both threads are ideally the same and consistent. The loss of the sealing surface 6 is only critical for connections with an internal sealing surface. In this case, it is necessary that the end face of the threaded bolt 5 the lower connection coupling can be used as a sealing surface. However, it is necessary to adjust the bolt length and the screw-in depth of the connection to each other.

In der 3 ist der Anschluß vollständig mit der Mikrokomponente verschraubt und der Weg 16 des Stoffstromes eingezeichnet.In the 3 the connection is completely screwed to the micro component and the way 16 of the material flow.

In der 4 wird eine doppelte Ausführung gezeigt. Die unteren Anschlußkupplungen 18 sind in allen Fällen gleich. Nur die oberen Anschlusskupplungen 17 sind zusammengefasst. Neben der Zusammenfassung von zwei Kupplungen ist auch die Zusammenfassung von mehr als zwei möglich.In the 4 a double version is shown. The lower connectors 18 are the same in all cases. Only the upper connection couplings 17 are summarized. In addition to combining two couplings, it is also possible to combine more than two.

11
Mikrokomponentemicrocomponent
22
DurchgangsbohrungThrough Hole
33
Kanalstrukturchannel structure
44
Obere AnschlußkupplungUpper connection coupling
55
Unterer Anschluß mit Bolzengewindelower Connection with bolt thread
66
Obere Dichtfläche der oberen AnschlußkupplungUpper sealing surface the upper connection coupling
77
Oberes Muttergewindeupper nut thread
88th
Untere Dichtfläche der unteren AnschlußkupplungLower sealing surface the lower connection coupling
99
Dichtfläche für innendichtende AnschlußstückeSealing surface for internal sealing fittings
1010
Verbindungskanalconnecting channel
1111
Untere Dichtfläche der oberen AnschlußkupplungLower sealing surface the upper connection coupling
1212
Dichtscheibesealing washer
1313
Verbindungskanal der unteren Anschlußkupplungconnecting channel the lower connection coupling
1414
Querbohrungcross hole
1515
Muttergewinde der oberen Anschlußkupplungnut thread the upper connection coupling
1616
Strömungsweg durch die Anschlusskupplungflow through the connection coupling
1717
Doppeltes oberes Anschlussstückdouble upper connector
1818
Unterer Anschlusslower connection

Claims (6)

Anschlußsystem für beliebige Mikrokomponenten für mindestens einen Leitungsanschluß für fließfähige, gasförmige und oder flüssige Stoffe, dadurch gekennzeichnet, – daß die anzuschließende Mikrokomponente eine Durchgangsbohrung enthält und im Bereich dieser vorzugsweise parallel ist, – daß abgedeckte Kanäle oder seitliche Querbohrungen für gasförmige und oder flüssige Stoffe in die Bohrungswand münden, – daß in die Durchgangsbohrung von der einen Seite ein Bolzen mit Außengewinde und einer Dichtfläche eingesteckt wird, – daß der Bolzen auf der gegenüberliegenden Seite der Durchgangsbohrung in ein passendes Muttergewinde eines Gegenstücks greift, – daß sich der untere Bolzen und das Gegenstück über das Gewinde verspannen und so die Mikrokomponente fest einklemmen und – daß sich sowohl im Bolzen als auch im Gegenstück Bohrungen oder Kanäle befinden, welche es einem fließfähigen Medien ermöglichen, in die Innenstruktur der Mikrokomponente vorzudringen.Connection system for any microcomponents for at least one line connection for flowable, gaseous and or liquid substances, characterized in that - the microcomponent to be connected contains a through hole and is preferably parallel in the area thereof - that covered channels or lateral cross holes for gaseous and or liquid substances in the bore wall open, - that a bolt with an external thread and a sealing surface is inserted into the through bore from one side, - that the bolt on the opposite side of the through bore engages in a suitable nut thread of a counterpart, - that the lower bolt and the counterpart Clamp over the thread and thus clamp the microcomponent firmly and - that there are holes or channels in the bolt as well as in the counterpart, which enable a flowable medium to advance into the internal structure of the microcomponent penetrate. Anschlußsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen und das Gegenstück eine Dichtfläche besitzen die auf einer parallelen Fläche der Mikrokomponente dichtet.connection system according to claim 1, characterized in that the bolt and the counterpart a sealing surface have the seals on a parallel surface of the microcomponent. Anschlußsystem nach Patentanspruch 1 bis 2 , dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Bolzen ein Schlitz befindet, welcher maximal bis zur Dichtfläche reicht.Connection system according to claim 1 to 2, characterized in that there is a slot in the bolt, which does not exceed the sealing surface che is enough. Anschlußsystem nach Patentanspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Gewindes eine Art Bajonettverschluß, ein Exzenter, ein Keil oder ein ähnliches Prinzip zum Verspannen des Bolzen mit dem Gegenstück verwendet wird.connection system according to claim 1 to 3, characterized in that instead of the thread a kind of bayonet lock, an eccentric, a wedge or a similar Principle used to clamp the bolt with the counterpart becomes. Anschlußsystem nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche von Bolzen und Gegenstück eben, konisch oder anders beliebig geformt sind.connection system according to claim 1 to 4, characterized in that the sealing surface of bolts and counterpart are flat, conical or any other shape. Anschlußkupplung nach Patentanspruch 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Bolzen oder das Gegenstück einen Anschluß für andere beliebige Fluidanschlüsse besitzt.connection coupling according to claim 1 to 5, characterized in that at least the bolt or the counterpart a connection for any other fluid connections has.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006072405A1 (en) * 2005-01-05 2006-07-13 Roche Diagnostics Gmbh Fluid structure and method for production of a fluid structure

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