DE19746585A1 - Kupplung für Mikrokomponenten - Google Patents
Kupplung für MikrokomponentenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kupplung für Mikrokomponenten, wie
Mikromischer, Mikropumpen, Mikroventilen u. ähnlichen, bestehend
aus mehreren, im wesentlichen planparallelen Platten, mit
Leitungsanschlüssen zur Zuleitung der zu fördernden oder
mischenden Komponenten und zur Ableitung der Fluide.
Viele chemische Reaktionen erfordern eine exakte
Temperaturkontrolle und eine gute Durchmischung der zu
mischenden Komponenten. Zudem gewinnt zunehmend die
Prozeßkontrolle an Bedeutung; die geforderte erhöhte Sicherheit
kann durch geringere Massenströme einfacher gewährleistet werden.
Mikrokomponenten unterschiedlichster Bauart können diese
Anforderungen erfüllen.
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Kupplungselement für
Mikrokomponenten, die mehrere aufeinanderliegende planparallele
Platten in ihren aufeinanderliegenden Oberflächen die für die
erforderliche Funktion Mischergeometrie benötigten Strukturen
enthalten. Wegen der guten thermischen Leitfähigkeit und der
Strukturierbarkeit bestehen diese Platten üblicherweise aus Silizium
(sog. Siliziumwafer), die im Inneren eine der Funktion der
Mikrokomponente angepaßte Geometrie enthalten. Der Einsatz
anderer, chemisch beständiger und den Einsatzbedingungen
angepaßter Materialien, ist aber auch möglich.
Wegen der eingeschränkten mechanischen Festigkeit des Siliziums
müssen Zug- und Biegebeanspruchungen der Platten soweit wie
möglich vermieden werden. Schwierigkeiten bereitet jedoch die
Anbringung der Leitungsanschlüsse zur Zuleitung der zu mischenden
oder fördernden Komponenten und zur Ableitung. Einerseits muß
eine genaue Positionierung in Bezug auf die aus der
Plattenoberfläche austretenden Bohrungen gewährleistet sein;
andererseits besteht die Gefahr, daß bei der Anbringung der
Leitungsanschlüsse oder bei der Montage bzw. Demontage des
Mikrokomponenten über diese Leitungsanschlüsse unzulässige
Biegebeanspruchungen in die Platten, insbesondere Siliziumplatten,
eingeleitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kupplung für
Mikrokomponenten der eingangs genannten Gattung so
auszugestalten, daß die Leitungsanschlüsse zuverlässig an den
Platten angebracht werden können und dabei eine unzulässige
Beanspruchung der Platten verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Platten
deckungsgleiche Durchbrüche aufweisen, daß ein mit den
Leitungsanschlüssen versehener Anschlußblock mehrere, durch die
Durchbrüche und eine Druckplatte ragende Befestigungsstege
aufweist, die an der Rückseite der Druckplatte mit einer
Befestigungseinrichtung verbunden sind, und daß der Anschlußblock
in seiner den Platten zugekehrten Anlagefläche Leitungsmündungen
aufweist, denen jeweils eine Leitungsbohrung der obersten Platte
gegenüberliegt.
Die Anordnung der Leitungsanschlüsse an dem Anschlußblock
verhindert, daß durch diese Leitungsanschlüsse Kräfte auf die Platten
übertragen werden, die zu unzulässigen Beanspruchungen führen
würden. Alle Leitungsanschlüsse sind über den Anschlußblock und
die gegenüberliegende Druckplatte so mit den Platten verbunden,
daß Biegebeanspruchungen weitestgehend vermieden werden.
Die durch die Anordnung der Leitungsanschlüsse am Anschlußblock
gewährleistete genaue räumliche Zuordnung zu den
Befestigungsstegen stellt auch eine genaue Ausrichtung zu den
Leitungsmündungen in der Platte sicher. Diese genaue und
reproduzierbare Positionierung der Leitungsanschlüsse ist auch nach
jeder Demontage und erneuten Montage der Mikrokomponente
gewährleistet.
Vorzugsweise liegen die Leitungsbohrungen in der Plattenoberfläche
zwischen den Durchbrüchen. Damit wird sowohl eine kompakte
Bauweise als auch gleichmäßige Abstützung der im Bereich der
Leitungsanschlüsse auftretenden Druckkräfte über die
Befestigungsstege erreicht, die durch die Durchbrüche ragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß jede Leitungsmündung des Anschlußblocks von
einem elastischen Dichtring umgeben ist. Damit wird ein dichter
Anschluß der jeweiligen Leitung erreicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder Leitungsanschluß eine zur
Leitungsmündung führende Gewindebohrung aufweist und der
Dichtring zwischen der Oberfläche der Platte und einer Stirnfläche
eines in die Gewindebohrung eingeschraubten
Anschlußverbindungsteils liegt.
Beim Einschrauben des Anschlußverbindungsteils wird der elastische
Dichtring gegen die Plattenoberfläche gedrückt. Dadurch entsteht
eine dichte Verbindung. Auf die Plattenoberfläche wirken dabei nur
Druckkräfte, die keine Gefahr darstellen. Der eingelegte elastische
Dichtring dient gleichzeitig als Dicht- und Federelement, das ein
kontrolliertes Anziehen des Anschlußverbindungsteils ermöglicht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher
beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
Fig. 1 einen Teil einer Mikrokomponente in einem Schnitt im Bereich
der Leitungsanschlüsse,
Fig. 2 eine Unteransicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1 und
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1.
Die dargestellte Mikrokomponente weist mehrere
aufeinanderliegende, im wesentlichen planparallele Platten 1 auf, von
denen in der Zeichnung nur eine dargestellt ist. Es handelt sich
hierbei um sog. Siliziumwafer mit (nicht dargestellter) eingeätzter
Geometrie. Aus der Oberfläche der Platte 1 treten Leitungsbohrungen
2 aus, an die Leitungen 3 über Leitungsanschlüsse 4 angeschlossen
sind, die zu Leitungsmündungen 4a führen.
In den aufeinanderliegenden Platten 1 sind deckungsgleiche
Durchbrüche 5 ausgespart, zwischen denen die Leitungsbohrungen 2
liegen. Die Lage der Leitungsbohrungen 2 ist in bezug auf die
Durchbrüche 5 genau definiert.
Ein im wesentlichen quaderförmiger Anschlußblock 6 enthält
Gewindebohrungen 7, in die jeweils eine handelsübliche
Mikroverschraubung 8 jedes Leitungsanschlusses 4 eingeschraubt
ist.
Aus der der Oberfläche der Platte 5 zugekehrten Anlagefläche 9 des
Anschlußblocks 6 springen vier Befestigungsstege 10 vor, die durch
die Durchbrüche 5 und eine Druckplatte 11 ragen, die an der
Rückseite der Platte 1 angeordnet ist.
Eine gemeinsame Befestigungseinrichtung, die die beschriebenen
Bauteile in diese Lage hält, besteht beim dargestellten
Ausführungsbeispiel aus einer Klemmspange 12, die durch
Querbohrungen 13 aller Befestigungsstege 10 gesteckt ist.
Zwischen jeder Stirnfläche 14 des eingeschraubten
Anschlußverbindungsteils der Mikroverschraubung 8 und der
Plattenoberfläche der Platte 1 ist jeweils ein elastischer Dichtring 15,
bspw. ein O-Ring eingelegt. Beim Einschrauben der
Mikroverschraubungen 8 in den Anschlußblock 6 entsteht somit ein
dichter Anschluß an die Leitungsbohrungen 2. Der elastische
Dichtring dient dabei zugleich auch als ein Federelement, daß ein
kontrolliertes Anziehen der Verbindung ermöglicht.
Claims (4)
1. Kupplung für Mikrokomponenten, bestehend aus mehreren, im
wesentlichen planparallelen Platten, mit Leitungsanschlüssen zur
Zuleitung flüssiger oder gasförmiger Komponenten und zu deren
Ableitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1)
deckungsgleiche Durchbrüche (5) aufweisen, daß ein mit den
Leitungsanschlüssen (4) versehener Anschlußblock (6) mehrere,
durch die Durchbrüche (5) und eine Druckplatte (11) ragende
Befestigungsstege (10) aufweist, die an der Rückseite der
Druckplatte (11) mit einer Befestigungseinrichtung (12) verbunden
sind, und daß der Anschlußblock (6) in seiner den Platten (1)
zugekehrten Anlagefläche (9) Leitungsmündungen (4a) aufweist,
denen jeweils eine Leitungsbohrung (2) der obersten Platte (1)
gegenüberliegt.
2. Kupplung für Mikrokomponenten nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leitungsbohrungen (2) in der
Plattenoberfläche zwischen den Durchbrüchen (5) liegen.
3. Kupplung für Mikrokomponenten nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Leitungsmündung (3a) des
Anschlußblocks (6) von einem elastischen Dichtring (15)
umgeben ist.
4. Kupplung für Mikrokomponenten nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Leitungsanschluß (4) eine zur
Leitungsmündung (4a) führende Gewindebohrung (7) aufweist
und daß der Dichtring (15) zwischen der Oberfläche der Platte (1)
und einer Stirnfläche (14) eines in die Gewindebohrung (7)
eingeschraubten Anschlußverschraubungsteils liegt.
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