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Die Erfindung betrifft eine Moduleinheit aus Fluidmodulen und eine Fluid-Analyseeinheit.
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Moduleinheiten sind aus verschiedenen Anwendungsbereichen bekannt, beispielsweise bei elektropneumatischen Systemen wie Ventilinseln. Dabei werden die Moduleinheiten aus unterschiedlichen Einzelmodulen aufgebaut, die miteinander lösbar verbunden werden, wobei mehrere Versorgungsleitungen durch die Moduleinheit verlaufen und jedes einzelne Fluidmodul beispielsweise mit Energie oder Luft versorgen. Der Vorteil solcher Systeme ist die hohe Flexibilität, was die Anzahl und Art der Fluidmodule betrifft, wobei diese Systeme in einfacher Weise auf individuelle Kundenwünsche angepasst werden können, indem verschiedene Einzelfluidmodule miteinander gekoppelt werden.
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Entscheidend in solchen Fluid-Moduleinheiten ist die Gestaltung von Schnittstellen zwischen den einzelnen Fluidmodulen, sodass einerseits eine zuverlässige, beispielsweise fluiddichte oder verlustarme optische Verbindung an diesen Schnittstellen gewährleistet ist und andererseits ein einfaches Austauschen von Fluidmodulen oder Erweitern der Moduleinheit mit weiteren oder anderen Einzelfluidmodulen jederzeit möglich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Moduleinheit zu schaffen, bei der die Fluidmodule einfach und sicher miteinander koppelbar sind. Ferner soll eine verbesserte Fluid-Analyseeinheit angegeben werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird mit einer Moduleinheit sowie mit einer Fluid-Analyseeinheit, die diese Moduleinheit umfasst, erreicht, die die Merkmale von Anspruch 1 bzw. 15 aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Fluid-Moduleinheit aus Fluidmodulen weist mindestens eine die Moduleinheit durchragende Fluidleitung auf, die aus ineinander übergehenden Leitungsabschnitten gebildet ist, welche die Fluidmodule durchqueren und an Seitenflächen der Fluidmodule in fluidische Schnittstellen münden, wobei je zwei Fluidmodule an sich gegenüberliegenden Seitenflächen lösbar miteinander verbunden und damit die fluidischen Schnittstellen auf den sich gegenüberliegenden Seitenflächen miteinander gekoppelt sind, wobei an sich gegenüberliegenden Seitenflächen mindestens je ein magnetisches Element seitlich entfernt vom zugeordneten Leitungsabschnitt vorgesehen ist und sich die magnetischen Elemente gegenüberliegender Seitenflächen gegenüberliegen und magnetisch anziehen.
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Die mechanische lösbare Verbindung zwischen den Fluidmodulen mit magnetischen Elementen zu bewerkstelligen, ist konstruktiv einfach, wenig aufwändig und sehr stabil realisierbar. Im Gegensatz dazu sind Konstruktionen mit Rastverbindungen oder Schnapphaken bekannt, die vor allem bei wiederholtem Verbinden und Lösen leicht beschädigt oder sogar abbrechen können.
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Außerdem ist eine gewünschte Verbindungskraft zwischen den einzelnen Fluidmodulen über eine entsprechende Auslegung der magnetischen Elemente einstellbar.
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Die Fluidleitung ist zur Aufnahme von Medien wie Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, und Gasen geeignet.
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Im Gegensatz zu einer im Stand der Technik nach der
DE 20 2010 001 422 U1 bekannten Lösung, bei der das magnetische Element den Leitungsabschnitt ringförmig umgibt, ist bei der Erfindung das magnetische Element seitlich entfernt vom Leitungsabschnitt positioniert.
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Es ist günstig, dass das magnetische Element seitlich entfernt vom zugeordneten Leitungsabschnitt angeordnet ist, sodass das Medium, das sich im Leitungsabschnitt befindet, nicht direkt mit dem magnetischen Element in Berührung kommt, da es andernfalls unerwünscht zu einer Kontamination kommen könnte. Magnetische Materialien haben besonders gegenüber anorganischen Medien keine hohe chemische Beständigkeit, und es könnten sich bei direktem Mediumkontakt unerwünscht Bestandteile aus dem magnetischen Element im Medium lösen.
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Die magnetischen Elemente sind zum Beispiel als Stecker und Buchse ausgebildet, indem ein magnetisches Element gegenüber seiner Seitenfläche vorsteht und in eine Ausnehmung in der gegenüberliegenden Seitenfläche eines Fluidmoduls ragt. Dadurch entsteht gewissermaßen eine doppelte Verbindung: Stecker und Buchse greifen ineinander und ziehen sich zusätzlich durch die zwischen ihnen wirkende Magnetkraft an.
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In einer Ausführungsform ist der Stecker als Permanentmagnet und die Buchse zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet oder umgekehrt. Der Stecker weist eine insbesondere kreiszylindrische oder quaderförmige Geometrie auf. Die Buchse ist topfförmig ausgebildet. Sie kann entweder vollständig aus weichmagnetischem Material sein, wodurch die zwischen Buchse und Stecker wirkende Magnetkraft vorteilhaft erhöht wird, oder nur teilweise, beispielsweise nur der Boden der Buchse. Bei einer zylindrischen, hülsenartigen Buchse aus nichtmagnetischem Material ergibt sich dann, dass das magnetische Element scheibenförmig ist. Bei einem scheibenförmigen magnetischen Element kann die separate Buchse auch entfallen, sodass Begrenzungswände der Ausnehmung in den Seitenflächen der Fluidmodule die Buchse bilden, was die Kosten reduziert.
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Es ist aber auch möglich, dass die Buchse oder ein Teil davon als Permanentmagnet und der Stecker aus weichmagnetischem Material gebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind an sich gegenüberliegenden Seitenflächen jeweils zwei magnetische Elemente angeordnet, wobei pro Paar gegenüberliegender Elemente eines als Stecker und eines als Buchse ausgebildet ist und pro Seitenfläche ein Stecker und eine Buchse vorhanden sind. Durch die Verwendung von zwei magnetischen Elementen auf einer Seitenfläche wird einerseits die Stabilität der Verbindung zwischen den Fluidmodulen erhöht und andererseits findet dadurch eine Ausrichtung der Fluidmodule zueinander statt. Bei zylinderförmigen Stecker und Buchsen wird durch die zwei magnetischen Elemente auf einer Seitenfläche eine Verdrehsicherung erreicht.
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Vorzugsweise sind die Moduleinheiten identisch, d. h. Gleichteile.
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Vorteilhafterweise weisen sich gegenüberliegende Seitenflächen eine identische Geometrie auf. Dies lässt sich besonders gut realisieren, wenn die Fluidmodule eine symmetrische Struktur haben, also zum Beispiel quader- oder würfelförmig ausgebildet sind. Auf den Seitenflächen der Fluidmodule sind jeweils ein Stecker und eine Buchse nebeneinander auf gleicher Höhe angeordnet, wobei jeweils die Stecker auf derselben Seite auf der Seitenfläche angeordnet sind. Beim Verbinden gegenüberliegender Seitenflächen zweier Fluidmodule passen die Seitenflächen wie Bild und Negativbild zueinander, und Stecker und Buchsen liegen sich jeweils gegenüber und greifen ineinander. Das hat den Vorteil, dass alle Fluidmodule mit identischen Konturen und identischem Aufbau hergestellt werden können, was sich günstig auf die Produktionskosten auswirkt. Vorzugsweise sind die Seitenflächen bis auf die Schnittstellen ebene Flächen.
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Die oder einige fluidische Schnittstellen sind zum Beispiel als Ausnehmungen in Seitenflächen der Fluidmodule ausgebildet, wobei die Ausnehmungen ein Dichtelement aufnehmen, um angrenzende Schnittstellen zu koppeln. Bei entsprechender Kontur der fluidischen Schnittstellen kann darauf angepasst das Dichtelement beispielsweise ein O-Ring sein, der so ausgelegt ist, dass er beim Verbinden von Fluidmodulen zwischen zwei sich gegenüberliegenden fluidischen Schnittstellen verpresst wird und diese nach außen abgedichtet sind. Es kann aber auch für jede Schnittstelle ein separates Dichtelement vorgesehen werden, sodass dann zwischen zwei miteinander verbundenen fluidischen Schnittstellen zwei Dichtelemente liegen, womit mehr Toleranzen aufgefangen werden können.
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In der Regel verringern zwar zwei Dichtelemente übereinander die Dichtwirkung. Der Vorteil ist jedoch, dass man die Dichtelemente fest in den zugeordneten Schnittstellen installiert und somit beim Lösen und Neuverbinden nicht mehr darauf achten muss, wo die Dichtelemente installiert sind und wo nicht. Dieses Problem tritt vor allem auf, wenn die Anzahl der Schnittstellen pro Seitenfläche ungerade ist. Wenn es z. B. zwei Schnittstellen sind, kann immer eine Schnittstelle pro Seitenfläche ein Dichtelement enthalten. Wenn nur eine Schnittstelle pro Seitenfläche vorhanden ist, ist beim Lösen nicht eindeutig, auf welcher Seite das Dichtelement gehört.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Moduleinheit neben der Fluidleitung von Zusatzleitungen, wie optischen und/oder elektrischen und/oder Kommunikations-Leitungen durchragt, die aus Zusatzleitungsabschnitten gebildet werden, die die Fluidmodule durchqueren und an Seitenflächen der Fluidmodule in Zusatzschnittstellen münden. Diese weiteren Leitungen, Zusatzleitungen genannt, können zum Durchführen von Messungen von Eigenschaften des Mediums, das in der Fluidleitung aufgenommen ist, und Auswerten von Messergebnissen erwünscht sein. Es ist günstig, dass beim Verbinden der Fluidmodule optische und elektrische Schnittstellen in ähnlicher Weise lösbar miteinander verbunden werden, wie das bei den fluidischen Schnittstellen der Fall ist. Das heißt, dass beim Verbinden der gegenüberliegenden Seitenflächen der Fluidmodule die mechanische Verbindung über die magnetischen Elemente bewirkt wird und dabei sämtliche Zusatzschnittstellen und Zusatzleitungsabschnitte miteinander verbunden werden.
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Die optische Schnittstelle ist vorteilhafterweise als ein lösbares Lichtwellenleiterkupplungsteil mit einer Aufnahme für die optische Leitung wie beispielsweise einer Lichtleitfaser ausgebildet. Lichtleitfasern werden auf bekannte Weise miteinander verbunden. Dabei ist es üblich, optische Kleber oder Gels einzusetzen:
Es ist besonders günstig, wenn das Lichtwellenleiterkupplungsteil die optische Leitung hülsenartig umgibt und an einer nach außen weisenden Stirnseite eine gabelförmige oder konusförmige Kupplungsgestaltung aufweist, wodurch aneinander gekoppelte optische Leitungen auch mechanisch verbunden sind. Das Lichtwellenleiterkupplungsteil ragt zusammen mit der Kupplungsgestaltung ganz oder teilweise in eine Ausnehmung der Fluidmodule.
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Bei einer gabelförmigen, insbesondere zweiarmigen Kupplungsgestaltung mit zwei sich im Lichtwellenleiterkupplungsteil gegenüberliegenden, vorzugsweise spitz zulaufenden Gabelarmen sind die Lichtwellenleiterkupplungsteile auf sich gegenüberliegenden Seitenflächen der Fluidmodule identisch und können auf einfache Weise um 90° bezüglich der Gabelarme gegeneinander verdreht zusammengesteckt und miteinander lösbar verbunden werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schneidet eine Längsschnittebene durch das Lichtwellenleiterkupplungsteil im Bereich der Spitzen der beiden Gabelarme eine Längsschnittebene durch die zwei als Stecker und Buchse ausgebildeten magnetischen Elemente in einem Winkel von 45°. Bei dieser Geometrie sind die Seitenflächen der Fluidmodule einschließlich der optischen Schnittstellen mit ihren Lichtwellenleiterkupplungsteilen identisch ausgebildet, sodass beim Verbinden gegenüberliegender Seitenflächen zweier Fluidmodule die Gabelarme der Kupplungsgestaltung ineinander greifen und die zwei Lichtleitfasern miteinander lösbar optisch verbunden werden.
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Die optische Schnittstelle richtet gemäß der bevorzugten Ausführungsform die angrenzenden Fluidmodule seitlich zueinander aus. Das hat den Vorteil, dass die Lichteinkopplung in ein benachbartes Fluidmodul äußerst verlustarm ist und Licht auch in Moduleinheiten mit mehreren aneinandergrenzenden Fluidmodulen über größere Leitungsabschnitte und mehrere optische Schnittstellen hinweg geleitet wird. Außerdem ist vorteilhaft, dass die Ausrichtung der Fluidmodule zueinander an der Schnittstelle mit den kleinsten Toleranzen vorgesehen ist, wohingegen die mechanischen Schnittstellen mit den magnetischen Elementen mit Spiel ausgelegt werden. Dadurch wird die Stabilität der Moduleinheit weiter erhöht, und es wird verhindert, dass zwischen den Fluidmodulen unerwünscht Spannungsbelastungen auftreten. Die magnetischen Elemente, die formschlüssig ineinandergreifen, bilden somit eine Grabzentrierung für die gekoppelten Fluidmodule.
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Die elektrischen Schnittstellen sind insbesondere als Federkontakte ausgebildet. Es sind aber auch andere bekannte elektrische Kontaktierungen wie Steckerverbindungen möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen die Fluidmodule an zumindest vier je paarweise entgegengesetzten, vorzugsweise an allen Seitenflächen, Schnittstellen zum Verbinden von Leitungsabschnitten auf. Auf diese Weise kann die Moduleinheit sehr flexibel aus Fluidmodulen aufgebaut werden. Die Fluidmodule können in einer Reihe hintereinander montiert werden. Es können mehrere solcher Reihen von Fluidmodulen parallel innerhalb einer Ebene angeordnet werden. Es ist ferner möglich, mehrere Ebenen von Fluidmodulen übereinander anzuordnen. Zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der Fluidmodule sind die dort angeordneten verschiedenen fluidischen, optischen und elektrischen Schnittstellen alle miteinander verbunden, wodurch die Moduleinheit durchragende Leitungen aus den jeweiligen Leitungsabschnitten in den Fluidmodulen zusammengesetzt sind.
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Die Fluidmodule weisen zum Beispiel an zumindest vier je paarweise entgegengesetzten, vorzugsweise an allen Seitenflächen, magnetische Elemente zum Verbinden mit gegenüberliegenden Seitenflächen weiterer Fluidmodule auf. So sind sämtliche sich gegenüberliegende Fluidmodule an ihren Seitenflächen auf die gleiche Weise mechanisch und magnetisch miteinander verbunden. Dadurch ist die Moduleinheit ein kompaktes, modulares und stabiles System, in dem jederzeit einfach Fluidmodule ausgetauscht oder bei Bedarf zusätzliche ergänzt werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform durchragen die fluidischen Leitungsabschnitte die magnetischen Elemente. Diese Ausführungsform wird vorzugsweise eingesetzt, wenn es sich bei dem Medium um ein organisches Fluid oder ein Inertgas handelt. Alternativ hierzu wird die Fluidleitung im Bereich des magnetischen Elements von diesem durch eine Trennwand beispielsweise durch einen Schlauchabschnitt, eine Folie oder ein Dichtelement abgetrennt.
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Erfindungsgemäß wird außerdem eine Fluid-Analyseeinheit mit einer Analysezelle und wenigstens einer an dieser ankoppelbaren Moduleinheit bereitgestellt, wobei mindestens ein Fluidmodul mit entsprechenden Schnittstellen der Analysezelle lösbar verbunden ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 ein Schnittbild einer Fluid-Analyseeinheit nach der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht zweier sich gegenüberliegender Fluidmodule, die zu einer erfindungsgemäßen Moduleinheit miteinander koppelbar sind;
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3 eine Schnittansicht durch eine magnetische Schnittstelle der Fluidmodule nach 2;
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4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Fluidmoduls mit einer optischen Schnittstelle zur Schaffung einer anderen erfindungsgemäßen Moduleinheit;
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5 eine perspektivische Ansicht zweier Lichtwellenleiterkupplungsteile beim Fluidmodul nach 4;
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6 eine Schnittansicht durch zwei sich gegenüberliegende Fluidmodule gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Moduleinheit;
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7 eine perspektivische Draufsicht auf eine Seitenfläche eines Fluidmoduls nach 6; und
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8 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fluidmoduls als Teil einer erfindungsgemäßen Moduleinheit.
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In 1 ist ein Schnittbild einer erfindungsgemäßen Fluid-Analyseeinheit 1 dargestellt, die eine Moduleinheit 2 und zwei als separate Bauteile ausgeführte Analysezellen 3 mit Sensormodulen 4 zur Diagnose von Mediumseigenschaften wie zum Beispiel pH-Wert, Trübung, Konzentration oder Absorption umfasst. Die Moduleinheit 2 weist zwei als separate Bauteile ausgeführte Fluidmodule 10 auf. Sowohl die Fluidmodule 10 sind an gegenüberliegenden Seitenflächen 12 mittels magnetischer Elemente 20 lösbar direkt miteinander verbunden als auch die Analysezellen 3 mit der Moduleinheit 2, wobei hier jede Analysezelle 3 mit einem Fluidmodul 10 gekoppelt ist.
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Die Moduleinheit 2 kann auf einfache Weise durch weitere Fluidmodule 10 und/oder weitere Analysezellen 3 ergänzt werden.
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Die Moduleinheit 2 wird von Fluidleitungen 15 und weiteren Leitungen, im Folgenden Zusatzleitungen 16 genannt, durchragt. Diese Zusatzleitungen 16 können optische, elektrische und/oder reine Kommunikationsleitungen sein. Die Fluidleitungen 15 und die Zusatzleitungen 16 setzen sich aus Leitungsabschnitten 15', 15'' bzw. Zusatzleitungsabschnitten 16, 16'' in den Fluidmodulen 10 zusammen, welche an den Seitenflächen 12 münden. Beim Verbinden von Fluidmodulen 10, was durch die magnetischen Elemente 20 erfolgt, werden die aneinander angrenzenden Leitungsabschnitte 15'', 16' miteinander zur Bildung der Fluidleitungen 15 bzw. Zusatzleitungen 16 miteinander gekoppelt.
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Durch eine schaltbare Verteilerstation lässt sich beispielsweise beim linken Fluidmodul 10 in 1 der von links kommende waagerechte Leitungsabschnitt 15'' mit dem von der Verteilerstation 5 nach unten verlaufenden, linken Leitungsabschnitt 15 koppeln, oder auch mit dem unteren waagerechten, nach rechts austretenden Leitungsabschnitt 15'' oder anderen Leitungsabschnitten. Dasselbe gilt auch für die Zusatzleitungsabschnitte 16', die wahlweise miteinander gekoppelt werden können, was ebenfalls durch die Verteilerstation 5 ermöglicht wird.
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Die Analysezellen 3 weisen ebenfalls Fluidleitungen 15 und Zusatzleitungen 16 auf, die auf den den Fluidmodulen 10 gegenüberliegenden Seitenflächen 12 münden. Die Fluidleitungen 15 und Zusatzleitungen 16 der Fluidmodule 10 gehen beim Verbinden der Analysezellen 3 mit der Moduleinheit 2 in die Fluidleitungen 15 und Zusatzleitungen 16 der Analysezellen 3 über.
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In den Analysezellen 3 führt jeweils eine Fluidleitung 15 zum Sensormodul 4 hin und eine zurück.
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Um eine variable Koppelung von beliebig vielen Fluidmodulen mit beliebigen Analysezellen 3 zu erreichen, haben die Fluidmodule 10 dieselben Grundflächenabmessungen wie die Analysezellen 3.
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Wie die Schnittstellen zwischen den Fluidmodulen 10 und zwischen den Analysezellen 3 und Fluidmodulen 10 im Detail ausgeführt sind, wird in den nachfolgenden Figuren beschrieben.
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In 2 sind zwei separate, miteinander zur Moduleinheit 2 koppelbare Fluidmodule 10 mit den sich gegenüberliegenden Seitenflächen 12 perspektivisch dargestellt, an denen fluidische Schnittstellen 14 vorgesehen sind. Die Fluidmodule 10 sind hier nicht als Würfel, sondern insbesondere als dünne Quader ausgebildet, mit zueinander senkrecht stehenden Seitenflächen. In den fluidischen Schnittstellen 14 münden Fluidleitungen 15, wie auch in der nachfolgenden Schnittansicht 6 erkennbar ist und dort im Detail beschrieben wird. Diese Fluidleitungen 15 durchdringen die Fluidmodule 10 vorzugsweise senkrecht zu den Seitenflächen 12.
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Die fluidischen Schnittstellen 14 sind als Ausnehmungen 17 ausgebildet, die jeweils ein die jeweilige Fluidleitung 15 seitlich begrenzendes Dichtelement 18 aufnehmen. Die Ausnehmungen 17 sind hier zylinderförmig dargestellt, und das Dichtelement 18 ist darauf abgestimmt ein O-Ring. Gegenüber den Fluidleitungen 15 sind die Ausnehmungen 17 seitlich erweitert, um einen Absatz für den O-Ring zu bilden.
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Selbstverständlich können die Ausnehmungen 17 auch eine andere Geometrie aufweisen, und die Geometrie des Dichtelements 18 wird dann auf die Geometrie der Ausnehmung 17 entsprechend angepasst.
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Auf jeder der insbesondere plan ausgeführten Seitenflächen 12 sind als Verbindungsmittel der zwei Fluidmodule 10 jeweils zwei magnetische Elemente 20 seitlich entfernt von den fluidischen Schnittstellen 14 angeordnet, wobei pro Seitenfläche 12 eines als Stecker 22 und eines als Buchse 24 ausgebildet ist. Stecker 22 und Buchse 24 liegen auf der Seitenfläche 12 nebeneinander auf gleicher Höhe und sind mit der Buchse 24 bzw. dem Stecker 22 des anderen Fluidmoduls koppelbar.
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Es ist aber auch möglich, dass auf der Seitenfläche 12 jedes Fluidmoduls 10 nur ein einziges magnetisches Element angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist auf der Seitenfläche 12 des ersten Fluidmoduls 10 das magnetische Element 20 als Stecker 22 ausgebildet und das magnetische Element auf der Seitenfläche 12 des diesem gegenüberliegenden zweiten Fluidmoduls 10 als Buchse 24.
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Alternativ ist das magnetische Element 20 nicht wie in 2 gezeigt seitlich entfernt von der Fluidleitung 15 angeordnet, sondern die Fluidleitung 15 ragt durch das magnetische Element 20, und die fluidische Schnittstelle 14 wird dann vom magnetischen Element 20 umgeben. Somit fallen die mechanische und fluidische Schnittstelle zusammen. Diese Ausführungsform ist besonders bei Anwendungen mit chemisch nicht aggressiven Medien, welche die Fluidleitungen 15 durchströmen, geeignet, wobei diese Medien nicht mit magnetischen Werkstoffen reagieren.
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Die Fluidleitung 15 kann in einer Ausführungsform zum magnetischen Element 20 hin, beispielsweise durch einen Schlauchabschnitt, abgedichtet werden.
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Die topfartigen Buchsen 24 werden in Ausnehmungen 26 nach außen hin bündig eingesetzt, sodass die Buchsen 24 die Ausnehmungen 26 auskleiden. Die Buchsen 24 sind aus weichmagnetischem Material.
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Es ist aber auch möglich, dass eine Buchse 24 durch die Ausnehmung 26 und eine dort am Boden der Ausnehmung angeordnete, separate Scheibe Scheibe aus weichmagnetischem Material ausgebildet ist.
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Der Stecker 22 ist zweiteilig als Buchse 24 und Permanentmagnet ausgeführt. Die Stecker 22 stehen gegenüber den Seitenflächen 12 vor.
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In die zwei Ausnehmungen 26 werden bei der in 2 dargestellten Ausführungsform zunächst zwei identische, topfartige Buchsen 24 aus weichmagnetischem Material eingesetzt, wobei eine der beiden Buchsen 24 den Permanentmagneten unter Ausbildung des Steckers 22 fest aufnimmt und die andere Buchse 24 den Stecker 22 der gegenüberliegenden Moduleinheit 10 beim Verbinden von zwei Moduleinheiten 10 miteinander lösbar aufnimmt. Bei dieser Anordnung wird die Magnetkraft des Steckers 22 durch die ihn im Stecker umgebende Buchse 24 vorteilhaft verstärkt.
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Alle Seitenflächen 12 aller Fluidmodule 10 weisen vorteilhaft eine identische Geometrie mit identischen Konturen auf. In 2 sind die Stecker 22 jeweils auf der linken Seite und die Buchsen 24 auf der rechten Seite angeordnet.
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Der Permanentmagnet ist in 2 Zylinderförmig dargestellt. Er kann natürlich auch eine andere Geometrie aufweisen, beispielsweise auch quaderförmig ausgebildet sein.
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In 3 ist eine Schnittansicht durch zwei miteinander verbundene magnetische Schnittstellen dargestellt. In den zwei sich gegenüberliegenden Moduleinheiten 10 ist jeweils ein magnetisches Element 20 angeordnet. Zwei Buchsen 24 aus weichmagnetischem Material, die vorzugsweise topfartig ausgebildet sind, liegen sich gegenüber. Eine der beiden Buchsen 24 nimmt den Permanentmagnet unter Ausbildung des Steckers 22 fest auf, wobei der Permanentmagnet mit einem Ende 30 teilweise über die Buchse 24 hinausragt. Der Permanentmagnet wird vorzugsweise am Boden 28 der Buchse 24 auf seiner dem Ende 30 gegenüberliegenden Seite in die Buchse 24 eingeklebt. Der Stecker 22 greift mit seinem vorstehenden Ende 30 in die zweite gegenüberliegende Buchse 24. Zwischen dem Stecker 22 und der Buchse 24 wirkt eine Magnetkraft, sodass zwischen diesen beiden sowohl eine mechanische als auch eine magnetische Verbindung besteht.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Fluidmoduls 10 mit den fluidischen Schnittstellen 14, den magnetischen Elementen 20, die als Stecker 22 und Buchse 24 ausgebildet sind, sowie einer optischen Schnittstelle 32, Zusatzschnittstelle genannt. In dieser Ausführungsform sind jeweils ein Stecker 22 und eine Buchse 24 auf zwei Seitenflächen 12 nebeneinander angeordnet. Alle magnetischen Elemente 20 liegen in einer Ebene.
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Die optische Schnittstelle 32 ist als ein lösbares Lichtwellenleiterkupplungsteil 34 mit einer Aufnahme für die optische Leitung 36 wie beispielsweise einer Lichtleitfaser ausgebildet und ist in 5 im Detail dargestellt.
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Das Lichtwellenleiterkupplungsteil 34 umgibt die optische Leitung 36 hülsenartig und weist an einer nach außen weisenden Stirnseite eine gabelförmige Kupplungsgestaltung mit zwei spitz zulaufenden Gabelarmen 38 auf. Das Lichtwellenleiterkupplungsteil 34 ragt zusammen mit der Kupplungsgestaltung ganz oder teilweise in eine Ausnehmung 40 der Fluidmodule 10.
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Die beiden sich in zwei gegenüberliegenden Fluidmodulen 10 ebenfalls gegenüberliegenden Lichtwellenleiterkupplungsteile 34 sind identisch ausgeführt und werden um Längsachsen durch die optischen Leitungen um 90° gegeneinander verdreht miteinander verbunden, wobei die Gabelarme 38 ineinander greifen und die optischen Leitungen 36 der beiden Fluidmodule 10 miteinander lösbar verbunden werden.
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In der Ausführungsform entsprechend 4 schneidet eine Längsschnittebene durch das Lichtwellenleiterkupplungsteil 34 im Bereich der Spitzen der beiden Gabelarme 38 eine Längsschnittebene durch die zwei als Stecker 22 und Buchse 24 ausgebildeten magnetischen Elemente 20 in einem Winkel α von 45°. Bei dieser Geometrie sind die Seitenflächen 12 der Fluidmodule 10 einschließlich der optischen Schnittstellen 32 mit ihren Lichtwellenleiterkupplungsteilen 34 identisch ausgebildet, sodass beim Verbinden gegenüberliegender Seitenflächen 12 der beiden Fluidmodule 10 die Gabelarme 38 der Kupplungsgestaltung ineinander greifen und die zwei Lichtleitfasern miteinander lösbar optisch verbunden werden.
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Die optische Schnittstelle 32 richtet die angrenzenden Fluidmodule 10 sogar seitlich zueinander aus. Das hat den Vorteil, dass die Lichteinkopplung in ein benachbartes Fluidmodul 10 äußerst verlustarm ist, sodass Licht auch in Moduleinheiten mit mehreren aneinandergrenzenden Fluidmodulen über größere Leitungsabschnitte und mehrere optische Schnittstellen hinweg geleitet wird.
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In der Ebene, in der die magnetischen Elemente 20 liegen, sind in Bereichen, wo jeweils zwei Seitenflächen 12 ineinander übergehen, Griffmulden 42 angeordnet, die ein einfaches Lösen zweier miteinander verbundener Fluidmodule 10 durch Auseinanderziehen gegen die wirkende Magnetkraft ermöglicht.
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Jedes Fluidmodul 10 ist in Schichtbauweise aus parallel übereinander angeordneten Platten 44 zusammengesetzt. Dabei sind Konturen für die Fluidleitungen 15 und Zusatzleitungen 36, die die Fluidmodule 10 durchragen, jeweils zur Hälfte in aufeinander folgenden, sich gegenüberliegenden Platten 44 eingeformt.
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Die Platten 44 sind beispielsweise in Kunststofftechnik spritzgießtechnisch oder mittels spanender Fertigungsweise aus Metall ausgeführt und werden auf bekannte Weise miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt oder bei Kunststoff auch mittels Bondingverfahren oder Laserstrahlschweißen oder Ultraschallschweißen hergestellt.
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Es ist aber auch möglich, die Leitungskonturen jeweils in einer Platte 44 auszuführen und mit einer darauffolgenden planen Platte zu deckeln.
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6 zeigt eine Schnittansicht durch zwei sich gegenüberliegende Fluidmodule 10, bei der mehrere Schnittstellen in die Schnittebene geschoben werden. An den Seitenflächen 12 sind die Ausnehmungen 26 angeordnet, die die magnetischen Elemente 20 aufnehmen, die als Stecker 22 und Buchse 24 ausgebildet sind. Fluidleitungsabschnitte 15' verlaufen in den Fluidmodulen 10 und münden an den Seitenflächen 12 in den fluidischen Schnittstellen 14. In zusammengesetzten Fluidmodulen 10 bilden die zusammengesetzte Fluidleitungsabschnitte 15' in einer Moduleinheit die Fluidleitung 15.
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Die Fluidmodule 10 werden auch von den optischen Leitungen 36 durchragt, die an den Seitenflächen 12 in den sich gegenüberliegenden optischen Schnittstellen 32 münden. Auch diese Zusatzleitungen 36 setzen sich aus Leitungsabschnitten 36' in den Fluidmodulen 10 zusammen.
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Die Fluidmodule 10 werden optional von elektrischen Leitungen 48 durchragt, die an den Seitenflächen 12 der Fluidmodule 10 in elektrischen Schnittstellen 46 (ebenfalls Zusatzschnittstelle genannt) münden, um die zugehörigen Leitungsabschnitte 48' zu koppeln. Die elektrischen Schnittstellen 46 sind als Federkontakte oder Steckkontakte ausgebildet.
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In 7 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Seitenfläche 12 eines Fluidmoduls 10 ähnlich wie in 6 dargestellt. Hier sind mehrere elektrische Schnittstellen 46 vorgesehen, die als Pins und Buchsen ausgeführt sind.
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8 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fluidmoduls 10, wobei in der Schnitteben an jeder Seitenfläche 12 magnetische Stecker 22 und Buchsen 24 angeordnet sind. Damit lassen sich in einer Ebene in allen Raumrichtungen Fluidmodule 10 zu einer Moduleinheit 2 verbinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010001422 U1 [0010]
