EP2321653A2 - Druckstellglied, insbesondere belüftungsventil zur belüftung eines mikrodispensers - Google Patents

Druckstellglied, insbesondere belüftungsventil zur belüftung eines mikrodispensers

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Publication number
EP2321653A2
EP2321653A2 EP09777971A EP09777971A EP2321653A2 EP 2321653 A2 EP2321653 A2 EP 2321653A2 EP 09777971 A EP09777971 A EP 09777971A EP 09777971 A EP09777971 A EP 09777971A EP 2321653 A2 EP2321653 A2 EP 2321653A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
valve
pressure actuator
capillary
actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09777971A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Wurzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Scienion GmbH
Original Assignee
Scienion GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Scienion GmbH filed Critical Scienion GmbH
Publication of EP2321653A2 publication Critical patent/EP2321653A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K15/00—Check valves
    • F16K15/14—Check valves with flexible valve members
    • F16K15/144—Check valves with flexible valve members the closure elements being fixed along all or a part of their periphery
    • F16K15/147—Check valves with flexible valve members the closure elements being fixed along all or a part of their periphery the closure elements having specially formed slits or being of an elongated easily collapsible form
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027—General features of the devices
    • G01N2035/1034—Transferring microquantities of liquid
    • G01N2035/1039—Micropipettes, e.g. microcapillary tubes

Definitions

  • the invention relates to a pressure actuator, in particular a vent valve for venting a microdispenser.
  • WO 2006/128662 A1 discloses microdispensers which can be used for dispensing microdrops.
  • the dispensing process is effected by a piezoelectric actuator which compresses the sample container and thereby ejects microdrops through a nozzle from the microdispenser. It is important that there is a negative pressure in the sample container of the microdispenser. This prevents the sample liquid from simply escaping through the nozzle from the sample container of the microdispenser, which is why the required underpressure is also referred to as holding pressure.
  • the holding pressure in the sample container always decreases with each dispensing operation in accordance with the amount of liquid ejected, whereby the dispensing operation can be hindered.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a suitable pressure actuator for adjusting the holding pressure in such a microdispenser. This object is achieved by an inventive pressure actuator according to the main claim.
  • the invention comprises a pressure actuator having an inlet for supplying a fluid (e.g., ambient air) and an outlet for discharging the fluid, the pressure actuator adjusting at the outlet a predetermined holding pressure which is smaller than the pressure at the inlet by a predetermined pressure difference.
  • a fluid e.g., ambient air
  • the inlet of the pressure actuator is usually connected to the ambient atmosphere, while the outlet of the pressure actuator opens into the sample container of the microdispenser.
  • the invention is not limited to the use of the pressure actuator as a vent valve in a microdispenser. Rather, the invention also claims protection for the use of the pressure actuator according to the invention in other applications, for example in an inkjet printer, a pump, a dosing system, an analysis system or diagnostic equipment.
  • the pressure actuator according to the invention is not only suitable for the passage of air, but also allows the passage of other gaseous or liquid fluids.
  • the pressure actuator is an active valve, in which the valve position is adjustable by an actuator, wherein the actuator is preferably an electromechanical actuator, such as a piezoelectric actuator or a magnetic actuator.
  • the actuator can therefore choose the valve open or close, whereby intermediate positions are possible.
  • the pressure actuator is a passive valve in which the valve position is determined solely by the pressure at the outlet and the pressure at the inlet.
  • the valve opens when the holding pressure at the outlet relative to the pressure at the inlet below a predetermined desired value, so that inflowing fluid brings the holding pressure back to the predetermined desired value.
  • the pressure actuator according to the invention can therefore also be designed as a check valve.
  • the pressure actuator has a tube connecting the inlet of the pressure actuator with the outlet of the pressure actuator, wherein in the tube an elastic valve membrane is used, which can be deflected axially between different positions.
  • the valve diaphragm is in the neutral position
  • valve diaphragm (i.e., without an axial deflection) closed and opened in a deflected position, wherein the deflection of the valve diaphragm is preferably from the inlet side to the outlet side.
  • the valve membrane preferably has a breakthrough, wherein the breakthrough in the neutral position of the valve diaphragm closes automatically due to the elasticity of the valve membrane, while the breakthrough opens in the deflected valve position due to the deflection-induced deformation of the valve diaphragm.
  • the breakthrough in the valve membrane may be slot-shaped or punctiform, but others are also Shapes of breakthroughs in the valve diaphragm possible.
  • the decisive factor is that the opening in the valve diaphragm automatically closes or opens depending on the position of the valve diaphragm.
  • the valve membrane is multi-layered and has at least a first layer and a second layer.
  • the first layer is permeable to gas, wherein the breakthrough in the valve membrane does not pass through the first layer.
  • the second layer is gas-tight, with the aperture in the valve membrane passing through the second gas-tight layer.
  • the pressure actuator can be a passive valve, the deflection of the valve diaphragm being effected exclusively by the pressure difference between inlet and outlet.
  • an actuator for example a piezoactuator
  • the tube, in which the valve membrane is inserted have an elastic wall which is cuff-shaped surrounded by the actuator, so that the actuator presses radially from the outside to the wall of the tube and thus compresses the valve membrane inserted into the tube and thereby axially deflects.
  • the pressure actuator on the other hand, on the outlet side, a pipe piece, in which an elastic shut-off (eg, a unilaterally open hose piece) is inserted.
  • an elastic shut-off eg, a unilaterally open hose piece
  • the shut-off body releases an annular gap between the shut-off body and the inner wall of the pipe section when the pressure at the outlet falls below the holding pressure and / or when an actuator compresses the pipe section.
  • the shut-off body is preferably a hose which is open at one end and is inserted with its open end into the pipe section, so that the hose, which is open on one side, abuts against the inner wall of the pipe section with its outer jacket surface and thereby seals the pipe section.
  • shut-off body is an elastic rod or an elastic ball, which are inserted into the open pipe piece and depending on the valve position seal the pipe section or release an annular gap.
  • the pipe piece and the shut-off body have a different elasticity, wherein the pipe piece is preferably substantially rigid, while the shut-off body is elastic.
  • both the pipe section and the shut-off body are elastic, but have a different deformation behavior.
  • an actuator is provided, which presses radially from the outside on the elastic pipe section and the pipe section and thus the shut-off differently deformed thereby creating a gap between the pipe section and the shut-off, by the fluid (eg ambient air) from the inlet can get to the outlet.
  • the pressure actuator on a capillary which connects the inlet to the outlet and contains a liquid column, wherein the holding pressure at the outlet side is determined by the capillary action of the capillary.
  • the capillary action pulls the liquid column in the capillary toward the inlet, creating a vacuum on the outlet side.
  • the capillary can in this case have a coating which influences the capillary action, wherein the coating of the capillary can be designed such that the capillary action increases continuously or in steps over the length of the capillary from the inlet to the outlet or from the outlet to the inlet or decreases.
  • the capillary may have an internal cross-section which is substantially constant over the length of the capillary.
  • the capillary has an internal cross-section which decreases continuously or in steps over the length of the capillary from the outlet to the inlet or from the inlet to the outlet.
  • the inner diameter of the capillary is preferably in the range of 1 ⁇ m to 3 cm, wherein different partial regions are possible within this interval.
  • the invention includes not only the pressure actuator according to the invention described above, but also a microdispenser with such a pressure actuator for aerating the Mikrodispensers.
  • microdispenser is described, for example, in the aforementioned patent application WO 2006/128662 A1, so that the content of this patent application is fully attributable to the present description.
  • FIG. 1A shows a plan view and a cross-sectional view of a valve diaphragm of a valve according to the invention in the closed state
  • FIG. 1B shows a longitudinal section through the valve according to the invention with the closed valve membrane according to FIG.
  • FIG. 1C shows the valve membrane from FIGS. 1A and 1B in the opened state
  • FIG. 1 shows the longitudinal section from FIG. 1B in the opened state of the valve membrane
  • Figure IE is a cross-sectional view of an inventive
  • FIG. 2A shows a modification of the exemplary embodiment from FIGS. 1A to IE with an additional piezoactuator surrounding the tube with the valve membrane in the manner of a sleeve,
  • FIG. 2B shows the embodiment according to FIG. 2A with radially compressed actuator and deflected valve membrane
  • FIG. 3A shows a further exemplary embodiment of a valve according to the invention with a flexible hose piece open on one side as a valve element
  • FIG. 3B shows the embodiment according to FIG. 3A with an open valve position
  • FIG. 3C shows a microdispenser with a ventilation valve according to FIGS. 3A and 3B
  • FIG. 4A shows a modification of the embodiment according to FIGS. 3A and 3B with an additional piezoactuator for adjusting the valve position
  • FIG. 4B shows the embodiment according to FIG. 4A in the opened state
  • Figure 5 shows another embodiment of a Mikrodispensers invention, in which the holding pressure is adjusted by a capillary.
  • FIG. 6A shows a modification of the embodiment according to FIGS. 1A-1D in the closed state
  • FIG. 6B shows the embodiment according to FIG. 6A in the opened state
  • FIG. 7A shows a modification of the embodiment according to FIGS. 1A-1D in the closed state
  • FIG. 7B shows the embodiment according to FIG. 7A in the opened state.
  • FIGs IA to ID show a first embodiment of a ventilation valve 1 according to the invention, which can be used for ventilation of the Mikrodispensers 2 shown in Figure IE.
  • the ventilation valve 1 essentially consists of a valve membrane 3, which is inserted into a pipe section 4, whereby the pipe section 4 is the wall of a sample reservoir 5 of the microdispenser 2.
  • the valve membrane 3 in this case has a slot-shaped opening 6, which opens or closes in dependence on the deformation of the valve membrane 3.
  • FIGS. 1A and 1B show a neutral position of the valve membrane 3, in which the valve membrane 3 is not axially deflected, so that the slot-shaped opening 6 in the valve membrane 3 automatically closes due to the elasticity of the valve membrane 3.
  • microdispenser 2 largely corresponds to the microdispenser described in the already mentioned patent application WO 2006/128662 A1, so that this patent application is to be fully attributed to the present description.
  • the microdispenser 2 for ejecting microdroplets 7 has a piezoelectric actuator 8, which surrounds the sample reservoir 5 in the area of a constriction 9 in the manner of a sleeve and thereby in a sample container 10 in the front region of the microdispenser 2 a pressure wave which causes the microdrops 7 to be ejected through a nozzle 11.
  • FIGS. 2A and 2B largely corresponds to the exemplary embodiment described above and illustrated in FIGS. 1A to 1U, so that in order to avoid repetition of the above
  • a peculiarity of this embodiment is that the pipe section 4 in the area of the valve membrane 3 is surrounded on the outside cuff-shaped by an electromechanical actuator 12 which can radially compress the pipe section 4 depending on its electrical activation, which causes a corresponding axial deflection of the valve membrane 3. acts.
  • it is an active valve, in which the valve position is determined not only by the pressure conditions at the inlet and at the outlet of the valve, but by the activation of the actuator 12th
  • FIGs 3A and 3B show another embodiment of a ventilation valve 13 according to the invention, which can be used for ventilation of the microdispenser 2, as shown in Figure 3C can be seen.
  • the ventilation valve 13 again has a rigid pipe section 14 into which an elastic hose section 15 open at one end and closed at one end is inserted with its open end, wherein the outer jacket surface of the hose section 15 on the inner wall of the pipe section 14 due to the inherent elasticity of the hose section 15 is applied and thereby seals this.
  • FIG. 3B shows the opened state of the venting valve 13, wherein the negative pressure in the pipe section 14 causes the wall of the elastic hose section 15 to lift off the inner wall of the pipe section 14, thereby releasing an annular gap between the hose section 15 and the pipe section 14.
  • FIGS. 4A and 4B show a modification of the exemplary embodiment according to FIGS. 3A and 3B, this modification being largely identical to the exemplary embodiment described above, so that reference is made to the above description in order to avoid repetition.
  • a special feature of this embodiment is that the pipe section 14 is surrounded on the outside by an actuator 16, which can compress the pipe section 14 and thus also the hose piece 15.
  • the tube piece 14 and the tube piece 15 in this case have a different deformation behavior, so that a compression of the tube piece 14 by the actuator 16 results in the fact that between the tube piece 15 and the tube piece 14 gas passages form, can pass through the gas.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a microdispenser 2 according to the invention, this exemplary embodiment play largely in accordance with the embodiments shown in FIGS. IE and 3C, so that in order to avoid repetition, reference is made to the above description, the same reference numerals being used for corresponding details in the following.
  • a special feature of this embodiment is that a liquid container 17 is connected to the sample reservoir 5, in which a capillary 18 is arranged, wherein in the capillary 18 is a liquid column.
  • the capillary action in the capillary 18 in this case causes the liquid column in the capillary 18 to be pulled upward, as a result of which a negative pressure is created in the sample reservoir 5.
  • FIGS. 6A and 6B corresponds largely to the exemplary embodiment described above and illustrated in FIGS. 1A to 1U, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details below.
  • a special feature of this embodiment is that on the inlet side immediately behind the Ventilmemb- 3 a rigid support plate 19 is arranged, which has an opening in the center.
  • the holding plate 19 holds the valve membrane 3 in the closed state, since the valve membrane 3 then rests on the holding plate 19.
  • FIGS. 7A and 7B corresponds largely to the exemplary embodiment described above and illustrated in FIGS. 1A to 1U, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numbers being used for corresponding details in the following.
  • a special feature here is that the hose piece 15 always seals the pipe piece 14, i. regardless of the pressure conditions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckstellglied (1), insbesondere ein Belüftungsventil zur Belüftung eines Mikrodispensers, mit einem Einlass zur Zuführung eines Fluids und einem Auslass zur Abgabe des Fluids, wobei das Druckstellglied (1) einen vorgegebenen Haltedruck an dem Auslass einstellt, während der Haltedruck an dem Auslass um eine vorgegebene Druckdifferenz kleiner ist als der Druck an dem Einlass.

Description

BESCHREIBUNG
Druckstellglied, insbesondere
Belüftungsventil zur Belüftung eines Mikrodispensers
Die Erfindung betrifft ein Druckstellglied, insbesondere ein Belüftungsventil zur Belüftung eines Mikrodispensers.
Aus WO 2006/128662 Al sind Mikrodispenser bekannt, die zum Dispensieren von Mikrotropfen eingesetzt werden können. Der Dispensiervorgang wird hierbei durch einen Piezoaktor bewirkt, der den Probenbehälter zusammendrückt und dadurch Mik- rotropfen durch eine Düse aus dem Mikrodispenser ausstößt. Wichtig ist hierbei, dass in dem Probenbehälter des Mikrodispensers ein Unterdruck herrscht. Dadurch wird verhindert, dass die Probenflüssigkeit einfach durch die Düse aus dem Probenbehälter des Mikrodispensers ausläuft, weshalb der er- forderliche Unterruck auch als Haltedruck bezeichnet wird. Der Haltedruck in dem Probenbehälter sinkt jedoch mit jedem Dispensiervorgang entsprechend der ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge immer weiter ab, wodurch der Dispensiervorgang behindert werden kann. Es ist deshalb wünschenswert, den Halte- druck in dem Probenbehälter möglichst exakt einzustellen, so dass einerseits der Dispensiervorgang nicht durch einen zu großen Unterdruck behindert wird, aber andererseits der Haltedruck hinreichend niedrig ist, um ein Ausfließen der Probenflüssigkeit aus dem Probenbehälter zu verhindern.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Druckstellglied zur Einstellung des Haltedrucks in einem derartigen Mikrodispenser zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Druckstellglied gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung umfasst ein Druckstellglied mit einem Einlass zur Zuführung eines Fluids (z.B. ümgebungsluft ) und einem Auslass zur Abgabe des Fluids, wobei das Druckstellglied an dem Auslass einen vorgegebenen Haltedruck einstellt, der um eine vorgegebene Druckdifferenz kleiner ist als der Druck an dem Einlass.
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Druckstellglieds zur Belüftung eines Mikrodispensers ist der Einlass des Druckstellglieds in der Regel mit der Umgebungsatmosphäre verbunden, während der Auslass des Druckstellglieds in den Probenbehäl- ter des Mikrodispensers mündet.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz des Druckstellglieds als Belüftungsventil in einem Mikrodispenser beschränkt. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Einsatz des erfindungsgemäßen Druckstellglieds bei anderen Anwendungen, beispielsweise in einem Tintenstrahldrucker, einer Pumpe, einem Dosiersystem, einem Analysesystem oder diagnostischen Geräten.
Dementsprechend eignet sich das erfindungsgemäße Druckstellglied nicht nur zur Durchleitung von Luft, sondern ermöglicht auch die Durchleitung von anderen gasförmigen oder flüssigen Fluiden.
In einer Variante der Erfindung ist das Druckstellglied ein aktives Ventil, bei dem die Ventilstellung durch einen Aktor einstellbar ist, wobei der Aktor vorzugsweise ein elektrome- chanischer Aktor ist, wie beispielsweise ein Piezoaktor oder ein Magnetaktor. Der Aktor kann also das Ventil wahlweise öffnen oder schließen, wobei auch Zwischenstellungen möglich sind.
In einer anderen Variante der Erfindung ist das Druckstell- glied dagegen ein passives Ventil, bei dem die Ventilstellung ausschließlich durch den Druck an dem Auslass und den Druck an dem Einlass bestimmt wird. Vorzugsweise öffnet das Ventil dann, wenn der Haltedruck an dem Auslass relativ zu dem Druck an dem Einlass einen vorgegebenen Soll-Wert unterschreitet, so dass nachströmendes Fluid den Haltedruck wieder auf den vorgegebenen Soll-Wert bringt. Das erfindungsgemäße Druckstellglied kann also auch als Rückschlagventil ausgebildet sein.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Druckstellglied ein Rohr auf, das den Einlass des Druckstellglieds mit dem Auslass des Druckstellglieds verbindet, wobei in das Rohr eine elastische Ventilmembran eingesetzt ist, die zwischen verschiedenen Stellungen axial ausgelenkt werden kann. Vorzugsweise ist die Ventilmembran in der Neutralstellung
(d.h. ohne eine axiale Auslenkung) geschlossen und in einer ausgelenkten Stellung geöffnet, wobei die Auslenkung der Ventilmembran vorzugsweise von der Einlassseite zu der Auslassseite erfolgt.
Hierzu weist die Ventilmembran vorzugsweise einen Durchbruch auf, wobei sich der Durchbruch in der Neutralstellung der Ventilmembran aufgrund der Elastizität der Ventilmembran selbständig schließt, während sich der Durchbruch in der aus- gelenkten Ventilstellung aufgrund der auslenkungsbedingten Verformung der Ventilmembran öffnet.
Der Durchbruch in der Ventilmembran kann beispielsweise schlitzförmig oder punktförmig sein, jedoch sind auch andere Formen von Durchbrüchen in der Ventilmembran möglich. Entscheidend ist lediglich, dass sich der Durchbruch in der Ventilmembran in Abhängigkeit von der Stellung der Ventilmembran selbständig schließt bzw. öffnet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ventilmembran mehrschichtig und weist zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht auf. Die erste Schicht ist hierbei gasdurchlässig, wobei der Durchbruch in der Ventilmembran nicht durch die erste Schicht hindurchgeht. Die zweite Schicht ist dagegen hierbei gasdicht, wobei der Durchbruch in der Ventilmembran durch die zweite gasdichte Schicht hindurchgeht.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass es sich bei dem Druckstellglied um ein passives Ventil handeln kann, wobei die Auslenkung der Ventilmembran ausschließlich durch die Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass bewirkt wird. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass zur Auslenkung der Ventilmembran ein Aktor (z.B. ein Piezoaktor) vorgesehen sein kann, der radial von außen auf die Ventilmembran wirkt und die Ventilmembran radial zusammendrückt und dadurch axial auslenkt. Beispielsweise kann das Rohr, in welches die Ventilmembran eingesetzt ist, eine elastische Wandung aufweisen, die manschettenförmig von dem Aktor umgeben ist, so dass der Aktor radial von außen auf die Wandung des Rohrs drückt und damit auch die in das Rohr eingesetzte Ventilmembran zusammendrückt und dadurch axial auslenkt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Druckstellglied dagegen auslassseitig ein Rohrstück auf, in das ein elastischer Absperrkörper (z.B. ein einseitig offenes Schlauchstück) eingesetzt ist. Im geschlossenen Zustand dichtet die Eigenspannung des Absperrkörpers das Rohrstück ab, so dass einlassseitig kein Fluid (z.B. Luft) in das Rohrstück eindringen kann. Im geöffneten Zustand gibt der Absperrkörper dagegen einen Ringspalt zwischen dem Absperrkörper und der Innenwand des Rohrstücks frei, wenn der Druck an dem Auslass den Haltedruck unterschreitet und/oder wenn ein Aktor das Rohrstück zusammendrückt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Absperrkörper um einen einseitig offenen Schlauch, der mit seinem offenen Ende in das Rohrstück eingeführt ist, so dass der einseitig offene Schlauch mit seiner äußeren Mantelfläche an der Innenwand des Rohrstücks anliegt und dadurch das Rohrstück abdichtet.
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der Absperrkörper ein elastischer Stab oder eine elastische Kugel ist, die in das offene Rohrstück eingesetzt sind und je nach Ventilstellung das Rohrstück abdichten bzw. einen Ringspalt freigeben.
Vorzugsweise haben das Rohrstück und der Absperrkörper eine unterschiedliche Elastizität, wobei das Rohrstück vorzugsweise im Wesentlichen starr ist, während der Absperrkörper elastisch ist.
In einer Variante dieses Ausführungsbeispiels sind sowohl das Rohrstück als auch der Absperrkörper elastisch, weisen aber ein unterschiedliches Verformungsverhalten auf. In dieser Variante ist ein Aktor vorgesehen, der von außen radial auf das elastische Rohrstück drückt und das Rohrstück und damit auch den Absperrkörper dadurch unterschiedlich verformt, wodurch ein Spalt zwischen dem Rohrstück und dem Absperrkörper entsteht, durch den Fluid (z.B. Umgebungsluft) von dem Einlass zu dem Auslass gelangen kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Druckstellglied dagegen eine Kapillare auf, die den Einlass mit dem Auslass verbindet und eine Flüssigkeitssäule enthält, wobei der Haltedruck an der Auslassseite durch die Kapillar- Wirkung der Kapillare bestimmt wird. So zieht die Kapillarwirkung die Flüssigkeitssäule in der Kapillare in Richtung zu dem Einlass, wodurch ein Unterdruck auf der Auslassseite entsteht.
Die Kapillare kann hierbei eine Beschichtung aufweisen, welche die Kapillarwirkung beeinflusst, wobei die Beschichtung der Kapillare so ausgebildet sein kann, dass die Kapillarwirkung über die Länge der Kapillare von dem Einlass zu dem Auslass oder von dem Auslass zu dem Einlass hin kontinuierlich oder in Sprüngen zunimmt oder abnimmt.
Darüber hinaus kann die Kapillare einen Innenquerschnitt aufweisen, der über die Länge der Kapillare im Wesentlichen konstant ist.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Kapillare einen Innenquerschnitt aufweist, der über die Länge der Kapillare von dem Auslass zu dem Einlass oder von dem Einlass zu dem Auslass hin kontinuierlich oder in Sprüngen abnimmt.
Darüber hinaus besteht bei diesem Ausführungsbeispiel die Möglichkeit, dass an dem auslassseitigen Ende der Kapillare eine Fritte angeordnet ist, um ein Abreißen von kleinen Luftblasen zu erleichtern.
Ferner ist zu erwähnen, dass der Innendurchmesser der Kapillare vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 3 cm liegt, wobei verschiedene Teilbereiche innerhalb dieses Intervalls möglich sind. Die Erfindung umfasst jedoch nicht nur das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Druckstellglied, sondern auch einen Mikrodispenser mit einem derartigen Druckstellglied zum Belüften des Mikrodispensers .
Ein derartiger Mikrodispenser ist beispielsweise in der eingangs erwähnten Patentanmeldung WO 2006/128662 Al beschrieben, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegen- den Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfin- düng anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur IA eine Aufsicht und eine Querschnittsansicht einer Ventilmembran eines erfindungsgemäßen Ventils im geschlossenen Zustand,
Figur IB einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Ventil mit der geschlossenen Ventilmembran gemäß Figur IA,
Figur IC die Ventilmembran aus den Figuren IA und IB im geöffneten Zustand,
Figur ID den Längsschnitt aus Figur IB im geöffneten Zustand der Ventilmembran,
Figur IE eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen
Mikrodispensers mit dem Ventil gemäß den Figuren IA bis IE, Figur 2A eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus den Figuren IA bis IE mit einem zusätzlichen Piezoak- tor, der das Rohr mit der Ventilmembran manschet- tenförmig umgibt,
Figur 2B das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2A mit radial komprimiertem Aktor und ausgelenkter Ventilmembran,
Figur 3A ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs- gemäßen Ventils mit einem flexiblen, einseitig offenen Schlauchstück als Ventilelement,
Figur 3B das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3A mit einer geöffneten Ventilstellung,
Figur 3C einen Mikrodispenser mit einem Belüftungsventil gemäß den Figuren 3A und 3B,
Figur 4A eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 3A und 3B mit einem zusätzlichen Piezoaktor zur Einstellung der Ventilstellung,
Figur 4B das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4A im geöffneten Zustand,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrodispensers, bei dem der Haltedruck durch eine Kapillare eingestellt wird.
Figur 6A ein Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 1A-1D im geschlossenen Zustand,
Figur 6B das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6A im geöffneten Zustand, Figur 7A ein Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 1A-1D im geschlossenen Zustand,
Figur 7B das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7A im geöffne- ten Zustand.
Die Figuren IA bis ID zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Belüftungsventils 1, das zur Belüftung des in Figur IE dargestellten Mikrodispensers 2 einge- setzt werden kann.
Das Belüftungsventil 1 besteht im Wesentlichen aus einer Ventilmembran 3, die in ein Rohrstück 4 eingesetzt ist, wobei es sich bei dem Rohrstück 4 um die Wandung eines Probenreser- voirs 5 des Mikrodispensers 2 handelt.
Die Ventilmembran 3 weist hierbei einen schlitzförmigen Durchbruch 6 auf, der sich in Abhängigkeit von der Verformung der Ventilmembran 3 öffnet bzw. schließt.
So zeigen die Figuren IA und IB eine Neutralstellung der Ventilmembran 3, in der die Ventilmembran 3 axial nicht ausgelenkt ist, so dass sich der schlitzförmige Durchbruch 6 in der Ventilmembran 3 aufgrund der Elastizität der Ventilmemb- ran 3 selbständig schließt.
Die Figuren IC und ID zeigen dagegen eine axial ausgelenkte Stellung der Ventilmembran 3, in der sich der schlitzförmige Durchbruch 6 öffnet.
Zu der Darstellung in Figur IE ist ergänzend zu erwähnen, dass der Mikrodispenser 2 weitgehend mit dem Mikrodispenser übereinstimmt, der in der bereits eingangs erwähnten Patentanmeldung WO 2006/128662 Al beschrieben ist, so dass der In- halt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Es ist an dieser Stelle lediglich zu erwähnen, dass der Mikrodispenser 2 zum Ausstoßen von Mikrotropfen 7 einen Pie- zoaktor 8 aufweist, der das Probenreservoir 5 im Bereich einer Engstelle 9 manschettenförmig umgibt und dadurch in einem Probenbehälter 10 im vorderen Bereich des Mikrodispensers 2 eine Druckwelle erzeugen kann, die dazu führt, dass die Mik- rotropfen 7 durch eine Düse 11 ausgestoßen werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2A und 2B stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Figuren IA bis IE dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende
Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass das Rohrstück 4 im Bereich der Ventilmembran 3 außen manschettenförmig von einem elektromechanischen Aktor 12 umgeben ist, der in Abhängigkeit von seiner elektrischen Ansteuerung das Rohrstück 4 radial zusammendrücken kann, was eine entsprechende axiale Auslenkung der Ventilmembran 3 be- wirkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich also um ein aktives Ventil, bei dem die Ventilstellung nicht nur durch die Druckverhältnisse am Einlass und am Auslass des Ventils bestimmt wird, sondern durch die Ansteuerung des Aktors 12.
Die Figuren 3A und 3B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Belüftungsventils 13, das zur Belüftung des Mikrodispensers 2 eingesetzt werden kann, wie aus Figur 3C ersichtlich ist. Das Belüftungsventil 13 weist wieder ein starres Rohrstück 14 auf, in das ein einseitig offenes und einseitig geschlossenes elastisches Schlauchstück 15 mit seinem offenen Ende einge- setzt ist, wobei die äußere Mantelfläche des Schlauchstücks 15 aufgrund der Eigenelastizität des Schlauchstücks 15 an der Innenwand des Rohrstücks 14 anliegt und dieses dadurch abdichtet .
Figur 3B zeigt dagegen den geöffneten Zustand des Belüftungsventils 13, wobei der Unterdruck in dem Rohrstück 14 dazu führt, dass sich die Wandung des elastischen Schlauchstücks 15 von der Innenwand des Rohrstücks 14 abhebt und dadurch einen Ringspalt zwischen dem Schlauchstück 15 und dem Rohrstück 14 freigibt.
Die Figuren 4A und 4B zeigen eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 3A und 3B, wobei diese Abwandlung weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei- spiel übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass das Rohrstück 14 außen von einem Aktor 16 umgeben ist, der das Rohrstück 14 und damit auch das Schlauchstück 15 zusammenpressen kann. Das Rohrstück 14 und das Schlauchstück 15 weisen hierbei ein anderes Verformungsverhalten auf, so dass ein Zusammenpressen des Rohrstücks 14 durch den Aktor 16 dazu führt, dass sich zwischen dem Schlauchstück 15 und dem Rohr- stück 14 Gaspassagen bilden, durch die Gas hindurchtreten kann.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrodispensers 2, wobei dieses Ausführungsbei- spiel weitgehend mit den in den Figuren IE und 3C dargestellten Ausführungsbeispielen übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten im Folgen- den dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass an das Probenreservoir 5 ein Flüssigkeitsbehälter 17 angeschlossen ist, in dem eine Kapillare 18 angeordnet ist, wo- bei in der Kapillare 18 eine Flüssigkeitssäule steht. Die Kapillarwirkung in der Kapillare 18 führt hierbei dazu, dass die Flüssigkeitssäule in der Kapillare 18 nach oben gezogen wird, wodurch ein Unterdruck in dem Probenreservoir 5 entsteht.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 6A und 6B stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Figuren IA bis IE dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass auf der Einlassseite unmittelbar hinter der Ventilmemb- ran 3 eine starre Halteplatte 19 angeordnet ist, die mittig einen Durchbruch aufweist. Die Halteplatte 19 hält die Ventilmembran 3 im geschlossenen Zustand, da die Ventilmembran 3 dann auf der Halteplatte 19 aufliegt.
Darüber hinaus ist in dem Rohrstück 4 stromaufwärts vor der
Halteplatte 19 und der Ventilmembran 3 ein Filter 20 angeordnet . Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7A und 7B stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Figuren IA bis IE dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit besteht hierbei darin, dass das Schlauchstück 15 das Rohrstück 14 immer abdichtet, d.h. unabhängig von den Druckverhältnissen.
Allerdings befindet sich in der Wandung des Rohrstücks 14 eine Bohrung 21, durch die Umgebungsluft in Pfeilrichtung in das Innere des Rohrstücks 14 eintreten kann, wenn das Schlauchstück 14 - wie in Figur 7B gezeigt - aufgrund der
Druckverhältnisse nach innen von der Innenwand des Rohrstücks 14 abgehoben wird und dann die Bohrung 21 freigibt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen be- vorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.
Bezugszeichenliste :
1 Belüftungsventil
2 Mikrodispenser
3 Ventilmembran
4 Rohrstück
5 Probenreservoir
6 Durchbruch
7 Mikrotropfen
8 Piezoaktor
9 Engstelle
10 Probenbehälter
11 Düse
12 Aktor
13 Belüftungsventil
14 Rohrstück
15 Schlauchstück
16 Aktor
17 Flüssigkeitsbehälter
18 Kapillare
19 Halteplatte
20 Filter
21 Bohrung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Druckstellglied (1; 13), insbesondere Belüftungsventil zur Belüftung eines Mikrodispensers, mit einem Einlass zur Zuführung eines Fluids und einem Auslass zur Abgabe des Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstellglied (1; 13) einen vorgegebenen Haltedruck an dem Auslass einstellt, wobei der Haltedruck an dem Auslass um eine vorgegebene Druckdifferenz kleiner ist als der Druck an dem Einlass.
2. Druckstellglied (1; 13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Druckstellglied (1; 13) ein aktives Ventil ist, bei dem die Ventilstellung durch einen Aktor (8;
12; 16) einstellbar ist, oder b) dass das Druckstellglied (1; 13) ein passives Ventil ist, bei dem die Ventilstellung ausschließlich durch den Druck an dem Auslass und den Druck an dem Einlass bestimmt wird.
3. Druckstellglied (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) ein Rohr (4), das den Einlass des Druckstellglieds (1) mit dem Auslass des Druckstellglieds (1) verbindet, und b) eine elastische Ventilmembran (3), die in das Rohr (4) eingesetzt ist und zwischen einer geschlossenen Neutralstellung und einer geöffneten Ventilstellung aus- lenkbar ist.
4. Druckstellglied (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmembran (3) einen Durchbruch (6) aufweist, wobei sich der Durchbruch (6) in der Neutralstel- lung der Ventilmembran (3) aufgrund der Elastizität der Ventilmembran (3) selbständig schließt, während sich der Durchbruch (6) in der ausgelenkten Ventilstellung aufgrund der Auslenkung der Ventilmembran (3) öffnet.
5. Druckstellglied (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Ventilmembran (3) zweischichtig oder mehrschichtig ist und mindestens eine erste Schicht und ei- ne zweite Schicht aufweist, und b) dass die erste Schicht fluiddurchlässig, insbesondere gasdurchlässig ist, wobei der Durchbruch (6) in der Ventilmembran (3) nicht durch die erste Schicht hindurch geht, und c) dass die zweite Schicht fluiddicht, insbesondere gasdicht ist, wobei der Durchbruch (6) in der Ventilmembran (3) durch die zweite Schicht hindurch geht.
6. Druckstellglied (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Durchbruch (6) in der Ventilmembran
(3) schlitzförmig oder punktförmig ist.
7. Druckstellglied (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen Aktor (12), der radial auf die Ventilmembran (3) wirkt und die Ventilmembran (3) radial zusammendrückt und dadurch axial auslenkt.
8. Druckstellglied (13) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch a) dass das Druckstellglied (13) auslassseitig ein Rohrstück (14) aufweist, b) dass das Druckstellglied (13) einen elastischen Absperrkörper (15) aufweist, der in das Rohrstück (14) eingesetzt ist, c) dass die Eigenspannung des Absperrkörpers (15) das Rohrstück (14) abdichtet, d) dass der Absperrkörper (15) einen Ringspalt zwischen dem Absperrkörper (15) und der Innenwand des Rohrstücks (14) freigibt, wenn der Druck an dem Auslass den Haltedruck unterschreitet und/oder wenn ein Aktor (12) das Rohrstück (14) zusammendrückt.
9. Druckstellglied (13) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Absperrkörper (15) ein einseitig offenes Schlauchstück ist, das mit seinem offenen Ende in das Rohrstück (14) eingeführt ist, oder b) dass der Absperrkörper ein Stab ist, der in das Rohr- stück eingeführt ist, oder c) dass der Absperrkörper eine elastische Kugel ist.
10. Druckstellglied (13) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Rohrstück (14) und der Absperrkörper (15) eine unterschiedliche Elastizität aufweisen, und/oder b) dass das Rohrstück (14) im Wesentlichen starr ist, während der Absperrkörper (15) elastisch ist.
11. Druckstellglied (13) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, a) dass sowohl das Rohrstück (14) als auch der Absperrkörper (15) elastisch sind, aber ein unterschiedliches Verformungsverhalten aufweisen, und b) dass ein Aktor (12) vorgesehen ist, der von außen radial auf das Rohrstück (14) drückt und das Rohrstück (14) und den Absperrkörper (15) dadurch unterschiedlich verformt, wodurch ein Spalt zwischen dem Rohrstück (14) und dem Absperrkörper (15) entsteht.
12. Druckstellglied nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kapillare (18), die den Einlass mit dem Auslass verbindet und eine Flüssigkeitssäule enthält, wobei der HaI- tedruck durch die Kapillarwirkung der Kapillare (18) bestimmt wird.
13. Druckstellglied nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Kapillare (18) eine Beschichtung aufweist, welche die Kapillarwirkung beeinflusst, und/oder b) dass die Beschichtung der Kapillare (18) so ausgebildet ist, dass die Kapillarwirkung über die Länge der Kapillare (18) von dem Einlass zu dem Auslass oder von dem Auslass zu dem Einlass kontinuierlich oder in Sprüngen zunimmt oder abnimmt.
14. Druckstellglied nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Kapillare (18) einen Innenquerschnitt aufweist, der über die Länge der Kapillare (18) im Wesentlichen konstant ist, oder b) dass die Kapillare (18) einen Innenquerschnitt aufweist, der über die Länge der Kapillare (18) von dem Auslass zu dem Einlass oder von dem Einlass zu dem Auslass kontinuierlich oder in Sprüngen abnimmt.
15. Druckstellglied nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine Fritte an dem auslassseitigen Ende der Kapillare (18), um ein Abreißen von kleinen Luftblasen zu erleichtern.
16. Druckstellglied nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass a) dass der Innendurchmesser der Kapillare (18) größer ist als lμm, 5μm, 10μm, 20μm, 30μm, 40μm, 50μm, 60μm, lOOμm, 500μm oder lmm, und/oder b) dass der Innendurchmesser der Kapillare (18) kleiner ist als 3cm, 2cm, lern, 5mm, 2mm, lmm, 500μm oder 200μm.
17. Mikrodispenser (2) zum Dispensieren einer flüssigen Probe, gekennzeichnet durch ein Druckstellglied (1; 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Einstellung des Haltedrucks in dem Mikrodispenser (2) .
18. Mikrodispenser (2) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch a) einen Probenbehälter (10) zur Aufnahme der flüssigen Probe, b) eine Düse (11) zur tröpfchenweisen Abgabe der in dem Probenbehälter (10) befindlichen Probe, c) ein integriertes Probenreservoir (5), um ohne eine Wie- derbefüllung nacheinander mehrere Probentropfen abgeben zu können, d) wobei das Druckstellglied (1; 13) den Haltedruck in dem Probenbehälter (10) und/oder in dem Probenreservoir (5) einstellt.
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