WO2002064247A1 - Einrichtung zur verbindung von mikrokomponenten - Google Patents

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Abstract

Bei einer Einrichtung zur Verbindung von Mikrokomponenten (2), insbesondere Mikroreaktoren, die vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind und vorzugsweise aus Silizium bestehen, ist zwischen den Mikrokomponenten (2) eine Dichtungsplatte (3) andeordnet, die Öffnungen (7) aufweist, welche mit Öffnungen (6) der Mikrokomponenten (2) korrespondieren.

Description

Einrichtung zur Verbindung von Mikrokomponenten
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbindung von Mikrokomponenten, insbesondere Mikroreaktoren, die vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind und vorzugsweise aus Silizium bestehen.
Zur Entwicklung und Herstellung neuer Substanzen sind im Bereich der Chemie häufig umfangreiche Versuchsreihen erforderlich. Dazu sind Mikrokomponenten bekanntgeworden, mit deren Hilfe die Versuche mit geringen Mengen durchgeführt werden können. Durch den modularen Aufbau dieser Mikrokomponenten, beispielsweise Mikroreaktoren und anderer Komponenten zum Behandeln verschiedener Substanzen, ist ein Zusammenstellen von Systemen für die jeweilige Aufgabe leicht möglich. Eines solcher modularen chemischen Mik- rosysteme ist in DE 199 17 398 A1 beschrieben. Bei diesem Mikrosystem sind die verschiedenen Mikrokomponenten über Steueranschlüsse mit einem Steuerbus und über Stoffanschlüsse mit einem Stoffkanalsystem verbunden. Die Herstellung der Vielzahl von Stoffanschlüssen ist jedoch recht kompliziert. Insbesondere ist es dabei sogar erforderlich, Substanzen von einer Mikrokompo- nente zu einer benachbarten über das Stoffkanalsystem zu leiten. Ein Anschlußträger für plattenförmige Mikrokomponenten ist ferner durch DE 198 54 096 A1 bekanntgeworden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Weiterleitung der Substanzen von einer Mikrokomponente zu einer anderen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Mikrokomponenten eine Dichtungsplatte angeordnet ist, die Öffnungen aufweist, welche mit Öffnungen der Mikrokomponenten korrespondieren. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Dichtungsplatte aus einem elastischen Werk- stoff besteht, der gegen die jeweils in den Mikrokomponenten behandelten Medien beständig ist. Für eine große Zahl von zu behandelnden Substanzen ist es vorteilhaft, wenn der Werkstoff Polytetrafluorethylen ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß zwischen benachbarten Mikrokomponenten in äußerst einfacher und zuverlässiger Weise Verbindungen zum Transport von flüssigen, gegebenenfalls auch gasförmigen Substanzen möglich sind. Dabei ist seitens der Mikrokomponenten, die vorzugsweise aus einem bruchempfindlichen Silizium-Kristall bestehen, keine spezielle Anschlußvorrichtung erforderlich. Es genügen einfache Löcher. Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die notwendige Dichtheit gegeben.
Die einzelnen Mikrokomponenten können beispielsweise Reaktoren, Pumpen, Mischer, Verweilstrecken, Extraktoren oder Wärmeüberträger sein, die nach Art eines Baukastens zu einem komiexen Mikrosystem zusammengestellt werden können. Dazu ist außer einer funktional richtigen Anordnung der jeweiligen Öffnung eine abwechselnde Schichtung der Mikrokomponenten und der Dich- tungsplatten erforderlich.
Sollte für die jeweiligen Substanzen Polytetrafluorethylen nicht geeignet sein, stehen auch andere Werkstoffe mit entsprechender chemischen Beständigkeit und mit erforderlichen mechanischen Eigenschaften, insbesondere Elastizität und Oberflächengüte, zur Verfügung, beispielsweise Perfluor-Elastomere oder Polyvenylidenfluorid.
Eine gute Dichtwirkung ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen ist, daß die Dich- tungsplatte im wesentlichen die Größe der angrenzenden Fläche der Mikrokomponenten aufweist. Sollte bei den Mikrokomponenten jedoch nur teilweise eine plane Oberfläche vorhanden sein und auf anderen Teilen der Oberfläche zusätzliche Komponenten hervorstehen, so kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart weitergebildet sein, daß die Dichtungsplatte einen mit Öff- nungen versehenen Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten bedeckt und einen weiteren Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten frei läßt. Die Anordnung der Dichtungsplatten zwischen den Mikrokomponenten läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen. Im Falle eines Einsatzes der gesamten Ordnung als Einwegapparatur kommen unlösbare Fügetechniken, wie Verkleben, Vernieten oder Vergießen in bzw. mit Kunstharz in Betracht. Eine lösbare und trotzdem dichte Verbindung zwischen den Mikrokomponenten ist jedoch dadurch erzielbar, daß die Mikrokomponenten aneinandergepreßt werden. Hierzu stehen ebenfalls verschiedene Techniken zur Verfügung, beispielsweise federnde Schnappverbindungen - ähnlich eines Kistenverschlusses -, federnde oder schraubbare Klammern, Bolzen-Bajonettverschlüsse oder elektromagne- tisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Einspannvorrichtungen.
Durch den modularen Aufbau ist ein Austausch bzw. eine Reparatur einzelner Mikrokomponenten möglich, ohne daß im Fehlerfall das ganze modulare System ausgetauscht werden muß.
Bei einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird vorgesehen, daß eine Halterung zum Aneinanderpressen ein U-förmiges Aufnahmeteil für die Mikrokomponenten aufweist mit zwei Schenkeln, deren Enden mit einer Andruckplatte verschraubbar sind. Damit wird die zur Abdichtung erfor- derliche Kraft gleichmäßig über die Fläche der Mikrokomponenten verteilt, so daß die bruchempfindlichen Silizium-Mikrokomponenten vor Zerstörung geschützt sind.
Um mit einer Halterung verschieden dicke Stapel aus Mikrokomponenten und Dichtungsplatten einspannen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, daß die Andruckplatte einen verstärkten Mittelteil aufweist, der zwischen die Schenkel des U-förmigen Aufnahmeteils paßt.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht Anschlüsse nach außen da- durch, daß in der Andruckplatte und in dem der Andruckplatte gegenüberliegenden Bereich des U-förmigen Aufnahmeteils Gewindebohrungen zur Aufnahme von Anschlußelementen vorgesehen sind. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die Teile einer erfindungsgemäßen Einrichtung in Explosionsdarstellung und
Fig. 2 im zusammengebauten Zustand, wobei in Fig. 2 gegenüber der DarStellung in Fig. 3 eine größere Zahl von Mikrokomponenten vorgesehen ist.
In Fig. 1 sind zwei Mikrokomponenten 2 mit Öffnungen 6 versehen, durch die Substanzen von einer zur anderen der Mikrokomponenten transportiert werden. Dazu ist zwischen den beiden Mikrokomponenten 2 eine Dichtungsplatte 3 mit zwei Öffnungen 7 angeordnet, die mit den Öffnungen 6 korrespondieren. Die Mikrokomponenten 2 werden in einer Halterung gegeneinander gepreßt.
Die Halterung besteht aus einem U-förmigen Aufnahmeteil 1 mit zwei Schenkeln 11 , 12 und einem die Schenkel 11 , 12 verbindenden Basisteil 13. Das U- förmige Aufnahmeteil 1 ist auf einer Montageplatte 14 angeordnet, die wiederum mit Hilfe von Löchern 17 in einem größeren Gesamtsystem befestigt werden kann. An den Stirnflächen der Schenkel 11 , 12 sind Gewindebohrungen 15, 16 vorgesehen, so daß eine Andruckplatte 4, die mit Durchgangsbohrungen 18 versehen ist, mit Hilfe von Schrauben 19 befestigt werden kann.
Die Andruckplatte 4 ist im mittleren Bereich 5 verstärkt, so daß sie zwischen die Schenkel 11 , 12 eindringt und somit verschieden dicke Stapel unter gleichzeitiger Führung durch die Schenkel 11 , 12 sicher gegeneinander gepreßt werden können.
In dem Basisteil 13 und in der Andruckplatte 4 sind Gewindebohrungen 20 vorgesehen, in welche Anschlußelemente 21 eingeschraubt werden können, wel- ehe als Verbindungen zum Zu- und Abführen von Substanzen von und nach außerhalb des beschriebenen Systems dienen. Die Anschlußelemente sind an ihrer Stirnfläche jeweils mit Dichtscheiben 22 versehen.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung im zusammengebauten Zustand, wobei fünf Mikrokomponenten 2 jeweils unter Zwischenlage von Dichtungsplatten 3 miteinander verbunden sind.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Verbindung von Mikrokomponenten (2), insbesondere Mik- roreaktoren, die vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind und vorzugsweise aus Silizium bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mikrokomponenten (2) eine Dichtungsplatte (3) angeordnet ist, die Öffnungen (7) aufweist, welche mit Öffnungen (6) der Mikrokomponenten (2) korrespondieren.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (3) aus einem elastischen Werkstoff besteht, der gegen die jeweils in den Mikrokomponenten (2) behandelten Medien beständig ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff Polytetrafluorethylen ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (3) im wesentlichen die Größe der angrenzenden Fläche der Mikrokomponenten (2) aufweist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte einen mit Öffnungen versehenen Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten bedeckt und einen weiteren Bereich der angrenzenden Mikrokomponenten frei läßt.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokomponenten (2) aneinandergepreßt werden.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung (1 , 4) zum Aneinanderpressen ein U-förmiges Aufnahmeteil (1 ) für die Mikrokomponenten (2) aufweist mit zwei Schenkeln (11 , 12), deren Enden mit einer Andruckplatte (4) verschraubbar sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (4) einen verstärkten Mittelteil (5) aufweist, der zwischen die Schenkel (11 , 12) des U-förmigen Aufnahmeteils (1 ) paßt.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Andruckplatte (4) und in dem der Andruckplatte gegenüberliegenden Bereich (13) des U-förmigen Aufnahmeteils (1) Gewindebohrungen (20) zur Aufnahme von Anschlußelementen (21 ) vorgesehen sind.
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