DE102004008051A1 - Modular chamber for performing scientific experiments, particularly under controlled environmental conditions, comprises a base segment and many connectable wall elements - Google Patents

Modular chamber for performing scientific experiments, particularly under controlled environmental conditions, comprises a base segment and many connectable wall elements Download PDF

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Abstract

System chamber (A) for performing scientific experiments comprising at least one base segment (1) and at least two wall elements which can be joined to each other, through reversible linkage elements, to define an enclosed space, is new.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Systemkammer für naturwissenschaftliche Experimente gemäß dem ersten Patentanspruch. Die Systemkammer umschließt ein abgeschlossenes Volumen, in dem die naturwissenschaftlichen Experimente unbeeinflusst von der Umgebungsklima durchführbar sind.The The present invention relates to a system chamber for scientific Experiments according to the first Claim. The system chamber encloses a closed volume, in which the scientific experiments are unaffected by the ambient climate can be carried out.

Derartige Systemkammern sind für naturwissenschaftliche Experimente, welche besonders sensitiv auf Umwelteinflüsse reagieren, erforderlich. Oft müssen bei derartigen Versuchen ein oder mehrere klimatische Bedingungen, beispielsweise die Temperatur, Zusammensetzung der Atmosphäre (typische Forderung betrifft z.B. inerte Atmosphäre), Feuchtigkeit etc. auch über ausgedehnte Zeiträume in definierten Grenzen gehalten werden.such System chambers are for scientific experiments, which are particularly sensitive to environmental influences respond, required. Often need in such experiments one or more climatic conditions, for example, the temperature, composition of the atmosphere (typical requirement concerns e.g. inert atmosphere), Moisture etc. also over extended periods be kept within defined limits.

In der DE 101 32 761 A1 wird beispielhaft ein klimatisiertes Probenkammerkonzept zur Durchführung chemischer, biochemischer, biologischer oder physikalischer Reaktionen auf einem Probenträger beschrieben. Sie besteht aus einem nach oben hin offenen Gefäß mit vorgegebener Geometrie, in das der Probenträger eingesetzt ist und welches durch eine Platte dichtend abgedeckt wird. Ferner sind Mittel zur Klimatisierung der Probenumgebung vorgesehen.In the DE 101 32 761 A1 For example, an air-conditioned sample chamber concept for carrying out chemical, biochemical, biological or physical reactions on a sample carrier is described. It consists of an upwardly open vessel with predetermined geometry, in which the sample carrier is inserted and which is covered by a sealing plate. Furthermore, means are provided for conditioning the environment of the sample.

Auf der anderen Seite sind aus dem Bereich der Kerntechnik, der Chemie oder der Biologie sog. Handschuhboxen (Glove-box) bekannt, welche eine ausreichende Größe für einen gesamten Versuchsaufbau im abgeschlossenen Volumen aufweisen. Dichtend eingesetzte Handschuhdurchführungen oder Fernhantierungsmanipulatoren ermöglichen die Durchführung bestimmter Vorgänge in der Handschuhbox, ohne dass es hierüber zu einem Fluidaustausch (insb. Gase oder Aerosole), d.h. zu einer Kontamination zwischen dem abgeschossenen Volumen oder der Umgebung kommt.On the other side are from the field of nuclear technology, chemistry or the biology so-called glove boxes (glove-box) known which a sufficient size for one have complete experimental setup in the closed volume. sealing used glove feedthroughs or Enable remote handling manipulators the implementation certain events in the glove box, without it to a fluid exchange (especially gases or aerosols), i. to a contamination between comes down the shot volume or the environment.

Beispielhaft wird in der DE 40 30 186 A1 eine derartige Handschuhbox dargestellt. Sie weist wie die vorgenannte Probenkammer eine weitgehend unveränderliche Geometrie des in dieser abgeschlossenen Volumens auf.Example becomes in the DE 40 30 186 A1 such a glove box shown. Like the aforementioned sample chamber, it has a largely invariable geometry of the volume enclosed in it.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine klimatisierbare Kammer vorzuschlagen, welche eine variable Gestaltung des abgeschlossenen Volumens und des Einsatzgebiet ohne größere Rüstzeiten zulässt.From that Based on the object of the invention, an air-conditioning Chamber to propose a variable design of the completed Volume and field of use without requiring major set-up times.

Die Aufgabe wird durch eine Systemkammer mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Systemkammer wieder.The The object is achieved by a system chamber having the features of the independent claim 1 solved. The dependent ones claims give advantageous embodiments of the system chamber again.

Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf eine modular aufgebaute Kammer, deren Böden und Wandungen sich für jedes Experiment individuell aus aneinander angepassten Standardsegmenten unter Bildung eines abgeschlossenen Volumens zusammensetzen. Dabei bietet es sich an, eine Labortischplatte als Bodenplatte (Bodensegment) und als Träger des Versuchaufbaus für das Experiment vorzusehen. Wird eine gute Verstaubarkeit der Systemkammer im demontierten Zustand gefordert, bestehen die Standardsegmente vorzugsweise aus ebenen Plattenelementen, Form und Abmessungen dieser Standardsegmente sind, wie bei modular konzipieren Baukastensystemen allgemein üblich, geometrisch aufeinander abgestimmt. Die Randbereiche weisen Mittel zum reversiblen Verbinden auf (je nach Einsatzbedingung z.B. Klettverschluss, Magnetleisten, Schnappverschluss, Hakenmechanismus, formschlüssige Verbindungen wie Feder-Nutverbindungen oder Stift-Bohrungsverbindungen etc.) zumindest zweier Standardsegmente miteinander auf. Je nach Einsatzzweck können diese Verbindungselemente mit parallel geschalteten zusätzlichen Fixierungselementen wie z.B. Schnellverschlüsse, Schnallenfixierungen oder Klemmungen kombiniert werden. Die Verbindungen übernehmen zudem die Funktion einer ersten Klimasperre, d.h. sie müssen für den jeweiligen Fall in eine oder beide Richtungen mehr oder weniger dichtend gestaltet sein. Je nach Einsatzzweck ist diese erste Klimasperre nicht ausreichend, d.h. es sind weitere separate oder spezielle Dichtungsmittel erforderlich.Of the The basic idea of the invention is based on a modular chamber, their soils and walls are for each experiment individually from matched standard segments forming a closed volume. there it makes sense to use a laboratory tabletop as a base plate (ground segment) and as a carrier of the experimental setup for to provide the experiment. Will a good stowage of the system chamber Demanded in the disassembled state, consist of the standard segments preferably of flat plate elements, shape and dimensions of this Standard segments are, as with modular design modular systems common practice, geometrically coordinated. The border areas have means for reversible connection (depending on the application condition, for example velcro, Magnetic strips, snap lock, hook mechanism, positive connections such as tongue and groove joints or pin-hole joints etc.) at least two standard segments on each other. Depending on the purpose can these fasteners with additional parallel connected Fixing elements such as e.g. Quick fasteners, buckle fixations or Clamps are combined. The connections also take over the function a first climate barrier, i. they must be in one for each case or be designed more or less sealing in both directions. Depending on the purpose, this first climate lock is not sufficient, i.e. additional separate or special sealants are required.

Es bietet sich an, eines oder mehrere dieser Standardsegmente als Bodenplatte, d.h. als Basis für die Systemkammer und des in dieser befindlichen Versuchsaufbaus zu gestalten. Auf diese Weise kann in besonders vorteilhafter Weise zunächst der Versuchsaufbau ohne einengende Behinderungen durch eine Klimakammer aufgebaut und im Anschluss daran von der Systemkammer segmentweise, d.h. in besonders flexibler Weise umbaut werden. Auch werden Zugänglichkeit, Erweiterungs- und Anpassungsmöglichkeiten des Versuchsaufbaus allein durch die Möglichkeit, auch einzelne Segmente der Systemkammer zu demontieren und bei Bedarf durch andere Segmente zu ersetzen, erheblich erweitert.It offers one or more of these standard segments as a base plate, i.e. as the basis for the System chamber and the experimental setup in this design. In this way, in a particularly advantageous manner, the first Experimental setup without restrictive obstructions by a climatic chamber constructed and then segmented by the system chamber, i.e. be rebuilt in a particularly flexible manner. Also, accessibility, Expansion and customization options the experimental setup solely by the possibility, even individual segments disassemble the system chamber and, if necessary, through other segments to replace, greatly expanded.

Der konzeptionsbedingten geringeren Druckbeständigkeit und damit dem gegenüber starren Klimaboxen möglicherweise reduzierten Einsatzbereich der Systemkammer stehen somit wesentliche Voreile gegenüber.Of the Design-related lower pressure resistance and thus the opposite rigid Climate boxes maybe reduced use of the system chamber are therefore essential Leading over.

Fensterbereiche (wie z.B. Sichtfenster, Membrane oder für bestimmte physikalische Einflüsse durchlässige klimadichte Fensterbereiche), dichtend verschließbare Öffnungen (wie z.B. Klappen) oder elektrische, fluidische oder mechanische Durchführungen (wie z.B. Kabel-, Rohr-, Schlauch- oder Wellendurchführungen, oder auch eingesetzte Handschuhdurchführungen) sind in den einzelnen Segmenten eingesetzt, vorzugsweise, aber nicht zwingend abseits der Randbereiche.Window areas (such as viewing windows, Membranes or for certain physical influences permeable climate-proof window areas), sealing closable openings (such as flaps) or electrical, fluidic or mechanical feedthroughs (such as cable, pipe, hose or shaft passages, or even used glove bushings) are in the individual segments used, preferably, but not necessarily off the edge areas.

Systemkammern für Versuche, welche unter bestimmten klimatischen und atmosphärischen Rahmenbedingungen durchzuführen sind, umfassend Vorrichtungen zur Klimatisierung, Aufheizung, Kühlung, Entgasung oder Begasung des Volumens. Leitungen dieser Vorrichtungen wie auch die des Versuchsaufbaus überbrücken dabei je nach Aufstellung im oder außerhalb des Volumen die Wandungen der Systemkammer vorzugsweise über die vorgenannten Durchführungen fluidisch, mechanisch oder elektrisch. Alternativ bietet sich auch eine Integration dieser Vorrichtungen in einzelne Wiandsegmente an.system chambers for experiments which are to be carried out under certain climatic and atmospheric conditions, comprising devices for air conditioning, heating, cooling, degassing or fumigation of the volume. Lines of these devices as well those of the experimental setup bridge over depending on the installation in or outside the volume of the walls of the system chamber preferably over the aforementioned bushings fluidic, mechanical or electrical. Alternatively, it is also possible an integration of these devices into individual Wiandsegmente at.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, Segmente mit Scharnieren, Biegegelenken oder anderen permanenten Verbindungen knick- oder klappbar zu gestalten. Eine Trennung dieser Verbindungen ist dabei nicht vorgesehen. Sie sind aber grundsätzlich gleich wirkend wie trennbare Segmentgruppen, jedoch durch die Verbindungselemente (Scharniere, Biegegelenke o. Ä.) nur gemeinsam verwendbar.It is within the scope of the invention, segments with hinges, bending joints or make other permanent connections kink or foldable. A separation of these compounds is not provided. she but are basically the same effect as separable segment groups, but by the fasteners (Hinges, bending joints, etc.) only usable together.

Die Erfindung wird mit Ausführungsbeispielen anhand der folgenden Figuren beispielhaft, aber nicht einschränkend auf die vorgenannten Merkmale, näher erläutert. Es zeigenThe Invention is provided with exemplary embodiments based on the following figures by way of example, but not limiting the above features, closer explained. Show it

1 den schematischen Aufbau einer Systemkammer als Explosionszeichnung gemäß dem Ausführungsbeispiel sowie 1 the schematic structure of a system chamber as an exploded view according to the embodiment and

2a und b mögliche Verbindungselementbauformen zum reversiblen Verbinden zweier Segmente jeweils in schematischen Schnittdarstellungen sowie 2a and b possible connection element designs for reversibly connecting two segments in each case in schematic sectional views and

3a und b je eine Einfassung aus einem Elastomer zum dichtenden reversiblen Verbinden zweier Segmente in eine- Schrittdarstellung. 3a and b each an edging of an elastomer for sealingly reversibly connecting two segments in a one-step view.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Systemkammer mit einer Tischplatte als Bodensegment 1 und mehreren Seitensegmenten 2 sowie eine weiteren Platte als Abdecksegment 3 als Wandungen. Alle Seitensegmente bestehen im Ausführungsbeispiel aus ebenen rechteckigen Platten gleicher Höhe. Sie werden, wie in 1 angedeutet, mit den Verbindungselementen (vgl. 2a und b) zu einem Ringelement zusammengesetzt, auf dem Bodensegment aufgestellt und durch das Abdecksegment nach oben hin verschlossen, wobei sich ein abgeschlossenes Volumen bildet.A possible embodiment of the system chamber with a table top as a floor segment 1 and several side segments 2 and another plate as cover segment 3 as walls. All side segments consist in the embodiment of flat rectangular plates of the same height. They will, as in 1 indicated, with the connecting elements (see. 2a and b) assembled into a ring element, placed on the ground segment and closed at the top by the cover segment, forming a closed volume.

Zwei mögliche Verbindungselementarten zwischen den einzelnen Seitensegmenten 2 sind in den 2a und b wiedergegeben (ohne zusätzliche Fixierungselemente). In beiden Figuren sind zudem beispielhaft Dichtmittel zur dichtenden Überbrückung zwischen zwei Seitenwandsegmente dargestellt. Die Dichtmittel umfassen im vorliegenden Beispiel Magnetstreifen 5 beidseitig auf den Elementen 2 in der Nähe der Verbindungselemente mit einer dichtend aufgesetzten magnetischen zumindest biegeschlaffen Matte 6. Alternativ sind als Dichtmittel anstelle der magnetische Verbindung auch formschlüssige Druckleistenverschlüsse, Reißverschlüsse, Klettverschlüsse, Dichtmassen oder Klemmleistenverschlüsse denkbar. In analoger Weise lassen sich auch die Verbindungen zwischen Seiten- und Abdeck- oder Bodensegment überbrücken.Two possible types of connectors between each side segment 2 are in the 2a and b (without additional fixation elements). In both figures, sealing means are additionally exemplified for sealing bridging between two side wall segments. The sealants in the present example comprise magnetic strips 5 on both sides on the elements 2 in the vicinity of the connecting elements with a sealingly placed magnetic at least pliable mat 6 , Alternatively, as a sealant instead of the magnetic connection and positive pressure bar locks, zippers, hook-and-loop fasteners, sealants or terminal block locks are conceivable. In an analogous manner, the connections between side and covering or ground segment can be bridged.

Die Verbindungselemente gemäß 2a umfassen als mechanische Verbindung einen Klettverschluss 4 mit zwei Verzahnungsflächen. Diese überspannen jeweils die Randbereiche der Seitensegmente 2. Eine derartige Verbindung ist sehr flexibel und unkompliziert handhabbar, eignet sich jedoch nur für Atmosphärendrücke im Volumen, welche nur unwesentlich von dem Drücken außerhalb der Systemkammer abweichen. Typische Verwendungen bieten Versuche mit inerten Atmosphären im Volumen, bei denen beispielsweise ein kontinuierlicher Gasstrom in das Volumen eingeleitet wird und bereits über geringe Undichtigkeiten vorzugsweise im Bereich der Verbindungselemente aus dem Volumen wieder entweicht.The fasteners according to 2a include as a mechanical connection a Velcro 4 with two tooth surfaces. These span each the edge areas of the side segments 2 , Such a compound is very flexible and easy to handle, but is only suitable for atmospheric pressures in the volume, which differ only slightly from the pressure outside the system chamber. Typical applications provide experiments with inert atmospheres in volume, in which, for example, a continuous gas stream is introduced into the volume and escapes again through small leaks, preferably in the region of the connecting elements from the volume.

Müssen dagegen die Verbindungselemente höhere Kräfte zwischen. den Segmenten (hervorgerufen beispielsweise durch größere Druckdifferenzen zwischen Volumen und Umgebung) aufnehmen, bieten sich Scharnierbandverbindungen gemäß 2b an. Dabei sind die Segmente untereinander wie eine Tür drehbar in einem Türband eingesetzt und durch einfaches gegeneinander verschieben der Segmente axial zur Drehachse auch unkompliziert trennbar. Derartige Verbindungselemente eignen sich besonders als Verbindung zwischen den Seitensegmenten 2 für das in 1 beschriebene Ausführungsbeispiel, lassen aber konstruktionsbedingt einen vergleichsweise breiten Spalt zwischen zwei Seitensegmente offen. Zusätzliche Dichtmittel sind daher unbedingt erforderlich.In contrast, the connecting elements must have higher forces between. accommodate the segments (caused, for example, by larger pressure differences between volume and environment), offer hinge band connections according to 2 B at. In this case, the segments are rotatably inserted into each other as a door in a door hinge and by simply moving against each other of the segments axially to the axis of rotation and uncomplicated separable. Such fasteners are particularly suitable as a connection between the side segments 2 for the in 1 described embodiment, but can be structurally a relatively wide gap between two side segments open. Additional sealants are therefore essential.

Alternativ zu den vorgenannten Verbindungselementen bieten sich Einfassungen zum dichtenden reversiblen Verbinden zweier Segmente an (Beispiel siehe 3a). Vorzugsweise werden diese als Elastomerprofile 9 mit oder ohne zusätzliche Dichtlippen 10 als separate Komponenten auf die Randbereiche der Segmente aufgesteckt.As an alternative to the aforementioned connecting elements, enclosures are available for the sealing, reversible connection of two segments (for example, see FIG 3a ). Preferably, these are as elastomer profiles 9 with or without additional sealing lips 10 attached as separate components on the edge regions of the segments.

Als dichtende Verbindung zwischen den Seitensegmenten und dem Bodensegment (Tischplatte) oder dem Abdecksegment bieten sich, wie beispielhaft in 3b dargestellt, Elastomerprofile 9, d. h. Lippen, Streifen oder Puffer vorzugsweise aus Gummi an, welche in die jeweilig betroffenen Randbereiche der Seitensegmente 2 eingearbeitet aufgeklebt oder aufgesteckt sind. Als Verbindungselement dient dabei praktisch nur die reibschlüssige Verbindung zum Bodensegment 1 oder Abdecksegment 3, wobei das Eigengewicht der Segmente die Reibkräfte wesentlich mit bestimmt. Auf diese Weise lassen sich in besonders vorteilhafter Weise die Seitensegmente 2 als vorgenannter Ring praktisch beliebig zwischen dem Bodensegment 1 und dem Abdecksegment 3 (vgl. 1) positionieren.As a sealing connection between the side segments and the floor segment (table top) or the cover segment offer, as exemplified in 3b represented, elastomer profiles 9 , ie lips, strips or buffers preferably made of rubber, which in the respective affected edge regions of the side segments 2 incorporated glued or plugged. As a connecting element practically serves only the frictional connection to the ground segment 1 or cover segment 3 , Wherein the weight of the segments significantly determines the frictional forces. In this way, the side segments can be in a particularly advantageous manner 2 as the aforementioned ring practically arbitrarily between the ground segment 1 and the cover segment 3 (see. 1 ).

11
Bodensegmentground segment
22
Seitensegmentpage segment
33
Abdecksegmentcovering segment
44
Klettverschlussvelcro fastener
55
Magnetstreifenmagnetic stripe
66
Mattemat
77
Fensterbereichepanes
88th
Scharnierhinge
99
Elastomerprofilelastomer profile
1010
Dichtlippesealing lip

Claims (6)

Systemkammer für naturwissenschaftliche Experimente, umfassend mindestens ein Bodensegment (1) und mindestens zwei Wandelemente, wobei die Wandelemente über reversible Verbindungselemente miteinander verbunden unter Bildung eines abgeschlossenen Volumens auf die Bodensegmente reversibel aufgesetzt sind.System chamber for scientific experiments, comprising at least one ground segment ( 1 ) and at least two wall elements, wherein the wall elements are connected to each other via reversible connecting elements connected reversibly to form a closed volume on the bottom segments. Systemkammer nach Anspruch 1, wobei die Wandelemente aus Seitenwandsegmente und Abdecksegmente bestehen, wobei die Seitenwandsegmente über reversible Verbindungselemente zu einem Ring zusammengesetzt, auf die Bodensegmente reversibel aufgesetzt und mit den Abdecksegmenten dichtend unter Bildung eines abgeschlossenen Volumens abgedeckt sind.A system chamber according to claim 1, wherein the wall elements consist of side wall segments and cover segments, wherein the side wall segments via reversible Connecting elements assembled into a ring on the ground segments placed reversibly and with the cover segments sealing under Forming a completed volume are covered. Systemkammer nach Anspruch 1 oder 2, umfassend Vorrichtungen zur Klimatisierung, Aufheizung, Kühlung, Entgasung oder Begasung des Volumens.System chamber according to claim 1 or 2, comprising devices for air conditioning, heating, cooling, degassing or fumigation of the volume. Systemkammer nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend Fensterbereiche, dichtend verschließbare Öffnungen oder elektrische, fluidische oder mechanische Durchführungen in den Bodenplatten oder den Wandelementen.System chamber according to one of the preceding claims, comprising Window areas, sealable openings or electrical, fluidic or mechanical feedthroughs in the bottom plates or the wall elements. Systemkammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an den Verbindungselementen zusätzliche Dichtungsmittel vorgesehen sind.System chamber according to one of the preceding claims, wherein additional to the connecting elements Sealant are provided. Systemkammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an den Verbindungselementen zusätzliche Fixierungselemente vorgesehen sind.System chamber according to one of the preceding claims, wherein additional to the connecting elements Fixing elements are provided.
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