KARTUSCHE MIT ELEKTRISCHEM SCHLEIFKONTAKT SOWIE VERFAHREN

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Durchführung biochemischer Prozesse basiert insbesondere auf der Handhabung von Flüssigkeiten. Typischerweise wird diese Handhabung manuell mit Hilfsmitteln wie Pipetten, Reaktionsgefäßen, aktiven Sondenoberflächen oder Laborgeräten durchgeführt. Durch Pipettierroboter oder Spezialgeräte sind diese Prozesse zum Teil bereits automatisiert.

[0002] Lab-on-a-Chip-Systeme (auch als Westentaschenlabor oder Chiplabor bezeichnet) bringen die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat unter. Lab-on-a-Chip-Systeme bestehen typischerweise aus zwei Hauptkomponenten. Ein Testträger beinhaltet Strukturen und Mechanismen für die Umsetzung der fluidischen Grundoperationen (z.B. Mischer), welche aus passiven Komponenten, wie Kanälen, Reaktionskammern und vorgelagerten Reagenzien, oder auch aktiven Komponenten wie Ventilen oder Pumpen bestehen können. Die zweite Hauptkomponente sind Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten. Solche Systeme ermöglichen es, biochemische Prozesse vollautomatisiert durchzuführen.

[0003] Ein Lab-on-a-Chip-System ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2006 003 532 A1 beschrieben. Dieses System umfasst einen Rotorchip, welcher gegenüber einem Statorchip drehbar vorgesehen ist. Der Rotorchip ist mittels fluidischer Kanäle mit dem Statorchip zum Befüllen oder Entleeren des Rotorchips koppelbar.

Vorteile der Erfindung

[0004] Die in dem Anspruch 1 definierte Kartusche sowie das in dem Anspruch 14 definierte Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil auf, dass eine Übertragung von elektrischer Energie von einer Stromquelle zu einem elektrischen Verbraucher in der während des Betriebs der Kartusche sich drehenden Trommel erfolgen kann. Somit lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Einrichtungen, wie beispielweise eine Heizung, ein Sensor oder Halbleiterbauelemente, während der Zentrifugierung der Kartusche betreiben und somit unterschiedliche Prozessierungsschritte, Mess- und Analyseverfahren für die zu untersuchende Komponente realisieren, wobei das Ein- und Ausschalten der Einrichtungen in Abhängigkeit von der jeweils angreifenden Zentrifugalkraft erfolgt. Alternativ dazu lassen sich die Strukturen der vorliegenden Kartusche auch auf extern druckaktuierte Systeme identisch übertragen. Das vorliegende Verfahren weist zudem den Vorteil auf, dass eine elektrische Versorgung eines Verbrauchers (wie zum Beispiel einem Sensor oder einer Heizvorrichtung) in der sich drehenden Trommel während des Zentrifugierens der Kartusche ohne die Verwendung von Kabeln möglich ist. Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Übertragung der elektrischen Energie von der Stromquelle bis zu dem Verbraucher in der Trommel einen einfachen konstruktiven Aufbau für die Stromleitung sowie deren Schnittstelle zwischen dem Gehäuse der Kartusche und der Trommel, wodurch in vorteilhafter Weise die Kosten für die Kartusche gering gehalten werden können.

[0005] Die vorliegende Kartusche ist in vorteilhafter Weise unabhängig von einer externen Stromversorgung für den Betrieb der Einrichtungen, weshalb die erweiterte Funktionalität der Kartusche in Verbindung mit den Einrichtungen des Weiteren bei bestehenden Zentrifugen zur Verfügung steht, und somit ein Nachrüsten der Zentrifugen entbehrlich ist.

[0006] Falls die Kartusche über mehr als eine Trommel verfügt, so kann bei der vorliegenden Kartusche jede Trommel mit einer individuellen Einrichtung versehen sein, welche wiederum separat aktiviert und gesteuert wird.

[0007] Die vorliegende Kartusche schafft in vorteilhafter Weise ein autonomes System für das Prozessieren einer Komponente, bei dem die jeweils ablaufenden Prozesse in einer Trommel mit Hilfe der Einrichtungen durchgeführt werden, und somit von einer Versorgung mit Energie und/oder Information von außerhalb der Kartusche unabhängig sind.

[0008] Die Anordnung der Einrichtung im Inneren der Trommel sorgt für eine unmittelbare Prozessierung der Komponente und somit für rasche Veränderungen der jeweiligen Bestandteile der Komponente.

[0009] Da die Steuerungseinheit für die Einrichtung in der Kartusche bereitgestellt wird, ist die Durchführung der Prozessierung leicht zu handhaben, so dass eine Voreinstellung von Betriebsparametern in vorteilhafter Weise entfallen kann.

[0010] Die Stromversorgungsquelle kann auf einfache Weise nach dem Durchführen der Analyse der Komponente leicht von der Kartusche getrennt und entsorgt werden.

[0011] Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

[0012] "Komponente" meint vorliegend eine Flüssigkeit, ein Gas oder einen (oder mehrere) Partikel. Mit der "ersten und zweiten Komponente" können auch nur zwei unterschiedliche Zustände desselben Stoffs gemeint sein: Beispielsweise kann die erste Komponente als ein verklumpter Anteil und die zweite Komponente als ein flüssiger Anteil desselben Stoffs ausgebildet sein.

[0013] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche sind die elektrischen Kontaktelemente mit einem Halbleiterbauelement auf einer Leiterplatte elektrisch leitend verbunden, welche mit der Trommel gekoppelt ist. Vorzugsweise enthält die Leiterplatte elektrisch funktionelle Strukturen, wie zum Beispiel einen, insbesondere mäanderförmig angeordneten, Heizwiderstand oder einen temperaturabhängigen Widerstand. Bei dem Halbleiterelement kann es sich beispielsweise um einen Temperatursensor handeln, welcher von dem geschlossenen Stromkreis für das Durchführen einer Temperaturmessung bestromt wird. Das Halbleiterelement kann auch ein Chem-FET oder ein amperometrischer Sensor sein.

[0014] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche ist das Halbleiterbauelement im geschlossenen Zustand der elektrischen Kontaktelemente mit den elektrischen Leiterbahnen mit Hilfe eines Mikrocontrollers ansteuerbar. Alternativ dazu kann auch ein Mikroprozessor bzw. ein Mikrochip verwendet werden. Der Mikrocontroller, Mikroprozessor oder Mikrochip enthält alle Schaltungslogiken für die Durchführung einer Steuerung bzw. einer Regelung des Halbleiterbauelements während dem geschlossenen Stromkreis innerhalb der Kartusche.

[0015] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche realisiert im geschlossenen Zustand der elektrischen Kontaktelemente mit den elektrischen Leiterbahnen die Ansteuerung des Halbleiterbauelements durch den Mikrocontroller eine veränderbare Abgabe von elektrischer Energie an das Halbleiterbauelement. Somit kann die elektrische Energie an das Halbleiterelement bei einem geschlossenen Stromkreis nicht nur konstant, sondern auch gesteuert bzw. getriggert zur Verfügung gestellt werden.

[0016] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche ist das Halbleiterbauelement eine in der Trommel vorgesehene Heizeinrichtung zum insbesondere zyklischen Beheizen der Kammer, welche mittels Kontaktieren der elektrischen Leiterbahnen mit den elektrischen Kontaktelementen zum Heizen schaltbar ist. Dadurch kann die Heizeinrichtung beispielsweise den notwendigen Temperaturverlauf in der Kammer der Trommel bereitstellen, sodass eine Polymerase-Ketten-Reaktion in einer Komponente in der Kammer ablaufen kann.

[0017] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche sind elektrischen Leiterbahnen innenseitig von dem Gehäuse angeordnet. Dabei können die elektrischen Leiterbahnen im Inneren der Wandung des Gehäuses oder auf der inneren Oberfläche des Gehäuses verlaufend angeordnet sein.

[0018] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche sind die elektrischen Leiterbahnen als ein spritzgegossener Schaltungsträger (MID) in dem Gehäuse der Kartusche ausgebildet. Vorzugsweise sind die MIDs (molded interconnect device) auf der Innenseite des Gehäuses ausgebildet. Die MIDs sind des Weiteren mit einer Energiequelle zur Versorgung der Kartusche mit elektrischer Energie verbunden.

[0019] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche weist die Leiterplatte des Weiteren endseitig zumindest zwei Laschen auf, an welcher jeweils ein elektrisches Kontaktelement ausgebildet ist, wobei die elektrischen Kontaktelemente mit einem ersten Paar von elektrischen Leiterbahnen kontaktierbar sind. Die beiden Laschen sind vorzugsweise gegenüber liegend an den Endbereichen der Leiterplatte angeordnet. Das elektrische Kontaktelement ist vorzugsweise eine elektrische leitende Beschichtung im Bereich der Lasche der Leiterplatte.

[0020] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche weist die Leiterplatte weitere Laschen auf, an welchen wiederum jeweils ein elektrisches Kontaktelement ausgebildet ist, wobei diese elektrischen Kontaktelemente mit von dem ersten Paar von elektrischen Leiterbahnen verschiedenen elektrischen Leiterbahnen kontaktierbar sind. Die Verwendung von mehr als zwei Laschen erlaubt die zeitlich unterschiedliche Schaltung von verschiedenen Funktionen auf derselben Leiterplatte. Vorzugsweise sind die weiteren Laschen dabei mit von dem ersten Paar von elektrischen Leiterbahnen verschiedenen elektrischen Leiterbahnen in Kontakt.

[0021] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche sind die elektrischen Leiterbahnen mit einer Energiequelle drahtgebunden oder drahtlos verbindbar, um im geschlossenen Zustand der elektrischen Kontaktelemente mit den elektrischen Leiterbahnen einen Stromfluss durch diese zu erzeugen. Drahtlose Lösungen können von Spulen, einer Batterie oder einem Akkumulator in der Kartusche Gebrauch machen.

[0022] Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche umfasst die Verstelleinrichtung eine erste Schräge, welche mit einer zweiten Schräge der Trommel zusammenwirkt, um die Trommel aus einer ersten Stellung, in der die zweite Schräge mit einem Gehäuse der Kartusche in Drehrichtung um die Mittelachse formschlüssig in Eingriff steht, in eine zweite Stellung entlang der Mittelachse zu verbringen, in welcher der Formschluss aufgehoben ist und sich die Trommel um die Mittelachse dreht. Dieser Mechanismus wird auch als "Kugelschreibermechanik" vorliegend bezeichnet.

[0023] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche sind die elektrischen Leiterbahnen anstatt an dem Gehäuse der Kartusche an der Verstelleinrichtung ausgebildet. Hierbei sind die elektrischen Leiterbahnen vorzugsweise im Bereich der ersten Schräge der Verstelleinrichtung angeordnet und mit der Energiequelle zur Versorgung der Kartusche mit elektrischer Energie elektrisch verbunden, so dass die elektrischen Kontaktelemente der Trommel bei einer geeigneten Stellung der Trommel den Stromkreis schließen.

[0024] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche sind die elektrischen Kontaktelemente der Trommel zweite elektrische Leiterbahnen, welche mit dem Halbleiterbauelement auf der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0025] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

[0026] Es zeigen:

Figur 1

eine perspektivische Ansicht einer Kartusche ohne eine Trommel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 2

eine perspektivische Ansicht des Öffnungsbereichs der Kartusche aus Figur 1;

Figur 3

eine Trommel der Kartusche aus Figur 1 in der Art eines Drehrevolvers;

Figur 4

eine Seitenansicht der Trommel aus Figur 3;

Figur 5

in einer Teilansicht einen kontaktlosen Zustand zwischen elektrischen Kontaktelementen einer Leiterplatte und der Kartusche aus Figur 1;

Figur 6

in einer Teilansicht einen Kontaktzustand zwischen elektrischen Kontaktelementen einer Leiterplatte und der Kartusche aus Figur 1;

Figur 7

eine schematische Darstellung eines schleifenden Kontakts für eine Kartusche gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 8

eine schematische Darstellung eines schleifenden Kontakt für eine Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 9

schematisch eine Ansicht einer Leiterplatte mit einer Heizeinrichtung für eine Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Figur 10

schematisch eine Ansicht einer Leiterplatte mit einer Regelung für eine Heizeinrichtung für eine Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

[0027] In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

[0028] Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kartusche 100 ohne eine Trommel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

[0029] Die Kartusche 100 umfasst ein Gehäuse 110 in Form eines Röhrchens. Beispielsweise kann das Gehäuse 110 als ein 5 bis 100 mL, insbesondere 50 mL, Zentrifugenröhrchen, 1.5 mL oder 2 mL Eppendorfröhrchen oder alternativ als eine Mikrotiterplatte (z.B. 20 µL pro Kavität) ausgebildet sein.

[0030] In dem Gehäuse 102 ist beispielsweise eine Trommel (nicht dargestellt) aufgenommen.

[0031] Das Gehäuse 110 ist an seinem einen Ende 112 geschlossen ausgebildet. Das andere Ende 116 des Gehäuses 110 ist mittels eines Verschlusses 118 verschlossen. Bevorzugt kann der Verschluss 118 abgenommen werden, um die Trommel aus dem Gehäuse 110 zu entnehmen. Alternativ kann auch das Gehäuse 110 selbst zerlegbar sein, um die Trommel zu entnehmen oder an eine Kammer (nicht dargestellt) in der Trommel zu gelangen.

[0032] Der Verschluss 118 ist vorzugsweise zur Energieversorgung für die Trommel ausgelegt, wobei die Energieversorgung als wieder verwendbares Bauteil oder Gerät ausgelegt werden kann, welches im Betrieb der Kartusche 100 Bestandteil dieser ist. Zum Beispiel kann der Verschluss 118 abnehmbar mit integriertem Akkumulator (nicht dargestellt) oder einer Batterie (nicht dargestellt) vorgesehen werden.

[0033] Das Gehäuse 110 und die Trommel 10 können aus demselben oder unterschiedlichen Polymeren hergestellt sein. Bei dem einen oder mehreren Polymeren handelt es sich insbesondere um Thermoplaste, Elastomere oder thermoplastische Elastomere. Beispiele sind Cyclo-olefin Polymer (COP), Cyclo-olefin Copolymer (COC), Polycarbonate (PC), Polyamide (PA), Polyurethane (PU), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalate (PET) oder Poly(methylmethacrylate) (PMMA).

[0034] Im Bereich der Innenseite des Gehäuses 110 der Kartusche 100 sind elektrische Leiterbahnen 50, 60, vorzugsweise in der Art eines spritzgegossenen Schaltungsträgers (MID), ausgebildet. Ein Bereich der elektrischen Leiterbahnen 50, 60 verläuft jeweils im Bereich des offenen Endes 116 der Kartusche 100, und dient somit als eine Schnittstelle zur Kontaktierung mit der Energieversorgung des Verschlusses 118. Im zylinderförmigen Bereich des Gehäuses 110 erstrecken sich die elektrischen Leiterbahnen 50, 60 im Wesentlichen in vertikaler Richtung auf das Ende 112 bis zu einer vorbestimmten Länge hin, welche durch eine Vielzahl von umfangsseitig regelmäßig beabstandet angeordneten Zähnen 35 einer Verstelleinrichtung (siehe hierzu Figuren 5 und 6) festgelegt wird. Die elektrischen Leiterbahnen 50, 60 sind mit ausgewählten Zähnen 35 der Verstelleinrichtung elektrisch verbunden. Die Unterseite der Zähne 35 weisen jeweils eine erste Schräge 201 auf.

[0035] Vorzugsweise sind die elektrischen Leiterbahnen 50, 60 während des Fertigungsprozesses der Trommel 10 beispielweise im Spritzgussverfahren mit eingegossen. Die elektrischen Leiterbahnen 50, 60 können auch mit einer Schutzschicht überzogen sein. Die elektrischen Leiterbahnen 50, 60 weisen typischerweise eine Dicke von wenigen Nanometer (z.B. 50 nm) bis hin zu einigen Millimeter (z.B. 3 mm) auf oder können auch als Drähte ausgelegt werden. Die Breite der elektrischen Leiterbahnen 50, 60 kann von wenigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern variieren. Die elektrischen Leiterbahnen 50, 60 können metallische Materialien wie Kupfer, Gold, Aluminium, Platin, Titan deren Legierungen oder dotierte Halbleitermaterialien wie Silizium aufweisen.

[0036] Beim Aufschrauben des Verschluss 118 auf die Kartusche 100 wird ein elektrischer Stromkreis durch Kontaktfedern (nicht dargestellt) in dem Verschluss 118 und den elektrischen Leiterbahnen 50, 60 hergestellt.

[0037] Die Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Öffnungsbereichs 116 der Kartusche 100 aus Figur 1.

[0038] Ein Bereich 51 der elektrischen Leiterbahnen 50, 60 verläuft jeweils im Bereich des offenen Endes 116 der Kartusche 100, und dient somit als eine Schnittstelle zur Kontaktierung mit der Energieversorgung des Verschlusses 118.

[0039] Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Zähne 35 innenseitig von dem Gehäuse 110 der Kartusche 100 ausgebildet und sind in Tiefenrichtung des Gehäuses 110 abgesetzt ausgebildet.

[0040] Die Figur 3 zeigt eine Trommel 10 für die Kartusche 100 aus Figur 1 in der Art eines Drehrevolvers. Die Trommel 10 ist ein im Wesentlichen dünnwandiger Behälter, der in seinem Innenbereich eine Kammer 20 zur Aufnahme einer Komponente aufweist, beispielsweise eine zu untersuchende biologische Probe einer Person oder eine beliebige chemische Substanz.

[0041] In einem inneren Umfangsbereich der Kammer 20 ist eine Leiterplatte 150 angeordnet, welche ein im Wesentlichen flächiges Element ist. Die Leiterplatte 150 weist einen ungefähr rechteckigen Mittenbereich auf, wobei sich im Bereich des oberen Querendes jeweils Laschen 160, 170 von dem Mittenbereich weg erstrecken. Die Leiterplatte 150 ist spiegelsymmetrisch ausgebildet. Im Bereich der Längsenden der Laschen 160, 170 ist jeweils ein elektrisches Kontaktelement 30, 40 ausgebildet, welches für einen schleifenden elektrischen Kontakt mit den elektrischen Leiterbahnen (nicht dargestellt) der Kartusche 100 vorgesehen ist. Die Leiterplatte 150 weist des Weiteren elektrisch funktionelle Strukturen auf, welche die Komponente beispielsweise erhitzen können.

[0042] Die Kammer 20 kann im Bereich ihrer inneren Umfangsfläche mit einer Wärmeisolierung, beispielsweise mit Hilfe von Phasenwechselmaterialien, versehen sind. Alternativ dazu kann die Wärmeisolierung im äußeren Umfangsbereich der Trommel 10 vollständig oder abschnittsweise angeordnet sein.

[0043] Im Bereich der äußeren Umfangsfläche der Trommel 10 sind regelmäßig beabstandet eine Vielzahl von Zähnen 45 einer Verstelleinrichtung (siehe hierzu wiederum Figuren 5 und 6) angeordnet, welche sich jeweils entlang der gesamten Höhe der Trommel 10 erstrecken. Die Unterseite der Zähne 45 ist bündig mit der Unterseite der Kammer 20 ausgebildet. Die Zähne 45 ragen jeweils um eine vorbestimmte Höhe über die Höhe der Trommel 10 hinaus, wobei das freie Ende der Zähne 45 jeweils in Form einer Schräge 47 ausgebildet ist.

[0044] Im Betrieb dreht sich die Trommel 10 um eine Mittelachse 15, welche identisch mit der Mittelachse der Kartusche (nicht dargestellt) ist.

[0045] Die Figur 4 zeigt eine Seitenansicht der Trommel 10 aus Figur 3, wobei die Trommel 10 im Bereich des oberen Endes der Kammer 20 jeweils gegenüber liegend angeordnete schlitzartige Ausnehmungen 12 aufweist, welche zur Aufnahme der Laschen 160, 170 der Leiterplatte 150 vorgesehen sind. Gegenüber liegend der schlitzartigen Ausnehmung 12 ist im Bereich des oberen Endes der Kammer 20 jeweils eine Nase 13 ausgebildet, welche sich leicht beabstandet im Umfangsrichtung zu der äußeren Umfangsfläche der Trommel 10 erstreckt. Die Nase 13 ist in Verbindung mit der schlitzartigen Ausnehmung 12 zur Verbindung der Leiterplatte 150 mit der Trommel 10 vorgesehen, wobei die Nase 13 nach dem Einführen der Laschen 160, 170 in die schlitzartige Ausnehmung 12 jeweils einen Abschnitt der Laschen 160, 170 hintergreift, und auf diese Weise eine formschlüssige Verbindung der Leiterplatte 150 mit der Trommel 10 realisiert.

[0046] Die Leiterplatte 150 ist in der Einbauposition gegenüber einer vertikalen Ebene geneigt, weshalb sich die Laschen 160, 170 der Leiterplatte 150 in den Nasen 13 zusätzlich verklemmt. Diese Ausführungsform der Befestigung für die Leiterplatte 150 in der Trommel 10 ist in vorteilhafter Weise mittels Spritzgießen herstellbar, wobei auf einen Schieber für Hinterschnitte verzichtet werden kann=

[0047] Die Figur 5 zeigt in einer Teilansicht einen kontaktlosen Zustand zwischen den elektrischen Kontaktelementen 30, 40 einer Leiterplatte 150 und der Kartusche aus Figur 1. Im Inneren der Kartusche 10 wird durch die an der Trommel 10 ausgebildeten Zähne und der am inneren Umfangsbereich des Gehäuses 110 ausgebildete Zähne eine Verstelleinrichtung 200 gebildet, welche bewirkt, dass sich bei der Betätigung der Verstelleinrichtung 200 die Trommel 10 gegenüber dem Gehäuse 110 der Kartusche 100 in einer vorbestimmten Richtung um einen vorbestimmten Winkel dreht ('Betätigung der Kugelschreibermechanik').

[0048] Da in der Stellung gemäß Figur 5 die innenliegend von dem Gehäuse 110 der Kartusche 100 ausgebildeten elektrischen Leiterbahnen 50, 60 die jeweiligen als Schleifkontakte ausgebildeten elektrischen Kontaktelemente (nicht dargestellt) der Leiterplatte 150 nicht kontaktieren, kann in dieser Stellung die elektrische Funktion auf der Leiterplatte 150 nicht aktiviert sein. Vielmehr sind die elektrischen Kontaktelemente der Leiterplatte 150 gegenüber den elektrischen Leiterbahnen 50, 60 verdreht. Ein Schließen des Stromkreises innerhalb der Kartusche 100 ist erst nach einer weiteren Betätigung der Verstelleinrichtung 200 möglich.

[0049] Die Figur 6 zeigt in einer Teilansicht einen Kontaktzustand zwischen den elektrischen Kontaktelementen 30, 40 einer Leiterplatte 150 und der Kartusche aus Figur 1. In der Stellung gemäß Figur 6 ist die Trommel gegenüber der Stellung von Figur 5 um eine Zahnposition weitergedreht, wobei nun die elektrischen Leiterbahnen 50, 60 mit den jeweiligen elektrischen Kontaktelementen (nicht dargestellt) der Leiterplatte 150 in Kontakt stehen. Der Stromkreis innerhalb der Kartusche 100 ist geschlossen und die Leiterplatte 150 wird nun für die Dauer dieser Stellung bis zur erneuten Betätigung der Verstelleinrichtung 200 mit elektrischer Energie versorgt werden. Somit ist die elektrische Funktion auf der Leiterplatte 150 aktiviert.

[0050] Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines schleifenden Kontakts für eine Kartusche gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0051] In den Figuren 7 und 8 sind in deren oberen Bereich eine Vielzahl von Zähnen dargestellt, welche dem inneren Umfangsbereich des Gehäuses der Kartusche (nicht dargestellt) zuzuordnen sind. Dementsprechend sind in dem unteren Bereich von Figuren 7 und 8 eine Vielzahl von Zähnen dargestellt, welche dem äußeren Umfangsbereich der Trommel 10 zuzuordnen sind.

[0052] Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform für die Anordnung der elektrischen Leiterbahn 30 zur Versorgung einer Leiterplatte (nicht dargestellt) der Trommel 10. Die Ansichten von Figuren 7 und 8 zeigen jeweils nur eine elektrische Leiterbahn 30, während die zugehörige zweite elektrische Leiterbahn (nicht dargestellt) gegenüber liegend zu dieser angeordnet ist.

[0053] Auf der Oberfläche eines Zahnes 35 ist ein elektrischer Kontakt 55 in der Art eines spritzgegossenen Schaltungsträgers (MID) an dem Gehäuse der Kartusche ausgebildet. Der elektrische Kontakt 55 weist im Bereich des freien Ende des Zahnes 35 eine Form auf, welche im Wesentlichen mit derjenigen des Zahnes 35 identisch ist. Der elektrische Kontakt 55 ist elektrisch mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) der Kartusche verbunden.

[0054] Ebenfalls auf der Oberfläche eines Zahnes 45 der Trommel 10 ist eine Beschichtung zur Ausbildung eines elektrischen Kontaktelements als eine elektrische Leiterbahn 30, vorzugsweise in der Art eines spritzgegossenen Schaltungsträgers (MID), auf dem Zahn 45 aufgebracht. Die elektrische Leiterbahn 30 ist mit der Leiterplatte der Trommel 10 elektrisch verbunden, so dass mit Hilfe von dieser eine elektrische Funktion (beispielweise das Erfassen einer Temperatur oder das Aufheizen einer Komponente in der Trommel 10 realisiert werden kann. Sobald nun beim Schalten einer Verstelleinrichtung (nicht dargestellt) der elektrische Kontakt 55 der Kartusche mit der elektrischen Leiterbahn 30 der Trommel 10 in Kontakt kommt, dann ist der Stromkreis geschlossen und eine elektrische Funktion wird in der Trommel 10 ausgeführt.

[0055] Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines schleifenden Kontakt für eine Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0056] Auf der Oberfläche eines Zahnes 35 ist ein elektrischer Kontakt 55 in der Art eines spritzgegossenen Schaltungsträgers (MID) an dem Gehäuse der Kartusche ausgebildet. Der elektrische Kontakt 55 weist im Bereich des freien Ende des Zahnes 35 eine Form auf, welche im Wesentlichen mit derjenigen des Zahnes 35 identisch ist. Zusätzlich dazu ist der elektrische Kontakt 55 im Bereich zwischen zwei angrenzenden Zähnen ausgebildet. Der elektrische Kontakt 55 ist elektrisch mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) der Kartusche verbunden.

[0057] Ebenfalls auf der Oberfläche eines Zahnes 45 der Trommel 10 ist eine Beschichtung zur Ausbildung eines elektrischen Kontaktelements als eine elektrische Leiterbahn 30, vorzugsweise in der Art eines spritzgegossenen Schaltungsträgers (MID), auf dem Zahn 45 aufgebracht. Die elektrische Leiterbahn 30 ist mit der Leiterplatte der Trommel 10 elektrisch verbunden, so dass mit Hilfe von dieser eine elektrische Funktion (beispielweise das Erfassen einer Temperatur oder das Aufheizen einer Komponente in der Trommel 10 realisiert werden kann. Sobald nun beim Schalten der Verstelleinrichtung der elektrische Kontakt 55 der Kartusche mit der elektrischen Leiterbahn 30 der Trommel 10 in Kontakt kommt, dann ist der Stromkreis geschlossen und eine elektrische Funktion wird in der Trommel 10 ausgeführt.

[0058] Figur 9 zeigt schematisch eine Ansicht einer Leiterplatte 150 mit einer Heizeinrichtung 310 für eine Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

[0059] Die Leiterplatte 150 ist ein flächiges Bauteil und weist im oberen Bereich von seinen Längsenden jeweils eine Lasche 160 und 170 auf. Die Heizeinrichtung 310 für die Leiterplatte 150 ist in der Art eines Heizmäanders ausgebildet, welcher sich im Wesentlichen entlang der Oberfläche von einer Seite der Leiterplatte 150 erstreckt und endseitig jeweils mit elektrischen Kontaktelementen 30, 40 elektrisch verbunden ist. Auf derselben Seite der Leiterplatte 150 wie der Heizeinrichtung 310 ist ein temperaturabhängiger Widerstand 300 als Halbleiterelement angeordnet, welcher oberhalb von der Heizeinrichtung 310 angeordnet ist. Der temperaturabhängige Widerstand 300 kann als ein Regelelement für die Temperatur verwendet werden. Alternativ dazu sind beliebige andere Regelelemente möglich.

[0060] Figur 10 zeigt schematisch eine Ansicht einer Leiterplatte 150 mit einer Regelung für eine Heizeinrichtung 300, 350 für eine Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

[0061] Die Leiterplatte 150 ist wiederum ein flächiges Bauteil und weist im oberen Bereich von seinen Längsenden jeweils eine Lasche 160 und 170 auf. Die Regelung für die Heizeinrichtung besteht aus einem Temperatursensor 300 und einem Aktor 350, welcher seriell mit dem Temperatursensor 300 elektrisch verbunden ist. Der Temperatursensor 300 und der Aktor 350 sind elektrisch mit elektrischen Kontaktelementen 30, 40 verbunden, welche wiederum im oberen Bereich der Leiterplatte 150 mit an deren Längsenden jeweils ausgebildeten Laschen 160 und 170 ausgebildet sind.

[0062] Der Temperatursensor 300 misst die Temperatur einer Komponente (nicht dargestellt) und der Aktor 350 stellt diese gemessene Temperatur als eine Regelung ein. Es können auch andere Parameter als die Temperatur bei der Wahl eines anderen Sensors gemessen und geregelt werden. Alternativ dazu können auch amperometrische Sensoren oder Chem-FETs usw. verwendet werden. Eine Regelung oder eine Steuerung des Aktors 350 und/oder des Temperatursensors 300 erfolgt mit Hilfe eines Mikrocontrollers 360, welcher ebenfalls elektrisch mit den elektrischen Kontaktelementen 30, 40 verbunden ist.

[0063] Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Ferner wird darauf hingewiesen, dass "ein" vorliegend keine Vielzahl ausschließt.

Ansprüche

1. Kartusche (100), aufweisend
eine Trommel (10), welche zumindest eine Kammer (20) und elektrische Kontaktelemente (30, 40) aufweist,
eine Verstelleinrichtung (200), welche dazu eingerichtet ist, die Trommel (10) um deren Mittelachse (15) zu drehen,
elektrische Leiterbahnen (50, 60) an einem Gehäuse, (110) der Kartusche (100),
wobei die elektrischen Kontaktelemente (30, 40) und die elektrischen Leiterbahnen (50, 60) zur Übertragung von elektrischer Energie in einen Schleifkontakt gebracht werden.

2. Kartusche nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Kontaktelemente (30, 40) mit einem Halbleiterbauelement (300) auf einer Leiterplatte (150) elektrisch leitend verbunden sind, welche mit der Trommel (10) gekoppelt ist.

3. Kartusche nach Anspruch 2, wobei das Halbleiterbauelement (300) im geschlossenen Zustand der elektrischen Kontaktelemente (30, 40) mit den elektrischen Leiterbahnen (50, 60) mit Hilfe eines Mikrocontrollers (360) ansteuerbar ist.

4. Kartusche nach Anspruch 3, wobei im geschlossenen Zustand der elektrischen Kontaktelemente (30, 40) mit den elektrischen Leiterbahnen (50, 60) die Ansteuerung des Halbleiterbauelements (300) durch den Mikrocontroller (360) eine veränderbare Abgabe von elektrischer Energie an das Halbleiterbauelement (300) realisiert.

5. Kartusche nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Halbleiterbauelement (300) eine in der Trommel (10) vorgesehene Heizeinrichtung (310) zum insbesondere zyklischen Beheizen der Kammer (20) ist, welche mittels Kontaktieren der elektrischen Leiterbahnen (50, 60) mit den elektrischen Kontaktelementen (30, 40) zum Heizen schaltbar ist.

6. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leiterbahnen (50, 60) innenseitig von dem Gehäuse (110) angeordnet sind.

7. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leiterbahnen (50, 60) als ein spritzgegossener Schaltungsträger (MID) in dem Gehäuse (110) der Kartusche (100) ausgebildet sind.

8. Kartusche nach Anspruch 2, wobei die Leiterplatte (150) des Weiteren endseitig zumindest zwei Laschen (160, 170) aufweist, an welcher jeweils ein elektrisches Kontaktelement (30, 40) ausgebildet ist, wobei die elektrischen Kontaktelemente (30, 40) mit einem ersten Paar von elektrischen Leiterbahnen (50, 60) kontaktierbar sind.

9. Kartusche nach Anspruch 8, wobei die Leiterplatte (150) weitere Laschen aufweist, an welchen wiederum jeweils ein elektrisches Kontaktelement ausgebildet ist, wobei diese elektrischen Kontaktelemente mit von dem ersten Paar von elektrischen Leiterbahnen (50, 60) verschiedenen elektrischen Leiterbahnen kontaktierbar sind.

10. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leiterbahnen (50, 60) mit einer Energiequelle drahtgebunden oder drahtlos verbindbar sind, um im geschlossenen Zustand der elektrischen Kontaktelemente (30, 40) mit den elektrischen Leiterbahnen (50, 60) einen Stromfluss durch diese zu erzeugen.

11. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung (200) eine erste Schräge (201) umfasst, welche mit einer zweiten Schräge (11) der Trommel (10) zusammenwirkt, um die Trommel (10) aus einer ersten Stellung, in der die zweite Schräge (11) mit dem Gehäuse (110) der Kartusche (100) in Drehrichtung um die Mittelachse (15) formschlüssig in Eingriff steht, in eine zweite Stellung entlang der Mittelachse (15) zu verbringen, in welcher der Formschluss aufgehoben ist und sich die Trommel (10) um die Mittelachse (15) dreht.

12. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leiterbahnen (50, 60) anstatt an dem Gehäuse (110) der Kartusche (100) an der Verstelleinrichtung (200) ausgebildet sind.

13. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Kontaktelemente der Trommel (10) zweite elektrische Leiterbahnen (14, 15) sind, welche mit dem Halbleiterbauelement (300) auf der Leiterplatte (150) elektrisch leitend verbunden sind.

14. Verfahren zum Prozessieren wenigstens einer Komponente in einer Kartusche (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend folgende Schritte:

Bereitstellen einer Trommel (10), welche eine Kammer (20) und elektrische Kontaktelemente (30, 40) aufweist,

Bereitstellen einer Verstelleinrichtung (200), welche dazu eingerichtet ist, die Trommel (10) um deren Mittelachse (15) zu drehen, und

Schleifendes Kontaktieren der elektrischen Kontaktelemente (30, 40) mit den elektrischen Leiterbahnen (50, 60) zur Übertragung von Energie.

15. Verfahren nach Anspruch 14, mit dem Schritt des Durchführens einer Messverfahrens mit Hilfe einer Messvorrichtung, welcher die schleifend kontaktiert übertragene Energie bereitgestellt wird.

Claims

1. Cartridge (100), comprising
a drum (10) which has at least one chamber (20) and electrical contact elements (30, 40),
an adjustment device (200) which is designed to rotate the drum (10) about its center axis (15),
electrical conductor tracks (50, 60) on a housing (110) of the cartridge (100),
wherein the electrical contact elements (30, 40) and the electrical conductor tracks (50, 60) are brought into sliding contact in order to transmit electrical energy.

2. Cartridge according to Claim 1, wherein the electrical contact elements (30, 40) are electrically conductively connected to a semiconductor component (300) on a printed circuit board (150) which is coupled to the drum (10).

3. Cartridge according to Claim 2, wherein the semiconductor component (300) can be actuated with the aid of a microcontroller (360) in the closed state of the electrical contact elements (30, 40) with the electrical conductor tracks (50, 60).

4. Cartridge according to Claim 3, wherein, in the closed state of the electrical contact elements (30, 40) with the electrical conductor tracks (50, 60), the actuation of the semiconductor component (300) by the microcontroller (360) produces variable output of electrical energy to the semiconductor component (300).

5. Cartridge according to one of Claims 2 to 4, wherein the semiconductor component (300) is a heating device (310), which is provided in the drum (10), for, in particular cyclical, heating of the chamber (20) which can be switched for heating purposes by means of the electrical contact elements (30, 40) making contact with the electrical conductor tracks (50, 60).

6. Cartridge according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor tracks (50, 60) are arranged on the inside of the housing (110).

7. Cartridge according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor tracks (50, 60) are in the form of an injection-molded circuit mount (MID) in the housing (110) of the cartridge (100).

8. Cartridge according to Claim 2, wherein the printed circuit board (150) further has at least two tabs (160, 170) at its ends, in each case one electrical contact element (30, 40) being formed on said tabs, wherein a first pair of electrical conductor tracks (50, 60) can make contact with the electrical contact elements (30, 40).

9. Cartridge according to Claim 8, wherein the printed circuit board (150) has further tabs, in each case one electrical contact element once again being formed on said tabs, wherein electrical conductor tracks which are different from the first pair of electrical conductor tracks (50, 60) can make contact with these electrical contact elements.

10. Cartridge according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor tracks (50, 60) can be connected to an energy source in a wire-bound manner or in a wire-free manner, in order to, in the closed state of the electrical contact elements (30, 40) with the electrical conductor tracks (50, 60), generate a flow of current through said electrical conductor tracks.

11. Cartridge according to one of the preceding claims, wherein the adjustment device (200) comprises a first bevel (201) which interacts with a second bevel (11) of the drum (10) in order to move the drum (10) from a first position, in which the second bevel (11) engages in an interlocking manner with the housing (110) of the cartridge (100) in the direction of rotation about the center axis (15), to a second position along the center axis (15) in which the interlocking connection is broken and the drum (10) rotates about the center axis (15).

12. Cartridge according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor tracks (50, 60) are formed on the adjustment device (200) instead of on the housing (110) of the cartridge (100).

13. Cartridge according to one of the preceding claims, wherein the electrical contact elements of the drum (10) are second electrical conductor tracks (14, 15) which are electrically conductively connected to the semiconductor component (300) on the printed circuit board (150).

14. Method for processing at least one component in a cartridge (100) according to one of Claims 1 to 13, comprising the following steps:

providing a drum (10) which has a chamber (20) and electrical contact elements (30, 40),

providing an adjustment device (200) which is designed to rotate the drum (10) about its center axis (15), and the electrical conductor tracks (50, 60) making sliding contact with the electrical contact elements (30, 40) in order to transmit energy.

15. Method according to Claim 14, comprising the step of carrying out a measurement method with the aid of a measuring apparatus which is provided with the energy which is transmitted by sliding contact being made.

Revendications

1. Cartouche (100) présentant
un tambour (10) qui présente au moins une chambre (20) et des éléments (30, 40) de contact électrique,
un dispositif de déplacement (200) conçu pour faire tourner le tambour (10) autour de son axe central (15),
des pistes électriquement conductrices (50, 60) prévus sur un boîtier (110) de la cartouche (100), les éléments (30, 40) de contact électrique et les pistes électriquement conductrices (50, 60) étant amenés en contact coulissant pour transférer de l'énergie électrique.

2. Cartouche selon la revendication 1, dans laquelle les éléments (30, 40) de contact électrique sont raccordés de manière électriquement conductrice à un composant semi-conducteur (300) prévu sur une carte de circuit (150) accouplée au tambour (10).

3. Cartouche selon la revendication 2, dans laquelle le composant semi-conducteur (300) peut être commandé à l'aide d'un microcontrôleur (360) lorsque les éléments (30, 40) de contact électrique sont en position de contact fermé avec les pistes électriquement conductrices (50, 60).

4. Cartouche selon la revendication 3, dans laquelle, lorsque les éléments (30, 40) de contact électrique sont en position de contact fermé avec les pistes électriquement conductrices (50, 60), la commande du composant semi-conducteur (300) par le microcontrôleur (360) a pour effet un envoi variable d'énergie électrique à l'élément semi-conducteur (300).

5. Cartouche selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle le composant semi-conducteur (300) est un dispositif de chauffage (310) prévu dans le tambour (10) en particulier pour chauffer cycliquement la chambre (20) et peut être commuté en chauffage par la mise en contact des pistes électriquement conductrices (50, 60) avec les éléments (30, 40) de contact électrique.

6. Cartouche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les pistes électriquement conductrices (50, 60) sont disposées à l'intérieur du boîtier (110).

7. Cartouche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les pistes électriquement conductrices (50, 60) sont configurées comme supports de circuit (MID) coulés par injection prévus dans le boîtier (110) de la cartouche (100).

8. Cartouche selon la revendication 2, dans laquelle la carte de circuit (150) présente de plus à son extrémité au moins deux pattes (160, 170) sur lesquelles un élément (30, 40) de contact électrique respectif est formé, les éléments (30, 40) de contact électrique pouvant être mis en contact avec une première paire de pistes électriquement conductrices (50, 60).

9. Cartouche selon la revendication 8, dans laquelle la carte de circuit (150) présente d'autres pattes sur chacune desquelles un élément de contact électrique est formé, ces éléments de contact électrique pouvant être mis en contact avec des pistes électriquement conductrices différentes des pistes électriquement conductrices (50, 60) de la première paire.

10. Cartouche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les pistes électriquement conductrices (50, 60) peuvent être reliées par fil ou sans fil à une source d'énergie et dans laquelle un écoulement de courant est formé lorsque les éléments de contact électrique (30, 40) sont en position de contact fermé avec les pistes électriquement conductrices (50, 60).

11. Cartouche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif d'ajustement (200) présente une première rampe (201) qui coopère avec une deuxième rampe (11) du tambour (10) pour amener le tambour (10) depuis une première position dans laquelle la deuxième rampe (11) engage en correspondance géométrique le boîtier (110) de la cartouche (100) en l'empêchant de tourner autour de l'axe central (15) jusqu'à une deuxième position le long de l'axe central (15) dans laquelle la correspondance géométrique est supprimée et le tambour (10) tourne autour de l'axe central (15).

12. Cartouche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les pistes électriquement conductrices (50, 60) sont formées sur le dispositif de déplacement (200) plutôt que sur le boîtier (110) de la cartouche (100).

13. Cartouche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les éléments de contact électrique du tambour (10) sont deux pistes électriquement conductrices (14, 15) raccordées de manière électriquement conductrice au composant semi-conducteur (300) prévu sur la carte de circuit (150).

14. Procédé de traitement d'au moins un composant dans une cartouche (100) selon l'une des revendications 1 à 13, le procédé présentant les étapes suivantes :

prévoir un tambour (10) qui présente une chambre (20) et des éléments (30, 40) de contact électrique,

préparer un dispositif d'ajustement (200) conçu pour faire tourner le tambour (10) autour de son axe central (15) et

mettre en contact coulissant des éléments de contact électrique (30, 40) avec des pistes électriquement conductrices (50, 60) en vue de transférer de l'énergie.

15. Procédé selon la revendication 14, qui présente l'étape de réalisation d'une opération de mesure à l'aide d'un ensemble de mesure auquel de l'énergie est apportée par un contact coulissant.

Zeichnung