DE102008059897A1 - Steckereinheit und Verbindungssystem für das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie - Google Patents

Steckereinheit und Verbindungssystem für das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steckereinheit 3 für das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, mit einer Steckerkapillare 10, welche durch eine Bohrung eines Steckergehäuses 20 ragt, wobei das Steckergehäuse 20 so ausgebildet ist, dass es mit einer Buchseneinheit 5 lösbar verbindbar ist, wobei das vordere Ende der Steckerkapillare 10 im verbundenen Zustand von Steckereinheit 3 und Buchseneinheit 5 in eine Kapillarenaufnahmeöffnung 53 der Buchseneinheit 5 ragt und mit seiner Stirnfläche im Wesentlichen fluchtend einem vorderen Ende einer Buchsenkapillare 57 oder einer Buchsenkapillarenöffnung 55 der Buchseneinheit 5 gegenüberliegt und deren Stirnfläche stumpf beaufschlagt, und wobei das Steckergehäuse 20 mit seiner dem Ende der Steckerkapillare 10 zugewandten Stirnfläche im montierten Zustand von Steckereinheit 3 und Buchseneinheit 5 mittelbar oder unmittelbar ein die Steckerkapillare 10 im Bereich des vorderen Endes der Steckerkapillare 10 umgebendes ringförmiges Dichtelement 40 derart beaufschlagt, dass das vordere Ende der Steckerkapillare 10 durch eine elastische oder elastische und plastische Deformation des Dichtelements 40 gegen die Kapillarenaufnahmeöffnung 53 der Buchseneinheit 5 abgedichtet wird. Erfindungsgemäß beaufschlagt die Stirnfläche des ringförmigen Dichtelements 40 während der Montage und im montierten Zustand von Steckereinheit 3 und Buchseneinheit 5 einen in radialer Richtung über den Innendurchmesser ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steckereinheit für das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verbindungssystem bestehend aus einer Buchseneinheit und einer derartigen Steckereinheit gemäß Anspruch 11.
  • In Chromatographieanlagen werden Flüssigkeiten oder Gase durch geeignete Verbindungsleitungen zwischen den Komponenten der betreffenden Anlage gefördert. Diese Verbindungsleitungen, die beispielsweise aus Edelstahl bestehen können, verfügen an ihren Enden über geeignete Verbindungssysteme, auch als Fittings bezeichnet, um mit den Anschlüssen der Komponenten eine dichte Verbindung herstellen zu können.
  • Ein derartiges Verbindungssystem wurde bereits 1975 in der US 3,880,452 beschrieben. Eine, die Verbindungsleitung zwischen zwei Komponenten bildende Kapillare, wird dabei in die Kapillarenaufnahmeöffnung einer Buchseneinheit bzw. Verbindungseinheit eingeschoben und mittels einer Befestigungsschraube, die eine zentrale Bohrung für das Führen der Kapillare aufweist, in der Buchse fixiert. Zur Dichtung werden ein oder mehrere Dichtelemente, welche die Kapillare in ihrem vorderen Endbereich umgeben, mittels der Befestigungsschraube beim Verbinden von Kapillare und Buchseneinheit in die Kapillarenaufnahmeöffnung, die nach Innen konisch verläuft, hineingepresst.
  • Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Dichtstelle nicht in der zur Längsachse der Kapillare senkrechten Ebene der Stirnfläche erfolgt, sondern in axialer Richtung eine bestimmte Strecke von der Stirnfläche rückwärts versetzt ist. Hierdurch ergibt sich ein Totvolumen, das sich insbesondere in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie nachteilig auswirkt. Um bei den in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie verwendeten extrem hohen Drücken die Dichtigkeit derartiger Verbindungen gewährleisten zu können, werden häufig Dichtelemente verwendet, wie sie beispielsweise in der US 4,619,473 als Stand der Technik (2) beschrieben sind. Hierbei handelt es sich um ringförmige Dichtelemente, die meist ebenfalls aus Edelstahl bestehen und die im Längsschnitt einen konischen Verlauf des Außendurchmessers aufweisen. Ein derartiges Dichtelement wirkt mit einer konischen Aufnahmeöffnung in der Buchseneinheit zusammen, wobei die konische Aufnahmeöffnung gegenüber der Längsachse der Kapillare einen größeren Winkel aufweist als das Dichtelement. Hierdurch wird bei einem Einpressen des Dichtelements in die Aufnahmeöffnung mittels einer Befestigungsschraube auf den vorderen Bereich des Dichtelements ein extrem hoher, radial einwärts gerichteter Druck ausgeübt, so dass sich hier die Dichtstelle ergibt. Durch diesen Druck ergibt sich jedoch meist eine Deformation des Dichtelements und der Kapillare, wobei das Dichtelement mit seiner Vorderkante ringförmig in den Außenumfang der Kapillare eingedrückt wird. Eine derartige Deformation ist insbesondere deshalb unerwünscht, weil hierdurch das Dichtelement form- und kraftschlüssig mit der Kapillare verbunden wird und das Dichtelement nicht mehr ohne Weiteres in axialer Richtung auf der Kapillare verschoben werden kann. Wird die dichtende Verbindung gelöst und soll ein derartiges Steckerelement in eine andere Buchseneinheit eingeschraubt werden, beispielsweise weil eine Komponente der Chromatographieanlage ersetzt werden muss, so kann zwar erneut eine dichte Verbindung hergestellt werden, jedoch kann infolge von Toleranzen oder Hersteller abhängigen Unterschieden in der Tiefe der Aufnahmeöffnung nicht mehr gewährleistet werden, dass die Kapillare mit ihrer Stirnfläche wieder die Stirnfläche der damit zu verbindenden Leitung beaufschlagt. Ist die Aufnahmeöffnung der Buchseneinheit der ausgetauschten Komponente in axialer Richtung länger als bei der zuvor verwendeten Komponente, so entsteht ein unerwünschtes Totvolumen. Ist die Aufnahmeöffnung für die Kapillare bei der ausgetauschten Komponente in axialer Richtung kürzer als bei der zuvor verwendeten Komponente, so wird die Kapillare durch den Druck der Befestigungsschraube sogar deformiert, gegebenenfalls beschädigt, und eine dichte Verbindung ist unter Umständen nicht mehr möglich. Denn das auf der Kapillare form- und kraftschlüssig befestigte Dichtelement kann sich in axialer Richtung nicht bewegen.
  • Jedoch kann bei einem derartigen Fitting ein geringes Totvolumen auch dann kaum vermieden werden, wenn sich die Stirnflächen der Kapillare und der damit zu verbindenden Leitung unmittelbar gegenüberstehen oder berühren, da sich die Dichtstelle nicht im Bereich der Stirnfläche der Kapillare bzw. der damit zu verbindenden Leitung befindet.
  • Um derartige Toleranzen ausgleichen zu können bzw. um Verbindungssysteme unterschiedlicher Hersteller mit ein und derselben Steckereinheit verwenden zu können, wird in der US 6,494,500 ein selbstjustierender Stecker für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie beschrieben, bei dem die Kapillare über eine in der Befestigungsschraube vorge sehene Feder axial in Richtung auf die Kapillarenaufnahmeöffnungen der Buchseneinheit vorgespannt ist. Zur Dichtung wird eine austauschbare Ferrule verwendet, die jedoch ebenfalls wieder in ihrem vorderen Bereich konisch ausgebildet ist und zur Dichtung mit einer stärker konisch ausgebildeten Innenwandung der Ferrulenaufnahmeöffnung zusammen wirkt. Hierdurch besteht wieder die Gefahr, dass die Ferrule auf der Kapillare „festgekrimpt” wird, insbesondere dann, wenn das Dichtelement aus einem Metall, beispielsweise Edelstahl, besteht.
  • Zudem ist bei dieser Steckereinheit nachteilig, dass auf der Kapillare ein Abstützelement für die Schraubenfeder befestigt werden muss, was die Herstellung einer derartigen Steckereinheit aufwendiger macht.
  • Zur Vermeidung eines Totvolumens ist aus der US 4,083,704 eine Einheit zur Verbindung von Kapillaren für die Gaschromatographie bekannt, bei der die Kapillare ebenfalls mit ihren Stirnflächen auf Stoß verbunden werden. Die Fixierung der Kapillaren erfolgt mittels im Längsschnitt keilförmiger Ringelemente, die mit entsprechend konischen Ausnehmungen im Verbindungsgehäuse zusammenwirken. Die Abdichtung ist in diesem Fall jedoch gegenüber einer für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie tauglichen Verbindung einfacher, da bei der Gaschromatographie die verwendeten Drücke deutlich geringer sind, beispielsweise bis zu 6 bar.
  • Neben den bereits geschilderten Nachteilen weisen die bekannten Verbindungssysteme den Nachteil auf, dass die Gefahr besteht, dass das Dichtelement beim Demontieren der Steckereinheit und dem Herausziehen der Kapillare aus der Buchseneinheit in der betreffenden Aufnahmeöffnung der Buchseneinheit stecken bleibt.
  • Des Weiteren geht der Trend in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie zur Verwendung von dünneren Kapillaren, da diese einfacher gebogen werden können, um sie der aktuellen Einbausituation besser anpassen zu können. Auch weisen dünnere Kapillaren aufgrund des Herstellungsprozesses kleinere Toleranzen im Innendurchmesser und weniger Exzentrizität des Innendurchmessers auf. Zur Verwendung von Kapillaren mit kleinerem Außendurchmesser in Verbindung mit herkömmlichen Buchseneinheiten oder Verbindungseinheiten werden diese an den Enden mit einer Hülse zur Anpassung des Außendurchmessers bis auf den Durchmesser der herkömmlichen dickeren Kapillaren versehen.
  • Dies stellt jedoch einen zusätzlichen Aufwand dar und erhöht das Totvolumen einer Verbindung.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steckereinheit für das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, zu schaffen, welche auf einfache Weise für Kapillaren mit unterschiedlichem Außendurchmesser in Verbindung mit Buchseneinheiten mit herkömmlichen Durchmessern von Aufnahmeöffnungen einsetzbar ist. Zudem soll vermieden werden, dass sich bei der Demontage der Steckereinheit das Dichtelement von der Kapillare löst und in der Buchseneinheit verbleibt. Des Weiteren liegt der Erfindung zugrunde, ein Verbindungssystem mit einer derartigen Steckereinheit zu schaffen.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 11.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass auf einfache Weise ein Anliegen der Stirnfläche der Kapillare an die Stirnfläche einer damit zu verbindenden Kapillare oder an die Stirnfläche einer Öffnung eines Fluidkanals in einer Buchseneinheit dadurch gewährleistet werden kann, dass die Kapillare an ihrem vorderen Ende einen in radialer Richtung über den Innendurchmesser des ringförmigen Dichtelements hinausragenden Beaufschlagungsbereich aufweist. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei der Verbindung des Steckergehäuses mit der Buchseneinheit das Steckergehäuse mit seiner Stirnfläche das Dichtelement beaufschlagt und das Dichtelement demzufolge den Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare mit einer axialen Anpresskraft beaufschlagt. Zudem ist das Dichtelement ausreichend elastisch oder plastisch deformierbar ausgebildet, um gleichzeitig eine Abdichtung der Steckerkapillare gegenüber der Buchseneinheit bzw. der Kapillarenaufnahmeöffnung zu gewährleisten. Die Abdichtung erfolgt dabei im Bereich des sich radial nach außen erstreckenden Beaufschlagungsbereichs der Steckerkapillare, so dass ein Totvolumen vermieden wird.
  • Der Beaufschlagungsbereich weist seinen größten Durchmesser vorzugsweise in der Ebene der Stirnfläche der Steckerkapillare bzw. in deren unmittelbarer Nachbarschaft auf, um zu vermeiden, dass sich Material des Dichtelements in einen Ringspalt zwischen die Stirnfläche der Steckerkapillare und der Stirnfläche der Buchsenkapillare bzw. den Boden der Aufnahmeöffnung in der Buchseneinheit drückt, in dem die Buchsenkapillarenöffnung vorgesehen ist.
  • Durch die am vorderen Ende der Steckerkapillare vorgesehene Verdickung in Form des Beaufschlagungsbereichs ist sichergestellt, dass beim Herausziehen der Steckerkapillare aus der Kapillarenaufnahmeöffnung bei der Demontage eines Verbindungssystems auch das Dichtelement mit entfernt wird. Ein nachträgliches Entfernen der Dichtung aus der Aufnahmeöffnung, gegebenenfalls mit einem speziellen Ausziehwerkzeug, wird vermieden.
  • Um unterschiedlich dicke (dünnere) Kapillare zusammen mit bestehenden Buchseneinheiten verwenden zu können, die ursprünglich für dickere Kapillare vorgesehen waren, muss lediglich ein geeignetes Dichtelement mit passendem Innen- und Außendurchmesser, sowie ein Steckergehäuse mit einer passenden axialen Bohrung zur Aufnahme der Kapillare verwendet werden. Die zusätzliche Verwendung von Adapterhülsen (Sleeves) oder dergleichen ist nicht erforderlich.
  • Zudem lässt sich eine derart ausgebildete Steckereinheit nach der Erfindung auch für herkömmliche bekannte Buchseneinheiten mit unterschiedlichen, herstellerabhängigen Bohrungstiefen für die Kapillarenaufnahmeöffnung einsetzen. Hierzu muss lediglich das Steckergehäuse mit Verbindungsmitteln versehen werden, die das sichere Verbinden in jeder Stellung innerhalb eines entsprechend großen axialen Toleranzbereichs ermöglichen. Dies kann auf einfache Weise durch ein Gewinde, insbesondere Feingewinde realisiert werden. Das Gewinde muss selbstverständlich passend zur Buchseneinheit gewählt werden. Bei Buchseneinheiten von bekannten Steckereinheiten finded meist ein UNF10-32 Gewinde verwendung, das dieser Bedingung jedoch genügt bzw. das für diesen Zweck geeignet ist.
  • Bei der Verwendung eines Feingewindes, das heißt eines Gewindes mit einer sehr geringen Steigung, ist zudem gewährleistet, dass auch ein hoher Anpressdruck auf das Dichtelement ausgeübt werden kann, um auch bei den extrem hohen, in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie verwendeten Drücken die geforderte Dichtheit zu gewährleisten. Die Erfindung nutzt dabei die Tatsache, dass die Wirkfläche des Systemdrucks beim Abdichten am Grund der Bohrung der Buchseneinheit besonders klein ist, und somit auch die zum Dichten notwendige Kraft.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet sein und vorzugsweise einen in Richtung auf die Stirnfläche der Steckerkapillare stetig ansteigenden Außendurchmesser aufweisen. Beispielsweise kann eine trompetenförmige oder konische Struktur eines Beaufschlagungsbereichs durch eine einfache Stauchung des vorderen Bereichs einer Kapillare hergestellt werden. Ein entsprechendes Werkzeug sollte dabei jedoch einen Dorn aufweisen, der während des Stauchprozesses in die Kanalöffnung der Kapillare eingreift, um deren Innendurchmesser auf dem ursprünglichen Wert zu halten.
  • Nach einer anderen Ausführungsform kann der Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare sich radial nach außen erstreckende Arme aufweisen.
  • Das Dichtelement weist vorzugsweise eine Bohrung zur Aufnahme der Steckerkapillare auf, die im montierten Zustand im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Steckerkapillare entspricht. Vorzugsweise kann das Dichtelement so elastisch ausgebildet sein, dass es im montierten Zustand den Außenumfang der Steckerkapillare mit einer radial einwärts gerichteten Vorspannung umgreift.
  • Das Dichtelement kann zur Erleichterung des Aufbringens auf die Steckerkapillare als geschlitztes Ringelement ausgebildet sein, welches eine ausreichende Elastizität aufweist, um entweder von vorne auf die Steckerkapillare aufgeschoben oder seitlich auf die Steckerkapillare aufgesteckt werden zu können.
  • Der Außendurchmesser des Dichtelements ist vorzugsweise größer ausgebildet als der Außendurchmesser des Beaufschlagungsbereichs der Steckerkapillare. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass auch eine dichtende Wirkung in einem Bereich radial außerhalb der Stirnfläche der Steckerkapillare erfolgt, beispielsweise durch das Anpressen des Dichtungselements an den Boden einer entsprechenden Aufnahmeöffnung in der Buchseneinheit in einem Bereich radial außerhalb der Stirnfläche der Steckerkapillare.
  • Das Dichtelement kann dabei so ausgebildet sein, dass es im drucklosen bzw. spannungslosen Zustand den Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare mit seinem vorderen Bereich formschlüssig umfasst. Die vordere Stirnfläche des Dichtelements sollte dabei jedoch in axialer Richtung nicht über die Stirnfläche der Steckerkapillare hinausragen, um ein An pressen der Stirnfläche der Steckerkapillare an eine gegenüberliegende Stirnfläche auf Stoß sicherzustellen, und so Totvolumen zu vermeiden.
  • Zwischen der Stirnfläche des Steckergehäuses bzw. eines entsprechenden Teils des Steckergehäuses und dem Dichtelement kann in axialer Richtung auch ein Druckstück vorgesehen sein, welches eine axiale Bohrung aufweist, in der die Steckerkapillare aufgenommen ist. Die Bohrung weist dabei einen Innendurchmesser auf, der nur geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser der Kapillare, zumindest in einem vorderen Bereich des Druckstücks. Hierdurch wird vermieden, dass bei einem hohen Druck, welcher durch das Druckstück auf das Dichtelement ausgeübt wird, Material des Dichtelements in den Ringspalt zwischen dem Außendurchmesser der Steckerkapillare und dem Innendurchmesser der axialen Bohrung des Druckstücks eintritt. Die Verwendung eines Druckstücks bietet den Vorteil, dass zwischen dem Dichtelement und dem Druckstück bei Verwendung einer Schraubverbindung zwischen dem Steckergehäuse und der Buchseneinheit keine Reibung auftritt und demzufolge eine Beschädigung oder Beeinträchtigung des Dichtelements während des Montagevorgangs vermieden wird. Zudem ermöglicht die Verwendung eines Druckstücks die Verwendung eines einheitlich ausgebildeten Steckergehäuses auch für unterschiedliche Kapillardurchmesser, wobei in diesem Fall lediglich das einfacher herzustellende Druckstück an den Außendurchmesser der Kapillare angepasst werden muss.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine Darstellung der Komponenten einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems im Längsschnitt,
  • 2 eine Darstellung des Verbindungssystems nach 1 im montierten Zustand,
  • 3 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems mit einer aus zwei Mantelschichten bestehenden Steckerkapillare im montierten Zustand,
  • 4 eine perspektivische Darstellung einer geschlitzten Steckereinheit einer weiteren Ausführungsform eines Verbindungssystem, die zusammen mit einem Druckstück und einem Dichtelement auf einer Steckerkapillare zur Montage mit einer Buchseneinheit angeordnet sind, und
  • 5 eine Ausführungsform eines Verbindungssystems, bei dem die Steckereinheit durch ein zweiteilig ausgebildetes Gehäuse ergänzt ist, in welchem ein Filter vorgesehen ist.
  • Das in 1 im demontierten Zustand dargestellte Verbindungssystem 1 umfasst eine Buchseneinheit 5, die hinsichtlich ihrer für die Erfindung nicht relevanten Außenkonturen nur schematisch dargestellt ist und beispielsweise an einer Komponente einer Anlage für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie angeordnet sein kann, beispielsweise an einer Trennsäule. Des Weiteren umfasst das Verbindungssystem 1 eine Steckereinheit 3. Die Steckereinheit 3 umfasst ihrerseits eine Steckerkapillare 10, die beispielsweise aus Edelstahl hergestellt sein kann, ein in Form einer Schraube realisiertes Steckergehäuse 20, ein Druckstück 30, welches ebenso wie das Steckergehäuse 20 aus Edelstahl oder einem anderen Metall bestehen kann, und ein Dichtelement 40, das beispielsweise aus einem ausreichend elastischem und/oder plastisch deformierbaren Material bestehen kann, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff.
  • Das schraubenförmige Steckergehäuse 20 weist einen verdickten, mit einer Rändelung 21 am Außenumfang versehenen Kopfteil auf, an den sich ein mit einem Gewinde 22 versehener Gewindeteil anschließt. Das Steckergehäuse 20 weist eine im dargestellten Ausführungsbeispiel stufenartig verlaufende zentrale Bohrung auf, wobei der Innendurchmesser der Bohrung im vorderen Bereich des Gewindeteils nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der in der zentralen Bohrung aufgenommenen Steckerkapillare 10. Die Steckerkapillare 10 durchragt mit ihrem vorderen Ende die zentrale Bohrung des Steckergehäuses 20, wobei in Richtung auf das Ende der Steckerkapillare 10 vor dem Steckergehäuse 20 das Druckstück 30 radial um die Steckerkapillare 10 angeordnet ist. In seinem rückwärtigen Bereich entspricht der Außendurchmesser des rotationssymmetrischen Druckstücks 30 dem Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 53 der Buchseneinheit 5 in ihrem rückwärtigen, der Steckereinheit 3 zugewandten Bereich. Der Außendurchmesser muss dabei etwas kleiner sein als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 53, da sonst das Druckstück im Gewinde 52 klemmt. Dieser muss jedoch so groß wie möglich sein, damit das Druckstück am Steckergehäuse möglichst gut axial ausgerichtet wird und die Bohrung der Kapillare 10 und die Bohrung 57 möglichst gut fluchten, um die Strömung nicht zu stören. Der Außendurchmesser des vorderen Bereichs des Druckstücks 30 entspricht dem Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 53 in deren einwärts gerichteten, zylindrischen Endbereich 56, der durch die Bodenwandung 51 abgeschlossen wird, in welcher koaxial die Buchsenkapillarenöffnung 55 der Buchsenkapillare 57 mündet. Dieser Aussendurchmesser muss ebenfalls etwas kleiner sein als der Innendurchmesser des zylindrischen Endbereichs 56 der Aufnahmeöffnung 53, damit die Montage und Demontage nicht behindert wird.
  • Vor dem Druckstück 30 ist in Richtung auf das Ende der Steckerkapillare 10 hin auf dieser das Dichtelement 40 angeordnet, welches ringförmig ausgebildet ist.
  • Das Ende der Steckerkapillare 10 weist einen sich stetig vergrößernden Außendurchmesser auf, wodurch ein Beaufschlagungsbereich 11 gebildet ist.
  • Der maximale Außendurchmesser des Beaufschlagungsbereichs 11 ist kleiner als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 53 in deren innerem, zylindrischen Endbereich 56, der durch die Bodenwandung 51 begrenzt ist. Der Außendurchmesser des Dichtelements 40 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser dieses zylindrischen, inneren Bereichs der Aufnahmeöffnung 53.
  • In seinem vorderen, dem Beaufschlagungsbereich 11 zugewandten Bereich ist der Innendurchmesser des Dichtelements 40 im Wesentlichen der Kontur des Außendurchmessers des Beaufschlagungsbereichs 11 komplementär ausgebildet, so dass das Dichtelement 40 ohne großen Druck bzw. ohne große axial wirkende Kraft auf den Beaufschlagungsbereich 11 aufgeschoben werden kann. Die Kontur des Innendurchmessers im vorderen Bereich des Dichtelements 40 ist dabei jedoch vorzugsweise so ausgebildet, dass das drucklose Aufschieben auf den Beaufschlagungsbereich 11 nur bis in eine axiale Position erfolgen kann, in welcher die Stirnfläche des Dichtelements 40 noch um einen bestimmten Betrag gegenüber der Stirnfläche des Beaufschlagungsbereichs 11 bzw. der Steckerkapillare 10 zurückversetzt ist.
  • Zur Montage der Steckereinheit 3 werden zunächst das Steckergehäuse 20, das Druckstück 30 und das Dichtelement 40 von vorne auf die Steckerkapillare 10 aufgeschoben, die in diesem Zustand noch keinen radial verdickten Beaufschlagungsbereich 11 aufweist. Anschließend kann dann mit einem geeigneten Werkzeug, beispielsweise durch Stauchen oder dergleichen, der Beaufschlagungsbereich 11 hergestellt werden.
  • Sofern dies möglich ist, kann selbstverständlich auch der Beaufschlagungsbereich 11 der Steckerkapillare 10 bereits hergestellt sein und in diesem Fall die übrigen Komponenten der Steckereinheit 3 vom jeweils anderen Ende der Steckerkapillare 10 auf diese aufgeschoben werden.
  • Das Dichtelement 40 kann auch als in axialer Richtung geschlitztes Ringelement ausgebildet sein, so dass das Dichtelement 40 dann von vorne, über den verdickten Beaufschlagungsbereich 11 hinweg auf die Steckerkapillare 10 aufgeschoben oder von der Seite her auf die Steckerkapillare 10 aufgesteckt werden kann. Hierzu muss das Material des Dichtelements 40 selbstverständlich eine ausreichende Elastizität aufweisen.
  • Nach dem Aufschieben der Komponenten 20, 30 und 40 auf die Steckerkapillare 10 und dem Herstellen des Beaufschlagungsbereichs 11 kann dann die Steckereinheit 3 in die Buchseneinheit 5 eingesetzt werden.
  • Das Einsetzen erfolgt auf einfache Weise dadurch, dass das Steckergehäuse auf der Kapillare 10 ohne Kraft nach vorne in Richtung auf den Beaufschlagungsbereich 11 geschoben wird, bis dadurch das Druckstück 30 und das Dichtelement 40 in ihre drucklose, vordere Position bewegt sind. Anschließend bzw. gleichzeitig wird die Steckereinheit 3 in die Aufnahmeöffnung 53 der Buchseneinheit 5 eingeführt und das Gewinde 22 des Gewindeteils der Steckereinheit 20 in das Innengewinde 52 der Aufnahmeöffnung 53 eingeschraubt. Während des Einschraubens übt die vordere Stirnfläche des Steckergehäuses 20 eine axiale Kraft über das Druckstück 30 auf das Dichtelement 40 aus, welches seinerseits die axiale Kraft über den Beaufschlagungsbereich 11 auf die Steckerkapillare 10 ausübt. Hier durch wird die Steckerkapillare 10 mit ihrer Stirnfläche auf Stoß gegen die Bodenwandung 51 der Aufnahmeöffnung 53 gepresst, wobei mittels des Dichtelements 40 und den vorderen Bereich des Druckstücks 30 eine Zentrierung der Steckerkapillare 10 im inneren, zylindrischen Bereich der Aufnahmeöffnung 53 gewährleistet ist. Durch das weitere Eindrehen des Steckergehäuses 20 in das Buchsengehäuse 50 der Buchseneinheit 5 erhöht sich die über das Druckstück 30 auf das Dichtelement ausgeübte Axialkraft. Das Dichtelement überträgt während seiner elastischen und/oder plastischen Verformung entsprechende Druckkräfte auf den Beaufschlagungsbereich 11 und die Bodenwandung 51 im Buchsengehäuse 50 sowie auf die Zylinderwandung des zylindrischen, inneren Teils der Aufnahmeöffnung 53. Hierdurch ergibt sich eine entsprechend gute Dichtwirkung, wobei durch lediglich geringe Kräfte für das Eindrehen des Steckergehäuses 20 in das Buchsengehäuse 50 sehr hohe Druckkräfte auf das Dichtelement ausgeübt werden können.
  • Aus der Darstellung in den 1 und 2 wird ohne weiteres klar, dass sich für unterschiedliche Außendurchmesser von Steckerkapillaren 10 lediglich entsprechend ihres Innendurchmessers angepasst Druckstücke 30 bzw. Dichtelemente 40 verwendet werden müssen, wogegen das Steckergehäuse 20 gleich bleiben kann, vorausgesetzt, die zentrale Bohrung im vorderen Bereich des Gewindeteils 22 ist groß genug, um die betreffende Steckerkapillare 10 aufzunehmen.
  • Unterschiedliche Tiefen von Aufnahmeöffnungen 53, die toleranzbedingt oder herstellerbedingt variieren können, lassen sich ebenfalls dadurch ausgleichen, dass das Gewindeteil des Steckergehäuses 22 in axialer Richtung eine ausreichende Länge aufweist.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Konstruktion einer Steckereinheit 3 gewährleistet auch bei unterschiedlichen Tiefen der Aufnahmeöffnung 53 der Buchseneinheit 5, dass die Stirnfläche der Steckerkapillare 10 immer mit einer definierten Kraft gegen die Bodenwandung 51 der Aufnahmeöffnung 53 positioniert wird.
  • Zur Demontage des Verbindungssystems 1 muss lediglich das Steckergehäuse 20 aus dem Buchsengehäuse 50 herausgeschraubt und die Steckerkapillare 10 zusammen mit dem Druckstück 30 und dem Dichtelement 40 aus der Aufnahmeöffnung 53 herausgezogen werden. Die Durchmesservergrößerung im Bereich des Beaufschlagungsbereichs 11 der Steckerkapillare 10 gewährleistet dabei sicher, dass das Dichtelement 40 beim Herauszie hen der Steckerkapillare 10 nicht in der Aufnahmeöffnung 53, insbesondere dem inneren, zylindrischen Bereich verbleibt und anschließend mühsam entfernt werden muss. Soll die Steckereinheit 3 anschließend wieder montiert werden, ggf. in einer anderen (gleichartigen) Buchseneinheit 5, so kann ggf. das Dichtelement 40 auch ausgetauscht werden.
  • Ist es nicht möglich, wie vorstehend beschrieben, ein neues Dichtelement über den Beaufschlagungsbereich 11 hinweg auf die Kapillare aufzuschieben (oder die Steckereinheit 3 vom anderen Ende der Steckkapillare 10 her aufzuschieben), so kann ggf. das vorderste Ende der Steckerkapillare 10 mit dem Beaufschlagungsbereich 11 abgeschnitten und nach dem erneuten aufschieben der erforderlichen Komponenten der Steckereinheit 3, insbesondere eines neuen Dichtelements 40, erneut ein Beaufschlagungsbereich 11 hergestellt werden.
  • Als Material für das Dichtelement 40 kann beispielsweise PEEK oder ein Werkstoff mit geeigneten chemischen und physikalischen Eigenschaften verwendet werden.
  • 3 zeigt eine Darstellung einer weiteren Steckereinheit 1 im montierten Zustand ähnlich 2, wobei die Steckerkapillare 10 eine äußere Mantelschicht 12 aufweist, die aus einem leicht plastisch deformierbaren Material besteht und die eine innere Mantelschicht umgibt. Die äußere Mantelschicht kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen, der thermisch verformbar ist, während die innere Mantelschicht aus einem Material besteht, welches zur Führung der betreffenden Flüssigkeit geeignet ist, beispielsweise aus Edelstahl, Glas, Fused Silica oder einem anderen Kunststoff. Diese Materialien eignen sich selbstverständlich auch als Material für eine Steckerkapillare 10, die eine nur aus einem einzigen Material bestehende Wandung aufweist (vgl. z. B. die in 1 und 2 dargestellte Ausführungsform).
  • Bei der Ausführungsform nach 3 kann die innere Mantelschicht auch über den trompetenartig deformierten vorderen Teil der äußeren Mantelschicht 12 hinausragen, wobei dieser vorkragende Teil im montierten Zustand der Steckereinheit 1 in den an den Beaufschlagungsbereich 11 des vorderen Bereichs 56 der Aufnahmeöffnung 53 angrenzenden Teil des im Buchsengehäuse ausgebildeten Kanals für die zu führende Flüssigkeit hineinreichen kann. Somit kann zur Herstellung des trompetenartig verdickten Teils der Steckerkapillare 10 ein vorderer Teilbereich der äußeren Mantelschicht 12 zurückgeschoben und dabei plastisch verformt werden. Allerdings besteht dabei der Nachteil, dass hierbei ein nicht durchströmtes Totvolumen zwischen der Stirnseite der inneren Mantelschicht und dem Beaufschlagungsbereich 11 entsteht, wenn nicht der Außendurchmesser der inneren Mantelschicht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Kanals im Buchsengehäuse 50 entspricht. Dies bedeutet jedoch das Einhalten entsprechend geringer Fertigungstoleranzen, was mit entsprechendem Aufwand verbunden ist. Es ist jedoch auf einfache Weise möglich, die Stirnfläche des verdickten vorderen Bereichs der äußeren Mantelschicht 12 bündig mit der Stirnseite der inneren Mantelschicht zu gestalten, indem der vorstehende Teil der inneren Mantelschicht nach dem Herstellen des Beaufschlagungsbereichs bündig abgetrennt wird.
  • 4 zeigt eine Steckereinheit 5, bei welcher das Steckergehäuse 20 einen radialen Schlitz 23 aufweist, der es ermöglicht, dass das Steckergehäuse 20 von der Seite her auf die Steckerkapillare 10 aufgeschoben, bzw. die Steckerkapillare 20 über den Schlitz 23 in die hierfür vorgesehene koaxiale Montageposition innerhalb des Steckergehäuses 20 eingesetzt wird. Dies erleichtert die Montage bzw. Demontage sowie den Austausch des Steckergehäuses 20.
  • 5 zeigt eine Ausführungsform eines Verbindungssystems 1, bei dem die Steckereinheit 5 durch ein zweiteilig ausgebildetes Gehäuse 60, 80 ergänzt ist, in welchem ein Filter (bzw. eine Fritte) 71 vorgesehen ist. Das erste, topfförmig ausgebildete Gehäuseteil 60 nimmt den scheibenförmigen Filter 71 auf, dessen radial äußerer Randbereich zwischen der Stirnfläche des zweiten Gehäuseteils 80 und dem Boden des ersten, topfförmigen Gehäuseteils 60 gehalten ist. Der äußere Randbereich übernimmt dabei gleichzeitig eine Dichtfunktion und kann hierzu aus einem geeigneten Material ausgebildet sein. Der radial innere Bereich des Filters 71 stellt den eigentlichen Filterbereich 70 dar und kann hierzu in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Das zweite Gehäuseteil 80 ist in seinem rückwärtigen Bereich so ausgebildet wie das Buchsengehäuse 50 und weist eine entsprechende Aufnahmeöffnung 53 auf.
  • Der vordere Bereich des ersten Gehäuseteils 60 greift in die rückwärtige Ausnehmung im Steckergehäuse 20 ein, wobei das Steckergehäuse 20 und das Gehäuseteil 60 vorzugsweise so ausgebildet sind, dass sie gegeneinander axial drehbar verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch eine in axialer Richtung rastende Verbindung der Teile erfolgen. Die Steckerkapillare 10 ist in diesem Fall vorzugsweise fest und dicht mit dem Gehäuse 60, 80, insbesondere mit dem ersten Gehäuseteil 60, verbunden, beispielsweise durch Verschweißen, wobei der Kanal der Steckerkapillare 10 über einen im Gehäuse 60, 80 ausgebildeten Durchflussbereich, in welchem der Filter 71 angeordnet ist, fluidisch mit der Aufnahmeöffnung 53 im zweiten Gehäuseteil 80 verbunden ist. Die Steckerkapillare 10 muss dann hinsichtlich ihrer Länge entsprechend abgelängt sein. Durch die drehbare Verbindung des Steckergehäuses 20 ist gewährleistet, dass sich bei einer Montage der gesamten Steckereinheit 5 (die in diesem Fall das Gehäuse 60, 80 und die Fritte 71 mit umfasst) die Kapillare nicht mitgedreht werden muss, wenn das Steckergehäuse 20 in die Aufnahmeöffnung 53 des Buchsengehäuses eingeschraubt wird.
  • Durch die einfache, werkzeugfreie Montage der Steckereinheit 5 in der Buchseneinheit 3 kann der Filter schnell ausgetauscht oder gereinigt werden.
  • Die vorstehend nur in Verbindung mit einer konkreten Ausführungsform beschriebenen konstruktiven und funktionellen Merkmale können selbstverständlich auch miteinander zu weiteren möglichen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (12)

  1. Steckereinheit für das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, (a) mit einer Steckerkapillare (10), (b) welche durch eine Bohrung eines Steckergehäuses (20) ragt, (c) wobei das Steckergehäuse (20) so ausgebildet ist, dass es mit einer Buchseneinheit (5) lösbar verbindbar ist, wobei das vordere Ende der Steckerkapillare (20) im verbundenen Zustand von Steckereinheit (3) und Buchseneinheit (5) in eine Kapillarenaufnahmeöffnung (53) der Buchseneinheit (5) ragt und mit seiner Stirnfläche im wesentlichen fluchtend einem vorderen Ende einer Buchsenkapillare oder einer Buchsenkapillarenöffnung (55) der Buchseneinheit (5) gegenüberliegt und deren Stirnfläche (51) stumpf beaufschlagt, und (d) wobei das Steckergehäuse (20) mit seiner dem Ende der Steckerkapillare (10) zugewandten Stirnfläche im montierten Zustand von Steckereinheit (3) und Buchseneinheit (5) mittelbar oder unmittelbar ein die Steckerkapillare (10) im Bereich des vorderen Endes der Steckerkapillare (10) umgebendes ringförmiges Dichtelement (40) derart beaufschlagt, (e) dass das vordere Ende der Steckerkapillare (10) durch eine elastische und/oder plastische Deformation des Dichtelements (40) gegen die Kapillarenaufnahmeöffnung (53) der Buchseneinheit (5) abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, (f) dass die Stirnfläche des ringförmigen Dichtelements (40) während der Montage und im montierten Zustand von Steckereinheit (3) und Buchseneinheit (5) einen in radialer Richtung über den Innendurchmesser des ringförmigen Dichtelements (40) hinausragenden Beaufschlagungsbereich (11) des vorderen Endes der Steckerkapillare (10) beaufschlagt, wobei die Steckerkapillare (10) während des Montagevorgangs erforderlichenfalls mit der Stirnfläche gegen die Stirnflä che (51) der Buchsenkapillare (57) oder Buchsenkapillarenöffnung (55) bewegt und im montierten Zustand an diese angepresst wird.
  2. Steckereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beaufschlagungsbereich (11) der Steckerkapillare (10) rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet ist und vorzugsweise einen sich in Richtung auf die Stirnfläche der Steckerkapillare (10) stetig oder sprunghaft ansteigenden Außendurchmesser aufweist.
  3. Steckereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare (10) sich radial nach außen erstreckende Arme umfasst.
  4. Steckereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Dichtelements (40) im auf die Steckerkapillare (10) montierten Zustand im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Steckerkapillare (10) entspricht.
  5. Steckereinheit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) so elastisch ausgebildet ist, dass es im auf den vorderen Bereich der Steckerkapillare (10) montierten Zustand die Steckerkapillare mit Vorspannung umgreift.
  6. Steckereinheit Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) als geschlitztes Ringelement ausgebildet und auf die Steckerkapillare (10) aufschiebbar oder seitlich aufsteckbar ist.
  7. Steckereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Dichtelements (40) größer ist als der Außendurchmesser des Beaufschlagungsbereichs (11) der Steckerkapillare (10).
  8. Steckereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) so ausgebildet ist, dass es im drucklosen Zustand den Beaufschlagungsbereich (11) der Steckerkapillare (10) mit seinem vorderen Bereich formschlüssig aufnehmen kann.
  9. Steckereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steckergehäuse (20) und dem Dichtelement (40) in axialer Richtung ein Druckstück (30) vorgesehen ist, welches eine axiale Bohrung aufweist, in welcher die Steckerkapillare (10) aufgenommen ist, wobei das Druckstück (30) die axiale Kraft des Steckergehäuses (20) mit seiner vorderen Stirnfläche auf das Dichtelement (40) überträgt.
  10. Steckereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (20) einen axialen Gewindebereich (22) aufweist, welcher zur Verbindung mit einem Gegengewinde (52) der Buchseneinheit (5) zusammenwirkt.
  11. Steckereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckerkapillare (10) eine äußere Mantelschicht (12) aufweist und dass der Beaufschlagungsbereich (11) des vorderen Endes der Steckerkapillare (10) aus der äußeren Mantelschicht (12) gebildet ist, welche vorzugsweise aus einem plastisch deformierbaren Material gebildet ist.
  12. Verbindungssystem für das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, (a) mit einer Buchseneinheit (5) und einer damit lösbar verbindbaren Steckereinheit (3), (b) wobei das Steckergehäuse (20) so ausgebildet ist, dass das vordere Ende der Steckerkapillare (10) im verbundenen Zustand von Steckereinheit (3) und Buchseneinheit (5) in eine Kapillarenaufnahmeöffnung (53) der Buchseneinheit (5) ragt und mit seiner Stirnfläche im wesentlichen fluchtend einem vorderen Ende einer Buchsenkapillare oder einer Buchsenkapillarenöffnung (55) der Buchseneinheit (5) gegenüberliegt und deren Stirnfläche stumpf beaufschlagt, und (c) wobei das Steckergehäuse (20) mit seiner dem Ende der Steckerkapillare (10) zugewandten Stirnfläche im montierten Zustand von Steckereinheit (3) und Buchseneinheit (5) mittelbar oder unmittelbar ein die Steckerkapillare (10) im Bereich des vorderen Endes der Steckerkapillare (10) umgebendes ringförmiges Dichtelement (40) derart beaufschlagt, (d) dass das vordere Ende der Steckerkapillare (10) durch eine elastische und/oder plastische Deformation des Dichtelements (40) gegen die Kapillarenaufnahmeöffnung (53) der Buchseneinheit (5) abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass (e) die Steckereinheit (3) eine Steckereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
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