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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dies
stellt jedoch einen zusätzlichen Aufwand dar und erhöht
das Totvolumen einer Verbindung.
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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.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche
1 bzw. 11.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nach
einer anderen Ausführungsform kann der Beaufschlagungsbereich
der Steckerkapillare sich radial nach außen erstreckende
Arme aufweisen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Darstellung der Komponenten einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems im
Längsschnitt,
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2 eine
Darstellung des Verbindungssystems nach 1 im montierten
Zustand,
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3 eine
Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verbindungssystems mit einer aus zwei Mantelschichten bestehenden
Steckerkapillare im montierten Zustand,
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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
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5 eine
Ausführungsform eines Verbindungssystems, bei dem die Steckereinheit
durch ein zweiteilig ausgebildetes Gehäuse ergänzt
ist, in welchem ein Filter vorgesehen ist.
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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.
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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.
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Vor
dem Druckstück 30 ist in Richtung auf das Ende
der Steckerkapillare 10 hin auf dieser das Dichtelement 40 angeordnet,
welches ringförmig ausgebildet ist.
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Das
Ende der Steckerkapillare 10 weist einen sich stetig vergrößernden
Außendurchmesser auf, wodurch ein Beaufschlagungsbereich 11 gebildet
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
Material für das Dichtelement 40 kann beispielsweise
PEEK oder ein Werkstoff mit geeigneten chemischen und physikalischen
Eigenschaften verwendet werden.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Durch
die einfache, werkzeugfreie Montage der Steckereinheit 5 in
der Buchseneinheit 3 kann der Filter schnell ausgetauscht
oder gereinigt werden.
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Die
vorstehend nur in Verbindung mit einer konkreten Ausführungsform
beschriebenen konstruktiven und funktionellen Merkmale können
selbstverständlich auch miteinander zu weiteren möglichen Ausführungsformen
kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3880452 [0003]
- - US 4619473 [0004]
- - US 6494500 [0006]
- - US 4083704 [0008]