DE102011082470A1

DE102011082470A1 - Fitting mit lokaler Kapillarweitenanpassung

Info

Publication number: DE102011082470A1
Application number: DE201110082470
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dehmer
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Fitting (200) zum Ausbilden einer fluidischen Verbindung zum Führen eines Fluids zwischen einer Kapillare (202) und einem fluidischen Kanal (204), wobei das Fitting (200) ein Kapillargehäuse (206) und die zumindest teilweise in dem Kapillargehäuse (206) angeordnete Kapillare (202) mit einem Lumen (208) zum Hindurchführen des Fluids aufweist, wobei der Endabschnitt (210) der Kapillare (202) zum Dimensionierungsanpassen an den anzuschließenden fluidischen Kanal (204) in ihrem Lumendurchmesser gegenüber einem angrenzenden Abschnitt (212) der Kapillare (202) modifiziert ist.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fitting, eine Verbindungsanordnung, ein Messgerät und ein Verfahren.
In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar ist, durch eine stationäre Phase (zum Beispiel eine chromatografische Säule) bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Ein solches HPLC-System ist zum Beispiel bekannt aus der EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc. Ein System zur Flüssigkeitschromatografie stellt insbesondere das IC-System der Agilent Serie 1200 der Anmelderin Agilent Technologies, Inc., dar.
In solchen und anderen Messgeräten ist es erforderlich, unterschiedliche Komponenten oder Module miteinander fluiddicht zu koppeln. Dies kann unter Einsatz eines Fittings erfolgen, das als Anschlussstück zwischen zwei aneinander fluidisch anzuschließenden Fluidikbauteile, Komponenten oder Module bezeichnet werden kann.
Derartige Fittings sind zum Beispiel aus WO 2010/133192 , WO 2011/076244 , EP 1,048,882 oder EP 1,457,775 bekannt.
Bei Durchführen mehrerer Experimente mit verschiedenen Proben kann es vorkommen, dass Probenmaterial eines vorherigen Experiments noch in geringer Menge in den Kapillaren oder in sonstigen Zwischenräumen eines Fittings enthalten ist, so dass es zu einem unerwünschten Übertrag (Carryover) von Probenmaterial in ein nachfolgendes Experiment kommen kann. Ferner kann die Dichtigkeit eines Fittings problematisch sein. Darüber hinaus ist es wünschenswert, fluidische Unstetigkeiten, wie zum Beispiel Verwirbelungen infolge turbulenter Strömungen, im
OFFENBARUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fitting bereitzustellen, das einen zugehörigen fluidischen Pfad möglichst wenig negativ beeinflusst. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Fitting zum Ausbilden einer fluidischen Verbindung zum Führen eines Fluids zwischen einer Kapillare und einem fluidischen Kanal geschaffen, wobei das Fitting ein Kapillargehäuse und die zumindest teilweise in dem Kapillargehäuse angeordnete Kapillare mit einem Lumen zum Hindurchführen des Fluids aufweist, wobei der Endabschnitt der Kapillare zum Dimensionierungsanpassen an den anzuschließenden fluidischen Kanal in ihrem Lumendurchmesser gegenüber einem angrenzenden Abschnitt der Kapillare modifiziert (insbesondere erhöht oder erniedrigt) ist.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindungsanordnung bereitgestellt, die ein Fitting mit den oben beschriebenen Merkmalen und ein Fluidikbauteil mit dem fluidischen Kanal aufweist, das mit dem Fitting derart fluiddicht verbunden oder verbindbar ist, dass eine Differenz zwischen dem Lumendurchmesser an einem freien Ende des Endabschnitts der Kapillare und dem Kanaldurchmesser des fluidischen Kanals betragsmäßig geringer ist als eine Differenz zwischen dem Lumendurchmesser an dem freien Ende des Endabschnitts der Kapillare und dem Lumendurchmesser an dem angrenzenden Abschnitt der Kapillare.
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Messgerät zum Untersuchen eines Fluids bereitgestellt, wobei das Messgerät ein erstes Fluidikbauteil mit einem fluidischen Kanal zum Führen eines Fluids und ein zweites Fluidikbauteil aufweist, das ein Fitting mit den oben genannten Merkmalen zum Ausbilden einer fluidischen Verbindung zwischen der Kapillare des Fittings und dem fluidischen Kanal aufweist.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Herstellen eines Fittings zum Ausbilden einer fluidischen Verbindung zum Führen eines Fluids zwischen einer Kapillare und einem fluidischen Kanal geschaffen, wobei bei dem Verfahren eine Kapillare mit einem Lumen zum Hindurchführen des Fluids zumindest teilweise in einem Kapillargehäuse angeordnet wird, und ein Lumendurchmesser in einem Endabschnitt der Kapillare gegenüber einem angrenzenden Abschnitt der Kapillare zum Dimensionierungsanpassen an den anzuschließenden fluidischen Kanal modifiziert wird.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einem „Fitting” insbesondere ein Anschlussstück verstanden, das mit einem entsprechend konfigurierten Gegenstück zusammen eine fluiddichte Verbindung zum Herstellen einer Fluidkopplung zwischen einer Kapillare des Fittings und einem angeschlossenen oder anzuschließenden fluidischen Kanal des Gegenstücks bilden kann.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einem „Fluid” insbesondere eine Flüssigkeit, ein Gas, eine Mischung zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas, gegebenenfalls auch unter Beifügung einer festen Phase, verstanden.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einer „Kapillare” ein Röhrchen verstanden, dessen Inneres ein Lumen beinhaltet, durch das ein Fluid hindurchfließen kann.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einem „fluidischen Kanal” jede fluidische Struktur verstanden, welche derart konfiguriert ist, dass durch diese ein Fluid hindurchfließen kann. Somit kann ein fluidischer Kanal eine Kapillare im obigen Sinne sein, oder auch ein Hohlraum in einem dreidimensionalen Körper, ein Kanal in einer Schicht oder andere Flusstransportstrukturen mit einem definierten Lumen.
Unter einem „Kapillargehäuse” wird oder werden im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere eine oder mehrere Komponenten verstanden, welche eine Kapillare zumindest abschnittsweise umgibt oder umgeben. Ein Kapillargehäuse häust eine Kapillare somit zumindest partiell ein. Ein Kapillargehäuse kann für die Kapillare bzw. das Fitting als Stabilitätsmittel, als Dichtmittel und/oder als Anschlussmittel zum Anschließen an ein Gegenstück dienen.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter dem Begriff „Dimensionierungsanpassen” insbesondere verstanden, dass eine Maßnahme getroffen wird, mit der eine Fluidführstruktur mit einem Lumen einer ersten Dimension an eine andere Fluidführstruktur mit einem Lumen einer zweiten, anderen Dimension angepasst wird. Dadurch kann ein stetiger, kontinuierlicher oder hinsichtlich eines Sprungs im Durchmesser weniger abrupter Übergang zwischen den Fluidführstrukturen geschaffen wird.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einem „Lumendurchmesser” ein Durchmesser eines fluidführenden Lumens verstanden, das in Kapillare bzw. fluidischen Kanal gebildet ist und dem Hindurchleiten eines Fluids dient. Eine entsprechende Modifizierung der Kapillare kann eine Aufweitung oder eine Verengung der Kapillare sein, womit die Lumendurchmesser von Kapillaren und fluidischen Kanal aneinander angenähert oder an einer Grenzstelle identisch gemacht werden können. Bei einem unrunden Querschnitt kann als „Lumendurchmesser” auch der flächenäquivalente kreisrunde Querschnitt benannt sein.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Fitting geschaffen, bei dem bei geringer Probenverschleppung und bei geringem Totvolumen eine artefaktarme Störungscharakteristik realisiert werden kann. Indem ein Endabschnitt einer Kapillare lokal aufgeweitet (oder verengt) wird, um eine Dimensionierungsanpassung mit einem Lumendurchmesser eines angrenzenden fluidischen Kanals zu bewerkstelligen, kann die fluidische Schnittstelle so ausgestaltet werden, dass unerwünschte Effekte an dieser Schnittstelle vermieden werden, zumindest stark unterdrückt sind. Zu solchen unerwünschten Effekten zählt das Sammeln von Probe in Ecken, Taschen oder sonstigen kleinen Volumenbereichen, wie es bei einem abrupten Übergang zwischen stark unterschiedlichen Lumendurchmessern von Kapillare und fluidischem Kanal der Fall sein kann. Erfindungsgemäß ist durch die Modifizierung der Kapillare selektiv in ihrem Endabschnitt diese Probenverschleppung vermieden, und es können zwei Fluidführstrukturen stetig fluidisch gekoppelt werden. Darüber hinaus können auch Verwirbelungseffekte oder sonstige turbulente Effekte, die bei einem abrupten Übergang zwischen zwei fluidischen Transportstrukturen stark unterschiedlicher Dimension auftreten können, vermieden oder unterdrückt werden. Erfindungsgemäß ist auch die Dichtigkeit in diesem Bereich besonders zuverlässig, da die Lumendurchmesser aufeinander ausreichend gut angepasst sind und sich die zur Abdichtung notwendigen Flächen nahezu deckungsgleich gegenüber stehen. Eine unerwünschte Leckage von Fluid an dieser Verbindungsstelle kann somit erfindungsgemäß zuverlässig vermieden werden. Des Weiteren ist eine hydraulische Schnittstelle mit einem größeren Durchmesser am Übergang zwischen zwei fluidischen Transportstrukturen robuster zu gestalten.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fittings beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten jeweils sowohl für die Verbindungsanordnung, das Messgerät und das Verfahren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Endabschnitt der Kapillare aufgeweitet, insbesondere konisch aufgeweitet, sein. Ein solches Aufweiten erlaubt es, einen im Vergleich zu einem anzuschließenden fluidischen Kanal geringeren Innendurchmesser der Kapillare an den fluidischen Kanal kontinuierlich anzugleichen. Ein solches Aufweiten kann einfach durch plastisches Abformen an einen Dorn oder mittels anderer Reckverfahren in der Kapillare realisiert werden. Unter einer konischen Aufweitung kann verstanden werden, dass der aufgeweitete Abschnitt der Kapillare geometrisch die Form eines Kegels annimmt. Alternativ zu einer kegelförmigen Aufweitung, d. h. einer Aufweitung mit einer konstanten Steigung bzw. mit einem linearen Verlauf von Begrenzungskanten sind auch andere Formen des Aufweitens möglich, zum Beispiel ein trompetenförmiges Aufweiten mit einem nach außen hin konkaven Endabschnitt der Kapillare, oder ein konvexes Aufweiten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein voller Öffnungswinkel der Kapillare in ihrem aufgeweiteten Endabschnitt in einem Bereich zwischen ungefähr 3° und ungefähr 30° liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 5° und ungefähr 20°, weiter insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 8° und ungefähr 12°. Die Dimensionsangaben zeigen, dass der Öffnungswinkel der Aufweitung ausreichend gering sein soll, um unerwünschte turbulente Verwirbelungen, schlecht spülbare Ecken oder dergleichen zu vermeiden, was zur Vermeidung von unerwünschter Probenverschleppung vorteilhaft ist. Andererseits soll der Öffnungswinkel aber auch nicht zu klein und somit der aufgeweitete Endabschnitt nicht zu lang werden, um Bandverbreiterungen bei einer chromatographischen Trennung zu vermeiden und um das Totvolumen der Kapillare im Übergangsbereich gering zu halten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der angrenzende Abschnitt der Kapillare als hohler Kreiszylinder ausgebildet sein. Somit kann die Kapillare aus einem ersten Abschnitt gebildet sein, in dem der Lumendurchmesser konstant ist und die Kapillare daher hohlzylindrisch ausgebildet ist. Daran unmittelbar anschließend, aus demselben Material gebildet und insgesamt einstückig ausgeführt, kann sich dann der aufgeweitete Bereich der Kapillare anschließen. Eine solche Geometrie ermöglicht es, einen möglichst laminaren und ungestörten Fluss entlang der Kapillare zu erhalten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kapillare ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein Material aus der Materialklasse Polyarylenetherketone (PAEK), weiter insbesondere Polyetheretherketon PEEK, aufweisen. PEEK oder ein anderes Material aus der Materialklasse PAEK kann somit eingesetzt werden, um die Kapillare zu bilden. Diese Kunststoffmaterialienbringen neben der weitgehenden chemischen Beständigkeit noch die Festigkeit mit, um, auch hohen Drücken standzuhalten, insbesondere auch mehreren 100 bar, die auf den fluidischen Kanal im Inneren der Kapillare einwirken können, wenn das Fitting zum Beispiel in einer Flüssigchromatographieanwendung (HPLC) verwendet wird. Höchste Drücke, insbesondere 1000 bar und mehr können beaufschlagt werden, wenn diese Kapillare zusätzlich z. B. metallisch umhüllt und gestützt wird. Gleichzeitig hat PEEK eine hohe elastische und plastische Umformbarkeit und somit auch gut dichtende Eigenschaften. Polymere Werkstoffe haben sich besonders vorteilhaft als neuartige Materialien für Kapillaren erwiesen, da diese, bei ausreichend geringer Oberflächenrauigkeit, zusätzlich geringe Wechselwirkungen mit den zu transportierenden Proben zeigen und gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gegen höchste Drücke durchgängig gepanzert werden können. Erfindungsgemäß können nun derartige Kunststoffmaterialien vorteilhaft eingesetzt werden, da diese bei geeigneter Behandlung auch plastisch deformierbar sind, womit der modifizierte Endabschnitt ausgehend von einer vollständig hohlzylindrischen Kapillare ausgebildet werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann sich die Kapillare bis zu einer Stirnfläche des Fittings hin erstrecken (insbesondere plan mit dieser abschließen). Insbesondere kann das Fitting an den fluidischen Kanal an der Stirnfläche unmittelbar angrenzen. Somit kann eine Endfläche der Kapillare einen Teil einer Dichtfläche bilden, die unmittelbar an den fluidischen Kanal anliegend und abdichtend entlang einem ringförmigen Umgebungsbereich aus einem Dichtmaterial ausgebildet werden kann. Dadurch ist eine direkte und fluiddichte Ankopplung der Kapillare an den fluidischen Kanal ermöglicht, was hinsichtlich des Unterdrückens von Leckage und Probenverschleppung sehr vorteilhaft ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Lumendurchmesser der Kapillare in dem angrenzenden Abschnitt in einem Bereich zwischen ungefähr 10 μm und ungefähr 200 μm liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 25 μm und ungefähr 100 μm. Daher ist bei dieser gewählten Geometrie das Fitting für mikrofluidische Anwendungen geeignet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Lumendurchmesser der Kapillare in dem Endabschnitt in einem Bereich zwischen ungefähr 100 μm und ungefähr 300 μm liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 150 μm und ungefähr 200 μm. Somit ist der Grad der Aufweitung oder Verengung in dem Endabschnitt moderat und an die jeweilige Applikation anpassbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Kapillargehäuse ein Hüllrohr aufweisen, insbesondere aus einem metallischen Material, das zumindest einen Teil des angrenzenden Abschnitts der Kapillare unter Ausbildung eines festen Verbunds mit der Kapillare vollumfänglich umgibt. Das Ausbilden eines festen Verbunds kann durch Aufkneten des Hüllrohrs auf die Kapillare, d. h. unter Einsatz eines Schmiedeprozesses, erfolgen. Mit dieser Verfahrensführung kann auch der Innendurchmesser der Kapillare, d. h. der Durchmesser des Lumens, eingestellt bzw. kalibriert werden. Ausgehend von einem Anfangslumen wird das Hüllrohr auf die Polymerkapillare aufgeknetet und dabei der Druckabfall entlang der Kapillare gemessen. Aus der bekannten Beziehung zwischen Druckabfall und Innendurchmesser der Kapillare kann dann die mittlere Größe des Lumens präzise eingestellt werden. Es ist auch möglich, das Hüllrohr mittels anderer Verformungsverfahren wie Krimpen oder metallurgische Effekte, wie Gitterumwandlung, dicht an die Kapillare anzuschmiegen. Das Hüllrohr hat die Funktion des Bereitstellens einer Panzerung, so dass die Kapillare auch für Hochdruckanwendungen geeignet ist. Ein solches Hüllrohr kann insbesondere aus Stahl hergestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil des Endabschnitts der Kapillare von dem Hüllrohr frei bleiben. In dem Endabschnitt soll die Kapillare auch eine Dichtfunktion zu dem angrenzenden Kanal bzw. zu einem an das Fitting anzuschließenden Gegenstück bereitstellen, so dass an dieser Stelle die Kapillare von dem Hüllrohr unbedeckt bleibt und, wie nachfolgend beschrieben wird, an dieser Stelle mittels eines flexiblen bzw. elastischen Materials in Form eines im Wesentlichen hohlzylindrischen Dichtstücks umgeben werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann somit das Kapillargehäuse ein Dichtstück aufweisen, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, das zumindest einen Teil des Endabschnitts der Kapillare vollumfänglich umgibt und gemeinsam mit dem Endabschnitt der Kapillare eine insbesondere planare stirnseitige Dichtfläche bildet. Somit kann das oben angesprochene flexible oder elastische Material als Dichtstück eingesetzt werden, das eine hohlzylindrische Geometrie aufweisen kann und im Bereich des Endabschnitts die Kapillare direkt umgeben kann. Gemeinsam mit dem Endabschnitt bildet das Dichtstück zum Beispiel eine ebene Anschlussfläche, so dass ein unmittelbarer Anschluss zwischen der Kapillare und dem anzuschließenden fluidischen Kanal, zum Beispiel ausgestaltet als weitere Kapillare, erfolgen kann. Eine Leckage von selbst unter hohem Druck stehendem Fluid an dieser Verbindungsstelle kann verhindert werden, wenn das Dichtstück aus einem geeigneten Material gebildet wird und das Kapillargehäuse die Funktion der weitergeführten Panzerung übernehmen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtstück als Spritzgußteil hergestellt sein, insbesondere ein Mikrospritzgußteil sein. Weiter insbesondere kann das Dichtstück mittels Insertmolding hergestellt werden, d. h. einem Spritzverfahren, bei dem das Bauteil, d. h. das Fitting selbst, einen Teil der Form bildet, die zum anderen Teil durch das Spritzgußwerkzeug definiert wird. Anders ausgedrückt kann die Formgebung eines Teils des Fittings bei diesem Spritzprozess von anderen Komponenten des Fittings, die zuvor bereits ausgebildet worden sind, vorgegeben werden, und an anderer Stelle durch das Spritzgußwerkzeug selbst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtstück einen Teil des Hüllrohrs vollumfänglich umgeben. Zwischen dem Dichtstück und dem Hüllrohr kann somit entlang eines Teils des Dichtstücks eine unmittelbare, direkte und kontaktbehaftete Verbindung bestehen. Entlang eines anderen Teils des Dichtstücks kontaktiert dieses unmittelbar die Kapillare.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Kapillargehäuse eine Stabilisierungshülse aufweisen, insbesondere aus einem Metall, die einen Teil des Hüllrohrs und einen Teil des Dichtstücks vollumfänglich umschließt. Die Stabilisierungshülse dient dabei einerseits Schutz- und Stabilitätszwecken, d. h. einer mechanischen Stabilisierung des Fittings gegen fluidische Drücke von 1000 bar und mehr und bildet andererseits die generische Schnittstelle zu weiteren Abdicht- und Halteelementen der fluidischen Verbindung als auch dem Herstellprozess für das Dichtstück.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Kapillargehäuse eine sich konisch in Richtung einer Stirnfläche des Fittings verjüngenden Schneid- oder Klemmring aufweisen, der einen Teil der Stabilisierungshülse vollumfänglich umschließt. Der Schneid- oder Klemmring kann verschiebbar auf der Stabilisierungshülse ausgebildet sein. Eine derartiger Schneid- oder Klemmring dient zur kraft- oder formschlüssigen Anbindung an das Kapillargehäuse und dem Gehäuse deskorrespondierendes Anschlussstücks sowie der hydraulischen Abdichtung. Der Schneid- oder Klemmring kann dabei mit einer oder mehreren Federn, zum Beispiel Tellerfedern, zusammenwirken. Unter Einsatz von Federelementen können definierte Vorspannungen aufgebaut und dadurch Materialermüdung und Alterungseffekte kompensiert werden. Beispielsweise können mit einer axialen Vorspannung das Dichtelement und die Kapillare federnd gegen das Gehäuse des korrespondierenden Anschlussstücks gepresst werden. Zusätzlich zu dem Schneid- oder Klemmring, der auch als Vorder-, Schneid- oder Klemmring bezeichnet werden kann, kann eine Rück-, Schneid-, Klemm- oder Federring vorgesehen sein, der die Gesamtfunktion einer stabilen und fluiddichten Verbindung zwischen Fitting und einem Gegenstückunterstützt.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Verfahrens beschrieben. Diese Ausgestaltung gelten jeweils sowohl für die Verbindungsanordnung, das Fitting und das Messgerät.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Teil der Kapillare mit einem ersten Kapillargehäuseabschnitt derart vollumfänglich umgeben werden, dass dieser mit einem Abschnitt der Kapillare an einer Stirnfläche des Fittings einen (zumindest teilweise geschlossenen) Hohlraum einschließt. Ein Füllen des Hohlraums mit einem zweiten Kapillargehäuseabschnitt kann derart erfolgen, dass eine zum Beispiel planare (oder eine konische) Dichtfläche durch den Endabschnitt der Kapillare und durch einen Oberflächenbereich des zweiten Kapillargehäuseabschnitts gebildet wird. Gemäß dieser Verfahrensführung kann das Hüllrohr gemeinsam mit der Stabilisierungshülse als erster Kapillargehäuseabschnitt dienen, mit dem die Form des nachfolgend mittels Spritzgießens auszubildenden Dichtstücks eingestellt werden kann. Letzteres wird somit aus der Flüssigphase hergestellt und bildet den zweiten Kapillargehäuseabschnitt. Dadurch kann ein (von dem Lumen abgesehen) hohlraumfreies und somit sehr stabiles Fitting bereitgestellt werden.
Anstelle einer planaren Dichtfläche ist es auch möglich, an der Stirnfläche des Fittings eine konusförmige Geometrie vorzusehen. Ein solcher Konus kann anschaulich aus der Stirnfläche heraustreten oder sich dort hineinerstrecken. Bei Vorsehen eines solchen Konus an der Dichtfläche kann die Kapillare an einer Vorderseite anschaulich nach innen gezwängt werden. Somit können sich Kräfte von Kanal aus entwickeln und zur Dichtwirkung beitragen, womit das Totvolumen weiter reduziert werden kann. Werden beide zu koppelnden Komponenten mit einem Konus ausgestattet, so kann der Konuswinkel zwischen den beiden korrespondierenden Flächen leicht unterschiedlich eingestellt werden, womit eine besonders zuverlässige Dichtung erreicht werden kann. Erfindungsgemäß ist zum Abdichten sowohl eine Kombination aus zwei aneinander planar anliegenden Komponenten, einer planaren und einer konischen Komponente oder zwei konischen Komponenten möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Hohlraum mittels Spritzgießens, insbesondere mittels einer Inserttechnik, mit dem zweiten Kapillargehäuseabschnitt gefüllt werden. Indem bei der Inserttechnik der erste Kapillargehäuseabschnitt sowie die Kapillare mitverwendet werden, um die Geometrie des auszubildenden Dichtstücks in Form eines zweiten Kapillargehäuseabschnitts zu definieren, kann das Herstellverfahren sehr effizient betrieben werden. Außerdem kann auf diese Weise erreicht werden, dass ein bis auf das Lumen hohlraumfreies Fitting mit stabiler Ummantelung erreicht wird, was zu einer robusten, zuverlässigen Bauweise führt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann Flüssigmaterial zum Bilden des zweiten Kapillargehäuseabschnitts durch einen Injektionsport in dem ersten Kapillargehäuseabschnitt und in Fluidkommunikation mit dem Hohlraum in den Hohlraum injiziert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann während des Spritzgießens der Hohlraum an der Stirnfläche des Fittings mittels des Spritzgusswerkzeugs fluiddicht verschlossen werden. In diesem Fall wird die spätere Dichtfläche und die Abdichtung zum Lumen der Kapillare vom Spritzgusswerkzeug gebildet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann während des Spritzgießens ein Dorn, zum Beispiel ein Dorn des Spritzgusswerkzeugs, in den Endabschnitt der Kapillare eingreifen und diese fluiddicht verschließen. Ein solcher Dorn verschließt anschaulich die Kapillare und dient daher dazu zu verhindern, dass während des Spritzgießens in unerwünschter Weise flüssiges Injektionsmaterial in das Lumen der Kapillare eindringt, das dieses verstopfen würde.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann während des Spritzgußprozesses (d. h. des Gesamtprozesses aus Vorbereitung und Durchführen des Spritzgießens) der Dorn den Endabschnitt der Kapillare aufweiten. Der Dorn kann also synergistisch unterschiedliche Funktionen erfüllen. Einerseits dient er als Dichtung zum Verhindern des Einfließens von Injektionsmaterial in das Lumen während des Ausbildens des Dichtstücks mittels Spritzgießens. Andererseits kann er auch dazu dienen, den während des Spritzgußprozesses erwärmten Endabschnitt der Kapillare aufzuweiten, indem der Dorn in das Lumen des Kapillarendabschnitts diesen plastisch deformierend eindringt. Nach dem Abkühlen des Spritzgussmaterials ist der Endabschnitt der Kapillare, insbesondere gebildet aus einem Polymer, plastisch deformiert und erhält die modifizierte Geometrie des aufgeweiteten Endabschnitts bei.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann während des Spritzgußprozesses (d. h. des Gesamtprozesses aus Vorbereitung und Durchführen des Spritzgießens) der Dorn, der den Endabschnitt der Kapillare verschließt und formt, außerhalb des Spritzgusswerkzeuges positioniert werden. Der Dorn wird dann mit der vorbereiteten Kapillare zum Spritzgusswerkzeug gebracht und nach dem Spritzgussvorgang wieder entfernt. Bei dieser Ausführungsform lässt sich, vom Spritzgießen unabhängig, die Geometrie des Dorns auf jede Kapillare individuell abstimmen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann vor dem Ausbilden des Dichtstücks mittels Spritzgießens die Oberfläche des Hohlraums, welcher von anderen Komponenten des auszubildenden Fittings begrenzt wird, zumindest teilweise einer Oberflächenaktivierung unterzogen werden. Eine solche chemische und/oder physikalische Vorbehandlung kann die Haftcharakteristik zwischen Dichtstück und angrenzenden Komponenten des Fittings signifikant verbessern.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Messgeräts beschrieben. Diese Ausgestaltung gelten jeweils sowohl für das Fitting und das Verfahren.
Das Messgerät kann ein Trennelement, insbesondere eine Trennsäule, zum Trennen unterschiedlicher Fraktionen der injizierten Fluid-Probe aufweisen. Das Trennelement kann eine Flüssigchromatographietrennsäule sein, bei der Komponenten einer mobilen Phase eine stationäre Phase durchströmen und dabei in räumlich separierte Fraktionen aufgetrennt werden.
Die Probeninjektionsnadel kann in einem Probeninjektionspfad des Messgeräts angeordnet sein.
Das Probenseparationsgerät kann ein HPLC-Gerät (High Performance Liquid Chromatography oder Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie), ein Life Science-Gerät oder ein SFC-Gerät (Supercritical Fluid Chromatography) sein.
Allerdings sind andere Anwendungen möglich.
Das Messgerät kann eine Pumpe zum Befördern der injizierten Fluid-Probe gemeinsam mit einer mobilen Phase durch zumindest einen Teil des Messgeräts aufweisen. Eine solche Pumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr durch das System hindurch zu pumpen.
Alternativ oder ergänzend kann das Probentrenngerät einen Probendetektor zur Detektieren von getrennten Komponenten der Probe aufweisen. Ein solcher Probendetektor kann auf einem Detektionsprinzip basieren, das elektromagnetische Strahlung (zum Beispiel im UV-Bereich oder im sichtbaren Bereich) detektiert, die von bestimmten Komponenten der Probe stammt.
Alternativ oder ergänzend kann das Probenseparationsgerät einen Probenfraktionierer zum Fraktionieren der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionierer kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Fluid-Probe kann aber auch einen Waste-Container zugeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein HPLC-System gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Fittings gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Geometrie eines anzuschließenden Anschlussstücks mit fluidischem Kanal angedeutet ist.
3 zeigt eine räumliche Ansicht eines Fittings gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Anordnung, die einen Zustand während eines Verfahrens zum Herstellen eines Fittings gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Einsatz eines Formwerkzeugs zeigt.
5 zeigt einen vergrößerten Abschnitt eines in 4 gezeigten Hohlraums, der während eines Spritzgussverfahrens mit einem flüssigen Kunststoff zum Ausbilden eines elastischen Dichtstücks gebildet wird.
6 zeigt eine Teilansicht eines Dichtstücks gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer planaren Dichtfläche und der Abformgeometrie des Kapillarendabschnitts und des Kapillargehäuses.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fittings gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Dorn eines Spritzgusswerkzeugs noch in den aufgeweiteten Endabschnitt der Kapillare eingeführt ist.
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer Verbindungsanordnung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Fitting und einem Anschlussstück, bei dem die Komponenten dargestellt sind, die zum Ausüben einer dichtenden Verbindungskraft zwischen dem Fitting und dem Anschlussstück eingesetzt werden können.
9 zeigt eine Schnittdarstellung einer Verbindungsanordnung aus einem konischen Anschlusselement und einem Fitting gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 zeigt eine Anordnung aus einem Fitting und einem Anschlussstück als Verbindungsanordnung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
1 zeigt den Aufbau eines HPLC-Systems 10, wie es zur Flüssigkeitschromatografie verwendet wird. Eine Pumpe 20 treibt eine mobile Phase durch ein Separationsgerät 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), das eine stationäre Phase beinhaltet. Eine Probenaufgabeeinheit 40 ist zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 angeordnet, um eine Probenflüssigkeit in die mobile Phase einzubringen. Die stationäre Phase des Separationsgerätes 30 ist dazu vorgesehen, Komponenten der Probenflüssigkeit zu separieren. Ein Detektor 50 detektiert separierte Komponenten der Probe, und ein Fraktionierungsgerät 60 kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probenflüssigkeit auszugeben, zum Beispiel in dafür vorgesehene Behälter oder einen Abfluss.
Während ein Flüssigkeitspfad zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 typischerweise auf Hochdruck steht, wird die Probenflüssigkeit unter Normaldruck zunächst in einen vom Flüssigkeitspfad getrennten Bereich, eine so genannten Probenschleife (englisch: Sample Loop), der Probeneinheit 40 eingegeben, die dann wiederum die Probenflüssigkeit in den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitspfad einbringt. Beim Zuschalten der zunächst unter Normaldruck stehenden Probenflüssigkeit in der Probenschleife in den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitspfad wird der Inhalt der Probenschleife schlagartig (typischerweise im Bereich von Millisekunden) auf den Systemdruck des HPLC-Systems 10 gebracht. Eine Steuereinheit 70 steuert die einzelnen Fluidikbauteile 20, 30, 40, 50, 60 des HPLC-Systems 10.
Bei den hohen Drücken, die im Inneren des HPLC-Systems 10 wirken, ist eine effiziente Dichtung zur Vermeidung von Leckage wichtig. Eine solche Dichtung kann durch ein erfindungsgemäßes Fitting erreicht werden, das zum fluidischen Koppeln zwischen entsprechenden zwei Fluidikbauteilen 20, 30, 40, 50, 60 des HPLC-Systems 10 zwischengeschaltet sein kann.
2 zeigt ein Fitting 200 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Fitting 200 kann an zahlreichen Stellen des Flüssigchromatographiesystems 10 gemäß 1 zum Einsatz kommen, insbesondere überall dort, wo zwei fluidische Komponenten miteinander zu verbinden sind. Da bei dem fluidischen Pfad des Flüssigchromatografiegeräts 10 ein hoher Druck von zum Beispiel 1200 bar herrschen kann, ist eine zuverlässige fluiddichte Verbindung erforderlich, die ohne die Gefahr von Probenverschleppung individuelle fluidische Komponenten miteinander verbinden kann.
In 2 ist ein fluidischer Kanal 204 eines exemplarischen und schematisch dargestellten Fluidikbauteils 224 gezeigt. Fluid soll zwischen diesem fluidischen Kanal 204 einerseits und einem Lumen 208 in einer Kapillare 202 des Fittings 200 gepumpt werden. Wie in 2 gezeigt (siehe auch Detailansicht 280), ist ein Innendurchmesser D₂ des fluidischen Kanals 204 wesentlich größer als ein Innendurchmesser d = 50 μm des Lumens 208 in einem Abschnitt 212 der Kapillare 202, in dem diese hohlzylindrisch mit konstantem Querschnitt ausgebildet ist. Ferner ist in 2 gezeigt, dass diese Kapillare 202, die aus einem Polymerwerkstoff gefertigt sein kann, in ihrem Endabschnitt 210, d. h. in dem an den fluidischen Kanal 204 unmittelbar anzukoppelnden Bereich des Lumens 208, lokal konisch aufgeweitet ist (Lumendurchmesser D₁ = 200 μm). Anders ausgedrückt ist das Lumen 208 in dem Endabschnitt 210 der Kapillare 202 lokal so aufgeweitet (D₁ > d), dass an einer Grenzstelle zwischen der Kapillare 202 und dem fluidischen Kanal 204 ein annähernd stetiger Übergang zwischen den Innendurchmessern erfolgt (D₁ ≈ D₂ = 200 μm). Anders ausgedrückt ist an einem Ende 214 der Kapillare 202 der Innendurchmesser D₁ des Lumen 208 annähernd gleich dem konstanten Innendurchmesser D₂ des fluidischen Kanals 204. Somit ist durch das lokale und endseitige Aufweiten der Kapillare 202 in konischer Weise im Endabschnitt 210 gegenüber dem angrenzenden Abschnitt 212 eine Dimensionierungsanpassung der Kapillare 202 an den fluidischen Kanal 204 vorgenommen.
Ein voller Öffnungswinkel α der Kapillare 202 in dem Endabschnitt 210 beträgt etwa 15°. Somit ist eine relativ kleine Aufweitung vorgenommen, die einen abrupten Übergang einer Lumengröße und somit die Gefahr von fluidischen Artefakten vermindert. Gleichzeitig ist der Öffnungswinkel von 15° aber groß genug, um unerwünschte Bandverbreiterungseffekte angesichts des aufgeweiteten Kapillarabschnitts 210 zu vermeiden. Wie in 2 gezeigt, erstreckt sich der Endabschnitt 210 der Kapillare 202 bis zu einer Stirn- oder Dichtfläche 214 des Fittings 200 hin. 2 zeigt ferner, dass das Fluidikbauteil 224 unmittelbar an die Stirn- oder Dichtfläche 214 angestückt ist, d. h. ohne Zwischenraum und dichtend dort angesetzt ist.
Die Kapillare 202 ist im Inneren eines Kapillargehäuses 206 angeordnet, das aus mehreren Komponenten aufgebaut ist und im Weiteren näher beschrieben wird.
Teil des Kapillargehäuses 206 ist ein Hüllrohr 216, das aus einem metallischen Material wie rostfreiem Stahl hergestellt ist. Das Hüllrohr 216 umgibt einen Teil des angrenzenden Abschnitts 212 der Kapillare 202 in vollumfänglicher Weise und unter Ausbildung einer Pressverbindungmit der Kapillare 202. Anders ausgedrückt kontaktiert das Hüllrohr 216 eine äußere Oberfläche der Kapillare 202 ausschließlich im abgrenzenden Abschnitt 212 und nimmt diese unter Ausübung einer Kompressionskraft in Eingriff. Dagegen ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Endabschnitt 210 der Kapillare 202 von dem Hüllrohr 216 frei.
Ferner weist das Kapillargehäuse 206 ein frontseitiges Dichtstück 218 auf, das zum Beispiel aus einem Polymer der PAEK-Gruppe hergestellt ist. Dieses umgibt einen Teil des Endabschnitts 210 der Kapillare vollumfänglich und berührt somit einen Teil der Außenoberfläche der Kapillare 202. Gemeinsam mit dem Endabschnitt 210 der Kapillare bildet das Dichtstück 218 die ebene stirnflächige Dichtfläche 214, die direkt an den fluidischen Kanal 204 und das Gehäuse des Fluidikbauteils 224 angrenzt. Das Dichtstück 218 ist ein Mikrospritzgußteil, das mittels einer Inserttechnik hergestellt worden ist, wie unten näher beschrieben wird. Ferner enthält das Kapillargehäuse 206 eine Stabilisierungshülse 220. Diese ist aus einem metallischen Material wie Stahl hergestellt. Die Stabilisierungshülse 220 umschließt einen Teil des Hüllrohrs 216 und einen Teil des Dichtstücks 218 vollumfänglich, d. h. unter Ausbildung einer direkten Berührung mit diesen Komponenten. Das Kapillargehäuse 206 hat darüber hinaus einen in Richtung zu der Stirnfläche 214 des Fittings 200 hin konisch verjüngend angeordneten Schneid- oder Klemmring, der über die Stabilisierungshülse 216 übergezogen und entlang dieser verschiebbar ausgebildet wird. Wie unten näher beschrieben wird, dient der Schneid- oder Klemmring 222 in Kombination mit anderen Komponenten, insbesondere Federkomponenten, zum Erzeugen einer Druckkraft zum dichtenden Verbinden mit dem anzuschließenden Fluidikbauteil 224 an der Stirnfläche 214. Stabilisierungshülse 220, Hüllrohr 216 und Fluidikbauteil 224 bilden, für den dargestellten Teilbereich des Fittings, eine durchgängige Panzerung für die eingeschlossenen polymeren Werkstoffe aus.
3 zeigt eine räumliche Ansicht des Fittings 200 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dort ist die plane Dichtfläche 214, gebildet aus dem Ende der Kapillare 202 und der Stirnfläche des Dichtstücks 218, gut zu erkennen. Ferner ist ein mit einem Polymermaterial gefüllter, mantelflächig in der Stabilisierungshülse 220 gebildeter Injektionsport 302 zu sehen, durch welchen hindurch flüssiges Polymermaterial in einen Hohlraum eingespritzt werden kann, um das Dichtstück 218 auszubilden.
4 bis 7 zeigen Anordnungen, die sich auf ein Herstellungsverfahren zum Herstellen des Fittings 200 beziehen.
4 zeigt, dass zunächst die Komponenten 216, 220 über der Kapillare 202 angebracht werden, bevor das Dichtstück 218 hergestellt wird. Die Komponenten 216, 220 bilden vor Erzeugen des Dichtstücks 218 einen Hohlraum, der durch den Injektionsport 302, siehe 5, hindurch mit flüssigem Polymermaterial gefüllt werden kann, das dann durch Abkühlen aushärtet. Die Formgebung lässt auch Polymere zu, die nach dem Reaktionsprinzip, z. B. der Zweikomponentenreaktion, verfestigen. 4 zeigt ferner, dass ein Teil des Injektionswerkzeugs 400 an das Ende des Halbzeugs gemäß 4 angesetzt wird und dabei ein Dorn 402 in den Endabschnitt der Kapillare 208 eindringt. Dadurch wird der Hohlraum, gebildet durch Komponenten 400, 402, 220 und 216 und einem weiteren hier nicht dargestellten Werkzeugteil, verschlossen, so dass ein nachfolgendes Injizieren von flüssigem Polymermaterial durch den Injektionsport 302 hindurch in den nunmehr hermetisch nach außen abgedichteten Hohlraum diesen mit Polymermaterial ausfüllt.
Das Ergebnis eines solchen Herstellungsverfahrens ist in 6 als räumliche Ansicht des Dichtstücks 218 (ohne Dorn 402 und Kapillare 202) und in 7 (mit Dorn 402) als Querschnittsansicht gezeigt. In 7 ist nunmehr der Hohlraum durch das Dichtstück 218 ersetzt, das durch Aushärten des flüssigen Polymers erzeugt wird. Der Dorn 402 verbleibt in dem Fertigungszustand von 7 noch im Lumen 208 der Kapillare 202. Eine Kombination aus einer plastischen Deformationswirkung des Dorns 402, unterstützt durch den Temperaturzyklus des Einspritzvorgangs, den das flüssige Polymermaterial und eine exakt abgestimmte Werkzeugtemperierung auf die Kapillare 202 ausübt, führt dazu, dass der Endabschnitt 212 der Kapillare 202 dauerhaft in dem aufgeweiteten Zustand verbleibt, wenn der Dorn 402 aus dem Lumen 208 entnommen wird.
8 zeigt eine Verbindungsanordnung 800 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die durch Verbindung eines Fittings 200, das in 8 teilweise nur schematisch dargestellt ist, mit einem Anschlussstück wie dem Fluidikbauteil 224 erhalten wird.
Der Front-, Schneid- oder Klemmring 222 des Fittings 200 geht dabei eine Druckkraftverbindung mit einem entsprechenden konischen Gehäuseabschnitt 802 des Fluidikbauteils 224 ein. Ein Verbindungselement 804 des Fittings 200 kann durch einen Benutzer betätigt werden, um die Verbindungsanordnung in der in 8 gezeigten Weise fluiddicht zu verbinden. Dabei wird eine Gewindeverbindung 806 zwischen einem Außengewinde des Fittings 200 und einem korrespondierenden Innengewinde des Fluidikbauteils 224 verschraubt. Ein federnd wirkendes Spannelement 808, das auf den Prinzipien einer radial wirkenden Spannzange und axial wirkenden Tellerfedern beruht, bewirkt eine kraftschlüssige Verbindung zur Stabilisierungshülse 220 und einen federnden Anpressdruck auf den Schneid- oder Klemmring 222. Ein weiteres axial wirkendes Federelement 810 kann zusätzlich zwischen dem Verbindungselement 804 und dem Federelement 808 angeordnet sein. Das genaue Funktionsprinzip der Druckkraftübertragung bei der Verbindungsanordnung 800 ist in WO 2011/076244 derselben Anmelderin Agilent Technologies, Inc. beschrieben (siehe deren 2 samt zugehöriger Beschreibung). Auf diese Offenbarung wird hiermit vollumfänglich Bezug genommen. Es können auch Verbindungen verwendet werden, die nur über einen Front-, Schneid- oder Klemmring 222 oder aus einer Kombination von Vorder-, Schneid- oder Klemmring 222 und einem Rück-, Schneid- oder Klemmring verbinden.
9 zeigt, wie ein Fitting 200 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung in einen Aufnahmehohlraum eines entsprechenden symmetrischen Anschlussstücks 900 eingeführt ist. Der freie Aufnahmehohlraum 902 der Anordnung gemäß 9 kann dann von einemanzuschließenden weiteren Fitting 200 (nicht gezeigt) ausgefüllt werden und so zwei Kapillaren miteinander verbinden. Der fluidische Kanal 204 ist im Zentrum des Anschlussstücks 900 zwischen den beiden Aufnahmehohlräumen angeordnet.
10 zeigt die Verbindungsanordnung 800 mit dem Detail aus 9, und der Darstellung des Verbindungselements 804 sowie der Gewindeverbindung 806, wobei in der Mitte des entsprechenden Anschlussstücks 1000 der fluidische Kanal 204 angeordnet ist.
Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen” nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein” nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0309596 B1 [0002]
WO 2010/133192 [0004]
WO 2011/076244 [0004, 0077]
EP 1,048,882 [0004]
EP 1457775 [0004]

Claims

Fitting (200) zum Ausbilden einer fluidischen Verbindung zum Führen eines Fluids zwischen einer Kapillare (202) und einem fluidischen Kanal (204), wobei das Fitting (200) aufweist: ein Kapillargehäuse (206); die zumindest teilweise in dem Kapillargehäuse (206) angeordnete Kapillare (202) mit einem Lumen (208) zum Hindurchführen des Fluids, wobei ein Endabschnitt (210) der Kapillare (202) zum Dimensionierungsanpassen an den anzuschließenden fluidischen Kanal (204) in ihrem Lumendurchmesser gegenüber einem angrenzenden Abschnitt (212) der Kapillare (202) modifiziert ist.
Fitting (200) gemäß Anspruch 1, wobei der Endabschnitt (210) der Kapillare (202) aufgeweitet, insbesondere konisch aufgeweitet, ist.
Fitting (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein voller Öffnungswinkel (α) der Kapillare (202) in dem Endabschnitt (210) in einem Bereich zwischen 3° und 30° liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 5° und 20°, weiter insbesondere in einem Bereich zwischen 8° und 12°.
Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der angrenzende Abschnitt (212) der Kapillare (202) als hohler Kreiszylinder ausgebildet ist.
Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kapillare (202) ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein Material aus der Materialklasse Polyarylenetherketon (PAEK), weiter insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), aufweist.
Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die Kapillare (202) bis zu einer Stirnfläche (214) des Fittings (200) hin erstreckt, wobei insbesondere das Fitting (200) an den fluidischen Kanal (204) an der Stirnfläche (214) unmittelbar angrenzen kann.
Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Lumendurchmesser (d) in dem angrenzenden Abschnitt (212) in einem Bereich zwischen 10 μm und 300 μm liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 25 μm und 100 μm.
Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Lumendurchmesser (D₁) in dem Endabschnitt (210) in einem Bereich zwischen 100 μm und 300 μm liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 150 μm und 200 μm.
Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kapillargehäuse (202) ein Hüllrohr (216) aufweist, insbesondere aus einem metallischen Material, das zumindest einen Teil des angrenzenden Abschnitts (212) der Kapillare (202), insbesondere unter Ausbildung eines festen Verbunds mit der Kapillare (202), vollumfänglich umgibt.
Fitting (200) gemäß Anspruch 9, wobei zumindest ein Teil des Endabschnitts (210) der Kapillare (202) von dem Hüllrohr (216) frei ist.
Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kapillargehäuse (202) ein Dichtstück (218) aufweist, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, das zumindest einen Teil des Endabschnitts (210) der Kapillare (202) vollumfänglich umgibt, insbesondere unter Ausbildung eines festen Verbunds mit der Kapillare (202), und gemeinsam mit dem Endabschnitt (210) der Kapillare (202) eine insbesondere planare stirnseitige Dichtfläche (214) bildet.
Fitting (200) gemäß Anspruch 11, wobei das Dichtstück (218) ein Spritzgußteil ist, insbesondere ein Mikrospritzgußteil.
Fitting (200) gemäß Ansprüchen 9 und 11, wobei das Dichtstück (218) einen Teil des Hüllrohrs (216) vollumfänglich umgibt, insbesondere unter Ausbildung eines festen Verbunds.
Fitting (200) gemäß Ansprüchen 9 und 11, wobei das Kapillargehäuse (206) eine Stabilisierungshülse (220) aufweist, insbesondere aus einem Metall, die einen Teil des Hüllrohrs (216) und einen Teil des Dichtstücks (218) vollumfänglich umschließt, insbesondere unter Ausbildung eines festen Verbunds.
Fitting (200) gemäß Anspruch 14, wobei das Kapillargehäuse (206) eine sich konisch in Richtung einer Stirnfläche (214) des Fittings (200) verjüngenden Schneid- oder Klemmring (222) aufweist, die einen Teil der Stabilisierungshülse (220) vollumfänglich umschließt.
Verbindungsanordnung (800), aufweisend: ein Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15; ein Fluidikbauteil (224) mit dem fluidischen Kanal (204), das mit dem Fitting (200) derart fluiddicht verbunden oder verbindbar ist, dass eine Differenz zwischen dem Lumendurchmesser (D₁) an einem freien Ende des Endabschnitts (210) der Kapillare (202) und dem Kanaldurchmesser (D₂) des fluidischen Kanals (204) betragsmäßig geringer ist als eine Differenz zwischen dem Lumendurchmesser (D₁) an dem freien Ende des Endabschnitts (210) der Kapillare (202) und dem Lumendurchmesser (d) an dem angrenzenden Abschnitt (212) der Kapillare (202).
Messgerät (10) zum Untersuchen eines Fluids, wobei das Messgerät (10) aufweist ein erstes Fluidikbauteil (224) mit einem fluidischen Kanal (204) zum Führen eines Fluids; ein zweites Fluidikbauteil, das ein Fitting (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Ausbilden einer fluidischen Verbindung zwischen der Kapillare (202) des Fittings (200) und dem fluidischen Kanal (204) aufweist.
Messgerät (10) nach Anspruch 17, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: das Messgerät (10) ist aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus einem Probentrenngerät zum Trennen von Komponenten des Fluids, einem Life Science Gerät, einem Flüssigchromatographiegerät, einer HPLC, einem Gaschromatographiegerät, einem Elektrophoresegerät und einem Gelelektrophoresegerät; das Messgerät (10) ist zum Antreiben des Fluids mit einem hohen Druck konfiguriert; das Messgerät (10) ist zum Antreiben des Fluids mit einem Druck von mindestens 100 bar, insbesondere von mindestens 500 bar, weiter insbesondere von mindestens 1000 bar konfiguriert; das Messgerät (10) ist als mikrofluidisches Gerät konfiguriert; das Messgerät (10) ist als nanofluidisches Gerät konfiguriert.
Messgerät (10) nach Anspruch 17 oder 18, ausgebildet als Probentrenngerät zum Trennen von Komponenten des Fluids, wobei das Probentrenngerät aufweist: einen Fluidantrieb (20), insbesondere ein Pumpsystem, konfiguriert zum Antreiben des Fluids entlang des Probentrenngeräts; eine Trenneinheit (30), insbesondere eine chromatographische Säule, konfiguriert zum Trennen von Komponenten des Fluids; wobei eines des ersten Fluidikbauteils und des zweiten Fluidikbauteils der Fluidantrieb (20) oder die Trenneinheit (30) ist.
Messgerät (10) nach Anspruch 19, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: die Trenneinheit (30) ist konfiguriert, Komponenten des Fluids zurückzuhalten und es anderen Komponenten zu erlauben, die Trenneinheit (30) zu passieren; zumindest ein Teil der Trenneinheit (30) ist mit einem Trennmaterial gefüllt; zumindest ein Teil der Trenneinheit (30) ist mit einem Trennmaterial gefüllt, wobei das Trennmaterial Beads mit einer Größe in einem Bereich von 1 μm bis 50 μm aufweist; zumindest ein Teil der Trenneinheit (30) ist mit einem Trennmaterial gefüllt, wobei das Trennmaterial Beads mit Poren mit einer Größe in einem Bereich von 0,01 μm bis 0,2 μm aufweist; das Probentrenngerät weist einen Probeninjektor (40) zum Injizieren einer Probe in eine mobile Phase zwischen Fluidantrieb (20) und Trenneinheit (30) auf; das Probentrenngerät weist einen Detektor (50) zum Detektieren der getrennten Komponenten auf; das Probentrenngerät weist einen Probenfraktionierer (60) zum Fraktionieren der getrennten Komponenten auf.
Messgerät (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, aufweisend eine Verbindungsanordnung (800) nach Anspruch 16.
Verfahren zum Herstellen eines Fittings (200) zum Ausbilden einer fluidischen Verbindung zum Führen eines Fluids zwischen einer Kapillare (202) und einem fluidischen Kanal (204), wobei das Verfahren aufweist: zumindest teilweises Anordnen einer Kapillare (202) mit einem Lumen (208) zum Hindurchführen des Fluids in einem Kapillargehäuse (206); Modifizieren eines Lumendurchmessers (D₁) in einem Endabschnitt (210) der Kapillare (202) gegenüber einem angrenzenden Abschnitt (212) der Kapillare (202) zum Dimensionierungsanpassen an einen Lumendurchmesser (D₂) des anzuschließenden fluidischen Kanals (204).
Verfahren gemäß Anspruch 22, aufweisend: vollumfängliches Umgeben eines Teils der Kapillare (202) mit einem ersten Kapillargehäuseabschnitt (216, 220) derart, dass dieser mit einem Abschnitt der Kapillare (202) an einer Stirnfläche (214) des Fittings (200) einen Hohlraum einschließt; Füllen des Hohlraums mit einem zweiten Kapillargehäuseabschnitt (218).
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Hohlraum derart gefüllt wird, dass eine planare Dichtfläche (214) durch den Endabschnitt (210) der Kapillare (202) und durch einen Oberflächenbereich des zweiten Kapillargehäuseabschnitts (218) gebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, wobei der Hohlraum mittels Spritzgießens, insbesondere mittels einer Inserttechnik, mit dem zweiten Kapillargehäuseabschnitt (218) gefüllt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei Flüssigmaterial zum Bilden des zweiten Kapillargehäuseabschnitts (218) durch einen Injektionsport (302) in dem ersten Kapillargehäuseabschnitt (216, 220) und in Fluidkommunikation mit dem Hohlraum in den Hohlraum injiziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25 oder 26, wobei während des Spritzgießens der Hohlraum an der Stirnfläche (214) des Fittings (200) mittels eines Spritzgusswerkzeugs (400) fluiddicht verschlossen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei während des Spritzgießens ein Dorn (402) in den Endabschnitt (210) der Kapillare (202) eingreift und diese fluiddicht verschließt.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei während des Spritzgußprozesses der Dorn (402) den Endabschnitt (210) der Kapillare (202) aufweitet.