DE102017102396A1

DE102017102396A1 - Verbindungsstück für die Fluidchromatographie

Info

Publication number: DE102017102396A1
Application number: DE102017102396.8A
Authority: DE
Inventors: Nicolai BACHE; Christoph Gebhardt; Frank Hirmer; Ole Bjeld HOERNING; Ralph KIKILLUS; Peter Aagaard Nielsen
Original assignee: Bruker Daltonik GmbH; Moeller Medical GmbH
Current assignee: Moeller Medical GmbH; Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2017-09-07
Also published as: GB2553169A; GB2586110B; GB201702727D0; CN107153099B; US20170252746A1; US10335793B2; CN107153099A; GB2553169B; GB202015825D0; GB2586110A; GB2585610B; GB2585610A; GB202018123D0

Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verbindungsstück für die Fluidchromatographie, wie beispielsweise Gaschromatographie und Flüssigchromatographie, das eine Buchsenbaugruppe einschließlich eines Aufnahmeelements besitzt, welches zur Aufnahme und lösbaren Verriegelung einer Steckerbaugruppe ausgebildet und konfiguriert ist. Das Verbindungsstück ist im Besonderen für Anwendungen der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) geeignet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbindungsstücke für die Fluidchromatographie, wie beispielsweise die Gaschromatographie (GC) und Flüssigchromatographie (LC), insbesondere für den Hochleistungsbereich, wie beispielsweise Hochleistungsflüssigkeitschromatographie – HPLC.
Beschreibung der verwandten Techniken
Nach dem Stand der Technik gibt es im Allgemeinen verschiedene Konstruktionslösungen für Fluidverbindungsstücke; eine Auswahl daraus wird nachstehend zusammengefasst.
Die internationale Patentanmeldung WO 2013/174421 A1 offenbart ein Dichtungselement, um eine fluidische Verbindung zwischen einem Kopplungselement und einem Röhrenelement abzudichten, das demnach einen abgedichteten Fließweg durch das Röhrenelement und zwischen dem Kopplungselement und dem Röhrenelement in einer Längsrichtung bereitstellt. Das Dichtungselement enthält demnach eine Vertiefung, die sich in die Längsrichtung erstreckt, wobei die Vertiefung zur Aufnahme des röhrenförmigen Elements angepasst ist, und eine Querwand, die die Ausdehnung der Vertiefung in der Längsrichtung definiert, wobei die Querwand ein Durchgangsloch enthält.
Die internationale Patentanmeldung WO 2012/116753 A1 offenbart eine fluidische Dichtungskomponente, die offenbarungsgemäß eine Kapillare enthält, die einen Kanal mit einem fluidischen Medium umschließt und deren äußere Oberfläche wenigstens teilweise mit einer Beschichtung eines schmelzfähigen Materials belegt ist. Ebenfalls enthalten ist eine Dichtung an dem Endstück der Kapillare, die in die Beschichtung integriert ist, und wenigstens teilweise aus dem schmelzfähigen Material besteht, und durch Schmelzen des schmelzfähigen Materials der Beschichtung an dem Endstück und Wiedererstarren des geschmolzenen Materials geformt wird.
Die U.S. Patentanmeldung 2006/0239863 A1 von Zach et al. offenbart ein Leitungselement für die Leitung von Flüssigkeiten, das demnach wenigstens ein temperatur- und druckbeständiges Stützelement enthält, welches einen ersten Innenraum besitzt, in dem eine innere Leitung aus einem chemikalienresistenten Kunststoffmaterial angeordnet ist. Wenigstens eine freie Stirnfläche des Leitungselements besitzt demnach ein Verbindungselement, das einen zweiten Innenraum enthält, in den sich die innere Leitung erstreckt. Das Stützelement oder das Verbindungselement hat demnach wenigstens eine Entlastungsöffnung, die ein verbindendes Glied zwischen dem ersten Innenraum des Stützelements oder dem zweiten Innenraum des Verbindungselements und der Umgebung sicherstellt.
Die U.S. Patente 5,669,637 A von Chitty et al. und 8,696,038 B2 von Nienhuis offenbaren allgemein Montagebaugruppen.
Das U.S. Patent 6,273,478 B1 von Benett et al. offenbart ein Miniaturverbindungsstück für den Durchfluss von Mikrolitermengen.
Das U.S. Patent 6,575,501 B1 von Loy Jr. et al. offenbart eine deformierbare Buchse, um Leitungen gegen einen Aufnahmekörper zu dichten.
Das U.S. Patent 9,091,693 B2 von Hochgraeber et al. offenbart eine Steckereinheit, die für Chromatographieanwendungen mit einer komplementären Buchseneinheit verbunden werden soll. Es ist für die offenbarte technische Lehre unerlässlich, dass es ein Druckstück gibt, dass mittels einer Quetschverbindung lokal an die Kapillarröhrchenbaugruppe, die ein Dichtungselement enthält, angebracht wird. Um die Dichtung zwischen der Steckereinheit und der Buchseneinheit zu erreichen, sollen demnach Druckkräfte vom Steckergehäuse über das Druckstück auf das Dichtungselement übertragen werden.
Angesichts der obigen Ausführungen besteht nach wie vor die Notwendigkeit, Verbindungsstücke für die Fluidchromatographie zu verbessern, wie zum Beispiel bei der Gaschromatographie und der Flüssigchromatographie.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verbindungsstück für die Fluidchromatographie. Das Verbindungsstück hat eine Buchsenbaugruppe mit einem Aufnahmeelement, das zur Aufnahme und lösbaren Verriegelung einer Steckerbaugruppe ausgebildet und konfiguriert ist. Die Steckerbaugruppe umfasst ein kraftübertragendes Element zur Ausübung eines axialen Drucks, weiterhin eine Kapillarleitung, die verschiebbar einen Durchlass in dem kraftübertragenden Element für die Durchleitung von Chromatographiefluid durchgreift, noch weiterhin ein Dichtungselement, das eine Stirnseite der Kapillarleitung umschließt, wobei das Dichtungselement eine rückwärtsgewandte Oberfläche besitzt, die so angeordnet ist, dass sie die vorwärts gewandte Oberfläche des kraftübertragenden Elements unmittelbar berührt, um dadurch einer axialen Druckbeaufschlagung unterworfen zu werden, und einen Mantel, der das Dichtungselement zur Vermittlung von axialer Führung und Ausrichtung umschließt.
Die Tatsache, dass das kraftübertragende Element direkt auf das Dichtungselement drückt, wenn die Steckerbaugruppe ohne die Hilfe weiterer kraftübertragender Mittel in die Buchsenbaugruppe eingreift, hat den Vorteil, dass die axialen Kräfte, die zur Bildung der Dichtung aufgewendet werden, in einer sehr gleichförmigen Art und Weise um den Umfang der Kapillarleitung herum ausgeübt werden, was die Dichtungswirkung verstärkt und allgemein verbessert.
Bevorzugte Anwendungen solcher Ausbildungen schließen die Nano-Fluss-HPLC, die Flussraten zwischen etwa 1 bis 1000 Nanoliter pro Minute verwendet, und die Hochfluss-HPLC, die Flussraten von etwa einem Mikroliter pro Minute und darüber verwendet, ein. Der Betriebsdruck kann zwischen 5 und 300 bar und darüber liegen, wie er der Ultraleistungs-LC (UPLC) und Ultrahochleistungs-LC (UHPLC) entsprechen kann, wo typische Drücke im Bereich bis zu oder sogar über 1000 bar liegen können.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das kraftübertragende Element ein abgestuftes Element mit einem ersten Abschnitt zur Ausübung eines axialen Drucks umfassen, der einen ersten Außendurchmesser aufweist, und einen zweiten, axial benachbarten Abschnitt umfassen, der einen zweiten Außendurchmesser aufweist, welcher größer als der erste Außendurchmesser ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann sich die vorwärts gewandte Oberfläche auf der Stirnseite des ersten Abschnitts des gestuften Elements befinden, wobei der erste Abschnitt in axialer Länge und Durchmesser so bemessen ist, dass er größtenteils verschiebbar im rückwärtigen Teil des Mantels aufgenommen werden kann. Der Innendurchmesser des Mantels kann im unteren Millimeterbereich liegen, beispielsweise zwischen 0,5 und zwei Millimeter.
In verschiedenen Ausführungsformen sind eine Form des Dichtungselements, des ersten Abschnitts des gestuften Elements und des Mantels bevorzugt im Wesentlichen ringförmig zylindrisch, was die Herstellung dieser Elemente der Steckerbaugruppe allgemein vereinfacht.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das gestufte Element einen dritten Abschnitt umfassen, der sich axial benachbart zum zweiten Abschnitt des gestuften Elements befindet, um eine Verbindung zwischen den Stecker- und Buchsenbaugruppen von Hand festzuziehen, wobei ein dritter Außendurchmesser des dritten Abschnitts größer ist als derjenige sowohl des ersten wie auch des zweiten Abschnitts. Um dem Benutzer des Verbindungsstücks ein verbessertes haptisches Gefühl zu vermitteln, kann eine äußere Umfangsoberfläche des dritten Abschnitts strukturiert sein, wie es beispielsweise durch eine Rändelung erzeugt wird. Durch die Möglichkeit des Handfestziehens der Steckerbaugruppe in der Buchsenbaugruppe entfällt allgemein die Notwendigkeit zusätzlicher Werkzeuge, wie beispielsweise Schraubenschlüssel, um die Verbindung herzustellen. Auf diese Art und Weise ist die Handhabung des Verbindungsstücks vereinfacht.
In verschiedenen Ausführungsformen können axiale Längen des Dichtungselements, des ersten Abschnitts des gestuften Elements und des umgebenden Mantels so bemessen sein, dass eine rückwärtsgewandte Seite des Mantels Abstand zu einem Übergang zwischen dem ersten Abschnitt und zweiten Abschnitt des gestuften Elements hält.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Durchlass des gestuften Elements eine Verengung enthalten, wobei die Kapillarleitung in einem Abstand zur Stirnseite eine äußere Belagschicht (oder einen zusätzlichen Schutzschlauch) besitzt, wobei die Belagschicht (oder der Schutzschlauch) so ausgebildet und konfiguriert ist, dass sie an der Verengung anliegt und weiterhin die Funktion eines Endanschlags aufweist, um die axiale Beweglichkeit des gestuften Elements relativ zur Kapillarleitung einzuschränken. Weiterhin hilft diese Endanschlagfunktion zu verhindern, dass die Steckerbaugruppe in der Buchsenbaugruppe stecken bleibt, erleichtert damit ihr Herausziehen, und verhindert weiterhin, dass die Kapillarleitung auf eine schädliche Weise zu stark gegen das Unterteil des einseitigen Anschlusses gedrückt wird.
In bestimmten Ausführungsformen ist der erste Außendurchmesser des ersten Abschnitts des gestuften Elements bevorzugt etwas kleiner bemessen verglichen mit dem des Dichtungselements, um so von hinten gleitend in den Mantel einführbar zu sein. Der Größenordnung der Unterbemessung kann im Bereich von mehreren hundert Mikrometern liegen, wie beispielsweise 300 Mikrometer.
In verschiedenen Ausführungsformen bleibt die rückwärtsgewandte Vorderseite/Stirnseite des Dichtungselements, die die rückwärtsgewandte Oberfläche aufweist, nicht durch den Mantel überdeckt und berührt unmittelbar einen vorwärts gewandten Boden einer in den ersten Abschnitt des gestuften Elements eingearbeiteten Vertiefung, in die das Dichtungselement und der Mantel teilweise eingreifen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Dichtungselement leicht von der Stirnseite der Kapillarleitung abstehen, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen nicht verbunden sind, und wird in eine im Wesentlichen bündige Ausrichtung mit der Stirnseite der Kapillarleitung zusammengedrückt, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen ineinander eingreifen. Alternativ kann auch eine bündige Ausrichtung schon im nicht verbundenen Zustand der Stecker- und Buchsenbaugruppen festgelegt sein. Für bestimmte Ausführungsformen ist es sogar denkbar, dass die Stirnseite des Dichtungselements im nicht verbundenen Zustand leicht zurückgezogen von der Stirnseitenebene ist, die durch die Kapillarleitung und/oder den gleichweit reichenden Mantel gebildet wird. Nach Druck von hinten könnte das Dichtungselement sich an der Stirnseite dann leicht nach vorne wölben und damit die Lücke zur Stirnseitenebene schließen und eine bündige und eng anliegende Dichtung erzeugen.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Stirnseite des Dichtungselements gestuft sein, um so Materialverformung des Dichtungselements im Wesentlichen ohne Ausbeulung nach außen zuzulassen, was allgemein zu einer ordentlicheren und verlässlicheren Dichtung führen könnte. Zum Beispiel bewirkt ein reduzierter Durchmesser der Stirnseite des Dichtungselements eine Verstärkung der Druckkraft an der Grenzfläche, an der die Dichtung hergestellt wird.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Form des kraftübertragenden Elements im Wesentlichen ringförmig zylindrisch sein, wobei ein äußerer Durchmesser des kraftübertragenden Elements verglichen mit dem des Dichtungselements leicht unterdimensioniert (etwas kleiner) ist, damit die Kraftübertragung nur zwischen dem kraftübertragenden Element und dem Dichtungselement stattfindet, ohne dass andere Elemente des Verbindungsstücks betroffen sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Aufnahmeelement ein einseitiger Anschluss oder eine doppelseitige Kupplung sein. Im Fall der Variante des einseitigen Anschlusses könnte er eine doppelt gestufte kreisförmige Vertiefung haben, wobei der Innendurchmesser der ersten Vertiefungsstufe an den Außendurchmesser des Mantels angepasst ist und der Innendurchmesser der zweiten Vertiefungsstufe größer ist als derjenige der ersten Vertiefungsstufe. In bestimmten Ausführungsformen kann er an einen zweiten Außendurchmesser eines zweiten Abschnitts des gestuften Elements angepasst sein, wie schon oben beschrieben. Im Fall der doppelseitigen Kupplungsvariante könnte das oben erwähnte Ausbildungsmerkmal einfach gespiegelt und in einem anliegenden (und gegenüberliegenden) Bezug nachgebildet sein, wie es von den weiter unten beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich sein wird.
In bestimmten Ausführungsformen hat ein Übergang zwischen der zweiten Vertiefungsstufe und der ersten Vertiefungsstufe bevorzugt eine konische Form, obgleich es auch denkbar ist, ihn beispielsweise mit einer relativ zur Achse des Verbindungsstücks senkrechten Kante auszubilden.
In einigen Ausführungsformen können die zweite Vertiefungsstufe und der zweite Abschnitt des gestuften Elements komplementäre Verriegelungsmechanismen besitzen. Ein Beispiel eines Verriegelungsmechanismus würde ein Außengewinde beinhalten, das an einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Abschnitts des gestuften Elements vorgesehen ist, sowie ein komplementäres Innengewinde, das an einer inneren Umfangsfläche der zweiten Vertiefungsstufe vorgesehen ist. Andere Verriegelungsmechanismen sind gleichermaßen vorstellbar, wie zum Beispiel ein Bajonettverschluss, und werden durch einen geübten Praktiker so ausgeführt, wie es geeignet scheint.
In verschiedenen Ausführungsformen könnte der einseitige Anschluss eine axiale Durchbohrung haben, die so angeordnet ist, das sie gegenüberliegend zur Stirnseite der Kapillarleitung ruht, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen miteinander verbunden sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die axiale Durchbohrung des einseitigen Anschlusses ein Röhrchen aufnehmen, das als Fortsetzung der Kapillarleitung dient, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen miteinander verbunden sind. Im einfachsten Beispiel ist das Röhrchen von derselben Ausbildung und Konfiguration wie die Kapillarleitung, wie beispielsweise eine Quarzglaskapillare, um eine gute geometrische Anpassung der zwei aneinander stoßenden Stirnseiten zu ergeben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der einseitige Anschluss einen im Wesentlichen planen Boden besitzen, gegen den eine Stirnseite der Steckerbaugruppe gedrückt wird, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen miteinander verbunden sind. Eine solche Ausbildung gewährleistet, dass die Dichtung in der Grenzflächenebene zwischen der Kapillarleitung und jeglicher nachfolgend daran gekoppelter Leitung stattfindet, im Gegensatz zu Ausführungsformen, bei denen die Dichtung durch zwei gegenüberliegende kegelstumpfförmige Oberflächen einer komplementären Mutter- und Klemmringbaugruppe erzeugt wird. Der Hauptvorteil einer solchen Bodendichtung gegenüber einer Klemmringdichtung ist grundsätzlich das kleinere Totvolumen.
In verschiedenen Ausführungsformen könnte das Dichtungselement radial nach außen mit dem Mantel wie auch radial nach innen mit der Kapillarleitung jeweils mit Hilfe gegenüberliegender nach außen gewandter und nach innen gewandter Oberflächen verbunden sein. Bevorzugt wird die Verbindung oder werden die Verbindungen durch eine Klebung, radiale Stauchung, radiale plastische Verformung, Hämmern oder Laserschweißen oder eine Kombination dieser Techniken hergestellt. Ein Fachmann wird hier verstehen, dass die für das Schweißen benötigte Wärme anders produziert werden kann als nur durch Laserstrahlung. Die Verbindung dient dazu, die so verbundenen Elemente relativ zueinander unbeweglich zu halten, sogar wenn sie externer Belastung ausgesetzt sind, so wie beispielsweise bei der axialen Druckbeaufschlagung des Dichtungselements durch den ersten Abschnitts des gestuften Elements.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verbindungsstück weiterhin ein hohles Bediengehäuse beinhalten, in dem das kraftübertragende Element teilweise untergebracht ist und so die manuelle Bedienung des Verbindungsstücks vereinfacht. In bestimmten Ausführungsformen kann ein zweiter Abschnitt des gestuften Elements verschiebbar in dem hohlen Bediengehäuse untergebracht werden. In einigen Fällen, wenn beispielsweise ein gestuftes Element die Form einer T-förmigen Unterlegscheibe annimmt, kann es vollständig innerhalb des hohlen Bediengehäuses verschiebbar untergebracht werden.
Das hohle Bediengehäuse umfasst bevorzugt ein erstes Teilstück mit einem Verriegelungsmechanismus, der so ausgebildet und konfiguriert ist, dass er mit einem komplementären Verriegelungsmechanismus zusammenwirkt, der am Aufnahmeelement vorgesehen ist, wie dem einseitigen Anschluss oder der doppelseitigen Kupplung, und weiterhin bevorzugt ein zweites Teilstück zum händischen Festziehen der Steckerbaugruppe in der Buchsenbaugruppe.
In bestimmten Ausführungsformen kann das hohle Bediengehäuse weiterhin eine nach innen vorstehende Kante enthalten, die so ausgebildet und konfiguriert ist, dass sie mit einem zweiten Abschnitt des gestuften Elements in Anlage kommt und weiterhin die Funktion eines Endanschlags hat, um zu verhindern, dass das gestufte Element den Hohlraum des hohlen Bediengehäuses verlässt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf folgende Abbildungen verwiesen. Die Elemente in den Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt, sondern sollen in erster Linie die Prinzipien der Erfindung (größtenteils schematisch) veranschaulichen. In den Abbildungen sind einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten durch die gleichen letzten zwei Ziffern der Bezugszeichen gekennzeichnet.
und geben schematisch eine Flüssigkeitsverbindung zwischen einer vorgeschalteten Vorrichtung, wie einem Gas- oder Flüssigchromatographen, und einer nachgeschalteten Vorrichtung, wie einer Ionenquelle eines Massenspektrometers wieder.
bis zeigen schematisch eine erste Ausführungsform eines Verbindungsstücks gemäß den Prinzipien der Erfindung.
bis zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsstücks gemäß den Prinzipien der Erfindung, mit allen Elementen in der zerlegten Form ( ) und schließlich in einem teilweise montierten und vollständig angeschlossenen Zustand ( ).
zeigt eine Buchsenbaugruppe mit dem aufnehmenden Element, das die Form einer doppelseitigen Kupplung annimmt.
gibt eine Variante eines Verbindungsstücks wieder, die grundsätzlich unterschiedliche Ausbildungen des gestuften Elements wie auch des hohlen Bediengehäuses besitzt.
zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsstücks gemäß den Prinzipien der Erfindung.
und zeigen noch eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsstücks gemäß den Prinzipien der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Während die Erfindung mit Bezug auf eine Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, werden Spezialisten auf dem Gebiet anerkennen, dass verschiedene Änderungen bezüglich der Form und Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen. Fluidverbindungsstücke werden ausgebildet und konfiguriert, um eine
Flüssigkeitsübertragung zwischen einer vorgeschalteten Vorrichtung und einer nachgeschalteten Vorrichtung über dazwischenliegende fluidische Leitungen herzustellen. Die vorgeschaltete Vorrichtung könnte ein Gas- oder Flüssigchromatograph sein, oder spezifischer die dazugehörige Chromatographiesäule, die einen Eluenten von Substanzen herausgibt, die chromatographisch getrennt wurden. Die nachfolgende Vorrichtung könnte ein Massenspektrometer sein, oder spezifischer die Ionenquelle eines solchen, wie beispielsweise eine Elektrosprüh-Ionenquelle. Ein Fachmann ist vertraut mit dieser Art von Instrumenten, sodass keine Notwendigkeit besteht, weitere Einzelheiten dieser Instrumente hier auszuführen. Es versteht sich, dass eine Chromatographieflüssigkeit eine mobile Phase enthält; in dem Fall der Flüssigchromatographie besteht diese üblicherweise aus einem geeigneten Lösungsmittel, in das die zu untersuchende Probe vorgeschaltet zur Chromatographiesäule hinzugegeben wurde.
gibt schematisch beispielhaft eine vorgeschaltete Vorrichtung 2 wieder, wie einen Gas- oder Flüssigchromatograph, und eine nachgeschaltete Vorrichtung 4, wie ein Massenspektrometer, die beide fluidisch miteinander durch eine Leitung 6 verbunden sind. Die Leitung 6 kann flexibel und über Fluidverbindungsstücke 8 an die zwei Vorrichtungen 2, 4 gekoppelt sein. Solche Verbindungsstücke können gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, die im Folgenden erläutert werden.
gibt ein Verbindungsstück 8 einer leicht geänderten Ausbildung wieder, wo eine Kupplung zwei Steckerbaugruppen, wie sie weiter unten beschrieben werden, an zwei voneinander abgewandten Seiten aufnimmt.
zeigt die unterschiedlichen Teile des Verbindungsstücks 8 in einer Explosionsdarstellung. Die Grundkomponenten sind die Steckerbaugruppe 10 und die Buchsenbaugruppe 12. Die Buchsenbaugruppe 12 umfasst einen einseitigen Anschluss 12*, der grundsätzlich aus einem Block eines (synthetischen oder metallischen) Materials bestehen kann, in den zwei kreisförmige Vertiefungen 14A, 14B eingearbeitet wurden. Die erste kreisförmige Vertiefung 14A hat eine plane Bodenwand 16 einschließlich einer Durchbohrung 18, um eine verlängerte Flüssigkeitsleitung unterzubringen (hier nicht gezeigt). Die zweite kreisförmige Vertiefung 14B besitzt ein Innengewinde 20, das ausgebildet und konfiguriert wird, um sich mit einem Außengewinde zu verbinden, das bei dem gestuften Element als dem kraftübertragenden Element der Steckerbaugruppe 10 vorgesehen ist, die weiter unten diskutiert wird, um so eine lösbare Verriegelungsfunktion zwischen der Steckerbaugruppe und der Buchsenbaugruppe 10, 12 zu ermöglichen. Der Übergang zwischen der ersten und zweiten kreisförmigen Vertiefung 14A, 14B verjüngt sich konisch in der gezeigten Ausführungsform. Ein erfahrener Fachmann wird sich jedoch bewusst sein, dass der Übergang auch in einer anderen Form ausgebildet sein kann, wie beispielsweise im Wesentlichen rechtwinklig.
Die Steckerbaugruppe 10 besteht grundsätzlich aus vier unterschiedlichen Elementen. Im Zentrum der Steckerbaugruppe 10 befindet sich eine Kapillarleitung 22, wie beispielsweise ein Kapillarröhrchen. Ein Beispiel einer solchen Leitung 22 wäre eine Quarzglaskapillare, PEEKsil^TM-Kapillare oder polyimid-beschichtete Quarzglaskapillare, von der ein Teil in gezeigt wird. Die Innendurchmesser können im Bereich von einigen Mikrometern liegen, wie beispielsweise zehn oder zwanzig Mikrometer bis zu einigen hundert Mikrometern, je nach geplantem Anwendungsbereich. Ein Dichtungselement 24 in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ist bereitgestellt und an der Stirnseite der Kapillarleitung 22 angeordnet. Das Dichtungselement 24 kann aus einem deformierbaren Material bestehen, sodass es in der Lage ist, zwei aneinander stoßende Oberflächen, wie beispielsweise die plane Bodenwand 16 der ersten kreisförmigen Vertiefungsstufe in dem einseitigen Anschluss 12* und die Stirnseite der Steckerbaugruppe 10 nach der Druckbeaufschlagung zuverlässig zu dichten. In bevorzugten Beispielen wird das Dichtungselement 24 so geschaffen, dass es verhindert, dass Material in Kontakt mit dem fließenden Strom in der Bohrung der Kapillarleitung 22 kommt, was ein Risiko der Kontamination von Arbeitsflüssigkeit darin darstellen würde. In der gezeigten Ausführungsform hat das Dichtungselement 24 eine gestufte Stirnseite 24*, die in radialer Richtung etwas Raum bereitstellt, in dem verformtes Dichtungsmaterial nach Druckbeaufschlagung untergebracht werden kann, um damit eine nach außen gehende Wulstbildung des verformten Dichtungskörpers zu verhindern, die den Dichteffekt beeinträchtigen könnte.
Eine dauerhafte Verbindung zwischen der Kapillarleitung 22 und dem Dichtungselement 24 kann dadurch hergestellt werden, dass sie mittels der radial nach außen und innen gewandten gegenüberliegenden Umfangsoberflächen zusammengeklebt werden. Andere Ausführungsformen können Laserschweißen umfassen, wobei ein Teil des Materials an den radial gegenüberliegenden Umfangsflächen der zwei zu verbindenden Elemente einer elektromagnetischen Strahlung, wie beispielsweise Laserlicht, ausgesetzt werden, sodass es teilweise schmilzt und nach dem Wiedererhärten eine Haftverbindung zwischen den zwei sich kontaktierenden, gegenüberliegenden Oberflächen eingeht. Andere Wege der Verbindungsherstellung sind das Erhitzen des gesamten Körpers (oder der Körper) oder nur der Oberfläche(n), die verbunden werden soll(en), und dann ihr Verschmelzen mit dem entsprechenden Gegenstück durch Wärme, Verpressen, Infrarotstrahlung usw.
Weiterhin bereitgestellt wird ein gestuftes Element 26 als das kraftübertragende Element, das einen internen Durchlass 28 besitzt, der für den Durchgriff der Kapillarleitung 22 vorgesehen ist. In der gezeigten Ausführungsform hat der Durchlass 28 grundsätzlich zwei Teilstücke; ein erstes Teilstück 28A eines kleineren Innendurchmessers, so dimensioniert, dass es eng aber verschiebbar die Kapillarleitung 22 aufnehmen kann und ein zweites Teilstück 28B mit größerem Innendurchmesser. Der Übergang 28C zwischen dem ersten Teilstück 28A und dem zweiten Teilstück 28B kann eine senkrechte Kante umfassen oder, wie gezeigt, eine leichte konische Verjüngung. Die Kante des Übergangs 28C in dem Durchlass 28 des gestuften Elements 26 kann mit einer bestimmten Belagschicht oder einem zusätzlichen Schutzschlauch (hier nicht gezeigt) auf Teilen der Kapillarleitung 22 wechselwirken, und damit einen Endanschlag ermöglichen, der die axiale Beweglichkeit des gestuften Elements 26 relativ zur Kapillarleitung begrenzt, was die Handhabung des so erdachten Verbindungsstücks verbessert.
Von außen betrachtet hat das gestufte Element 26 in der gezeigten Ausführungsform drei grundlegende Abschnitte. Der erste Teil 26A hat den kleinsten Außendurchmesser, der ähnlich dem des Dichtungselements 24 ist, und allgemein als ein ringförmig zylindrischer Fortsatz ausbildet ist, der vom Rest des gestuften Elements 26 absteht. Der zweite Abschnitt 26B mit einem größeren Außendurchmesser besitzt auf seiner äußeren Umfangsfläche ein Außengewinde 30, das sich mit dem Innengewinde 20 bei der zweiten Vertiefungsstufe 14B in dem einseitigen Anschluss 12*, wie oben beschrieben, zusammenfügen lässt. Der dritte Abschnitt 26C besitzt den größten Außendurchmesser und dient als der von Hand festziehbare Abschnitt, an dem der Benutzer die Steckerbaugruppe 10 in die Buchsenbaugruppe 12 durch Drehen einschrauben kann. Die Dimensionen dieses dritten Abschnitts 26C sind bevorzugt so gewählt, dass eine einfache manuelle Bedienung durch den Benutzer ermöglicht wird. Der Außendurchmesser des dritten Abschnitts 26C kann im Millimeterbereich liegen, wie beispielsweise zwischen sechs und sieben Millimeter, aber ein Fachmann kann ihn allgemein so wählen, wie es als geeignet befunden wird.
Das letzte Element der Steckerbaugruppe 10 ist ein Mantel 32, der allgemein eine ringförmig zylindrische Form hat und aus jedem harten und größenmäßig stabilen Material hergestellt werden kann, wie beispielsweise Edelstahl. Der Mantel 32 besitzt einen Innendurchmesser, der zur eng sitzenden Aufnahme des Dichtungselements 24 angepasst ist. Der Mantel 32 und das Dichtungselement 24 sind über ihre jeweils radial nach innen und nach außen gewandten umlaufenden Oberflächen miteinander verbunden. Eine Ausführungsform beinhaltet eine Pressverbindung zwischen Mantel 32 und Dichtungselement 24. Andere Ausführungsformen können von klebender Natur sein oder dergleichen. Es ist zu bemerken, dass die Maße des Mantels 32 und des ersten Abschnitts 26A des gestuften Elements in diesem Beispiel so gewählt werden, dass der Mantel 32 den ersten Abschnitt 26A verschiebbar aufnehmen kann, was eine axiale Führung und Anpassung gewährleistet, ohne aber im Wesentlichen eine axiale Bewegung zwischen den beiden zu hemmen. Es ist ferner zu bemerken, dass die axialen Längen des Dichtungselements 24, Mantels 32 und ersten Abschnitts 26A des gestuften Elements 26 so gewählt sind, dass die rückwärtsgewandte Stirnseite des Mantels 32 Abstand hat von dem Übergang zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 26A, 26B des gestuften Elements 26 (orthogonal dargestellt in dem gegenwärtigen Beispiel), wenn die Verbindung zwischen den Stecker- und Buchsenbaugruppen 10, 12 hergestellt wird.
(rechts von der ) zeigt die Steckerbaugruppe 10 zusammengebaut und bereit für das Einstecken in den einseitigen Anschluss 12* der Buchsenbaugruppe 12. Wie man sehen kann, steht ein kurzes Teil der Stirnseite des Dichtungselements 24 von der Stirnseite der Kapillarleitung 22 hervor wie auch von der des gleichweit reichenden Mantels 32, und sorgt damit dafür, dass dieses Teil die plane Bodenwand 16 im einseitigen Anschluss 12* zuerst berührt, wenn die Steckerbaugruppe 10 in die Buchsenbaugruppe 12 eingesetzt wird, wodurch sich das Dichtungselement verformt. Ein Fachmann wird aber erkennen, dass das Dichtungselement 24 so ausgebildet und auf der Kapillarleitung 22 angeordnet sein könnte, dass seine Stirnseite im Wesentlichen bündig mit der Stirnseite des Dichtungselements zu liegen kommt. Die Dichtung würde dann bewirkt, sobald die Stirnseiten der drei Elemente Kapillarleitung 22, Dichtungselement 24 und Mantel 32 nach dem Einstecken im Wesentlichen gleichzeitig die plane Bodenwand 16 des einseitigen Anschlusses 12* berühren.
(rechts von der ) zeigt die Verbindung zwischen den Stecker- und Buchsenbaugruppen 10, 12 der und , wenn die Innen- und Außengewinde 20, 30 der zweiten Vertiefungsstufe 14B in dem einseitigen Anschluss 12* und dem zweiten Abschnitts 26B des gestuften Elements 26 miteinander verbunden sind. Der erste Abschnitt 26A des gestuften Elements 26 als das kraftübertragende Element übt axiale, druckbeaufschlagende Kräfte unmittelbar auf das Dichtungselement 24 aus, das die plane Bodenwand 16 der ersten Vertiefungsstufe 14A in dem einseitigen Anschluss 12* berührt, daraus resultierend verformt wird und dadurch diese Grenzfläche so abdichtet, dass keine Flüssigkeit die Innenbohrung der Kapillarleitung 22 radial verlassen kann, dagegen aber nach vorne in das benachbarte Verbindungsröhrchen 34 fließt, das in der Durchbohrung 18 des einseitigen Anschlusses 12* vorgesehen ist. Diese Ausbildung führt dazu, dass die Druckkräfte sehr homogen über den Umfang des Dichtungselements 24 ausgeübt werden und erlaubt dadurch eine sehr feste und zuverlässige Dichtung, die für Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Anwendungen geeignet ist, die oft in einem Druckbereich von etwa 50 bis 350 bar oder sogar höher betrieben werden, im Wesentlichen ohne ein signifikantes Totvolumen an der Grenzfläche zu erzeugen, das die Leistungsfähigkeit verschlechtern könnte, wie zum Beispiel durch Probenverschleppung.
Ein Fachmann wird aber erkennen, dass, unter anderem, ein vorteilhafter Effekt des größenmäßig stabilen Mantels 32, der das verformbare Dichtungselement 24 und die vergleichsweise empfindliche Kapillarleitung 22 umgibt, die Verhinderung der teilweisen, radial nach außen gerichteten Ableitung der auf das Dichtungselement 24 beaufschlagten axialen Druckkräfte ist, was die Druckdichtung in der axialen Richtung nach vorne an der Stirnseite schwächen würde.
zeigt eine weitere Ausführungsform eines Flüssigkeitsverbindungsstücks 8 gemäß den Prinzipien der Erfindung. Da diese zusätzliche Ausführungsform eine gewisse Ähnlichkeit mit der durch Bezug zu bis präsentierten hat, wird die folgende Beschreibung sich auf die Unterschiede zwischen beiden beschränken.
zeigt die unterschiedlichen Elemente eines Verbindungsstücks zerlegt und nebeneinander positioniert auf. Der einseitige Anschluss 112* (ganz rechts) der Buchsenbaugruppe zeigt grundsätzlich einen Block eines (synthetischen oder metallischen) Materials, in den zwei kreisförmige Vertiefungen 114A, 114B eingearbeitet wurden, ähnlich der in gezeigten. Der Mantel 132 (untere Bildmitte rechts) kann aus einem größenmäßig stabilen Material gefertigt werden, wie beispielsweise Edelstahl, und umfasst ein grundsätzlich ringförmig zylindrisches Element, das so dimensioniert wird, dass es das Dichtungselement 124 (obere Bildmitte rechts) sowie den ersten Abschnitt 126A des gestuften Elements 126 (oben ganz links) als das kraftübertragende Element aufnimmt. Das Dichtungselement 124 selbst ist in diesem Beispiel ein ringförmig zylindrisches Element ohne gestufte Stirnseite. In der gezeigten Ausführungsform ist die Stirnseite des Dichtungselements 124 auf jeden Fall bündig mit der der Kapillarleitung 122 (Mitte links) sowie auch der des Mantels 132 angeordnet, wie weiter unten erklärt werden wird.
Das Verbindungsstück umfasst eine Kapillarleitung 122, die in diesem Beispiel weiterhin eine Belagschicht 136 hat (oder einen zusätzlichen Schutzschlauch), die sich bis zu einem Punkt etwas entfernt von der Stirnseite der Kapillarleitung 122 erstreckt. Die Belagschicht 136 ermöglicht eine massivere Bauart der vorgeschalteten Teile der Kapillarleitung 122 und soll als Endanschlag wirken, wenn sie in den Durchlass 128 im gestuften Element 126 eingeführt wird, wie weiter unten diskutiert werden wird. Dabei kann die axiale Beweglichkeit des gestuften Elements 126 in Bezug auf die Kapillarleitung 122 begrenzt werden und damit eine einfachere Handhabung der Steckerbaugruppe ermöglicht werden. Das verhindert grundsätzlich, dass bestimmte einzelne Elemente der Baugruppe versehentlich auseinanderfallen.
Das gestufte Element 126 in der hier besprochenen Ausführungsform hat einen ersten Abschnitt 126A mit einer im Wesentlichen ringförmig zylindrischen Form, die der (26A) des gestuften Elements 26 ähnelt, die mit Bezug auf die Ausführungsform in bis beschrieben ist. Der zweite Abschnitt 126B des gestuften Elements 126B hat aber in diesem Beispiel auch nur eine ringförmig zylindrische Form ohne zusätzliche Merkmale, wie beispielsweise ein Außengewinde (30) um eine Verriegelung zu ermöglichen. Der in dem gestuften Element 126 enthaltene Durchlass 128 besitzt zwei verschiedenartige Teilstücke; eines mit einem kleinen Durchmesser, das die Kapillarleitung 122 ohne Belagschicht 136 eng, aber verschiebbar aufnimmt, wohingegen das andere einen größeren Durchmesser besitzt, der so bemessen ist, dass er die Kapillarleitung 122 mit Belagschicht 136 verschiebbar aufnimmt. Der Übergang 128C zwischen den zwei Teilstücken kann mit der Belagschicht 136 wechselwirken und so die axiale Beweglichkeit begrenzen, wie oben beschrieben.
Der größte Unterschied zwischen der vorherigen Ausführungsform, die mit Bezug zu bis beschrieben ist, und dieser Ausführungsform ist das Vorhandensein eines zusätzlichen Elements, nämlich eines hohles Bediengehäuses 138 (unten ganz links). Das hohle Bediengehäuse 138 enthält einen internen Durchlass 140, um eng, aber verschiebbar die Kapillarleitung 122 mit Belagschicht 136 unterzubringen, die sich in einen Hohlraum 142 mit größerem Durchmesser öffnet, der so bemessen ist, dass er den zweiten Abschnitt 126B des gestuften Elements 126 verschiebbar aufnimmt. Der Hohlraum 142 kann eine Öffnung 142* umfassen, deren Innendurchmesser eingeschnürt ist, um eine sich nach innen erstreckende Kante 144 bereitzustellen, mit der eine Vorderkante des zweiten Abschnitts 126B des gestuften Elements 126 in Anlage kommen kann, um ein versehentliches Herausfallen zu verhindern. Die Einschnürung kann wie gezeigt beispielsweise durch einen ringförmig zylindrischen Einsatz 146 erzeugt werden, der in die Öffnung 142* des Hohlraums 142 eingeführt wird.
Von außen betrachtet hat das hohle Bediengehäuse 138 zwei unterschiedliche Teilstücke. Das erste Teilstück 138A besitzt einen Außendurchmesser, der so angepasst ist, dass er im Wesentlichen dem Innendurchmesser der zweiten Vertiefungsstufe 114B des einseitigen Anschlusses 112* gleicht, und umfasst weiterhin ein Außengewinde 148, das so konfiguriert ist, dass es zu dem Innengewinde 120, das an der zweiten Vertiefungsstufe 114B des einseitigen Anschlusses 112* vorgesehen ist, passt, um eine lösbare Verriegelung zwischen den Stecker- und Buchsenbaugruppen 110, 112 dieser Ausführungsform zu ermöglichen.
Das zweite Teilstück 138B des hohlen Bediengehäuses 138 besitzt einen größeren Außendurchmesser und ist ausgebildet und konfiguriert, um leicht manuell bedienbar zu sein, damit es als ein von Hand festziehbares Teilstück dienen kann. Die äußere umfängliche Oberfläche dieses zweiten Teilstücks 138B kann zum Beispiel eine Struktur besitzen, um eine positive haptische Rückkopplung zu geben, wenn es durch einen Benutzer berührt wird.
Man kann daher sehen, dass beim Zusammenbau der Steckerbaugruppe 110 der zweite Abschnitt 126B des gestuften Elements 126 in den Hohlraum 142 des hohlen Bediengehäuses 138 eingesetzt wird und hinterher durch den ringförmigen Einschnürungszylinder 146 in Position gehalten wird, der sich in der Öffnung 142* des Hohlraums 142 befindet. Die Kapillarleitung 122 wird von hinten in die Durchlässe 140, 128 sowohl des hohlen Bediengehäuses 138 wie auch des gestuften Elements 126 eingeführt und reicht durch sie hindurch, sodass sie aus der Stirnseite des ersten Abschnitts 126A des gestuften Elements 126 herausragt. Dann kann das Dichtungselement 124 an der Stirnseite der Kapillarleitung 122 angeordnet werden und mit ihr wie bereits vorhin aufgezeigt verbunden werden. Der Mantel 132 wird schließlich über das Dichtungselement 124 und den ersten Abschnitt 126A des gestuften Elements 126 gezogen, bis seine Stirnseite im Wesentlichen bündig mit denen der Kapillarleitung 122 und des Mantels 132 zu liegen kommt. Wie vorher ist der Mantel 132 nur mit dem darunter liegenden Dichtungselement 124 fest verbunden, aber nicht mit dem ersten Abschnitt 126A des gestuften Elements 126, den dieser im gezeigten Beispiel nur verschiebbar umgibt, wodurch er etwas Bewegungsfreiheit behält.
In dieser beispielhaften Steckerbaugruppe 110 ist die axiale Bewegung des gestuften Elements 126 relativ zum hohlen Bediengehäuse 138 durch die Bodenwand 150 des Hohlraums 142 in der Rückwärtsrichtung wie auch die Verjüngung der Hohlraumöffnung 142* in der Vorwärtsrichtung begrenzt. Gleichermaßen wird die axiale Bewegung der Kapillarleitung 122 in Bezug auf den Rest der Steckerbaugruppe begrenzt durch den Übergang 128C zwischen dem Teilstück des Durchlasses 128 mit großem und kleinerem Durchmesser in dem gestuften Element 126 (in Wechselwirkung mit der Belagschicht 136 oder zusätzlichem Schutzschlauch) in der Vorwärtsrichtung wie auch durch die sich berührenden gegenüberliegenden Stirnseiten des ersten Abschnitts 126A des gestuften Elements 126 und des Dichtungselements 124, mit dem es fest verbunden ist, in der Rückwärtsrichtung.
zeigt die Stecker- und Buchsenbaugruppen 110, 112 der zusätzlichen Ausführungsform aus (i), die einzeln zusammengesetzt, aber auf der linken Seite nicht miteinander verbunden sind, und (ii) in einem zusammengebauten Zustand auf der rechten Seite, wobei die Stirnseite der Steckerbaugruppe 110 in Berührung mit der Bodenwand ist und tatsächlich gegen die Bodenwand 116 der ersten Vertiefungsstufe 114A im einseitigen Anschluss 112* der Buchsenbaugruppe 112 gedrückt wird, die den Durchfluss einer Chromatographieflüssigkeit durch die Innenbohrung der Kapillarleitung 122 ermöglicht, um durch die Leitung weitergeleitet zu werden, die in der Durchbohrung 118 des einseitigen Anschlusses 112* untergebracht ist, die hier aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt wird.
Wie schon zuvor mit Bezug auf die Ausführungsformen in bis beschrieben wurde, übt der erste Abschnitt 126A des gestuften Elements 126 als das kraftübertragende Element axiale, komprimierende Kräfte direkt auf das Dichtungselement 124 aus, das die plane Bodenwand 116 der ersten Vertiefungsstufe 114A in dem einseitigen Anschluss 112* berührt wegen der bündigen Ausrichtung zusammen mit den Stirnseiten der Kapillarleitung 122 und dem Mantel 132, sodass diese Grenzfläche so abgedichtet ist, dass keine Flüssigkeit die Innenbohrung der Kapillarleitung 122 radial verlassen kann, dagegen aber nach vorne in das benachbarte Verbindungsröhrchen (nicht gezeigt) fließt, das gezwungenermaßen in der Durchbohrung 118 des einseitigen Anschlusses 112* untergebracht ist. Diese leicht geänderte Ausbildung führt überdies dazu, dass die Druckkräfte sehr homogen über den Umfang des Dichtungselements 124 ausgeübt werden und erlaubt dadurch eine sehr feste und zuverlässige Dichtung, die für Hochdruck-Flüssigchromatographie-Anwendungen (HPLC) geeignet ist, im Wesentlichen ohne signifikantes Totvolumen an der Grenzfläche, das die Leistungsfähigkeit verschlechtern könnte, wie zum Beispiel durch Probenverschleppung, wie oben erklärt.
Die beispielhaften Implementierungen aus den bis und bis , auf die oben Bezug genommen wird, zeigen einen einseitigen Anschluss 12*, 112* an den eine Steckerbaugruppe 10, 110 auf nur einer Seite der Gruppe gekoppelt wird, in gewisser Weise entsprechend der Darstellung in . In Abkehr zu diesem einseitigen Ansatz und dagegen in Übereinstimmung mit der Skizze in stellt eine Buchsenbaugruppe schematisch dar, die ein aufnehmendes Element umfasst, das für Steckerbaugruppen 210 an zwei (gegenüberliegenden) Seiten des Elements zugänglich ist und eine doppelseitige Kupplung 212* bildet. Mit anderen Worten stößt die Kapillarleitung der einen Steckerbaugruppe 210 an die entsprechende andere an und stellt so in diesem Beispiel die Verlängerungsleitung der entsprechenden anderen Steckerbaugruppe 210 dar und umgekehrt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die doppelseitige Kupplung eine symmetrische Ausformung, da beide Vertiefungen dieselbe Abmessung und Geometrie besitzen. Ein Fachmann wird verstehen, dass asymmetrische Ausbildungen ebenfalls denkbar sind, wie beispielsweise Vertiefungen, die für die Aufnahme unterschiedlicher Steckerbaugruppen konfiguriert sind.
In dem Beispiel der haben die zwei Steckerbaugruppen 210 jedoch dieselbe beispielhafte Ausformung wie die in und gezeigt, obwohl ein Fachmann verstehen wird, dass diese Ausführungsform nicht beschränkend zu verstehen ist. Bevorzugt wird die axiale Verlängerung der zwei Innengewinde an den entsprechenden zweiten Vertiefungsstufen so bemessen, dass die entsprechenden Stirnseiten etwa in der Mitte des Kupplungsstücks 212* zu liegen kommen, wenn die Steckerbaugruppen 210 in das aufnehmende Element maximal eingeschraubt worden sind, sodass eine zuverlässige radiale Führung während der Einführung gewährleistet wird.
zeigt eine abgeschnittene Sicht der Steckerbaugruppe 310, die eine leicht geänderte Konfiguration zu der in den bis gezeigten hat. Zugunsten der Übersichtlichkeit wird in keine Buchsenbaugruppe gezeigt, auch wenn es klar sein sollte, dass die gezeigte Steckerbaugruppe 310 grundsätzlich mit jeder der in den anderen Ausführungsformen gezeigten Buchsenbaugruppen kompatibel wäre, wenn notwendig nach einigen unwesentlichen strukturellen und dimensionalen Anpassungen.
Wie man sehen kann, umfasst die Steckerbaugruppe 310 eine Kapillarleitung 322, ein Dichtungselement 324 (leicht vorstehend), einen Mantel 332 (mit einer leicht nach innen abgestuften Stirnseite, um verformtes Dichtungselementmaterial aufzunehmen) und ein kurzes abgestuftes Element 326 als das kraftübertragende Element. Ähnlich wie die Ausführungsform der und besitzt die Steckerbaugruppe 310 ein hohles Bediengehäuse 338 mit einem internen Durchlass 340 für die Aufnahme der Kapillarleitung 322, die sich in einen Hohlraum 342 größeren Durchmessers öffnet, der so bemessen ist, dass er den zweiten Abschnitt 326B des gestuften Elements 326 (abgesondert unten rechts gezeigt) verschiebbar aufnimmt und lang genug ist, um teilweise verschiebbar die gezeigte Leitung-Dichtung-Mantel-Anordnung aufzunehmen, die auch eine axiale Führung und Ausrichtung gewährleistet. Das abgestufte Element 326 nimmt hier die Form einer T-förmigen Scheibe an (aus einer seitlichen Querschnittsansicht unten rechts). Andere Formen als T-förmig sind aber auch denkbar.
Wie zuvor, von außen betrachtet, besitzt das hohle Bediengehäuse 338 zwei unterschiedliche Teilstücke. Das erste Teilstück 338A besitzt ein Außengewinde 348, das so konfiguriert ist, dass es in das Innengewinde eingreift, das an einem geeigneten aufnehmenden Element vorgesehen ist, sodass es eine lösbare Verriegelung ermöglicht. Das zweite Teilstück 338B des hohlen Bediengehäuses 338 hat wieder einen größeren Außendurchmesser und ist ausgebildet und konfiguriert, um leicht manuell bedienbar zu sein, damit es beispielsweise als ein von Hand festziehbares Teilstück dienen kann.
Im Gegensatz zu vorherigen Ausführungsformen gibt es hier keinen zylindrischen Vorsprung von dem abgestuften Elementkörper, der von hinten in den Mantel 332 eingeführt wird und eine rückwärtsgewandte Oberfläche des Dichtungselements 324 direkt berührt, um einen axialen Druck auf es auszuüben. Vielmehr berührt die rückwärtsgewandte Stirnseite des Dichtungselements 324, die in etwa bündig mit der rückwärtsgewandten Stirnseite des Mantels 332 ausgerichtet ist, unmittelbar die vorwärts gewandte Stirnseite des ersten Abschnitts 326A des gestuften Elements 326, um dadurch unmittelbar axial mit Druck beaufschlagt zu werden. Bei der Einführung der gezeigten Steckerbaugruppe 310 in die Buchsenbaugruppe kann es selbstredend passieren, dass der erste Abschnitt 326A den rückwärtigen Teil des Dichtungselements 324 so zusammendrückt, dass es ein wenig in den zylindrischen Raum hineinreicht, der sich innerhalb des Mantels 332 bildet.
zeigt eine weitere Ausführungsform einer Steckerbaugruppe 410, die eine leicht geänderte Konfiguration zu der zuvor gezeigten hat. Zugunsten der Übersichtlichkeit wird in ebenfalls keine Buchsenbaugruppe gezeigt, auch wenn es klar sein sollte, dass die gezeigte Steckerbaugruppe 410 grundsätzlich mit jeder der in den anderen Ausführungsformen gezeigten Buchsenbaugruppen gleichermaßen kompatibel wäre, wenn notwendig nach einigen unwesentlichen strukturellen und dimensionalen Anpassungen.
Wie man sehen kann, umfasst die Steckerbaugruppe 410 eine Kapillarleitung 422, ein Dichtungselement 424 (leicht vorstehend), einen Mantel 432 und ein abgestuftes Element 426 als das kraftübertragende Element mit einem ersten Abschnitt 426A und einem benachbarten zweiten Abschnitt 426B.
Im Gegensatz zu vorher beschriebenen Ausführungsformen hat der erste Abschnitt 426A des gestuften Elements 426 gemäß eine zylindrische Vertiefung 452, in der die Anordnung einer Kapillarleitung 422, eines Dichtungselements 424 und eines Mantels 432 teilweise verschiebbar untergebracht ist und nicht die Form eines zylindrischen Vorsprungs vom Rest des gestuften Elements 426, der innerhalb des rückwärtigen Teils des hohlen zylindrischen Mantels 432 untergebracht ist. Das Dichtungselement 424 ist nicht über seine volle axiale Ausdehnung durch den Mantel 432 bedeckt oder von ihm umgeben. An der Stirnseite ragt beispielsweise das Dichtungselement 424 leicht von dem Mantel 432 und der Kapillarleitung 422 hervor, um beim Berühren der Bodenwand oder einer Stirnseite einer weiteren Steckerbaugruppe in dem aufnehmenden Element druckbeaufschlagt zu werden, ähnlich wie bei einigen der vorher beschriebenen Ausführungsformen.
Hier ragt aber auch das hintere Ende des Dichtungselements leicht über die Stirnseite des Mantels 432 heraus und, wenn es vollständig in der Vertiefung 452 des ersten Abschnitts 426A aufgenommen ist, stößt es an eine vorwärts gewandte Bodenfläche 452* der Vertiefung 452 an. Auf diese Weise kann die Steckerbaugruppe 410 axial mit Druck beaufschlagt werden, wobei die axialen Kräfte direkt in und durch das Dichtungselement 424 übertragen werden, ohne einen Umweg über Zwischenelemente zu nehmen. Der vernünftig bemessene Mantel 432 gewährleistet lediglich eine axiale Ausrichtung und Führung innerhalb der Vertiefung 452 des ersten Abschnitts 426A. Am äußeren Umfang kann der erste Abschnitt 426A des gestuften Elements 426 ein Außengewinde 448, wie angezeigt, besitzen, das kompatibel ist mit einem Innengewinde, das an der entsprechenden Gegenseite in dem aufnehmenden Element (nicht gezeigt) vorgesehen ist. Der zweite Abschnitt 426B des gestuften Elements 426 kann als ein Handfestziehabschnitt dienen, wie es vorher in Bezug auf einige der anderen Ausführungsformen des Verbindungsstücks beschrieben wurde.
stellt eine weitere Ausführungsform eines Fluidverbindungsstücks gemäß den Prinzipien der Erfindung dar. Da diese weitere Ausführungsform eine gewisse Ähnlichkeit mit der durch Bezug zu präsentierten hat, wird die folgende Beschreibung sich auf die Unterschiede zwischen beiden beschränken.
zeigt die unterschiedlichen Elemente einer Steckerbaugruppe 510 auseinandergenommen und nebeneinandergestellt. Der Mantel 532 kann aus einem größenmäßig stabilen Material gefertigt werden, wie beispielsweise Edelstahl, und umfasst ein grundsätzlich ringförmig zylindrisches Element, das so bemessen wird, dass es das Dichtungselement 524 aufnimmt, das als ein ringförmig zylindrisches Element mit einer gestuften Stirnseite ausbildet ist. Ein kraftübertragendes Element 554 bildet in diesem Beispiel einen kurzen ringförmigen Zylinder aus, dessen innere Breite angepasst ist, um verschiebbar eine Kapillarleitung 522 im Inneren aufzunehmen und dessen Außendurchmesser so bemessen ist, das er verglichen mit einem Innendurchmesser des Mantels 532 etwas kleiner ist. Im zusammengebauten Zustand ragt in der gezeigten Ausführungsform die abgestufte Stirnseite des Dichtungselements 524 notwendigerweise leicht vor denen der Kapillarleitung 522 wie auch des gleichweit ausgedehnten Mantels 532 hervor, wie unten weiter erläutert werden wird.
Ein Unterschied zwischen der vorherigen Ausführungsform, die mit Bezug zu beschrieben ist, und dieser Ausführungsform ist das Vorhandensein eines hohlen Bediengehäuses 538. Das hohle Bediengehäuse 538 enthält einen internen Durchlass 540 zur engen, aber verschiebbaren Unterbringung der Kapillarleitung 522, die sich in einen Hohlraum 542 mit größerem Durchmesser öffnet, der so bemessen ist, dass er den Mantel 532 verschiebbar aufnimmt. Eine Variante im Vergleich zu vorherigen Ausführungsformen schließt ein aufgeweitetes rückwärtiges Teil 540* des Durchlasses 540 ein, um einen leichteren Zugang zur rückwärtig gewandten Seite zu ermöglichen.
Von außen betrachtet hat das hohle Bediengehäuse 538 zwei unterschiedliche Teilstücke. Der erste Teil 538A besitzt einen Außendurchmesser, der so angepasst ist, dass er im Wesentlichen dem Innendurchmesser einer Buchsenbaugruppe 512 gleicht, die in dargestellt werden wird, und weiterhin ein Außengewinde 548 umfasst, das konfiguriert ist, um mit dem Innengewinde, das an dieser Buchsenbaugruppe 512 vorgesehen ist, zusammenzupassen, um eine lösbare Verriegelung zwischen den Stecker- und Buchsenbaugruppen 510, 512 dieser Ausführungsform zu ermöglichen.
Das zweite Teilstück 538B des hohlen Bediengehäuses 538 besitzt einen größeren Außendurchmesser und ist ausgebildet und konfiguriert, um leicht manuell bedienbar zu sein, damit es als ein von Hand festziehbares Teilstück dienen kann. Die äußere umfängliche Oberfläche dieses zweiten Teilstücks 538B kann mit einer Struktur versehen werden, um eine positive haptische Rückkopplung zu erzielen, wenn es durch einen Benutzer berührt wird.
Der obere Bereich der zeigt die zusammengesetzte Steckerbaugruppe 510, die fertig für die Einführung in die Buchsenbaugruppe 512 ist, die in diesem Beispiel die Form eines einseitigen Anschlusses annimmt und denen ähnelt, die im Zusammenhang mit vorherigen Ausführungsformen beschrieben wurden, sodass die Einzelheiten hier nicht wiederholt werden müssen.
Wie man sehen kann, ruht das kraftübertragende Element 554 in dem Hohlraum 542 des hohlen Bediengehäuses 538, während es in der axialen Richtung strömungsaufwärts durch eine vorwärts gewandte Wand desselben gestützt wird. Wie man sehen kann, berührt der Mantel 532 diese vorwärts gewandte Wand des Hohlraums 542 nicht. Die Kapillarleitung 522 wird in dem Durchgang 540 des hohlen Bediengehäuses 538 und innerhalb der lichten Weite sowohl des kraftübertragenden Elements 554 wie auch des Dichtungselements 524 untergebracht. Wie zuvor beschrieben sind die Kapillarleitung 522 und das Dichtungselement 524 über gegenüberliegende radiale Oberflächen fest miteinander verbunden, während das kraftübertragende Element 554 nicht auf diese Weise verbunden wird und nur verschiebbar mit den anderen Elementen der Steckerbaugruppe 510 eingreift, und dadurch etwas Bewegungsfreiheit behält. Der Mantel 532 wird lediglich dem Dichtungselement 524 übergestülpt und mit ihm fest verbunden, sodass er ihn grundsätzlich über seine gesamte axiale Ausdehnung umschließt. Wie oben schon aufgezeigt, steht die abgestufte Stirnseite des Dichtungselements 524 leicht von der Stirnseite des Mantels 532 hervor, und ist darauf ausgelegt, beim Einführen durch eine Gegenfläche in der Buchsenbaugruppe 512 verformt zu werden.
Der untere Bereich der zeigt die Stecker- und Buchsenbaugruppen 510, 512, die schon vorher in einem zusammengesteckten Zustand beschrieben wurden, wobei die Stirnseite der Steckerbaugruppe 510 in Berührung mit der Bodenwand ist und tatsächlich gegen die Bodenwand einer ersten Vertiefungsstufe im einseitigen Anschluss der Buchsenbaugruppe 512 gedrückt wird, die den Durchfluss einer Chromatographieflüssigkeit durch die Innenbohrung der Kapillarleitung 522 ermöglicht, um durch die Leitung weitergeleitet zu werden, die in der Durchbohrung des einseitigen Anschlusses untergebracht ist, die hier aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt wird.
Wie schon zuvor mit Bezug auf verschiedene frühere Ausführungsformen beschrieben wurde, übt das ringförmig zylindrische, kraftübertragende Element 554 axiale, komprimierende Kräfte direkt auf das genauso ringförmig zylindrische Dichtungselement 524 aus, das die plane Bodenwand der ersten Vertiefungsstufe in dem einseitigen Anschluss berührt, sodass diese Grenzfläche so abgedichtet wird, dass keine Flüssigkeit die Innenbohrung der Kapillarleitung 522 radial verlassen kann, aber dagegen nach vorne in das benachbarte Verbindungsröhrchen (nicht gezeigt) fließt, das gezwungenermaßen in der Durchbohrung des einseitigen Anschlusses untergebracht ist. Überdies trägt diese leicht geänderte Ausbildung dazu bei, dass die Druckkräfte sehr homogen über den Umfang des Dichtungselements 524 ausgeübt werden und erlaubt dadurch eine sehr feste und zuverlässige Dichtung, die für Hochdruck-Flüssigchromatographie-Anwendungen (HPLC) geeignet ist; im Wesentlichen ohne ein signifikantes Totvolumen an der Grenzfläche, das die Leistungsfähigkeit verschlechtern könnte, wie zum Beispiel durch Probenverschleppung, wie oben erklärt.
In den oben erklärten Ausführungsformen werden zwei ineinandergreifende Gewinde verwendet, um eine lösbare Verriegelungsfunktion zwischen den Stecker- und Buchsenbaugruppen bereitzustellen. Ein Fachmann wird aber verstehen, dass diese Funktion auch auf viele andere geeignete Weisen erzielt werden kann, wie beispielsweise mit einem Bajonettverschluss.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf eine Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben. Es versteht sich aber, dass verschiedene Aspekte oder Einzelheiten der Erfindung geändert werden können oder verschiedene Aspekte oder Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsformen frei kombiniert werden können, falls es praktikabel ist, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Ganz allgemein dient die vorstehende Beschreibung nur zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung der Erfindung, die ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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

WO 2013/174421 A1 [0003]
WO 2012/116753 A1 [0004]
US 5669637 A [0006]
US 6273478 B1 [0007]
US 6575501 B1 [0008]
US 9091693 B2 [0009]

Claims

Ein Verbindungsstück für Fluidchromatographie, das eine Buchsenbaugruppe einschließlich eines Aufnahmeelements umfasst, welches zur Aufnahme und lösbaren Verriegelung einer Steckerbaugruppe ausgebildet und konfiguriert ist, wobei die Steckerbaugruppe aufweist: ein kraftübertragendes Element, um einen axialen Druck auszuüben; eine Kapillarleitung, die verschiebbar einen Durchlass in dem kraftübertragenden Element durchgreift, um Chromatographiefluid durchzuleiten; ein Dichtungselement, das eine Stirnseite der Kapillarleitung umschließt, wobei das Dichtungselement eine rückwärtsgewandte Oberfläche besitzt, die so angeordnet ist, dass sie eine vorwärts gewandte Oberfläche des kraftübertragenden Elements unmittelbar berührt, um dadurch einer axialen Druckbeaufschlagung unterworfen zu werden; und einen Mantel, der das Dichtungselement zur Vermittlung von axialer Führung und Ausrichtung umschließt.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftübertragende Element ein abgestuftes Element umfasst, das einen ersten Abschnitt mit einem ersten Außendurchmesser zur Ausübung eines axialen Drucks besitzt und einen zweiten axial benachbarten Abschnitt besitzt, der einen zweiten Außendurchmesser aufweist, der größer als der erste Außendurchmesser ist.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die vorwärts gewandte Oberfläche auf der vorderen Stirnseite des ersten Abschnitts des gestuften Elements befindet, wobei der erste Abschnitt in axialer Länge und Durchmesser so dimensioniert ist, dass er größtenteils gleitend im rückwärtigen Teil des Mantels aufgenommen werden kann.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form des Dichtungselements, des ersten Abschnitts des gestuften Elements und des Mantels im Wesentlichen ringförmig zylindrisch ist.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gestufte Element einen dritten Abschnitt umfasst, der sich axial benachbart zum zweiten Abschnitt befindet, um eine Verbindung zwischen den Stecker- und Buchsenbaugruppen von Hand festzuziehen, wobei ein dritter Außendurchmesser des dritten Abschnitts größer ist als derjenige sowohl des ersten wie auch des zweiten Abschnitts.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass axiale Längen des Dichtungselements, des ersten Abschnitts des gestuften Elements und des umgebenden Mantels so bemessen sind, dass eine rückwärtsgewandte Stirnseite des Mantels Abstand zu einem Übergang zwischen dem ersten Abschnitt und zweiten Abschnitt des gestuften Elements hält.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass des gestuftes Elements eine Verengung enthält, wobei die Kapillarleitung eine äußere Belagschicht oder einen zusätzlichen Schutzschlauch an einer Stelle besitzt, die einen Abstand zur vorderen Stirnseite hat, die Belagschicht oder der Schutzschlauch so ausgebildet und konfiguriert sind, dass sie an der Verengung anliegen und weiterhin die Funktion eines Endanschlags aufweisen, um die axiale Beweglichkeit des gestuften Elements relativ zur Kapillarleitung einzuschränken.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rückwärtsgewandte Stirnseite des Dichtungselements, die die rückwärtsgewandte Oberfläche aufweist, nicht durch den Mantel überdeckt wird und direkt einen vorwärts gewandten Boden einer in den ersten Abschnitt des gestuften Elements eingearbeiteten Vertiefung berührt, in die das Dichtungselement und der Mantel teilweise eingreifen.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement leicht von der Stirnseite der Kapillarleitung absteht, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen nicht verbunden sind, und zu einer im Wesentlichen bündigen Ausrichtung mit der Stirnseite der Kapillarleitung zusammengedrückt wird, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen ineinander eingreifen.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des Dichtungselements gestuft ist, um so Materialverformung des Dichtungselements im Wesentlichen ohne Ausbeulung nach außen zuzulassen.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form des kraftübertragenden Elements im Wesentlichen ringförmig zylindrisch ist, wobei ein äußerer Durchmesser des kraftübertragenden Elements verglichen mit dem des Dichtungselements etwas kleiner ist.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement ein einseitiger Anschluss oder eine doppelseitige Kupplung ist.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der einseitige Anschluss eine doppelt gestufte kreisförmige Vertiefung besitzt, wobei der Innendurchmesser der ersten Vertiefungsstufe an den Außendurchmesser des Mantels angepasst ist und der Innendurchmesser der zweiten Vertiefungsstufe größer ist als derjenige der ersten Vertiefungsstufe.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vertiefungsstufe und der zweite Abschnitt des gestuften Elements komplementäre Verriegelungsmechanismen besitzen.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der einseitige Anschluss eine axiale Durchbohrung hat, die so angeordnet ist, dass sie gegenüberliegend zur Stirnseite der Kapillarleitung ruht, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen miteinander verbunden sind.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der einseitige Anschluss einen im Wesentlichen planen Boden besitzt, gegen den eine Stirnseite der Steckerbaugruppe gedrückt wird, wenn die Stecker- und Buchsenbaugruppen miteinander verbunden sind.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement radial nach außen mit dem Mantel wie auch radial nach innen mit der Kapillarleitung jeweils mit Hilfe gegenüberliegender nach außen gewandter und nach innen gewandter Oberflächen verbunden ist.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung oder die Verbindungen durch eine Klebung, radiale Stauchung, radiale plastische Verformung, Hämmern oder Laserschweißen oder eine Kombination dieser Techniken hergestellt ist bzw. sind.
Das Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein hohles Bediengehäuse vorhanden ist, in dem das kraftübertragende Element teilweise untergebracht ist.
Das Verbindungsstück nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Bediengehäuse ein erstes Teilstück mit einem Verriegelungsmechanismus umfasst, der so ausgebildet und konfiguriert ist, dass er mit einem komplementären Verriegelungsmechanismus zusammenwirkt, der am Aufnahmeelement vorgesehen ist, und weiterhin ein zweites Teilstück zum händischen Festziehen der Steckerbaugruppe in der Buchsenbaugruppe umfasst.