DE112004002919T5

DE112004002919T5 - Rohrverbindung und ein Verfahren zum Verbinden von Rohren

Info

Publication number: DE112004002919T5
Application number: DE112004002919T
Authority: DE
Inventors: Theodore Marion Dourdeville; Dennis Mendon Dellarovere
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2007-07-26
Also published as: GB2431211A; US8951374B2; GB2431211B; GB0625297D0; JP2008506901A; US20080093337A1; WO2006019376A1; JP5681340B2; WO2006019376A8

Abstract

Verfahren zum Verbinden einer ersten Fluidleitung mit einer oder mehreren weiteren Fluidleitungen, umfassend:
Positionieren eines ersten Fluidleitungsabschnitts im Wesentlichen in Berührung mit wenigstens einem weiteren Fluidleitungsabschnitt, wobei ein Verbindungsbereich erzeugt wird;
Benetzen des Verbindungsbereiches mit einem verflüssigten thermoplastischen Polymer; und
Abkühlen des thermoplastischen Polymers, wodurch eine im Wesentlichen fluiddichte Verbindung zwischen dem ersten Fluidleitungsabschnitt und dem wenigstens einen weiteren Fluidleitungsabschnitt ausgebildet wird.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die Anmeldung basiert auf der US-Patentanmeldung Nr. 60/487,572, die am 15. Juli 2003 eingereicht worden ist. Auf den Inhalt der vorstehend erwähnten Anmeldung wird hiermit voll umfänglich Bezug genommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Herstellen bzw. Erzeugen haltbarer und effektiver Rohrverbindungen ist ein wichtiger Teil beim Herstellen betriebsfähiger und effizienter Flüssigkeitshandhabungssysteme (liquid handling systems). Es gibt eine große Vielzahl derartiger Verbindungen, wobei die meisten fluiddichte Abdichtungen benötigen. Rohre können mit anderen Rohren, mit Verteilerblöcken, mit ebenen Fluidschaltungen, mit Detektorflusszellen oder anderen Komponenten verbunden sein, wie beispielsweise Heizelementen oder Elektroden.
Das Herstellen fluiddichter Abdichtungen hat seit jeher ein bedeutendes Problem bei der Ausgestaltung jedweden Fluidhandhabungssystems dargestellt. Bei einem einzelnen Flüssigkeitshandhabungssystem, wie beispielsweise einem Flüssigkeitschromatographiesystem (liquid chromatography system; LC system), stellt sich dieses Problem mehrere Male. Ein LC-System weist mehrere Anschlüsse, Verbindungen, Verbindungsstücke und Fittings bzw. Fassungen auf, die alle im Wesentlichen fluiddicht ausgestaltet sein müssen, um eine regelgerechte Arbeitsweise sicherzustellen.
In der LC-Industrie besteht ein andauernder Trend darin, die Größe der LC-Säule zu vermindern und gleichzeitig den Systembetriebsdruck zu erhöhen. In den letzten Jahren hat es ein verstärktes Interesse für die Durchführung von LC auf den Skalen kapillarer Größen gegeben, bei denen der Innendurchmesser der analytischen Säule im Bereich von 800 bis 50 Mikrometer oder weniger liegen kann. Um Verbindungen zwischen Komponenten eines Systems herzustellen, das eine Säule mit einem Durchmesser von 75 Mikrometern beinhaltet, wird die Verbindungsverrohrung üblicherweise derart ausgewählt, dass diese einen Innendurchmesser von 25 Mikrometern oder weniger aufweist.
Es gibt verhältnismäßig wenige Materialien, aus denen eine praktikable Verrohrung mit einem Innendurchmesser von 15 bis 25 Mikrometern (der bevorzugte Bereich) ausgebildet werden kann, während die notwendige Festigkeit, Glattheit, Konzentrizität, Lösungsmittelwiderstandsfähigkeit und der Kostenfaktor beibehalten werden. Bei Quarzglas handelt es sich um ein derartiges Material, und Quarzglasverrohrungen sind mit einer Vielzahl von Innen- und Außendurchmessern kommerziell erhältlich, die für die Verwendung bei der Flüssigkeitschromatographie auf kapillaren Größenskalen geeignet sind. Kommerziell erhältliche Quarzglasverrohrungen sind üblicherweise mit einer Polyimidpufferbeschichtung bereitgestellt, die der Außenseite der Verrohrung einen gewissen mechanischen Schutz verleiht.
Wenn die Kapillargröße abnimmt, dann kann darüber hinaus der Systembetriebsdruck steigen. Herkömmlicherweise liegen die Betriebsdrücke eines LC-Systems im Bereich von bis zu 5000 psig. Es gibt weitere Bestrebungen, um ein LC-System bei sehr hohen Drücken (very-high pressure; VHP) oder ultrahohen Drücken (ultrahigh pressure; UHP) in dem Bereich von 15000–100000 PSIG zu betreiben.
Die Reduzierung der Probengröße, der eluierenden Volumina, der Säule und der Kapillargröße und die Zunahme des Betriebsdrucks des Systems haben die Anforderungen an Rohrverbindungsstücke, Rohrverbindungen und Rohranordnungen dramatisch gesteigert. Die Größe und der Druck eines LC-Systems erschwert die Implementierung dieser Verbindungsstückgeometrien.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Verbinden bzw. Verkleben (bonding) einer ersten Fluidleitung mit wenigstens einer weiteren Fluidleitung oder wenigstens einem weiteren Fluidelement bereit, indem die erste Fluidleitung im Wesentlichen in Berührung mit den anderen Fluidleitungen oder Fluidelementen positioniert wird, und somit ein Verbindungsbereich erzeugt wird. Der Verbindungsbereich wird mit einem verflüssigten thermoplastischen Polymer benetzt. Das thermoplastische Polymer wird sodann abgekühlt, um somit eine im Wesentlichen fluiddichte Verbindung zwischen der ersten Fluidleitung und den anderen Fluidleitungen auszubilden. Die Begriffe Fluidleitung und Rohr werden hier austauschbar verwendet. Die Fluidleitungen weisen Abschnitte auf, bei denen es sich um proximale oder distale Abschnitte handelt und die üblicherweise proximale und distale Öffnungen oder Enden aufweisen. Ein Ende kann offen oder geschlossen sein.
Das Verfahren umfasst das Positionieren von Rohren in einer vorbestimmten Verbindungsstellengeometrie. Bei dieser Geometrie kann es sich um jedwede Struktur handeln, die einen Rohrabschnitt enthält, der einem anderen Rohrabschnitt oder Rohrelement zugewandt ist. Die Rohrabschnitte können von demselben Rohr oder von unterschiedlichen Rohren stammen. Die Rohre können folgendermaßen einander zugewandt bzw. angeordnet sein: Außenwand zu Rohröffnung oder Rohrende, Außenwand zu Außenwand, Rohröffnung zu Rohrende, Außenwand zu Element, Rohröffnung oder Rohrende zu Element und Rohröffnung zu Rohröffnung, wobei die Geometrien jedoch nicht auf diese Fälle beschränkt sind. Öffnungen entlang eines Rohrs können durch Bohren oder andere bekannte Verfahren erzeugt werden. Die Verbindungen bzw. Verbindungsstellen sollten Verbindungen mit einer niedrigen Bandenverbreiterung sein. Bei einem Element kann es sich um eine Elektrode oder ein Heizelement handeln, ohne jedoch auf eine Elektrode oder ein Heizelement beschränkt zu sein. Der Bereich, in dem die Rohre oder Elemente einander zugewandt sind, wird als der Verbindungsbereich bezeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mittels einer Hochtemperaturverarbeitung erhalten, die die Verflüssigung und das Wiederfließbarmachen eines thermoplastischen Polymers in dem Verbindungsbereich ermöglicht. Das thermoplastische Polymer wird aus einer Klasse von Polymeren ausgewählt, die einen hohen Grad chemischer Reaktionsträgheit bei Raumtemperatur aufweisen, wobei diese Klasse die Polyaryletherketone enthält. Das Polymer wird ferner auf der Grundlage seiner Fähigkeit ausgewählt, eine geeignete Verbindung mit den Substraten zu erzeugen, aus denen die Rohre und die Elemente bestehen, wobei es notwendig ist, dass die Verbindung die auftretenden mechanischen und hydraulischen Spannungen aushält und eine fluiddichte Dichtung beibehält. Ein derartiges Polymer ist Polyetheretherketon (PEEK). Die Steifheit und die Festigkeit von PEEK sind dabei hilfreich, Strukturen herzustellen, die für den Betrieb bei einem erhöhten Druck geeignet sind. Je nach den Betriebsanforderungen können andere chemisch inerte bzw. reaktionsträge thermoplastische Polymere eingesetzt werden. Diese Polymere umfassen die mittels einer Schmelze verarbeitbaren Materialien oder die thermoplastischen Fluorpolymermaterialien, wie beispielsweise fluoriniertes Ethylenpropylen (fluorinated ethylene-propylene (FEP)), Perfluoralkoxytetrafluorethylen (PFA) und Ethylentetrafluorethylen (ETFE). Die Klasse geeigneter Polymere umfasst ferner die thermoplastischen Polyimide, Polyphenylene und Polyolefine.
Geeignet ausgestaltete Rohre werden in den erwünschten Positionen zusammengebaut. Je nach der Verbindungsgeometrie werden die Rohrpositionen mit oder ohne eine externe Befestigung bzw. Feststellung (fixturing) beibehalten. Wenn eine Befestigung verwendet wird, befindet sich diese im Allgemeinen nicht in Berührung mit dem Polymer, um sicherzustellen, dass nicht auch die Befestigung mit der Verbindungsstelle verbunden bzw. verklebt wird. Die Verbindungsstellenteile sollten verhältnismäßig sauber sein und keine Oberflächenverunreinigungen aufweisen. Es ist im Allgemeinen nicht notwendig, die zu verbindenden Oberflächen zu ätzen, zu grundieren oder anderweitig zu modifizieren, wobei jedoch die Option zur Verfügung steht, Oberflächenmodifizierungen durchzuführen, um die Verbindungsoberfläche zu steigern, eine mechanische Verkeilung zu erhalten oder die chemische Aktivierung der Oberfläche zu erreichen.
Das Polymer wird auf die Verbindung bzw. die Verbindungsstelle durch jedwede geeigneten Mittel aufgebracht, einschließlich der Positionierung eines Vorformlings bzw. Preforms oder eines Schweißstabs, und zwar während die Verbindung erwärmt wird oder nachdem die Verbindung erwärmt worden ist. Die Vorformlinge können eine Vielzahl von Formen annehmen, wie dies der Geometrie der Verbindung entspricht, einschließlich Bänder, Füllelemente, Filme bzw. Folien oder Ringe. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Polymer dem Verbindungsbereich als ein Vorformling zugeführt, und zwar auf eine Art und Weise, die analog zu der beim Hartlöten (brazing) verwendeten Art und Weise ist. Der hierin verwendete Begriff Vorformling bzw. Preform sollte nicht auf irgendeine besondere Form beschränkt werden, sondern wird lediglich dazu verwendet, um eine Verbindung zu beschreiben, die mit einem Stück des Polymers auf irgendeine Art und Weise bereitgestellt wird, und zwar bevor die Verbindung erwärmt wird oder während die Verbindung erwärmt wird. Der Verbindungsbereich ist der Oberflächenbereich, wo die Verbindung bzw. Verklebung jeder der Komponenten auftritt. Der Verbindungsbereich der Verbindung bzw. Verbindungsstelle sollte groß genug sein, so dass die Spannungen ausgehalten werden können, die von Lasten während des Gebrauches resultieren.
Vorzugsweise sollte die Verbindung bzw. das Verbindungsstück unter Berücksichtigung der Eingrenzung des geschmolzenen Polymers ausgestaltet werden. Da, sobald das Polymer abkühlt, dieses dazu neigt, an den meisten Gegenständen anzuhaften, die dieses bei seiner Verbindungstemperatur berührt, sollte die Verbindung selbst feststellend (self fixturing) sein oder das geschmolzene Polymer sollte in einem Hilfsbehälter oder in einer Hilfseinfassung enthalten sein. Bei der Selbstfeststellung enthalten die zu verbindenden Teile das verflüssigte Polymer. Eine Hilfseinfassung kann aus einem thermisch leitfähigen Material bestehen, wie beispielsweise eine Metallfolie, die entweder an Ort und Stelle gelassen werden kann, nachdem das Polymer abgekühlt ist, oder entfernt werden, wie dies notwendig oder gewünscht ist.
Die Hitze, die dazu verwendet wird, um die Komponentenverbindung bzw. Komponentenverklebung zu erreichen, kann auf jedwede geeignete Art und Weise zugeführt werden, und zwar je nach der Geometrie der zu verbindenden Verbindungsstelle und je nach den Erfordernissen irgendeiner externen Befestigung bzw. Feststellung. Ein Verfahren für das lokalisierte Heizen besteht darin, dass die Komponenten in entsprechende Kavitäten in einem Block aus Aluminium oder Stahl eingebracht werden und dieser Block mittels Widerstandsheizkartuschen oder einer beheizten Platte geheizt wird. Alternativ können die Komponenten und jedwede notwendige Befestigung bzw. Feststellung innerhalb eines industriellen Ofens erhitzt werden. Andere Optionen des Heizens, wie beispielsweise Ultraschallheizen oder Induktionsheizen, sind möglich und jedwedes geeignete Verfahren kann verwendet werden. Jedwedes Verfahren der Wärmeübertragung kann verwendet werden, das zu der geeigneten Verbindungstemperatur und Verbindungsumgebung führt.
Die zu verbindenden bzw. zu verklebenden Komponenten werden vorzugsweise über eine Zeitdauer von einigen Minuten auf die Temperatur gebracht. Dieser verhältnismäßig langsame Heizzyklus ermöglicht eine gute Regulierung der Temperatur, wenn der Sollwert erreicht wird, und erlaubt ferner, dass sich der Polymervorformling auf eine vorhersagbare Art und Weise verflüssigt, um eine Hochqualitätsverbindung herzustellen, die keine mitgerissene Luft aufweist. Ein Überschwingen der Temperatur ist bei dieser Anwendung unerwünscht, da das Polymer auf eine Tem peratur gebracht wird, bei der eine Temperatursteigerung zu einer thermischen Zersetzung des Materials führen könnte. Eine Ausführungsform stellt eine nichtoxidierende Atmosphäre während des Heizens bereit.
In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der PEEK als das thermoplastische Polymer verwendet wird, werden die Komponenten typischerweise bei einer Temperatur zwischen 385°C und 420°C über einen Zeitraum von 1 bis 3 Minuten gehalten, obgleich die Erfindung nicht auf diese Werte beschränkt ist. Hierbei handelt es sich um die Temperatur, bei der das PEEK-Polymer eine geeignete Verbindung mit den Komponenten erreicht. Die Wärmequelle wird sodann entfernt und die Komponenten werden passiv auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Abkühlen kann durch jedwedes geeignete Verfahren beschleunigt werden, das die chemische und die strukturelle Integrität der Verbindung und der Komponenten aufrechterhält.
Die Rohre gemäß der Erfindung können Transportrohre, LC-Säulen oder jedweder andere Typ einer Fluidleitung sein. Bei den erzeugten Verbindungen sollte es sich um Verbindungen mit einer geringen Bandenverbreiterung handeln, die eine minimale Dispersion der chromatographischen Banden verursachen, die durch den Verbindungsbereich durchtreten. Es ist wichtig für die Erfindung, dass die Verbindungsgeometrie derart ausgestaltet ist, dass das flüssige Polymer nicht unter angrenzende Rohrenden fließt und die Fluidkommunikation oder eine andere erwünschte Kommunikation, wie beispielsweise die Wärmeübertragung, zwischen den Rohren behindert. Dies wird zum Teil dadurch erreicht, indem die Menge des Polymers, das in den Verbindungsbereich eingebracht wird, die Verbindungsgeometrie und die Heiz- und Kühlzyklen reguliert werden, denen der Verbindungsbereich ausgesetzt wird. Obgleich es möglich ist und manchmal bevorzugt wird, dass das Polymer zwischen dem Verbindungsende und beispielsweise einer ebenen Seite fließt, sollte das Polymer nicht die Fluidkommunikation zwischen Rohren behindern.
Die Figuren sind lediglich beispielhaft für einige der zahlreichen Ausführungsformen, die die Erfindung annehmen kann. 1 zeigt einen Querschnitt eines Rohrendes 10 mit einem größeren Innendurchmesser, das durch ein Transportrohr 12 mit einem kleineren Durchmesser geführt ist. Die zwei Rohre werden unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden bzw. verklebt. Das Rohr an dem distalen Ende 14 ist die Einfassung für eine gepackte Säule (packed column), die typisch für Flüssigkeitschromatographieanwendungen ist. Die Säule ist an dem proximalen Ende mit einem Transportrohr 12 ver bunden. Aufgrund des größeren Innendurchmessers wirkt der Säulenauslass 16 als eine Hülse um den kleineren Außendurchmesser des Transportrohrs 12. Die Rohre sind im Wesentlichen in Berührung mit einer Polymerhülse oder einem Ringvorformling 18 positioniert, der zwischen die Säule 14 und das Transportrohr 12 in dem Bereich passt, wo sich diese überlappen. Der Verbindungsbereich wird auf die geeignete Temperatur gebracht, indem dieser innerhalb einer Kavität eines Aluminiumgehäuses (nicht dargestellt) angeordnet wird, das ausgestaltet ist, den Verbindungsbereich zu halten und dieses Gehäuse adäquat zu heizen. Die Wärme wird im Wesentlichen entfernt und der Verbindungsbereich wird passiv abgekühlt, wodurch eine Verbindung ausgebildet wird, die zwischen den zwei Rohren fluiddicht ist.
Alternativ kann diese Verbindung erzeugt werden, indem das Polymer mittels eines Schweißstabs (filler rod) eingebracht wird. Diese Technik ähnelt der bekannten Technik des Schweißens von Metallen, wo ein Schweißstab verwendet wird. Das Polymer wird adäquat erhitzt, während der Schweißstab entfernt wird. Das Polymer wird anschließend abgekühlt, um die Verbindung auszubilden.
Das verflüssigte Polymer kann enthalten bzw. eingefasst sein oder kann auch nicht enthalten bzw. eingefasst sein. Wenn regelgerecht konfiguriert, kann diese Verbindung als eine abgeschlossene und daher selbst feststellende Ausgestaltung wirken. Andernfalls kann das verflüssigte Polymer in einer Hilfseinfassung enthalten sein.
2 zeigt den Querschnitt einer bekannten Ausgestaltung einer Anreicherungssäulenanwendung. Hier sind zwei Rohre 20 mit kleinerem Außendurchmesser durch eine gepackte Anreicherungssäule 22 mit einem größeren Innendurchmesser in der Form einer Hülse umgeben. Das Polymer kann wie in dem vorstehenden Beispiel in den Verbindungsbereich eingebracht werden und dort erwärmt und abgekühlt werden.
3 zeigt Querschnitte von Beispielen von Verbindungen an Verbindungsbereichen. In 3(a) ist eine fluiddichte Abdichtung zwischen einem distalen Rohr 30 mit einem Innendurchmesser ausgebildet, der größer als der Außendurchmesser eines proximalen Rohres 32 ist. Somit ist das proximale Rohr 32 innerhalb des distalen Rohres 30 verschachtelt. Die Verbindung 34 ist eine freie Oberfläche, die ausreichend die Verbindungsstelle der zwei Rohre umgibt, wodurch eine strukturell robuste und fluiddichte Abdichtung zwischen diesen erzeugt wird.
3(b) zeigt eine zu 1 alternative Verbindung. Die Rohre von 3 sind ähnlich zu 1 positioniert, wobei der Verbindungsbereich jedoch entlang der Außenseite der Schnittstelle der zwei Rohre und der zusätzlichen Abschnitte von jedem Rohr 31 ausgebildet ist. Eine Hilfshülse 33 wird verwendet, um das verflüssigte Polymer zu enthalten. Die Hülse 33 ist vorzugsweise aus einer Metallfolie hergestellt, die an Ort und Stelle gelassen werden kann oder entfernt, z.B. weggefräst, werden kann. Es kann jedoch auch eine permanentere Hülle oder jedwede andere Ausgestaltung verwendet werden, die das verflüssigte Polymer enthalten kann. Die Verbindung 35 wird erzeugt, um den überlappenden Bereich der Rohre plus den zusätzlichen Bereich von jedem Rohr zu umgeben bzw. einzufassen, um einen hinreichend großen Verbindungsbereich sicherzustellen.
4 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform, bei der eine Ausrichtungshülse 40 verwendet wird, um zwei Rohre 42 mit gleichen Außendurchmessern zu verbinden und auszurichten. Die Innendurchmesser der Rohre können gleich sein oder unterschiedlich sein. In der Ausführungsform von 4 sind unterschiedliche Innendurchmesser gezeigt. Die Ausrichtungshülse 40 ist üblicherweise eine Präzisionsbohrungsquarzhülse, kann jedoch aus irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen und irgendeine andere Größe aufweisen. Die Verbindung 44 von 4 ist um die Außenseiten der zwei Rohre 42 und der Hülse 40 ausgebildet, die den gesamten Verbindungsbereich umgibt, um eine fluiddichte Abdichtung und eine robuste und widerstandsfähige Verbindung sicherzustellen. Ein Hilfsbehälter ist in 4 nicht dargestellt, könnte jedoch ebenso verwendet werden, um das verflüssigte Polymer zu enthalten bzw. einzufassen. Alternativ kann die Verbindung erzeugt werden, indem eine abgeschlossene Geometrie verwendet wird.
5 zeigt einen Querschnitt eines Rohrs 50 mit einem Seitenanschluss mit einem eingearbeiteten flachen Bereich 52. Der Lumen des Rohrs mit einem Seitenanschluss trifft auf ein Loch 54, das durch die Seite des Rohrs gebohrt ist. Ein Außenabschnitt des Rohrs 50 mit Seitenanschluss ist im Wesentlichen planar bzw. eben 52 ausgearbeitet worden, um ein Rohrende 56 damit zu verbinden, so dass dieses darin sitzt. Der planare Abschnitt 52 ist groß genug, damit das angrenzende Rohrende 56 innerhalb diesem sitzen kann und dieses im Wesentlichen um das gebohrte Loch 54 zentriert ist. Das gebohrte Loch 54 ist mit dem Lumen des angrenzenden Rohres 55 ausgerichtet, um eine fluide Kommunikation zwischen dem Rohr 50 mit Seitenanschluss und dem angrenzenden Rohr 55 bereitzustellen. Die Ver bindung 59 umgibt die Außenseiten der Verbindung zwischen dem Rohr 50 mit Seitenabschluss an dem planaren Abschnitt 52 und dem angrenzenden Rohrende 56 hinreichend, um eine fluide Abdichtung und eine robuste Verbindung auszubilden.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform des Rohrs mit Seitenanschluss von 5. Wie im Querschnitt dargestellt, weist diese Ausführungsform zwei angrenzende Rohre 62 in im Wesentlichen gegenüberliegender Beziehung zueinander auf einem Transportrohr 64 auf. Anwendungen für diesen Ausführungstyp sind die Hinzufügung von Reagenz und die Kombination von Lösungsmitteln.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 7 dargestellt. Diese Figur zeigt im Querschnitt eine Rohr-zu-Ebene-Strukturverbindung. Die ebene bzw. planare Struktur 70 kann aus jedwedem Material bestehen. Ein Rohr 72 wird in einem im Wesentlichen ebenen Sitz 74 angeordnet, der in die ebene Struktur 70 gebohrt oder eingearbeitet ist. Die ebene bzw. planare Struktur 70 kann ein Bohrloch durch diese aufweisen oder nicht. Der Sitz 74 kann als ein Ausrichtungsmerkmal verwendet werden, um den Lumen 76 des Rohrs mit einem Bohrloch 78 in der planaren Struktur 70 auszurichten. Die Verbindung 79 wird erzeugt, indem entweder ein Vorformling um die Außengeometrie der Verbindung angeordnet wird oder indem eine Schweißstabtechnik verwendet wird und die Erwärmungs- und Abkühlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Eine Dreirohrverbindung ist in 8 dargestellt. Die Rohre 80 können in V-Rillen (V grooves) ruhen oder ein anderes Ausrichtungsmerkmal in der Ausrichtungsführung 82 verwenden. Das verflüssigte Polymer wird dazu verwendet, um die zentrale Kavität 86 der Ausrichtungsführung 82 zu füllen. Die resultierende Verbindung hält die Ausrichtung der Rohrenden 84 für eine fluide Kommunikation zwischen diesen fest aufrecht.
In 9 wird ein Seitenanschluss 90 in einem Rohr dazu verwendet, um eine Metallelektrode 92 in elektrischen Kontakt mit einem Fluidstrom durch den Rohrlumen 94 zu bringen. Wie dies im Querschnitt dargestellt ist, kann die Verbindung 96 hergestellt werden, die die Verbindungsstelle zwischen der Elektrode 92 und der Außenseite des Rohrs 98 umgibt. Alternativ kann die Verbindung abgeschlossen sein, indem der selbst feststellende Verbindungsbereich verwendet wird, der durch das gebohrte Loch 99 bereitgestellt wird. Dies kann durch einen Polymervorformling erreicht werden, der in dem Bohrloch 99 zusammen mit der Metallelektrode 92 angeordnet wird, bevor dieser auf eine Temperatur gebracht wird und abgekühlt wird.
Diese und andere Verbindungsausführungsformen sind gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist wichtig, dass die Verbindungen im Wesentlichen fluiddichte Abdichtungen erzeugen und nicht den Fluss von Fluid durch die Rohre stören. Die Verbindungen sollten chemisch inert und mechanisch stark sein, da diese typischerweise die auftretenden mechanischen und hydraulischen Spannungen aushalten müssen, während sie die Dichtung aufrechterhalten. Das Polymer wird unter anderem hinsichtlich seiner Fähigkeit ausgewählt, um eine geeignete Verbindung mit den Substraten zu erzeugen, aus denen die Rohre bestehen. Dementsprechend sollte es ohne Weiteres erkannt werden, dass das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zahlreiche praktische Anwendungen aufweist. Obgleich die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, ist es überdies für den Fachmann offensichtlich, dass zahlreiche Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Derartige Modifizierungen sind in dem Umfang der nachstehenden Ansprüche enthalten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer ersten Fluidleitung (14) mit einer oder mehreren weiteren Fluidleitungen (12) oder Elementen, wie beispielsweise einer Elektrode (92) oder einem Heizelement. Das Verfahren umfasst das Positionieren einer ersten Fluidleitung (14) im Wesentlichen in Berührung mit den anderen Fluidleitungen oder Elementen (12), wobei ein Verbindungsbereich (16) erzeugt wird. Der Verbindungsbereich wird mit einem verflüssigten thermoplastischen Polymer (34) benetzt, das sodann anschließend abgekühlt wird, um eine im Wesentlichen fluiddichte Verbindung zwischen der ersten Fluidleitung (14) und den weiteren Fluidleitungen oder Elementen (14) auszubilden.

Claims

Verfahren zum Verbinden einer ersten Fluidleitung mit einer oder mehreren weiteren Fluidleitungen, umfassend: Positionieren eines ersten Fluidleitungsabschnitts im Wesentlichen in Berührung mit wenigstens einem weiteren Fluidleitungsabschnitt, wobei ein Verbindungsbereich erzeugt wird; Benetzen des Verbindungsbereiches mit einem verflüssigten thermoplastischen Polymer; und Abkühlen des thermoplastischen Polymers, wodurch eine im Wesentlichen fluiddichte Verbindung zwischen dem ersten Fluidleitungsabschnitt und dem wenigstens einen weiteren Fluidleitungsabschnitt ausgebildet wird.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: die Position des ersten Fluidleitungsabschnitts hinsichtlich des wenigstens einen weiteren Fluidleitungsabschnitts eine Verbindung mit einer geringen Bandenverbreiterung erzeugt.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 2, wobei: die Verbindung mit geringer Bandenverbreiterung aus einer im Wesentlichen direkten Verbindung zwischen dem Lumen des ersten Fluidleitungsabschnitts und dem wenigstens einem weiteren Fluidleitungsabschnitt resultiert.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 2, wobei: die Verbindung mit geringer Bandenverbreiterung aus einem Leitungsabschnitt mit einem größeren Innendurchmesser resultiert, der mit einem Leitungsabschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser verbunden ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 2, wobei: die Innendurchmesser der Leitungsabschnitte im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 2, wobei: der Innendurchmesser des ersten Leitungsabschnitts größer als der Innendurchmesser des wenigstens einen weiteren Leitungsabschnitts ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: der erste Fluidleitungsabschnitt und der wenigstens eine weitere Fluidleitungsabschnitt Leitungsöffnungen sind, die verbunden sind, um eine fluiddichte Verbindung auszubilden.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: der wenigstens eine weitere Leitungsabschnitt mit einem im Wesentlichen planaren äußeren Oberflächenabschnitt des ersten Fluidleitungsabschnitts verbunden ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: ein Leitungsabschnitt sich innerhalb eines zweiten Leitungsabschnitts befindet.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: der wenigstens eine weitere Fluidleitungsabschnitt ein zweiter Abschnitt der ersten Fluidleitung ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: das verflüssigte Thermoplast um den Verbindungsbereich durch eine Einfassung eingeschlossen ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 10, wobei: die Einfassung thermisch leitfähig ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 11, wobei: die Einfassung eine Metallfolie ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: das verflüssigte thermoplastische Polymer in den Verbindungsbereich eingebracht wird, indem dieses an dem Verbindungsbereich als ein Vorformling positioniert wird.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: das verflüssigte thermoplastische Polymer mittels eines Schweißstabs in den Verbindungsbereich eingebracht wird, der nahe dem Verbindungsbereich positioniert ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: die Leitungen aus Quarzglas bestehen.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: das Polymer in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre verflüssigt wird.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, wobei: das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus den Polyarylketonen, thermoplastischen Fluorpolymeren, Polyimiden, Polyphenylenen und Polyolefinen.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 18, wobei: das Polyarylketon ein Polyaryletherketon ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 19, wobei: das Polyaryletherketon ein Polyetheretherketon ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 1, ferner umfassend: das Modifizieren der Oberfläche der Leitungsabschnitte bei der Verbindungsstelle, und zwar durch Ätzen oder Grundieren, um die Verbindungsoberfläche zu vergrößern, eine mechanische Verteilung zu erreichen oder die chemische Aktivierung der Oberfläche zu erreichen.
Verfahren zum Verbinden einer Elektrode mit einer Fluidleitung, umfassend: Positionieren eines Elements in Berührung mit wenigstens einem Fluidleitungsabschnitt, wobei ein Verbindungsbereich erzeugt wird; Benetzen des Verbindungsbereiches mit einem verflüssigten thermoplastischen Polymer; Abkühlen des thermoplastischen Polymers, wobei eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen der Elektrode und dem Fluidleitungsabschnitt ausgebildet wird.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, wobei: das verflüssigte Thermoplast durch eine Einfassung um den Verbindungsbereich enthalten ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 23, wobei: die Einfassung thermisch leitfähig ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 24, wobei: die Einfassung eine Metallfolie ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, wobei: das verflüssigte thermoplastische Polymer in den Verbindungsbereich eingebracht wird, indem dieses an dem Verbindungsbereich als ein Vorformling positioniert wird.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, wobei: das verflüssigte thermoplastische Polymer in den Verbindungsbereich durch einen Schweißstab eingebracht wird, der nahe dem Verbindungsbereich positioniert ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, wobei: das Polymer in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre verflüssigt wird.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, wobei: das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ust, bestehend aus den Polyarylketonen, thermoplastischen Fluorpolymeren, Polyimiden, Polyphenylenen und Polyolefinen.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 29, wobei das Polyarylketon ein Polyaryletherketon ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 30, wobei: das Polyaryletherketon ein Polyetheretherketon ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, wobei: das Element ein Heizelement ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, wobei: das Element eine Elektrode ist.
Verfahren zum Verbinden nach Anspruch 22, ferner umfassend: Modifizieren der Oberfläche des Fluidleitungsabschnitts oder des Elements an der Verbindungsstelle, und zwar durch Ätzen oder Grundieren, um die Oberfläche zu vergrößern, eine mechanische Verkeilung zu erhalten oder die chemische Aktivierung der Oberfläche zu erreichen.
Verbindung zwischen einem oder mehreren Fluidleitungen, umfassend: eine erste Fluidleitung, die im Wesentlichen in Berührung mit einer oder mehreren weiteren Fluidleitungen positioniert ist, die einen Verbindungsbereich erzeugen, der mit einem verflüssigten thermoplastischen Polymer benetzt worden ist und anschließend abgekühlt worden ist, wodurch eine im Wesentlichen fluiddichte Verbindung zwischen der ersten Fluidleitung und den weiteren Fluidleitungen ausgebildet worden ist.
Verbindung nach Anspruch 35, wobei: die weitere Fluidleitung ein Abschnitt der ersten Fluidleitung ist.
Verbindung nach Anspruch 35, wobei: das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus den Polyarylketonen, thermoplastischen Fluorpolymeren, Polyimiden, Polyphenylenen und Polyolefinen.
Verbindung nach Anspruch 37, wobei: das Polyarylketon ein Polyaryletherketon ist.
Verbindung nach Anspruch 38, wobei: das Polyaryletherketon ein Polyetheretherketon ist.
Verbindung nach Anspruch 35, wobei: das verflüssigte Thermoplast um den Verbindungsbereich durch eine Einfassung umschlossen ist.
Verbindung nach Anspruch 40, wobei: die Einfassung thermisch leitfähig ist.
Verbindung nach Anspruch 41, wobei: die Einfassung eine Metallfolie ist.