DE202005019456U1 - Opto-fluidic plug-type connector used for a flow cell in liquid chromatography comprises a T-connecting piece joined to a glass fiber in a fluid-tight manner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine opto-fluidische Steckverbindung.The The invention relates to an opto-fluidic connector.
STAND DER TECHNIKSTATE OF TECHNOLOGY
Die
Flüssigkeitschromatographie
(DE196 16 824 C2) arbeitet mit hochaggressiven Lösemitteln, daher sind üblicherweise
verwendete Materialien rostfreier Stahl, Quarzglas, Keramik, PTFE
(Teflon) und PEEK (
Besonders
bei optischen Analysemethoden werden dabei häufig Quarzkapillarrohre verwendet. Diese
haben einen kleinen Innendurchmesser (typ. 100–2000 μm (
Andere
Analysevorrichtungen die ähnliche Anforderungen
stellen könnten
sind: Kapillarelektrophorese (
Steckerverbindungen
für Lichtwellenleiter sind
bekannt (z.B.
AUFGABENSTELLUNGTASK
Aufgabe der Erfindung ist es ein/e verbesserte Flusszelle, insbesondere eine verbesserte optofluidische Steckverbindung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.task In the invention, it is an improved flow cell, in particular to provide an improved optofluidic connector. The task is done by the independent claims solved. Further embodiments arise from the rest Dependent claims.
Entsprechend Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung,Corresponding embodiments the present invention
Vorteilhafterweise können lange dünne Quarzglasrohre verwendet werden, wobei die Quarzglasrohre von einem Fluid durchströmt werden können.advantageously, can long thin quartz glass tubes be used, wherein the quartz glass tubes are traversed by a fluid can.
Außerdem können alle von dem Fluid benetzten Verbindungen eine hohe Haftfestigkeit aufweisen, so dass diese beispielsweise bis zu einem hohen Druck z.B. größer 300 bar, ihre vorteilhaften Dichteigenschaften besitzen.In addition, everyone can wetted by the fluid compounds have a high adhesive strength, such that, for example, it may reach a high pressure e.g. greater than 300 bar, possess their advantageous sealing properties.
Darüber hinaus können die Quarzglasrohre in einem schmalen Bereich um die Rohrenden gehalten werden, beispielsweise in einem Bereich der kleiner als 1 mm ist.Furthermore can the quartz glass tubes held in a narrow area around the tube ends be, for example in a range of less than 1 mm.
Jedes Quarzglasrohr kann von einem Paar Glasfasern durchleuchtet werden. Dabei können die Glasfasern soweit in die Quarzglasrohre eintauchen, dass sich die Glasfaserenden hinter dem Haltebereich der Quarzglasrohre befinden.each Quartz glass tube can be illuminated by a pair of glass fibers. It can immerse the glass fibers in the quartz glass tubes so far the glass fiber ends are located behind the holding area of the quartz glass tubes.
Ferner kann die Positionierung der Glasfasern zueinander und zu dem Glasrohr sehr exakt ausgeführt sein, beispielsweise in einem Toleranzbereich kleiner als 10 Mikrometer.Further can the positioning of the glass fibers to each other and to the glass tube executed very precisely be, for example in a tolerance range smaller than 10 microns.
Vorteilhafterweise können, insbesondere bei der Verwendung von chemisch aggressiven Fluiden, hochbeständige Kunststoffe wie beispielsweise PEEK und/oder Teflon eingesetzt werden.advantageously, can, especially when using chemically aggressive fluids, highly resistant plastics such as PEEK and / or Teflon be used.
Der minimale Abstand der parallel geführten Glasrohre kann kleiner 4mm sein, wobei die an Flusszellen zu stellenden optischen Anforderungen erfüllt werden können.Of the Minimum distance between the parallel glass tubes can be smaller 4mm, whereby the optical requirements to be met by flow cells are met can.
Vorteilhafterweise kann die Flusszelle, insbesondere als Flusszelle mit kleinem Durchmesser und großer Länge ausgeführt, in einem großen Temperaturbereich betrieben werden z.B. von –40 ° C bis +80 ° C.advantageously, may be the flow cell, especially as a small diameter flow cell and greater Length executed in a big one Temperature range are operated e.g. from -40 ° C to +80 ° C.
Außerdem ergibt sich ein sehrgeringes Totvolumen, insbesondere durch die Vermeidung und/oder die Reduzierung auf ein Minimum von Hinterschnitten und schlecht-durchströmten Bereichen. Dadurch ermöglicht der Aufbau der Flusszelle eine leichte Montage, wodurch sich insbesondere die Flusszelle leicht und kostengünstig montieren lässt.It also gives a very small dead volume, in particular by avoiding and / or the reduction to a minimum of undercuts and poorly-perfused areas. Thereby allows the structure of the flow cell easy assembly, which in particular the flow cell can be mounted easily and inexpensively.
Schließlich kann der Gesamtaufbau der Flusszelle eine sehr flache Aufbauweise aufweisen.Finally, can the overall structure of the flow cell have a very flat construction.
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen die Herstellung von Komponenten mit Führungsstruktur für eine Flusszelle, in denen in PEEK eingeschmolzene Glaskomponenten zueinander passiv positioniert werden können. Für die Herstellung der Flusszelle wird eine Komponente benötigt, in der eine Glasfaser eingeschmolzen ist und eine Komponente in die das Fluid führende Glasrohr integriert ist.embodiments The invention relates to the production of components with a guide structure for one Flow cell in which PEEK melted glass components to each other can be positioned passively. For the Producing the flow cell, a component is needed in a glass fiber is melted and a component in the the fluid leading Glass tube is integrated.
Für die Herstellung des Zellkerns (Komponente mit Fluid führendem Glasrohr) werden folgende Teile benötigt: ein Quarzglasrohr (Fluid führendes Rohr); ein Mantelrohr aus Glas (oder Material mit ähnlich geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten), dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Fluidrohrs ist; zwei vorgeformte PEEK-Scheiben, mit einem Innenloch, das etwas größer ist als der Außendurchmesser des Fluidrohrs und mit einem Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der des Mantelrohres; eine geeignete Umformvorrichtung.For the production of the nucleus (component with fluid guiding glass tube) become the following Parts needed: a quartz glass tube (fluid conducting tube); a jacket tube made of glass (or material with similar low thermal Expansion coefficient) whose inner diameter is larger as the outer diameter the fluid tube is; two preformed PEEK discs, with an inner hole, which is a bit bigger as the outer diameter of the fluid tube and having an outer diameter, which is slightly smaller than that of the jacket tube; a suitable forming device.
Das Fluidrohrwird in das Mantelrohreingeführt, je eine PEEK-Scheiben wird über die Enden des Fluidrohres geschoben und das Ganze wird in die Umform-Vorrichtung eingeführt. In der Umformvorrichtung befindet sich eine Kontur, die später für die passive Positionierung der Stecker verwendet wird. Weiterhin sind in der Umform- Vorrichtung Strukturen vorhanden, die eine Positionierung des Fluidrohrs zu der Steckerkontur während der Umformphase ermöglicht. Diese Struktur kann durch einen in das Rohr eintauchenden Stift, ein Loch in den das Fluidrohr eingeführt wird oder durch eine kegelförmige Vertiefung erfolgen, in die sich das Fluidrohr durch die Fließbewegung des PEEK's beim Umformvorgang anpasst. Die Umformvorrichtung besteht aus einer beweglichen Komponente, die ein Verpressen in axialer Richtung (Ausrichtung des Rohrs) ermöglicht. Dabei presst sich die Steckerkontur auf die Außenflächen der PEEK-Scheiben. Zudem besitzt diese Vorrichtung noch beidseitig eine Öffnung, die ein Durchfließen des Fluidrohres mit z.B. heißer Luft ermöglicht.The Fluid pipe is inserted into the jacket pipe, one each PEEK disks will over pushed the ends of the fluid tube and the whole is in the forming device introduced. In the forming device is a contour that later for the passive Positioning of the plug is used. Furthermore, in the Forming device Structures exist that require a positioning of the fluid tube the connector contour during the forming phase allows. This structure may be formed by a pin immersed in the tube, a hole into which the fluid tube is inserted or through a conical depression take place, in which the fluid pipe by the flow movement the PEEK's at Forming process adapts. The forming device consists of a movable Component that compresses in the axial direction (alignment of the tube). The connector contour presses against the outer surfaces of the PEEK discs. moreover this device still has on both sides an opening which flows through the Fluid tube with e.g. hot Air allows.
Sind alle Komponenten in die Umformvorrichtung eingelegt, wird diese zusammengefahren und auf eine Temperatur von etwa 340°C erwärmt. Ist diese Temperatur erreicht, wird die Umformvorrichtung solange weiter zusammengefahren, bis die sprunghaft ansteigende Umformkraft die Formfüllung der Steckerkontur und die Anformung an das Fluidrohr signalisiert. Beide PEEK-Scheiben werden rückseitig an das Mantelrohr gepresst. Anschließend wird durch das Fluidrohr z.B. heiße Luft durchgeleitet, bis das PEEK an dem Fluidrohr auf eine Temperatur von etwa 400°C erwärmt wird und anschließend wird der Zellkern entnommen. Die Parameter sind dabei so einzustellen, dass durch die Erhitzung des Fluidrohrs keine starke Erwärmung der Umformvorrichtung erfolgt, da sonst das PEEK auch an der Umformvorrichtung stark anhaftet.are all components are inserted into the forming device, this is moved together and heated to a temperature of about 340 ° C. Is this Reached temperature, the forming device is continued to move together as long as until the sudden increase in forming force the mold filling the Plug contour and the Anformung to the fluid pipe signals. Both PEEK discs are backside pressed against the casing. Subsequently, through the fluid tube e.g. name is Passed air until the PEEK on the fluid pipe to a temperature from about 400 ° C heated and then the nucleus is removed. The parameters should be set that the heating of the fluid tube no strong heating of the Forming device is done, otherwise the PEEK also on the forming device strongly attached.
Der so hergestellt Zellkern besteht nun aus einem Fluidrohr, an dessen Enden zwei PEEK-Scheiben angeschmolzen sind. In diesen PEEK-Scheiben befindet sich außen eine Steckerkontur, die zu dem Fluidrohr positioniert ist. Das Fluidrohr selbst ist in dem Mantelrohr schützend eingeschlossen. Auf Grund der ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten von Mantel- und Fluidrohr führt die hohe Temperaturdifferenz (Umformtemperatur und Zimmertemperatur) zu keiner Belastung dieser Anordnung. Die PEEK-Scheiben sind mit dem Mantelrohr auf diese Weise noch nicht verbunden. Bei Bedarf können sie, da sie später keinen Kontakt mit dem Fluid haben, mit Klebstoff zusätzlich fixiert werden.Of the thus manufactured nucleus consists now of a fluid tube, at whose Ends two PEEK disks are melted. Located in these PEEK disks outside a plug contour positioned to the fluid tube. The fluid tube itself is protective in the jacket tube locked in. Because of the similar Expansion coefficient of jacket and fluid pipe leads the high temperature difference (forming temperature and room temperature) to no burden of this arrangement. The PEEK discs are with not connected to the jacket tube in this way. If necessary can she, since she later have no contact with the fluid, additionally fixed with adhesive become.
Die Herstellung der zweiten Steckerkomponenten mit Glasfasern erfolgt auf ähnliche Art und Weise. Benötigt werden dazu eine Glasfaser und ein aus PEEK geformtes Teil (T-Stück). Das scheibenförmige T-Stück besitzt in der Scheibenmitte ein durchgehendes Loch von dem seitlich einer Bohrung für die spätere Fluidzuführung vorgesehen ist. Der Innenlochdurchmesser ist von der Außenseite her etwas größer als der Glasfaserdurchmesser bis hin zur seitlichen Fluidzuführung von dort bis zu der Innenseite, die später mit einer Steckerkontur versehen wird, ist der Lochdurchmesser dann etwas größer als der Fluidrohrdurchmesser. In dieses T-Stück wird nun die Glasfaser eingeschoben und in eine passende Umformvorrichtung eingelegt. In der Umformvorrichtung befinden sich zwei Führungslöcher mit deren Hilfe die Glasfaserzu dem Umformwerkzeug positioniert ist. Zusätzlich liegt an der Innenseite des T-Stückes eine Steckerkontur an, die bei dem Umformschritt eingeformt wird. Die Umformung erfolgt wie bei dem Zellkern. Ist die Umformkraft nicht zu hoch, bleibt die Form der Fluidzuführung erhalten, während die Glasfaser von dem PEEK im hinteren Teil des T-Stücks an die Glasfaser anformt und die Steckerkontur auf der Vorderseite abbildet. Anschließend wird diese Steckkomponente aus der Umformvorrichtung entnommen. Die Glasfaser kann anschließend am hinteren Ende der Steckkomponente auf eine Temperatur von etwa 400°c erwärmt werden, dass es zu einem mechanisch festen Anschmelzen des PEEK an die Glasfaser kommt. Dieser Schritt ist jedoch nicht zwingend notwendig, da die Glasfaser von der Außenseite mit Klebstoff mechanisch fixiert werden kann. Eine zusätzliche Stabilität dieser Steckkomponente erfolgt durch das Verkleben der Glasfaser mit einem Glasrohr, dessen Größe dem vorher beschriebenen Glasmantelrohr entspricht und rückseitig über die Glasfaser geschoben wird und das in einer geeigneten Vorrichtung zu der Glasfaser positioniert wird.The Production of the second connector components is done with glass fibers to similar ones Way. requires To this end, a glass fiber and a PEEK-molded part (T-piece) are used. The discoid Tee has in the center of the disc a through hole from the side a hole for the latter fluid supply is provided. The inside hole diameter is from the outside something bigger than the glass fiber diameter up to the lateral fluid supply of there to the inside, which later with a connector contour is provided, the hole diameter is then slightly larger than that Fluid tube diameter. In this tee now the glass fiber is inserted and inserted in a suitable forming device. In the forming device There are two guide holes whose aid the glass fiber is positioned to the forming tool. additionally lies on the inside of the tee a connector contour, which is formed in the forming step. The transformation takes place as in the nucleus. Is the forming force not too high, the shape of the fluid supply is maintained while the Fiberglass from the PEEK in the back of the tee forms on the glass fiber and the connector contour on the front maps. Subsequently This plug-in component is removed from the forming device. The glass fiber can then at the rear end of the plug-in component to a temperature of about 400 ° c are heated that it leads to a mechanically solid melting of the PEEK to the glass fiber comes. However, this step is not mandatory because the Glass fiber from the outside can be mechanically fixed with adhesive. An additional stability This plug-in component is made by bonding the glass fiber with a glass tube the size of which before corresponds described glass jacket tube and pushed back over the glass fiber and positioned in a suitable device to the glass fiber becomes.
Die Flusszelle bildet sich dann aus dem Zellkern und zwei Glasfasersteckern. Diese drei Komponenten werden so in eine Vorrichtung eingeführt, die mittels der Mantelrohre Zellkern und Glasfaserstecker zueinander justiert und ein berührungsloses Einschieben der Glasfasern in das Fluidrohr erlaubt. Die genaue Positionierung erfolgt dann über die Steckerkonturen an Zellkern und Glasfasersteckern.The The flow cell then forms from the cell nucleus and two fiber optic connectors. These three components are thus introduced into a device by means of the jacket tubes nucleus and fiber optic connectors adjusted to each other and a non-contact Insertion of the glass fibers allowed in the fluid tube. The exact Positioning is then over the plug contours on cell nucleus and fiber optic connectors.
Die fluidische Dichtung im Kontaktbereich der Stecker erfolgt entweder durch ein dauerhaftes mechanisches Verpressen (die Abdichtung kann hierbei durch einlegen von dünner Teflonfolie noch verbessert werden) oder durch ein dauerhafte Verbindung, beispielsweise mit Hilfe eines Widerstandsschweißverfahrens.The fluidic seal in the contact area of the plug is done either by a permanent mechanical compression (the seal can hereby by inserting thinner Teflon film can be improved) or by a permanent connection, for example by means of a resistance welding process.
Vorteilhafterweise kann durch die Steckverbindung jegliche Art von Leckage vermieden werden. Verbindungen können einerseits absolut druckdicht und resistent gegen starke Lösungsmittel ausgeführt sein. Gleichzeitig können die Steckverbindungen eine hohe Positionsgenauigkeit garantieren. Es ist also möglich einen Lichtwellenleiter druckdicht exakt in einen Fluidpfad, der zum Führen von hochagressivem Flüssigkeiten ausgelegt ist, zu positionieren.Advantageously, any kind of leakage can be avoided by the connector. On the one hand, connections can be absolutely pressure-tight and resistant to strong solvents. At the same time, the connectors can guarantee a high positional accuracy. It is Thus, it is possible to position an optical waveguide in a pressure-tight manner exactly in a fluid path designed for guiding highly agile liquids.
Eine Fertigung von hochpräzisen Metallteilen ist nicht notwendig, da die notwendige Toleranzgenauigkeit mit Hilfe einer Umformvorrichtung erzeugt werden kann. Es ist also lediglich bei der Umformvorrichtung auf eine exakte Einhaltung von Toleranzen zu achten. Die mit Hilfe mit der Umformvorrichtung erzeugten Teile, entsprechen also der hohen Fertigungsgenauigkeit der Umformvorrichtung. Aufgrund der einfachen Steckverbindung kann ein Gesamtsystem einer Flusszelle sehr einfach aufgebaut werden, also in wenigen Schritten, wodurch sich die Gesamtfehler-Wahrscheinlichkeit des Systems verringert.A Production of high-precision Metal parts is not necessary because of the necessary tolerance accuracy can be generated by means of a forming device. So it is only in the forming on an exact compliance of To respect tolerances. The generated with the help of the forming device Parts, so correspond to the high manufacturing accuracy of the forming device. Due to the simple plug connection, a complete system can Flow cell are very easy to set up, so in a few steps, which increases the overall error probability reduced system.
Vorteilhaft ist auch, dass die verwendeten Materialien sich in ihrem thermischen Ausdehnungkoeffizient nur geringfügig voneinander unterscheiden, wodurch thermische Belastungen durch Temperaturänderungen, beispielsweise bereits bei der Fertigung und/oder beim Betrieb der Flusszelle, auf ein Minimum reduziert werden können.Advantageous is also that the materials used in their thermal Expansion coefficient only slightly different from each other, whereby thermal stresses due to temperature changes, for example, already During production and / or operation of the flow cell, to a minimum can be reduced.
Weitere Ausführungsbeispiele betreffen eine Umformvorrichtung zur Positionierung der Glasteile, wobei die Umformvorrichtung zugleich die Führungen der Glasteile als auch eine Steckerkontur enthält. In einem Umformschritt können die Glasteile relativ zu den Steckerkonturen positioniert. Die erforderliche hohe Präzision lässt sich dabei trotz der Schrumpfung des Kunststoffs nach dem Umformen erreichen, da sich der Schrumpf beider Steckerkonturen auf Grund des ähnlichen Herstellungsvorgangs und der ähnlichen Abmessungen entspricht. Zudem wird in der Umformvorrichtung zumindest bei dem Zellkern auch zugleich eine hochbelastbare Verbindung von Glas und PEEK erzielt. Durch Kombination des Umformens und des Verbindungsschrittes innerhalb derselben Vorrichtung kann die Herstellung vereinfacht und die Präzision verbessert werden.Further embodiments relate to a forming device for positioning the glass parts, wherein the forming device at the same time the guides of the glass parts as well contains a connector contour. In a forming step can the glass parts positioned relative to the connector contours. The required high precision let yourself in spite of the shrinkage of the plastic after forming reach, since the shrinkage of both connector contours due to the similar manufacturing process and the like Dimensions corresponds. In addition, at least in the forming device at the same time a highly resilient connection of glass at the nucleus and PEEK achieved. By combining the forming and the joining step within the same device manufacturing can be simplified and the precision be improved.
Der Zellkern dessen Mantelrohr das Fluidrohr umhüllt und die Steckerkonturen aus Kunststoff in axialer Richtung unterstützt, hat geringere Abmessungen, da eine mechanische Spannvorrichtung entfällt.Of the Nuclear core whose jacket tube surrounds the fluid tube and the connector contours plastic supports in the axial direction, has smaller dimensions, since a mechanical tensioning device is eliminated.
Vorteilhafterweise kann eine berührungslose Selbstzentrierung erfolgen, bei der eine Zentrierung des Glasrohres durch den Materialfluss des Kunststoffes erreicht wird.advantageously, can be a non-contact self-centering take place, in which a centering of the glass tube by the flow of material of the plastic is achieved.
Durch die ähnlichen thermischen Eigenschaften wird die thermomechanische Stabilität deutlich verbessert.By the similar ones thermal properties, the thermomechanical stability becomes clear improved.
Der Zellkern ist und die Glasfaserstecker können als Einzelkomponente gefertigt werden. Dies ermöglicht eine Qualitätskontrolle der Komponenten nach dem kritischen Herstellungsschritt der Positionierung und Verbindung anstatt einer Kontrolle des Gesamtzusammenbaus. Der letzte Montageschritt ist durch die Verwendung der Mantelrohre als Führungen für eine Vorpositionierung erleichtert, zudem lassen sich die empfindlichen Fluidrohre im Zellkern bei der Montage einfach handhaben.Of the Cell is core and the fiber optic connectors can be manufactured as a single component become. this makes possible a quality control of the components after the critical manufacturing step of positioning and compound rather than a control of the overall assembly. Of the last assembly step is through the use of the jacket pipes as guides for one Prepositioning easier, also can be sensitive Easy handling of fluid tubes in the cell nucleus during assembly.
Die Herstellung der Steckerkomponenten erfolgt durch vorgeformte PEEK-Teile die mit herkömmlicher Spritzgusstechnik hinreichend genau gefertigt werden können, wodurch die Kosten der Halbzeugherstellung sinkt.The Manufacture of the connector components is done by preformed PEEK parts with conventional Injection molding technology can be manufactured with sufficient accuracy, which the cost of semifinished products decreases.
Weiterhin ist die Halterung der Glasteile in Kunststoff schonender als eine Führung in einer Metallvorrichtung, insbesondere wenn ein zweistufiges Abdichtverfahren für Kapillarrohre angewendet wird.Farther is the holder of the glass parts in plastic gentler than a guide in a metal device, especially if a two-stage sealing process for capillary tubes is applied.
Durch die Verwendung von Mantelrohren werden die Komponenten besser geschützt und erleichtern das Handling und die Montage. In Kombination mit einer geeigneten Grundplatte in der sich Führungen für die Mantelrohre befinden, kann die Gesamtmontage des Systems, insbesondere das Eintauchen der Lichtwellenleiter in das Fluidrohr erleichtert werden. Ein weitgehend planarer Aufbau wird dadurch möglich.By the use of jacket pipes will better protect the components and facilitate handling and assembly. In combination with a suitable base plate in which are guides for the jacket pipes, can the overall assembly of the system, especially the immersion the optical waveguide are facilitated in the fluid pipe. A largely planar construction is possible.
Das Fertigungskonzept ist äußerst flexibel. Die Messrohrlängen und auch die Anzahl der Messrohre SOWIE DEREN RAEUMLICHE ANORDNUNG ZUEINANDER lassen sich einfach variieren, ohne dass wesentliche, verfahrenstechnische Änderungen notwendig sind. Z.B. Kann hier an planar verschiebbare oder kreisförmig angeordnete Aufbauten die durchrotiert werden können gedacht werden.The Production concept is extremely flexible. The Measuring tube lengths and also the number of measuring tubes AND THEIR SPATIAL ARRANGEMENT TOGETHER can be easily varied without major procedural changes necessary are. For example, Can be used here to planar displaceable or circular Constructions that can be durchrotiert can be thought.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEmbodiment
Andere Aufgaben sowie viele der dazugehörigen Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht verständlich in Bezug auf die folgende ausführlichere Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie der dazugehörigen Zeichnung. Im Wesentlichen gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:Other Tasks as well as many of the associated ones Advantages of embodiments The present invention will be readily understood with reference to the following detailed Description of exemplary embodiments and the accompanying drawing. Essentially the same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. Show it:
Die
DAS Herstellungskonzept erfordert 5 Arbeitsschritte:THE manufacturing concept requires 5 steps:
1. Arbeitsschritt: Herstellung des Zellkerns1st step: production of the nucleus
Das Fluidrohr wird in ein Mantelrohr aus Glas, das sich zwischen zwei PEEK-Lochscheiben befindet, eingeschoben und mit den PEEK-Scheiben verschweißt. Bei diesem Verschweißschritt kommt es zu keiner Verbindung des Mantelrohres mit dem Glasrohr.The Fluid pipe is placed in a jacket tube made of glass, which is between two PEEK perforated discs are inserted, inserted and welded to the PEEK discs. at this welding step There is no connection of the jacket tube with the glass tube.
2. Arbeitsschritt: Herstellung der Faserhalterung2nd step: production the fiber holder
Die Glasfasern werden ebenfalls in PEEK-Lochscheiben eingeschmolzen. Anschließend können diese Glasfasern auf die gewünschte Länge gekürzt und poliert werden.The Glass fibers are also melted down in PEEK perforated discs. Subsequently, these can Glass fibers to the desired Length shortened and to be polished.
3. Arbeitsschritt: Justierung und Fixierung des Fluidrohrs im Zellkern (der Glasfasern).3rd step: adjustment and fixation of the fluid tube in the cell nucleus (the glass fibers).
Da keine Verbindung der PEEK-Scheiben zu dem Mantelrohr besteht, können beide Enden des Fluidrohrs in der Ebene parallel zu den PEEK-Scheiben verschoben werden. Ist die gewünschte Position erreicht, werden die PEEK-Scheiben mit dem Mantelrohr durch Klebstoff fixiert. (Die in den PEEK-Scheiben befestigten Glasfasern werden ebenfalls in ein Mantelrohr mit justiert und verklebt.)There There is no connection of the PEEK discs to the jacket tube, both can Ends of the fluid tube in the plane parallel to the PEEK discs be moved. Is the desired Position reached, the PEEK discs with the jacket tube through Adhesive fixed. (The glass fibers attached in the PEEK disks are also adjusted in a jacket tube and glued.)
4. Arbeitsschritt: Montage der Flusszelle4th step: assembly the flow cell
Die gemantelten Komponenten der Flusszelle sind auf eine beliebige Markierung auf der Mantelfläche justiert. Daher ist sowohl eine passive als auch eine aktive Justierung bei der Montage möglich. So kann eine hochpräzise Führungsstruktur an dem Mantelrohr ein positioniertes ineinanderschieben ermöglichen. Das Mantelrohr kann jedoch auch der Grobjustierung in einereinfacheren Führungsstrukturdienen, die gewährleistet, dass die Glasfasern entlang einer Führung in das Fluidrohr eintauchen und dann eine Feinjustierung durch Maximierung des optischen Signals durch die Glasfasern erfolgt. Dazu muss die Montageform eine laterale Verschiebung der gemantelten Glasfaserkomponenten ermöglichen. Zwischen Glasfaserund Fluidrohre werden zudem T-Stücke aus PEEK eingesetzt, durch die die fluidische Kontaktierung erfolgt.The sheathed components of the flow cell are on any mark on the lateral surface adjusted. Therefore, both a passive and an active adjustment possible during installation. So can a high-precision management structure on the jacket tube allow a positioned telescoping. However, the jacket tube can also simplify the coarse adjustment Management structure serving, which ensures that the glass fibers dive along a guide in the fluid tube and then a fine adjustment by maximizing the optical signal through the glass fibers. For this, the mounting form has a lateral Allow shifting of the sheathed fiberglass components. T-pieces also become between glass fiber and fluid pipes PEEK used by the fluidic contacting takes place.
5. Arbeitsschritt: Fixierung der Komponenten und Fluidanschlüsse5th step: fixation the components and fluid connections
Sind die Komponenten zueinander justiert, werden diese fixiert. Dies kann reversibel durch eine permanente Verpressung der Komponenten erfolgen. Die Verpresskraft muss dabei durch eine äußere Haltestruktur erfolgen. Die Fixierung kann auch irreversibel erfolgen, indem die PEEK-Komponenten durch zuvor eingelegte Heizstrukturen verschweißt werden. Auch in diesem Fall muss während des Verschweißens eine hohe Verpresskraft auf die Verbindungen wirken. Bei einer reversiblen Verbindung kann die Justierung alternativ auch nach der Verpressung der Komponenten erfolgen. Für die Fixierung der Fluidanschlüsse sind auch sowohl eine reversible Verbindung (Schaubfitting) oder eine irreversible Verbindung (Widerstandsschweißen) möglich.are the components adjusted to each other, these are fixed. This Can be reversible by a permanent compression of the components respectively. The pressing force must be achieved by an outer holding structure respectively. The fixation can also be irreversible by the PEEK components are welded by previously inserted heating structures. Also in this case must be during welding a high pressing force acting on the compounds. In a reversible Alternatively, the adjustment can also be done after compression the components take place. For the fixation of the fluid connections are also both a reversible connection (Schaubfitting) or an irreversible connection (resistance welding) possible.
Herstellungskonzept FlusszelleManufacturing concept flow cell
1. Arbeitsschritt: Herstellung des Zellkerns1st step: production of the nucleus
Das Temperaturproblem kann nur gelöst werden, wenn eine Fixierung der Quarzglasrohre in einer Halterung erfolgt mit ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Keramik ist denkbar, optimal wäre Quarzglas. Der Aufbau einer komplexen Halterung aus solchen Materialien ist vermutlich sehr aufwendig. Die kostengünstigste Variante und thermisch optimale Lösung ist daher die Verwendung von größeren Quarzglasrohren, welche die eigentlichen Messrohre ummanteln. Solche Quarzglasrohre sind in verschiedensten Dimensionen als Meterware erhältlich.The Temperature problem can only be solved if a fixation of the quartz glass tubes takes place in a holder with similar ones thermal expansion coefficient. Ceramics are conceivable, optimal would be quartz glass. The construction of a complex mount of such materials is probably very expensive. The most cost-effective variant and thermal optimal solution is therefore the use of larger quartz glass tubes, which encase the actual measuring tubes. Such quartz glass tubes are available in a variety of dimensions by the meter.
Für den Aufbau
einer Zelle werden die Messrohre in ein Mantelrohr eingeschweißt. Hierzu
kann eine Verschweißvorrichtung
bzw. Montagevorrichtung
In
die Montagevorrichtung
Benötigt werden dazu neben einem vorhandenen Messrohr (Außendurchmesser 660 μm) ein Mantelrohr aus Quarzglas mit einem Innendurchmesservon 700–800 μm und einen Außendurchmesser von weniger etwa 3 mm. Für das Verschweißen von den Glasrohren mit PEEK bestehen zwei Möglichkeiten:
- – Auf das Mantelrohr wird auf jeder Seite eine PEEK-Scheibe aufgeschmolzen, anschließend ein Loch in diese Scheiben gebohrt und danach das Glasrohr eingesetzt.
- – Vorgefertigte PEEK-Lochscheibe wird auf das Mantelrohr aufgesetzt und das Glasrohr darin eingesetzt.
- - On the jacket tube, a PEEK disc is melted on each side, then a hole drilled in these discs and then inserted the glass tube.
- - Prefabricated PEEK perforated disc is placed on the jacket tube and the glass tube inserted therein.
Anschließend wird das Glasrohr nach bekannten Verfahren in einer geeigneten Vorrichtung verschmolzen. Hier könnte ein dem Heißprägen nachempfundener Verschmelzvorgang ebenfalls möglich sein. Bei diesem Verschweißschritt lassen sich mit Hilfe einer geeigneten Form auch Strukturen in die PEEK-Scheibe prägen. Die dabei verwendeten PEEK-Scheiben sollten eine Dicke von etwa 1 mm besitzen.Subsequently, will the glass tube fused by known methods in a suitable device. Here could a mimicking the hot stamping Fusion process also possible be. In this welding step can be with the help of a suitable form and structures in the Emboss PEEK disc. The used PEEK discs should have a thickness of about 1 mm own.
Dieses Verfahren kann für Messrohre beliebiger Länge verwendet werden. Eine dafür entwickelte Vorrichtung lässt sich einfach an andere Dimensionen adaptieren. Auch lassen sich die Mantelrohre einfach auf die gewünschten Dimensionen abstellen. Eine Längenanpassung vorhandener Mantelrohre erfordert nur einen senkrechten Schnitt.This Procedure can for Measuring tubes of any length be used. One for that developed device leaves easily adapt to other dimensions. Also can be simply turn the jacket tubes to the desired dimensions. A length adjustment existing jacket pipes requires only a vertical cut.
2. Arbeitsschritt: Herstellung der Faserhalterung2nd step: production the fiber holder
Neben den Messrohren lassen sich mit einem ähnlichen Verfahren die Glasfasern in Mantelrohre einschweißen. Dieses eine Mantelrohr sollte einen etwas geringeren Innendurchmesser von etwa 500 μm bis 600 μm besitzen. Dadurch ist ein sehr symmetrischer Aufbau der Verbindung möglich und es kann ein gleiches Verfahren für das fixieren von Messrohr und Glasfaser verwendet werden. Die Montage wird wie unten beschrieben dadurch wesentlich vereinfacht. Die Montage kann weiterhin vereinfacht werden, wenn die Glasfaser erst nach dem Verschweißen auf die exakte Länge gekürt und poliert wird.Next The measuring tubes can be glass fibers with a similar process Weld into casing pipes. This one jacket pipe should have a slightly smaller inside diameter of about 500 μm up to 600 μm have. This is a very symmetrical structure of the connection possible and it may be the same procedure for fixing the measuring tube and fiberglass are used. The assembly is as described below thereby significantly simplified. The assembly can be further simplified if the glass fiber only after welding on the exact length named and polished.
Dieses Vorgehen ermöglicht eine Montagevorbereitung, bei der ein sehr kritischer Verfahrensschritt vorgezogen werden kann. Die Fertigung der ummantelten Messrohre (und Glasfasern) erfolgt separat und kann eingehend auf Einhaltung der kritischen Toleranzen, der mechanischen Belastbarkeit und der optischen Eigenschaften geprüft werden. Genügen diese den Qualitätsstandards kann diese robuste Komponente weiterhin einfach gehandhabt werden.This procedure allows for assembly preparation, in which a very critical process step can be preferred. The production of the jacketed measuring tubes (and glass fibers) is carried out separately and can be thoroughly tested for compliance with the critical tolerances, the mechanical strength and the optical properties. If these meet quality standards, this robust component can still be easily handled.
3. Arbeitsschritt: Justierung und Fixierung des Fluidrohrs im Zellkern (der Glasfasern)3rd step: adjustment and fixation of the fluid tube in the cell nucleus (the glass fibers)
Auf einem x-y-Tisch wird ein der Zellkern fixiert und mit dem Mikroskop vermessen. Durch einen seitlich angeführten Manipulator werden die PEEK-Scheibe und damit das Glasrohr in der X-y-Ebene verschoben bis das Fluidrohr die gewünschte Position einnimmt. Anschließend wird eine geringe Menge Kapillarklebstoff an den Rand der PEEK-Scheibe aufgetragen und ausgehärtet. Die Justierung erfolgt auf eine Markierung an dem Mantelrohr oder aber an der Führung, die nach dem Verschweißschritt um das Mantelrohr herum angebracht wurde.On An x-y table is used to fix one of the nucleus and the microscope measured. By a side-mentioned manipulator are the PEEK disc and thus the glass tube is displaced in the X-Y plane to the fluid tube the desired Takes position. Subsequently Apply a small amount of capillary adhesive to the edge of the PEEK disc applied and cured. The adjustment takes place on a marking on the casing pipe or but at the lead, after the welding step was fitted around the jacket pipe.
4. Arbeitsschritt: Montage der Flusszelle4th step: assembly the flow cell
Sind die Glaskomponenten in Mantelrohren mit gleichem Außendurchmesser fixiert, werden diese in eine Grundplatte mit entsprechenden Führungen eingelegt.are the glass components in jacket tubes with the same outer diameter fixed, these are in a base plate with appropriate guides inserted.
Zumindest
die Vorjustierung der Glasteile zueinander erfolgt dabei über die
Führungen
in der Grundplatte. Der kritische Arbeitsschritt liegt nun in der
Verbindung der Glasfasern und der Messrohre, die eine Fluidzuführung senkrecht
zu der Rohrachse möglich
macht. Dazu wird ein T-Verbindungsstück
Dieses
T-Verbindungsstück
Die Fluidrohre und die Glasfasern werden in Mantelrohren gehalten. Insbesondere die Halterung der Fluidrohre erfolgt durch Verschweißen der Fluidrohr-Enden in PEEK-Lochscheiben in einem schmalen Bereich. Das Fluidrohr befindet sich nach dem Verschweißen in einem Mantelrohr.The Fluid pipes and the glass fibers are held in jacket pipes. Especially the holder of the fluid pipes is done by welding the Fluid tube ends in PEEK perforated discs in a narrow range. The fluid tube is located after welding in a jacket tube.
Die PEEK-Lochscheibe, in die das Glasrohr eingeschweißt ist, hat Führungen (Löcher), in die ein entsprechendes Gegenstück mit Pins eingeführt werden kann.The PEEK perforated disc, in which the glass tube is welded, has guides (Holes), into which a corresponding counterpart with pins are introduced can.
In diesem Gegenstück befinden sich die Glasfaser und die Fluid-Zuführung. Die Halterungen von Glasfaser und Glasrohr dienen als Stecker.In this counterpart are the fiber optic and the fluid supply. The mounts of Glass fiber and glass tube serve as plugs.
Eine Steckerstruktur mit Pins ist sehr schwierig zu realisieren, da die Entformkräfte auf eine Entformschräge notwendig machen, wodurch die Formwerkzeuge unnötig aufwendig zu gestalten sind und mit solchen komplexen Strukturen nicht mit ausreichend hoher Präzision zu fertigen sind. Das Konzept wurde dahingehend vereinfacht, dass die Justierungskontur radialsymmetrisch angelegt ist. Wesentlich für die Justierung ist, dass die Steckerkontur im PEEK exakt zum Fluidrohr und den Glasfasern passt. Durch Arbeiten auf einer genauen Drehbank lassen sich die dazu notwendigen Genauigkeiten erreichen.A Connector structure with pins is very difficult to realize because the demolding on a Entformschräge make necessary, which makes the molds unnecessarily expensive are not sufficient with such complex structures high precision to be finished. The concept has been simplified so that the adjustment contour is applied radially symmetrically. Essential for the Adjustment is that the plug contour in the PEEK exactly to the fluid pipe and the glass fibers fits. By working on a precise lathe the necessary accuracies can be achieved.
3. Während des Einschmelzens der Glasteile in die PEEK-Teile müssen die Glasteile exakt zu den Steckerführungen positioniert sein. Dazu ist eine Führung der Glasteile in einem Werkzeug notwendig, das sich exakt in die Steckergeometrie einpasst, da bei diesem Arbeitsschritt die PEEK-Teile entsprechend des Werkzeuges umgeformt werden. Die Führung des Fluidrohrs kann dabei durch ein Einführen der Fluidrohr-Enden in einer Halterung erfolgen.Third While the melting of the glass parts in the PEEK parts must be the Glass parts exactly to the connector guides be positioned. This is a guide of the glass parts in one Tool necessary, which fits exactly into the plug geometry, because in this step the PEEK parts correspond to the tool be transformed. The leadership of the fluid tube can by inserting the fluid tube ends in a holder done.
Diese Justierung ist möglich, wenn das Fluidrohr und die Glasfasern in einer Metallvorrichtung auf Position zu der Steckerkontur gehalten werden und sich die PEEK-Scheiben bei dem Vorgang des Aufschmelzens auf das Glasteil zugleich in die Steckerkontur eingeformt werden. Dies erlaubt eine deutlich geringere Genauigkeit bei der Herstellung der PEEK-Teile.These Adjustment is possible when the fluid tube and the glass fibers in a metal device on Position to the connector contour and hold the PEEK discs in the process of melting on the glass part at the same time in the Connector contour are formed. This allows a much lower Accuracy in the production of PEEK parts.
Bei dem Einschmelzvorgang werden die Zellkernkomponenten zwischen zwei Metallformwerkzeuge gelegt, dazu müssen die Glasteile etwas überstehen, damit sie in einer Führung des Formwerkzeuges zu der Außenkontur positioniert werden können. Nach dem Positionieren werden diese Teile in einer Vorrichtung verpresst und dicht über den Glasübergangstemperatur von PEEK erwärmt. Hat das PEEK diese Temperatur überschritten, werden die Formwerkzeuge gegeneinander gepresst, wodurch das PEEK die Innenkontur des Formwerkzeuges annimmt. Dabei gewährleistet die Führung des Fluidrohrs die Positionierung zur Steckerkontur.at the melting process, the nuclear components between two Metal molds laid, the glass parts have to survive, to be in a leadership of the molding tool to the outer contour can be positioned. After positioning these parts are pressed in a device and close above the glass transition temperature heated by PEEK. Did the PEEK exceed this temperature, The molds are pressed against each other, causing the PEEK assumes the inner contour of the mold. Guaranteed the leadership the fluid tube positioning the connector contour.
Wesentlich
für eine
Umsetzung dieses Konzeptes ist folgender Punkt:
Ist es möglich PEEK-Teile
in eine Steckerkontur einzuformen, ohne dass dabei die Glasteile
(Fluidrohr und Glasfaser), die während
des Umformens in präzisen
Führungsbohrungen
gehalten werden, beschädigt
werden.Essential for the implementation of this concept is the following point:
Is it possible to mold PEEK parts into a connector contour without damaging the glass parts (fluid pipe and glass fiber), which are held in precise guide holes during forming.
Für die Herstellung des Zellkerns werden drei Komponenten benötigt: Fluidrohre, Mantelrohre und PEEK-Scheiben.For the production The cell nucleus requires three components: fluid tubes, jacket tubes and PEEK disks.
Als Mantelrohr wurden Rohre der Firma Schott verwendet, die solche Rohre aus DURAN® Glas als Lagerware anbietet (Eur 12 pro kg). Das Mantelrohr besitzt einen Innendurchmesser von etwa 0,8 ± 0,08 mm und einem Außendurchmesservon etwa 4 ± 0,2 mm. Diese Rohre eignen sich als Mantelrohre, die zum einen das Fluidrohr robust schützen und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient sich nur geringfügig von den des Quarzglasrohrs unterscheidet. So ist es möglich auch bei größeren Temperaturschwankungen von beiden Seiten auf die PEEK-Scheiben zu drücken, ohne das ein Bruch der Glasrohre zu befürchten ist. Die herstellungsbedingten Toleranzen dieser Rohre eignen sich nicht für eine genaue Positionierung von Glasrohr und Glasfasern zueinander. Die Positionierung soll Passiv über Justierungsstrukturen auf den PEEK-Scheiben erfolgen (Steckersystem). Die Glasrohre wurden mit einer Glassäge abgesägt.Tubes made by Schott were used as a jacket tube, which offers such DURAN ® glass tubes as stored goods (Eur 12 per kg). The jacket tube has an inside diameter of about 0.8 ± 0.08 mm and an outside diameter of about 4 ± 0.2 mm. These tubes are suitable as jacket tubes, which on the one hand robustly protect the fluid tube and whose thermal expansion coefficient differs only slightly from that of the quartz glass tube. So it is possible to press on both sides of the PEEK discs even at greater temperature fluctuations, without the rupture of the glass tubes is to be feared. The manufacturing tolerances of these tubes are not suitable for accurate positioning of glass tube and glass fibers to each other. The positioning should be done passively via adjustment structures on the PEEK discs (plug system). The glass tubes were sawn off with a glass saw.
Die PEEK-Scheiben haben eine Dicke von 1 mm, einen Außendurchmesser von 3 mm und ein Innenloch mit einem Durchmesser von 700 μm. Da diese Scheiben bei der Montage umgeformtwerden, erfordert die Herstellung keine hohen Genauigkeiten.The PEEK discs have a thickness of 1 mm, an outer diameter of 3 mm and an inner hole with a diameter of 700 microns. This one Slices to be formed during assembly requires manufacture no high accuracies.
Für die Montage des Zellkerns müssen die einzelnen Komponenten (Mantelrohr, PEEK-Scheiben, Fluidrohr) zunächst zusammengeführt werden. Die Montage wird dabei durch eine Glasfaser erleichtert. Schwierig ist bei der Montage besonders das Einführen der Fluidrohre (Außendurchmesser 660 μm) in die Führungsbohrung mit einem Innendurchmesser von 670 μm.For the assembly of the nucleus the individual components (casing pipe, PEEK disks, fluid pipe) first together become. The assembly is facilitated by a glass fiber. Difficult during assembly is particularly the insertion of the fluid pipes (outer diameter 660 μm) in the guide hole with an inner diameter of 670 microns.
Sind
die Komponenten zusammengeführt, werden
sie in eine Montagevorrichtung
In dem äußeren Montagerohr befindet sich mittig eine Bohrung, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Formwerkzeuge entspricht und so eine genaue axiale Ausrichtung der Fluidrohrführung zueinander gewährleistet. Dabei muss diese Bohrung weit genug sein, damit sich das Mantelrohr darin trotz der hohen Toleranzen einfach bewegen lässt, darf jedoch nicht so groß sein, dass das Mantelrohr das Fluidrohr berühren kann. Werden die Zellkernkomponenten und die Formwerkzeuge in die Führungsbohrung eingebracht, sind Formwerkzeuge und das Fluidrohr zueinander positioniert. Anschließend werden die Stempel mit Hilfe eines Gewindes gegen die Formwerkzeuge gepresst.In the outer mounting tube is located in the middle of a bore, the inner diameter of the outer diameter corresponds to the molds and so a precise axial alignment the fluid tube guide guaranteed to each other. This hole must be wide enough so that the jacket tube in it easy to move in spite of the high tolerances, but should not be so big that the jacket tube can touch the fluid tube. Become the nucleus components and the molds in the guide bore introduced, molds and the fluid tube are positioned to each other. Subsequently The punches are threaded against the dies using a thread pressed.
Die Montagevorrichtung, in der die Zellkernkomponenten verpresst ist, wird dann auf eine Temperatur von etwa 335°C erwärmt. Hat die gesamte Vorrichtung diese Temperatur angenommen, werden die Stempel nochmals gegeneinander gefahren, wodurch sich das erweichte PEEK in die Formwerkzeuge einprägt. Die Temperatur dieser Montagevorrichtung darf dabei nur wenig höher als die Glasübergangstemperatur des PEEK's liegen. Höhere Temperaturen führen zu Aufschmelzen und starkem Haften des PEEK an allen Metallflächen.The Mounting device in which the cell nucleus components is compressed, is then heated to a temperature of about 335 ° C. Has the entire device assumed this temperature, the stamps are again against each other driven, whereby the softened PEEK imprinted in the molds. The Temperature of this mounting device may only slightly higher than the glass transition temperature of PEEK's lie. higher Temperatures lead for melting and strong adhesion of PEEK on all metal surfaces.
Anschließend wird durch die in den Stempeln befindlichen Löcher Heißluft durch das Fluidrohr geführt um das PEEK, das sich nun direkt an der Außenwand der Glasrohre befindet, auf das Glas aufzuschmelzen. Dazu müssen die Wände des Glasrohres auf eine Temperatur oberhalb von 400°C gebracht werden.Subsequently, will through the holes in the stamps hot air passed through the fluid tube to the PEEK, which is now located directly on the outer wall of the glass tubes, to melt on the glass. For this, the walls of the glass tube on a Temperature above 400 ° C to be brought.
Danach wird die Montagevorrichtung abgekühlt und der Zellkern kann entnommen werden.After that the mounting device is cooled and the nucleus can be removed become.
Die
Wie
Um eine Überhitzung zu verhindern ist es daher günstig die Montagevorrichtung auf einer Temperatur deutlich unter dem Schmelzpunkt zu halten.Around an overheating To prevent it is therefore cheap the mounting device at a temperature well below the melting point to keep.
Wird der Zellkern aus der Montagevorrichtung entnommen, müssen die Formwerkzeuge von den PEEK-Teilen gezogen werden. Da die Fluidrohre in den Führungsbohrungen liegen, können diese nur entfernt werden, wenn eine ausreichende Entformschräge vorliegt, die ein paralleles Abziehen der Formwerkzeuge ermöglicht.Becomes The nucleus removed from the mounting device, the Molds are pulled from the PEEK parts. Since the fluid pipes in the guide holes lie, can These are only removed if there is sufficient Entformschräge, which allows a parallel removal of the molds.
Das Einführen der Fluidrohre in die Führungsbohrung wird umso schwieriger, je kürzer der Rohrüberstand ist. Insbesondere beim Umformen der PEEK-Scheiben muss dabei das Fluidrohr in die Führungsbohrung laufen, ohne zu verkanten. Für die Herstellung eines Zellkerns ist dieser Überstand jedoch nicht notwendig. Ist es möglich das Fluidrohr durch eine Halterung in dem Fluidrohr in Position zu halten, vereinfacht sich die Montage und das Fluidrohr kann mit der PEEK-Fläche abschließen.The Introduce the fluid pipes in the guide bore becomes the more difficult, the shorter the pipe overhang is. In particular, when forming the PEEK discs while the Fluid pipe in the guide bore run without tilting. For However, the production of a cell nucleus, this supernatant is not necessary. Is it possible the fluid tube by a holder in the fluid tube in position To hold, simplifies the assembly and the fluid pipe can with the PEEK area to lock.
Das gleiche Steckerformungsprinzip wird für den Faserstecker verwendet. Auch hier wird die Glaskomponente mit zwei Führungsbohrungen in Messingteilen positioniert und die Steckerkontur in den Messingteilen in das PEEK eingeprägt. Im Gegensatz zu der einfachen Scheibengeometrie der PEEK-Komponenten für den Zellkern, erfordert der Faserstecker ein T-Stück aus PEEK, das seitlich den Zufluss der Messflüssigkeit erlaubt und einen durchgehenden Kanal für die Glasfaser besitzt.The same plug forming principle is used for the fiber plug. Again, the glass component with two guide holes in brass parts positioned and the connector contour in the brass parts in the PEEK imprinted. In contrast to the simple disk geometry of the PEEK components for the nucleus, the fiber connector requires a tee made of PEEK, the side of the inflow the measuring liquid allowed and has a continuous channel for the fiber.
Auch für die Herstellung des Fasersteckers soll die exakte Positionierung der Glasfaser zu der Steckerkontur durch das Umformen des T-Stückes aus PEEK erfolgen und das Umschmelzen der Glasfaser erfolgen. Dabei ist zu befürchten, dass sich die seitliche Fluidzuführung beim Umformen stark deformiert bzw. ganz zuschmilzt. Das Umformen in die Steckerkontur erfolgt zunächst nur auf einer kleinen Fläche, der benötigte Umformdruck wird bei einer vergleichsweise geringen Kraft erreicht. Ist die Steckerkontur in der gesamten Kontur eingeformt, steigt die Kraft für ein weiteres Umformen stark an. Solange diese Kraft nicht überschritten wird, muss keine Deformation des seitlichen Zuflusses befürchtet werden.Also for the Production of the fiber connector is the exact positioning of the Glass fiber to the connector contour by forming the T-piece PEEK done and the remelting of the glass fiber. there is to be feared that the lateral fluid supply strongly deformed or completely melted during reshaping. The forming into the connector contour takes place first only in a small area, the needed Forming pressure is achieved at a comparatively low force. If the connector contour is formed in the entire contour, the Force for another reshaping strongly. As long as this force is not exceeded no deformation of the lateral inflow must be feared.
Der beim Umformen aufgebrachte Druck bewirkt ein Fließen des PEEKs in die Mitte, wodurch die Glasfaser auf der Rückseite des T-Stückes von PEEK umschlossen ist. Die Haftung des PEEKs an der Glasfaser ist ohne ein Anschmelzen mit Temperaturen über 400 °C nicht sehr hoch. Allerdings kann auf dieser Seite die Glasfaser in ein Mantelrohr geschoben werden und mit Epoxyd-Klebstoff verklebt werden, so dass die Druckbeständigkeit gewährleistet ist.Of the when forming applied pressure causes a flow of the PEEKs in the middle, eliminating the glass fiber on the back of the tee enclosed by PEEK. The adhesion of the PEEK to the glass fiber is not very high without melting with temperatures above 400 ° C. Indeed can push the glass fiber into a jacket tube on this side be and be glued with epoxy glue, so that the pressure resistance guaranteed is.
Für die Fluidische
Kontaktierung kann eine Verpressung mit Hilfe eines Gewindes erfolgen.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit eine Stahlkanüle
Erst durch das Anpressen eines ebenfalls erwärmten Metallringes oder wie abgebildet einer Drahtschlinge führt zu einer dichten Verbindung.First by pressing a likewise heated metal ring or how imaged a wire loop leads to a tight connection.
Mit
Hilfe eines solchen heißverpressten
Metallteils kann eine fluidisch dichte Verbindung hergestellt werden.
Da die fluidische Abdichtung gewährleistet
ist, kann durch ein nachträgliches
Verkleben eine wesentlich höhere
Druckfestigkeit mit diesem Verfahren erreicht werden. Wie in den
Test ZellkernTest cell nucleus
Zwei PEEK-Teile mit der Form des oben beschriebenen T-Stückes ohne Bohrung für die Glasfaser wurden auf diese Art fluidisch kontaktiert und auf einen Zellkern gesetzt. Mit Hilfe einer Presse wurde der Zellkern zwischen diesen beiden PEEK-Teilen verpresst und Wasser hindurchgeführt.Two PEEK parts with the shape of the T-piece described above without Bore for the glass fiber was fluidly contacted in this way and on a Cell nucleus set. With the help of a press, the nucleus was between pressed these two PEEK parts and water passed.
Die Presse drückte dabei mit einer Kraft von etwa 500 N auf den Zellkern. Anschließend wurden durch die Stahlkapillaren Wasser mit 10 ml/min hindurchgefördert und nach verschließen einer Kapillare Wasser mit bis zu hundert bar im Zellkern gehalten. Bei über hundert bar kam es an der Verbindung von T-Stück und Stahlkapillare zu einem Leck, der Zellkern blieb dabei unbeschädigt.The press pressed with a force of about 500 N on the nucleus. Subsequently, through the steel capillaries, water at 10 ml / min out conveyed and held after closing a capillary water with up to one hundred bar in the cell nucleus. At over one hundred bars, a leak occurred at the junction of the T-piece and the steel capillary, leaving the cell nucleus undamaged.
Die durchgeführten Untersuchungen zeigen:
- 1) Ein Umformen von mit geringer Präzision gefertigter PEEK-Teile in eine metallische Steckerkontur einfacher Geometrie und hoher Präzision ist möglich.
- 2) Ein Zellkern in dem sich ein Fluidrohr in einem Mantelrohr befindet und das beidseitig von PEEK-Scheiben eingeschmolzen ist, lässt sich herstellen.
- 3) Ein solcher Zellkern ist sehr robust und hält eine Kraft von mindestens 500 N.
- 4) Das Einformen einer Glasfaser in ein T-Stück ist möglich, ohne dass die vorgeformte fluidführende Struktur dabei beschädigt wird.
- 5) Alternativ zu einem Verpressen lassen sich seitlich zugeführte Stahlkapillaren in das PEEK einschmelzen.
- 6) Es ist möglich ein Fluidrohrende eben in PEEK einzuschmelzen, ohne dass das Fluidrohr beschädigt wird.
- 7) Durch Verpressen von zwei Steckerkomponenten aus PEEK, lässt sich eine druckfeste, fluidische Verbindung bewerkstelligen.
- 1) It is possible to transform low-precision PEEK parts into a metallic connector contour of simple geometry and high precision.
- 2) A nucleus in which a fluid tube is located in a jacket tube and which is sealed on both sides by PEEK discs can be produced.
- 3) Such a nucleus is very robust and holds a force of at least 500 N.
- 4) The molding of a glass fiber into a T-piece is possible without damaging the preformed fluid-conducting structure.
- 5) As an alternative to pressing, laterally supplied steel capillaries can melt into the PEEK.
- 6) It is possible to melt a fluid tube end into PEEK without damaging the fluid tube.
- 7) By pressing two connector components made of PEEK, a pressure-resistant, fluidic connection can be achieved.
Vorschlag für die Prägewerkzeuge mit berührungsloser Zentrierung der GlasteileProposal for the embossing tools with non-contact Centering of the glass parts
Idee der berührungslosen Selbstzentrierung ist, dass das zähflüssige PEEK beim Umformen zur Mitte hin gepresst wird und versucht durch entlang der Innenbohrung in der Prägeform zu entweichen. Der dabei entstehende Druck auf das Fluidrohr ist dort am größten, wo der Abstand von Innenbohrung und Fluidrohr am kleinsten ist. Ein Kräfteausgleich findet genau dann statt, wenn das Fluidrohr mittig in der Innenbohrung liegt. Eine Berührung von Prägeform und Fluidrohr ist daher für die Zentrierung nicht notwendig.idea the non-contact Self-centering is that the viscous PEEK when forming to the center is pressed and tried by along the inner bore in the stamping mold to escape. The resulting pressure on the fluid pipe is there the biggest, where the distance between the inner bore and the fluid tube is the smallest. One Balance of power finds if and only if the fluid tube is centered in the inner bore lies. A touch of stamping mold and fluid pipe is therefore for the centering not necessary.
Für den Zellkern sind folgende Glasteile nötig: ein Mantelrohr aus Glas (Länge 4,8 mm, Außendurchmesser etwa 4 mm und einen Innenlochdurchmesservon 0,8 mm) und ein Fluidrohr mit Länge 7,8 mm und einem Außendurchmesser von 0,66 mm.For the nucleus the following glass parts are necessary: a jacket tube made of glass (length 4.8 mm, outside diameter about 4 mm and an inside hole diameter of 0.8 mm) and a fluid tube with length 7.8 mm and an outer diameter of 0.66 mm.
Die dazu verwendeten PEEK-Scheiben sollen nach der Montage die folgende Form besitzen. Wobei sich bei dem Umformen eine Wulst auf der ebenen Dichtfläche ausbilden wird, deren Innendurchmesser sich nach dem Innenloch des Formwerkzeuges richtet. Vorgesehener Wulstdurchmesser 0,7 mm, die Höhe hängt von den Prozessparametern ab.The PEEK discs used for this purpose should have the following following assembly Own form. Whereby, when forming a bead on the plane sealing surface will form, whose inner diameter is after the inner hole of the Forming tool. Intended bead diameter 0.7 mm, the Height depends on the process parameters.
Die dazu gehörige Prägeform, mit der die PEEK-Scheibe geprägt werden soll sieht wie folgt ausThe associated embossing form, embossed with the PEEK disc It should look like this
Die
Vorderseite ist die Negativform der PEEK-Scheibe. Durch die gesamte
Prägeform
zieht sich eine 0,7 mm Bohrung, in der das Fluidrohr liegt und durch
die später
heiße
Luft geblasen wird. Auf der Rückseite
befindet sich ein Senkloch mit einem Innengewinde
Zum Umformen werden die Komponenten in die Montagevorrichtung eingesetzt. Die Montagevorrichtung besitzt mittig eine Bohrung deren Durchmesser dem Außendurchmesser des Mantelrohres möglichst exakt entspricht, dabei müssen sich jedoch die Mantelrohre in dieser Bohrung noch gut bewegen lassen. In diese Bohrung werden ebenfalls die Prägeformen eingeschoben. Weiterhin besitzt die Montageform an jeder Seite eine Bohrung mit Innengewinde, in der Stempel mit einem Außengewinde eingeschraubt werden können.To the Forming the components are used in the mounting device. The mounting device has a center bore a diameter the outer diameter the jacket pipe as possible exactly corresponds, have to However, the casing pipes in this hole still move well. The embossing molds are also inserted into this hole. Farther has the mounting form on each side a bore with internal thread, in the stamp with an external thread can be screwed.
Die Stempel, die in die Montagevorrichtung eingeschraubt werden, haben ein feines Außengewinde und auf dem Teil der aus der Montagevorrichtung herausragt eine Sechskantform an der ein Steckschlüssel angreifen kann.The Stamps that are screwed into the mounting device, have a fine external thread and on the part of the protruding from the mounting device one Hexagonal shape on which a socket wrench can attack.
Der Führungsstift ragt dabei ein Stück aus dem Stempel heraus. Auf das herausstehende Ende des Führungsstiftes kann zum Entformen des Zellkerns eine Fixierungsplatte aufgeschraubt werden, die bei dem Herausschrauben des Stempels die Prägeform aus der Innenbohrung herauszieht.Of the guide pin sticks out a piece out of the stamp. On the protruding end of the guide pin can be unscrewed to remove the nucleus, a fixation plate are, when unscrewing the punch from the stamping mold pulling out the inner bore.
Die einzelnen Fertigungsschritte sehen mit dieser Vorrichtung wie folgt aus:
- 1. Einsetzen des Mantelrohres und der Vorgeformten PEEK-Scheiben in die Innenbohrung der Montagevorrichtung
- 2. Beidseitiges Einsetzen der Prägeformen sowie Einschrauben von Stempel und Führungsstift von der ersten Seite.
- 3. Einsetzen des Fluidrohres in die Bohrung. Laterale Positionierung durch ersten Führungsstift.
- 4. Einschrauben des zweiten Stempels und des zweiten Führungsstiftes. Dabei werden die Stempel moderat festgezogen, die optimale Position des zweiten Führungsstiftes muss erprobt werden.
- 5. Erwärmen der Vorrichtung auf die Umformtemperatur.
- 6. Erneutes Festdrehen der Stempel – optimale Kraft muss erprobt werden.
- 7. Nach dem Umformen – herausdrehen der Führungsstifte und durchströmen mit Heißluft zum Verschmelzen.
- 8. Wiederum eindrehen der Führungsstifte in die Prägeformen und festdrehen der Fixierungsplatte.
- 9. Herausdrehen der Stempel und Entnahme des Zellkerns.
- 1. Inserting the jacket tube and preformed PEEK discs into the internal bore of the fixture
- 2. Insert the embossing forms on both sides and screw in the punch and guide pin from the first side.
- 3. Insert the fluid tube into the hole. Lateral positioning by first guide pin.
- 4. Screw in the second punch and the second guide pin. The stamps are moderately tightened, the optimal position of the second guide pin must be tested.
- 5. Heating the device on the Umformtem temperature.
- 6. Re-tighten the punches - optimum strength must be tested.
- 7. After forming - unscrew the guide pins and flow through with hot air to fuse.
- 8. Screw the guide pins into the stamping dies again and tighten the fixing plate.
- 9. Unscrew the punches and remove the cell nucleus.
Fasersteckerfiber connectors
Aussehend des FasersteckersLooking the fiber plug
Die Montagewerkzeuge ähneln denen für die Zellkernmontage. Wesentliche Unterschiede liegen besonders im Bereich der Prägeformen.The Similar to assembly tools those for the nuclear assembly. Significant differences are especially in the Area of embossing forms.
Da das T-Stück an beiden Seiten verschieden geformt ist, müssen die Prägewerkzeuge natürlich ebenfalls unterschiedlich sein. Wesentlich ist jedoch, dass hier die Positionierung der Glasfaser durch die genaue Passung in die Innenbohrungen der Prägeformen (= 0,44 mm bzw. Glasfaserdurchmesser) bestimmt ist. Das Glasteil liegt hier unmittelbar an der Prägeform an.There the tee Of course, the embossing tools must also be shaped differently on both sides be different. It is essential, however, that here the positioning the glass fiber by the exact fit in the inner holes of the embossing dies (= 0.44 mm or glass fiber diameter) is determined. The glass part here lies directly on the stamping mold at.
Die Rückseiten der Prägeformen lassen wiederum das Einschrauben von Führungsstiften zu. Diese dienen im Wesentlichen der Entformung. Dazu muss allerdings der Führungsstift für die Rückseite hohl sein, damit die Glasfaser herausgeführt werden kann.The backs the embossing forms in turn allow the screwing of guide pins. These serve essentially demoulding. However, this must be the guide pin for the Hollow back so that the fiber can be led out.
Die einzelnen Fertigungsschritte unterscheiden sich ebenfalls kaum von denen bei der Fertigung des Zellkerns. Jedoch wird hier auf das Verschmelzen mit Heißluft zunächst verzichtet. Durch das Umformen legt sich das PEEK an dem hinteren Teil des T-Stückes um die Glasfaser. Dieses Anformen dichtet, bewirkt jedoch bewirkt keine hohen Haftungskräfte. Die notwendige Haftkraft wird nach dem Umformen des T-Stückes mit der Glasfaser durch ein Verkleben von Faserstecker mit dem Mantelrohr erzielt.The individual production steps are also hardly different those in the manufacture of the nucleus. However, here on the Melting with hot air first waived. By forming the PEEK puts on the rear Part of the tee around the glass fiber. This molding seals, but causes effected no high liability. The necessary adhesive force is after the forming of the tee with the glass fiber by gluing fiber connector with the jacket tube achieved.
Variante 2 erfordert ein Anformen der PEEK-Teile an größere Flächen ohne Entformschräge, was nach bisherigen Erfahrungen ein Entformen aus der Montagevorrichtung sehr schwierig macht und daher zunächst zurückgestellt wird. Dabei ist zu beachten, dass zwar bei der Herstellung des Fasersteckers das T-Stück außen auch keine Entformschräge aufweist. An diese Seitenwände wird jedoch auch nicht angeformt.variant 2 requires a molding of the PEEK parts to larger areas without Entformschräge what according to previous experience demolding from the mounting device very difficult and therefore initially deferred. It is to note that although in the manufacture of the fiber connector the Tee Outside also no draft angle having. On these side walls However, it is not formed.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200520019456 DE202005019456U1 (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Opto-fluidic plug-type connector used for a flow cell in liquid chromatography comprises a T-connecting piece joined to a glass fiber in a fluid-tight manner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200520019456 DE202005019456U1 (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Opto-fluidic plug-type connector used for a flow cell in liquid chromatography comprises a T-connecting piece joined to a glass fiber in a fluid-tight manner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4090943A4 (en) * | 2019-01-15 | 2024-05-29 | Wyatt Tech Llc | Flow cell, read head, and skid attachment |
-
2005
- 2005-12-13 DE DE200520019456 patent/DE202005019456U1/en not_active Expired - Lifetime
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EP4090943A4 (en) * | 2019-01-15 | 2024-05-29 | Wyatt Tech Llc | Flow cell, read head, and skid attachment |
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