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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Anschlußverschraubung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung und eine entsprechende
Vorrichtung.
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Bei derartigen Hochdruckverschraubungen, die in vielfacher Ausführung
in Verbindung mit Leitungen für verschiedene Druckmedien bekannt sind, besteht das
Problem, daß normalerweise, wenn der Dichtring aus Metall besteht und gegebenenfalls
als Schneidring ausgebildet ist, die Verschraubung zum Anziehen relativ große Kräfte
erfordert.
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Wird statt dessen ein Dichtring aus Kunststoff verwendet, so ist dieser
nur einmal verwendbar. In jedem Fall wird der Dichtbereich durch die auftretenden
relativ großen Kräfte verquetscht, so daß zum erneuten Verschrauben das Erneuern
von Teilen erforderlich ist. Vielfach muß auch die Förderleitung verkürzt werden,
was ersichtlicherweise nicht unbegrenzt häufig erfolgen kann. Die Druckfestig##it
dieser bekannten Verschraubungen ist im übrigen Sür die meisten Hochdruckanwendungen
nicht ausreichend.
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Der im Anspruch 1 ( bzw. den Ansprüchen 14 und 20 für das zugehörige
Arbeitsverfahren bzw. die entsprechende Verrichtung) angegebenen Erfindung liegt
die Aufgabe zugrun de, bei einer Anschlußverschraubung der eingangs angegebenen
Art die Möglichkeit zu schaffen, daß - bei insgesamt erhöhter Druckfestigkeit -
diese Verschraubung mittels kleiner Kräfte von Hand anziehbar ist und alle Teile
mehr-
fach verwendbar sind, so daß ein Lösen und Festziehen - insbesondere
unter Laborbedingungen und zum Austausch von Teilen - mehrfach und unproblematisch
erfolgen kann.
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Die Erfindung ist insbesondere bei Laborgeräten von Nutzen und findet
Anwendung bei relativ kleinen Leitungsdurchmessern im Bereich weniger Millimeter.
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Sie beruht auf der Erkenntnis, daß sich dann eine besonders innige
Verbindung mit hoher Dichtwirkung ergibt, wenn in den Außendurchmesser der Leitung,
die aus weichem Edelstahl als einem üblichen Werkstoff für derartige Hochdruckleitungen
besteht, mittels eines harten Werkzeugs mindestens eine quer zur Druckrichtung verlaufende
Rille eingeprägt oder eingedrückt wird, wobei der Bereich dieser Rille(n) im Einwirkungsbereich
eines elastischen unter Wirkung der Verschraubung komprimierten Dichtrings steht.
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Dieser Dichtring ist an seiner Außenseite konisch ausgebildet und
besteht bevorzugt aus Kunststoff. Die durch das Eindrücken der Rillen in die Leitungsaußenfläche
aufgeworfenen "fälle" unterstützen die Dichtwirkung in derart überraschender Weise,
daß zum Verschrauben selbst lediglich kleine Kräfte erforderlich sind. Unterstützt
wird diese überraschende Dichtwirkung auch durch ungerillte Bereiche, welche in
Druckrichtung vor und/oder hinter der derart verformten ringförmigen Zone angeordnet
sind.
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Diese Rillen sind in einem einfachen Verfahren und bei den gängigen
Leitungsmaterialien auch mit einer einfachen Vorrichtung von Hand aufzubringen,
so daß die Verschraubung
- auch nachträglich - universell anwendbar
ist. Herkömmliche Verschraubungen lassen sich ersetzen, so daß die Erfindung in
ihrer Anwendung kaum Einschränkungen unterliegt. Wenn die Erfindung auch bevorzugt
zur Anwendung für Kapillarrohre kleinen Durchmessers gedacht ist, so läßt sich sich
in günstiger Weise auch für unter Hochdruck stehende Dichtungen anderer Art verwenden,
wie sie beispielsweise im HPLC-Bereich auftreten.
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Die Rillen oder Vertiefungen können - gemäß den Arbeitsverfahren nach
der Erfindung - durch Rollen oder spitze Schneiden unter radial nach innen gerichteter
Druckeinwirkung mit einer kontinuierlich drehenden Relativbewegung von Leitung und
Werkzeug aufgebracht werden - oder aber in den Leitungsumfang stückweise eingepreßt
werden. Letzteres erfolgt bevorzugt mit Backen, in denen Gewindesegmente angebracht
sind. Eine Form der Rillen, wie sie mit einem derartigen Werkzeug erzeugt wird,
läßt sich bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens auch durch Gießen der
Leitungen hervorrufen. In günstiger Weise werden die Rillen bei der Vorfabrikation
von Leitungen als Halbzeuge bereits über die gesamte Leitungslänge durchgehend erzeugt,
um auch bei einem späteren Kürzen auf eine vorgegebene Länge keine erneute manuelle
Bearbeitung durchführen zu müssen.
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Beim rollenden Einprägen wird das Rohrleitungsende auf seinem Umfang
von einer (oder mehreren parallelen) Rollen unter (möglichst konstanter) Druckeinwirkung
umlaufen, welche bevorzugt nach Art und Werkstoff der Schneidrolle eines Glasschneiders
entsprechen. Die Rolle(n) sind
günstigerweise in den Backen einer
Zange unter Federkraft - in Richtung auf die Mittelachse der Leitung vorgespannt
- angeordnet. Damit entstehen geschlossene umlaufende Zonen von Vertiefungen und
benachbart aufgeworfenen Wällen.
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Eine derartige Backen aufweisende Zange hat bevorzugt einen Anschlag
für das Leitungsende in der Weise, daß die Vertiefungen in definiertem Abstand vom
Leitungsende entstehen und sowohl verformte als auch unverformte, in Druckrichtung
einander benachbarte Bereiche von der unter Druckeinwirkung komprimierten ringförmigen
Dichtung umschlossen werden.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführung einer derartigen Vorrichtung
werden Schneiden, welche auf den Innenbacken einer Zange angeordnet sind und dem
Verlauf von Teilen von Umfangslinien der zu bearbeitenden Leitungen haben, mehrfach
unter drehendem Versetzen des Leitung in dem Zangenwerkzeug eingeprägt. Wenn mehrere
dieser Schneiden parallel angeordnet sind und gegebenenfalls eine Gewindesteigung
aufweisen, läßt sich auf dem Leitungsumfang ebenfalls ein umlaufender ringförmiger
Bereich von rillenförmigen Vertiefungen schaffen, welche im wesentlichen quer zur
Druckrichtung verlaufen. Obgleich die somit erzeugten rillenförmigen Vertiefungen
nicht jeweils in sich geschlossen sind, ist die Dichtwirkung ebenfalls ausgezeichnet.
Welche der vorgenannten Anordnungen letztlich gewählt wird, hängt von der Gestaltung
des Werkzeugs ab. Entsprechend sind auch stichelartige Werkzeuge geeignet, welche
unter Aufwerfung von begrenzenden Wällen in Querrichtung verlaufende Vertiefungen
in die Leitung eingravieren. Von besonderer Bedeutung ist aber, daß es sich
dabei
stets um den Einsatz von Kräften handelt, die - mit tels geeigneter Hebelübersetzung
- von Hand aufbringbar sind. Größeren Furchungen würde die Kunststoffdichtung nicht
folgen bzw. die Wiederverwendbarkeit der Dichtung wäre wegen der resultierenden
zu starken Verformung nicht gewährleistet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet bzw. werden bei der nachstehenden Darstellung zusammen mit einer
bevorzugten Ausfüh rung der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße
Hochdruckverschraubung im Schnitt in Seitenansicht, Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung
eines mit der erfindungsgemäßen Einrillung versehenen Teils, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zum Erzeugen von umlaufenden Nuten für eine Anschlußverschraua
bung gemäß der Erfindung in perspektivischer DarsteIlung sowie Fig. 4 eine Schnittdarstellung
eines Details der Vorrichtung gemäß- Fig. 3.
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Bei der in Figur 1 wiedergegebenen Anordnung ist eine Leitung 1 mit
einem feststehenden Teil 2- verbunden~ das eine Bohrung mit einem Innengewinde mit
einem anschliessenden Innenkonus aufweist. In den Innenkonus ist eine kegelförmige
Dichtung 3 aus Kunststoff eingesetztg deren
Innenseite zylinderförmig
hohl ausgestaltet ist und an der durch ein Kapillarrohr gebildeten Leitung 1 anliegt.
Der die Dichtung bildende Kunststoff ist zur Stabilitätserhöhung bevorzugt mit Glasfasern
gefüllt. Die Dichtung 3 steht unter der Kompressionswirkung einer Rändelschraube
4 mit einer Innenbohrung für die Leitung 1. Die Rändelschraube weist einen Kunststoffrand
auf, der der erleichterten Handhabung dient. Eine vollständig aus Kunststoff oder
vollständig aus Metall bestehende Ausführung ist ebenfalls in günstiger Weise möglich.
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Die Anschlußverschraubung ist somit derart ausgebildet, daß der eine
Teil ein Außengewinde und eine beim Einschrauben vorangeführte Kante aufweist, welche
an die Stirnfläche des Dichtrings mit dem größeren Querschnitt angepaßt ist, während
der andere Teil ein entsprechendes Innengewinde aufweist, an das in Einschraubrichtung
ein an den Dichtring angepaßter Außenkonus anschließt. Dabei ist in dem feststehenden
Teil zur Aufnahme der Förderleitung eine Ausnehmung vorgesehen, welche, in Einsteckrichtung
der Förderleitung gesehen, an den dem konischen Dichtring angepaßten Innenkonus
anschließt. Die Förderleitung weist einen Durchmesser im Bereich von 1/8 bis 1/16
Zoll auf.
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Bei anderen Anwendungen der Erfindung sind Verschraubungen mit einem
Durchmesser von bis zu ca. 10 mm auch bei hohen Drücken sicher beherrschbar.
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In Figur 2 ist der Grenzbereich von Leitung 1 und Dichtung 3 im Schnitt
vergrößert wiedergegeben. Es sind Vertiefungen 5 und Erhebungen 6 erkennbar, welche
in der Leitung 1 angebracht wurden und mit der komprimierten Dichtung in Wechselwirkung
treten.
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Es ist aus Figur 2 insbesondere ersichtlich, wie der Dichtring im
Zusammenwirken mit den erfindungsgemäßen Nuten eine ausgezeichnete Dichtung im Hinblick
auf ein Medium ausübt, welches sich (in der Zeichnung in Querrichtung) an der Grenzschicht
zwischen Förderleitung 1 und Dichtring 3 ausbreitet.
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Beim Ausführungsbeispiel wird nicht auf eine bestimmte Anordnung der
Nuten abgestellt, diese können die Förderleitung sowohl in tangentialer Richtung
umlaufen als auch eine Gewindesteigung aufweisen. Dabei sind sowohl Ausführungen
möglich, bei denen die Nuten in sich geschlossen sind als auch solche, welche (den
Umfang ganz oder teilweise umlaufend) miteinander kammartig verzahnt sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen
Anschlußverschraubung werden die Rillen mit einem scharfkantigen Werkzeug in den
Umfang der Förderleitung eingeprägt oder eingepreßt.
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Gemäß dem nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispiel erfolgt
das Einprägen bzw. Einpressen mittels einer umlaufenden Rolle (die mindestens einen
hervortretenden scharfkantigen Ring aufweist) unter der Einwirkung einer zur Mittelachse
der Förderleitung gerichteten Kraft mit einer relativen Rotationsbewegung zwischen
Rillwerkzeug und Förderleitungsende.
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In den Figuren 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen
Vorrichtung zum Herstellen einer Anschlußverschraubung in Form einer Zange 10 im
einzelnen darge-
stellt, welche in Figur 3 in der Gesamtansicht
perspektivisch wiedergegeben ist. Die Zange 10 ist derart ausgebildet, daß sich
ihre Backen lediglich um einen geringen Weg öffnen lassen. Beim Zusammendrücken
der Griffteile 11 und 12 wird ein zylindrisches mit in Längsrichtung verlaufenden
und nur teilweise durchgehenden Schlitzen versehenes Spannelement 13 zusammengepreßt,
das in seiner entspannten Stellung einen geringfügig größeren Innendurchmesser aufweist
als die festzuhaltenden Kapillarrohre. Ein derartiges Spannelement wird vielfach
auch als §'Spannzange" bezeichnet. Die Wirkung der Federkraft des Spannelements
wird noch dadurch unterstützt, daß zwischen den Griffen 11 und 12 der Zange noch
ein Paar (in der Zeichnung nicht sichtbarer) Blattfedern untergebracht ist.
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Durch seine innere Federkraft hält es in seinem entspannten Zustand
die Backen der Zange geringfügig geöffnet. Mit den Backen der Zange drehbar verbunden
ist eine Schneidanordnung 14, deren Innenöffnung mit derjenigen des Spannelementes
13 axial fluchtet. Ein Kniehebel 15, der um eine Achse 16 drehbar gelagert ist,
dient, in der Schneidanordnung 14 dazu, bei seiner Betätigung durch Niederdrücken
das eigentliche Schneidelement so weit aus dem Einführungsbereich für das Kapillarrohr
zu entfernen, daß dieses unbehindert eindringen kann. Die Einzelheiten des Backenbereiches
der Zange 10 sind in der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 im einzelnen wiedergegeben.
Die Funktion soll anhand dieser Darstellung im folgenden im einzelnen beschrieben
werden.
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Das mit Rillen zu versehende Kapillarrohr 1 wird in die entsprechende
Öffnung des Spannelementes 13 der Spannzan-
ge 10 (in der Zeichnung
von unter her) gesteckt, wobei der Kniehebel 15 in Richtung des Pfeils 17 betätigt
wird. Mittels des freien Endes 18 des Kniehebels, der unter den scheibenarigen Kopf
einer Ansatzschraube 19 greift, welche ihrerseits in einer Schraube 20 axial geführt
ist, wird die Schraube 19 um einen geringfügigen Hub aus dem das Gehäuse des Schneidteiles
14 bildenden Klotz 21 herausbewegt. Diese Bewegung erfolgt gegen die Kraft einer
Druckfeder 22, welche sich über eine Scheibe 23 an einem mit der Ansatzschraube
19 verbundenen Schneidrollenhalter 24 abstützt. Das andere Ende der Druckfeder 22
liegt am Ende der Schraube 20 an, in der die Ansatzschraube 19 geführt ist. Mit
dem Schneidrollenhalter 24 entfernt sich somit auch die Schneidrolle 25 aus dem
zur Aufnahme des Kapillarrohres ausgesparten Bereich der Kapillarrohrführung. Damit
kann das Kapillarrohr 1 bis zu einer durch eine weiteren Schraube 26 gebildeten
Anschlag eingeschoben werden, wobei die Schraube 26 durch eine Sechskant-Mutter
27 gekontert ist, so daß die Anschlagtiefe verstellt werden kann. Mittels der Anschlagschraube
26 läßt sich der Abstand des Ortes der Erzeugung der Nuten in Bezug auf das Ende
des Kapillarrohrs 1 einstellen Der Kniehebel 15 ist frei über die Schraube 26 bewegbar,
da er in deren Bereich mit einer Aussparung 28 versehen ist.
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Die Schneidrolle 25 wird nunmehr unter der Wirkung der Druckfeder
22 gegen das Kapillarrohr gepreßt, wobei der Kopf der Ansatzschraube gegenüber dem
Kopf der Schraube 20 einen geringen Abstand aufweist, so daß die Schneidrolle beim
tieferen Eindringen der drei parallel auf ihrem Umfang umlaufenden Schneidkanten
des Schneidelements in das Kapillarrohr 1 dieser Bewegung folgen kann.
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Gleichzeitig mit dem Loslassen des Hebels 15 werden die Griffenden
11 und 12 der Zange 10 zusammengepreßt, so daß das Kapillarrohr mit dem Spannelement
13 festgehalten wird. Nunmehr wird der gesamte drehbar gelagerte Schneidteil 14
ca. fünf- bis zehnmal um seine Achse gedreht, wodurch ein Einschneiden der Rillen
- wie oben dargestellt - in das Kapiliarrohrende erfolgt. Durch eine geeignete Gestaltung
der Schneidrolle (durch Wahl von Winkel und Höhe der Schneidkanten) wird einerseits
dafür gesorgt, daß Rillen mit zum Erreichen der Dichtwirkung geeigneter Tiefe und
entsprechenden Randaufwerfungen erzeugt werden und andererseits verhindert, daß
das Kapillarröhrchen in seiner Struktur entscheidend geschwächt oder gar durchtrennt
wird.
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Zum Herausführen des fertig bearbeiteten Kapillarrohrendes aus dem
Zangenmaul wird die Zange geöffnet und der Hebel 15 erneut niedergedrückt, woraufhin
das Kapillarrohr frei ist.
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Es ist ersichtlich, daß die dargestellte Vorrichtung es ermöglicht,
mit wenigen Handgriffen die gemäß der Erfindung vorgesehenen Rillen zu erzeugen,
so daß diese Dichtmittel auch unter Laborbedingungen ortsunabhängig jederzeit erzeugbar
sind, zumal die Vorrichtung leicht überall hin mitgeführt werden kann.
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Bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform der
Erfindung ist das Element zum Erzeugen der Rillen mit den Backen der Zange direkt
verbunden, d.h. es ist feststehend und nicht um das eingespannte Kapillarrohr
umlaufend
ausgebildet. Hierbei ist es jedoch erforderlich, die Zange mehrmals zusammenzupressen,
wobei zwischen den einzelnen Preßvorgängen jeweils eine Drehung des Kapillarrohrs
durchgeführt wird, dessen Ende sich an einem in dieser Zange vohandenen Anschlag
abstützt.
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Es ist somit ersichtlich, daß eine Vorrichtung zum Erzeugen der Nuten
für die erfindungsgemäße Anschlußverschraubung - je nach den Anforderungen an die
Bedienbarkeit und die Qualität der zu erzeugenden Dichtung - auf verschiedene Weise
ausgeführt werden kann.
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So besteht ein weiteres - in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestelltes
- Ausführungsbeispiel einer Variante dieser Vorrichtung darin, daß das Festklemmen
des Kapillarrohrs und das Annähern der Schneidrolle an das festgehaltene Kapillarrohr
bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung aus einer einzigen Bewegung, nämlich
dem Zusammendrücken der Zangengriffe, hergeleitet wird. Die Ableitung der Antriebsbewegung
für die Schneidrolle, welche beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel durch
den Kniehew bel separat erzeugt wird, wird in diesem Fall mittels einer Steuerkurve
aus der Relativbewegung der beiden Zangenbacken vorgenommen, wobei von der Steuerkurve
die Übertragung durch ein geeignetes federbelastetes Schubelement koaxial zum eingespannten
Kapillarrohr unabhängig von der Winkelposition des Schneidteils auf den Schneidrollenhalter
(ebenfalls mittels einer Steuerkurve) erfolgt.
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Die Ausführung der Erfindung, einschließlich deren Herstellungsverfahren
und der zugehörigen Vorrichtungen, läßt
sich somit auf vielfältige
Weise günstig bewerkstelligen, wobei die zuvor dargestellten Ausführungen vorwiegend
beispielhaften Charakter haben.