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Die
Erfindung betrifft eine Steckereinheit für das Verbinden von Kapillaren,
insbesondere für
die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des Weiteren
betrifft die Erfindung ein Verbindungssystem bestehend aus einer
Buchseneinheit und einer derartigen Steckereinheit gemäß Anspruch
11.
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In
Chromatographieanlagen werden Flüssigkeiten
oder Gase durch geeignete Verbindungsleitungen zwischen den Komponenten
der betreffenden Anlage gefördert.
Diese Verbindungsleitungen, die beispielsweise aus Edelstahl bestehen
können,
verfügen
an ihren Enden über
geeignete Verbindungssysteme, auch als Fittings bezeichnet, um mit
den Anschlüssen
der Komponenten eine dichte Verbindung herstellen zu können.
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Ein
derartiges Verbindungssystem wurde bereits 1975 in der
US 3,880,452 beschrieben. Eine, die Verbindungsleitung
zwischen zwei Komponenten bildende Kapillare, wird dabei in die
Kapillarenaufnahmeöffnung
einer Buchseneinheit bzw. Verbindungseinheit eingeschoben und mittels
einer Befestigungsschraube, die eine zentrale Bohrung für das Führen der
Kapillare aufweist, in der Buchse fixiert. Zur Dichtung werden ein
oder mehrere Dichtelemente, welche die Kapillare in ihrem vorderen
Endbereich umgeben, mittels der Befestigungsschraube beim Verbinden
von Kapillare und Buchseneinheit in die Kapillarenaufnahmeöffnung,
die nach Innen konisch verläuft,
hineingepresst.
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Nachteilig
hierbei ist jedoch, dass die Dichtstelle nicht in der zur Längsachse
der Kapillare senkrechten Ebene der Stirnfläche erfolgt, sondern in axialer
Richtung eine bestimmte Strecke von der Stirnfläche rückwärts versetzt ist. Hierdurch
ergibt sich ein Totvolumen, das sich insbesondere in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
nachteilig auswirkt. Um bei den in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
verwendeten extrem hohen Drücken
die Dichtigkeit derartiger Verbindungen gewährleisten zu können, werden
häufig
Dichtelemente verwendet, wie sie beispielsweise in der
US 4,619,473 als Stand der Technik
(
2) beschrieben sind. Hierbei handelt es sich um
ringförmige
Dichtelemente, die meist ebenfalls aus Edelstahl bestehen und die
im Längsschnitt
einen konischen Verlauf des Außendurchmessers
aufweisen. Ein derartiges Dichtelement wirkt mit einer konischen Aufnahmeöffnung in
der Buchseneinheit zusammen, wobei die konische Aufnahmeöffnung gegenüber der
Längsachse der
Kapillare einen größeren Winkel
aufweist als das Dichtelement. Hierdurch wird bei einem Einpressen des
Dichtelements in die Aufnahmeöffnung
mittels einer Befestigungsschraube auf den vorderen Bereich des
Dichtelements ein extrem hoher, radial einwärts gerichteter Druck ausgeübt, so dass
sich hier die Dichtstelle ergibt. Durch diesen Druck ergibt sich
jedoch meist eine Deformation des Dichtelements und der Kapillare,
wobei das Dichtelement mit seiner Vorderkante ringförmig in
den Außenumfang
der Kapillare eingedrückt
wird. Eine derartige Deformation ist insbesondere deshalb unerwünscht, weil
hierdurch das Dichtelement form- und kraftschlüssig mit der Kapillare verbunden
wird und das Dichtelement nicht mehr ohne Weiteres in axialer Richtung
auf der Kapillare verschoben werden kann. Wird die dichtende Verbindung
gelöst
und soll ein derartiges Steckerelement in eine andere Buchseneinheit
eingeschraubt werden, beispielsweise weil eine Komponente der Chromatographieanlage
ersetzt werden muss, so kann zwar erneut eine dichte Verbindung
hergestellt werden, jedoch kann infolge von Toleranzen oder Hersteller
abhängigen
Unterschieden in der Tiefe der Aufnahmeöffnung nicht mehr gewährleistet
werden, dass die Kapillare mit ihrer Stirnfläche wieder die Stirnfläche der
damit zu verbindenden Leitung beaufschlagt. Ist die Aufnahmeöffnung der
Buchseneinheit der ausgetauschten Komponente in axialer Richtung länger als
bei der zuvor verwendeten Komponente, so entsteht ein unerwünschtes
Totvolumen. Ist die Aufnahmeöffnung
für die
Kapillare bei der ausgetauschten Komponente in axialer Richtung
kürzer
als bei der zuvor verwendeten Komponente, so wird die Kapillare
durch den Druck der Befestigungsschraube sogar deformiert, gegebenenfalls
beschädigt,
und eine dichte Verbindung ist unter Umständen nicht mehr möglich. Denn
das auf der Kapillare form- und kraftschlüssig befestigte Dichtelement
kann sich in axialer Richtung nicht bewegen.
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Jedoch
kann bei einem derartigen Fitting ein geringes Totvolumen auch dann
kaum vermieden werden, wenn sich die Stirnflächen der Kapillare und der
damit zu verbindenden Leitung unmittelbar gegenüberstehen oder berühren, da
sich die Dichtstelle nicht im Bereich der Stirnfläche der
Kapillare bzw. der damit zu verbindenden Leitung befindet.
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Um
derartige Toleranzen ausgleichen zu können bzw. um Verbindungssysteme
unterschiedlicher Hersteller mit ein und derselben Steckereinheit verwenden
zu können,
wird in der
US 6,494,500 ein selbstjustierender
Stecker für
die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
beschrieben, bei dem die Kapillare über eine in der Befestigungsschraube
vorge sehene Feder axial in Richtung auf die Kapillarenaufnahmeöffnungen
der Buchseneinheit vorgespannt ist. Zur Dichtung wird eine austauschbare Ferrule
verwendet, die jedoch ebenfalls wieder in ihrem vorderen Bereich
konisch ausgebildet ist und zur Dichtung mit einer stärker konisch
ausgebildeten Innenwandung der Ferrulenaufnahmeöffnung zusammen wirkt. Hierdurch
besteht wieder die Gefahr, dass die Ferrule auf der Kapillare „festgekrimpt” wird,
insbesondere dann, wenn das Dichtelement aus einem Metall, beispielsweise
Edelstahl, besteht.
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Zudem
ist bei dieser Steckereinheit nachteilig, dass auf der Kapillare
ein Abstützelement
für die Schraubenfeder
befestigt werden muss, was die Herstellung einer derartigen Steckereinheit
aufwendiger macht.
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Zur
Vermeidung eines Totvolumens ist aus der
US 4,083,702 eine Einheit zur Verbindung
von Kapillaren für
die Gaschromatographie bekannt, bei der die Kapillare ebenfalls
mit ihren Stirnflächen
auf Stoß verbunden
werden. Die Fixierung der Kapillaren erfolgt mittels im Längsschnitt
keilförmiger
Ringelemente, die mit entsprechend konischen Ausnehmungen im Verbindungsgehäuse zusammenwirken.
Die Abdichtung ist in diesem Fall jedoch gegenüber einer für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie tauglichen
Verbindung einfacher, da bei der Gaschromatographie die verwendeten
Drücke
deutlich geringer sind, beispielsweise bis zu 6 bar.
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Neben
den bereits geschilderten Nachteilen weisen die bekannten Verbindungssysteme
den Nachteil auf, dass die Gefahr besteht, dass das Dichtelement
beim Demontieren der Steckereinheit und dem Herausziehen der Kapillare
aus der Buchseneinheit in der betreffenden Aufnahmeöffnung der Buchseneinheit
stecken bleibt.
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Des
Weiteren geht der Trend in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie zur
Verwendung von dünneren
Kapillaren, da diese einfacher gebogen werden können, um sie der aktuellen Einbausituation
besser anpassen zu können.
Auch weisen dünnere
Kapillaren aufgrund des Herstellungsprozesses kleinere Toleranzen
im Innendurchmesser und weniger Exzentrizität des Innendurchmessers auf.
Zur Verwendung von Kapillaren mit kleinerem Außendurchmesser in Verbindung
mit herkömmlichen
Buchseneinheiten oder Verbindungseinheiten werden diese an den Enden
mit einer Hülse zur
Anpassung des Außendurchmessers
bis auf den Durchmesser der herkömmlichen
dickeren Kapillaren versehen.
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Dies
stellt jedoch einen zusätzlichen
Aufwand dar und erhöht
das Totvolumen einer Verbindung.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Steckereinheit für
das Verbinden von Kapillaren, insbesondere für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie,
zu schaffen, welche auf einfache Weise für Kapillaren mit unterschiedlichem
Außendurchmesser in
Verbindung mit Buchseneinheiten mit herkömmlichen Durchmessern von Aufnahmeöffnungen
einsetzbar ist. Zudem soll vermieden werden, dass sich bei der Demontage
der Steckereinheit das Dichtelement von der Kapillare löst und in
der Buchseneinheit verbleibt. Des Weiteren liegt der Erfindung zugrunde, ein
Verbindungssystem mit einer derartigen Steckereinheit zu schaffen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 11.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass auf einfache Weise ein
Anliegen der Stirnfläche der
Kapillare an die Stirnfläche
einer damit zu verbindenden Kapillare oder an die Stirnfläche einer Öffnung eines
Fluidkanals in einer Buchseneinheit dadurch gewährleistet werden kann, dass
die Kapillare an ihrem vorderen Ende einen in radialer Richtung über den
Innendurchmesser des ringförmigen
Dichtelements hinausragenden Beaufschlagungsbereich aufweist. Hierdurch
ist gewährleistet,
dass bei der Verbindung des Steckergehäuses mit der Buchseneinheit
das Steckergehäuse
mit seiner Stirnfläche das
Dichtelement beaufschlagt und das Dichtelement demzufolge den Beaufschlagungsbereich
der Steckerkapillare mit einer axialen Anpresskraft beaufschlagt.
Zudem ist das Dichtelement ausreichend elastisch oder plastisch
deformierbar ausgebildet, um gleichzeitig eine Abdichtung der Steckerkapillare gegenüber der
Buchseneinheit bzw. der Kapillarenaufnahmeöffnung zu gewährleisten.
Die Abdichtung erfolgt dabei im Bereich des sich radial nach außen erstreckenden
Beaufschlagungsbereichs der Steckerkapillare, so dass ein Totvolumen
vermieden wird.
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Der
Beaufschlagungsbereich weist seinen größten Durchmesser vorzugsweise
in der Ebene der Stirnfläche
der Steckerkapillare bzw. in deren unmittelbarer Nachbarschaft auf,
um zu vermeiden, dass sich Material des Dichtelements in einen Ringspalt
zwischen die Stirnfläche
der Steckerkapillare und der Stirnfläche der Buchsenkapillare bzw.
den Boden der Aufnahmeöffnung
in der Buchseneinheit drückt,
in dem die Buchsenkapillarenöffnung
vorgesehen ist.
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Durch
die am vorderen Ende der Steckerkapillare vorgesehene Verdickung
in Form des Beaufschlagungsbereichs ist sichergestellt, dass beim
Herausziehen der Steckerkapillare aus der Kapillarenaufnahmeöffnung bei
der Demontage eines Verbindungssystems auch das Dichtelement mit
entfernt wird. Ein nachträgliches
Entfernen der Dichtung aus der Aufnahmeöffnung, gegebenenfalls mit
einem speziellen Ausziehwerkzeug, wird vermieden.
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Um
unterschiedlich dicke (dünnere)
Kapillare zusammen mit bestehenden Buchseneinheiten verwenden zu
können,
die ursprünglich
für dickere
Kapillare vorgesehen waren, muss lediglich ein geeignetes Dichtelement
mit passendem Innen- und Außendurchmesser,
sowie ein Steckergehäuse
mit einer passenden axialen Bohrung zur Aufnahme der Kapillare verwendet
werden. Die zusätzliche
Verwendung von Adapterhülsen
(Sleeves) oder dergleichen ist nicht erforderlich.
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Zudem
lässt sich
eine derart ausgebildete Steckereinheit nach der Erfindung auch
für herkömmliche
bekannte Buchseneinheiten mit unterschiedlichen, herstellerabhängigen Bohrungstiefen für die Kapillarenaufnahmeöffnung einsetzen.
Hierzu muss lediglich das Steckergehäuse mit Verbindungsmitteln
versehen werden, die das sichere Verbinden in jeder Stellung innerhalb
eines entsprechend großen
axialen Toleranzbereichs ermöglichen.
Dies kann auf einfache Weise durch ein Gewinde, insbesondere Feingewinde
realisiert werden. Das Gewinde muss selbstverständlich passend zur Buchseneinheit
gewählt
werden. Bei Buchseneinheiten von bekannten Steckereinheiten finded
meist ein UNF10-32 Gewinde verwendung, das dieser Bedingung jedoch genügt bzw.
das für
diesen Zweck geeignet ist.
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Bei
der Verwendung eines Feingewindes, das heißt eines Gewindes mit einer
sehr geringen Steigung, ist zudem gewährleistet, dass auch ein hoher
Anpressdruck auf das Dichtelement ausgeübt werden kann, um auch bei
den extrem hohen, in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie verwendeten
Drücken
die geforderte Dichtheit zu gewährleisten.
Die Erfindung nutzt dabei die Tatsache, dass die Wirkfläche des
Systemdrucks beim Abdichten am Grund der Bohrung der Buchseneinheit
besonders klein ist, und somit auch die zum Dichten notwendige Kraft.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung kann der Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare
rotationssymmetrisch zur Längsachse
ausgebildet sein und vorzugsweise einen in Richtung auf die Stirnfläche der
Steckerkapillare stetig ansteigenden Außendurchmesser aufweisen. Beispielsweise
kann eine trompetenförmige
oder konische Struktur eines Beaufschlagungsbereichs durch eine
einfache Stauchung des vorderen Bereichs einer Kapillare hergestellt
werden. Ein entsprechendes Werkzeug sollte dabei jedoch einen Dorn
aufweisen, der während
des Stauchprozesses in die Kanalöffnung
der Kapillare eingreift, um deren Innendurchmesser auf dem ursprünglichen
Wert zu halten.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
kann der Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare sich radial
nach außen
erstreckende Arme aufweisen.
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Das
Dichtelement weist vorzugsweise eine Bohrung zur Aufnahme der Steckerkapillare
auf, die im montierten Zustand im Wesentlichen dem Außendurchmesser
der Steckerkapillare entspricht. Vorzugsweise kann das Dichtelement
so elastisch ausgebildet sein, dass es im montierten Zustand den
Außenumfang
der Steckerkapillare mit einer radial einwärts gerichteten Vorspannung
umgreift.
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Das
Dichtelement kann zur Erleichterung des Aufbringens auf die Steckerkapillare
als geschlitztes Ringelement ausgebildet sein, welches eine ausreichende
Elastizität
aufweist, um entweder von vorne auf die Steckerkapillare aufgeschoben oder
seitlich auf die Steckerkapillare aufgesteckt werden zu können.
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Der
Außendurchmesser
des Dichtelements ist vorzugsweise größer ausgebildet als der Außendurchmesser
des Beaufschlagungsbereichs der Steckerkapillare. Hierdurch kann
gewährleistet
werden, dass auch eine dichtende Wirkung in einem Bereich radial
außerhalb
der Stirnfläche
der Steckerkapillare erfolgt, beispielsweise durch das Anpressen
des Dichtungselements an den Boden einer entsprechenden Aufnahmeöffnung in
der Buchseneinheit in einem Bereich radial außerhalb der Stirnfläche der Steckerkapillare.
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Das
Dichtelement kann dabei so ausgebildet sein, dass es im drucklosen
bzw. spannungslosen Zustand den Beaufschlagungsbereich der Steckerkapillare
mit seinem vorderen Bereich formschlüssig umfasst. Die vordere Stirnfläche des
Dichtelements sollte dabei jedoch in axialer Richtung nicht über die Stirnfläche der
Steckerkapillare hinausragen, um ein An pressen der Stirnfläche der
Steckerkapillare an eine gegenüberliegende
Stirnfläche
auf Stoß sicherzustellen,
und so Totvolumen zu vermeiden.
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Zwischen
der Stirnfläche
des Steckergehäuses
bzw. eines entsprechenden Teils des Steckergehäuses und dem Dichtelement kann
in axialer Richtung auch ein Druckstück vorgesehen sein, welches eine
axiale Bohrung aufweist, in der die Steckerkapillare aufgenommen
ist. Die Bohrung weist dabei einen Innendurchmesser auf, der nur
geringfügig
größer ist,
als der Außendurchmesser
der Kapillare, zumindest in einem vorderen Bereich des Druckstücks. Hierdurch
wird vermieden, dass bei einem hohen Druck, welcher durch das Druckstück auf das
Dichtelement ausgeübt
wird, Material des Dichtelements in den Ringspalt zwischen dem Außendurchmesser
der Steckerkapillare und dem Innendurchmesser der axialen Bohrung
des Druckstücks
eintritt. Die Verwendung eines Druckstücks bietet den Vorteil, dass
zwischen dem Dichtelement und dem Druckstück bei Verwendung einer Schraubverbindung
zwischen dem Steckergehäuse
und der Buchseneinheit keine Reibung auftritt und demzufolge eine
Beschädigung oder
Beeinträchtigung
des Dichtelements während des
Montagevorgangs vermieden wird. Zudem ermöglicht die Verwendung eines
Druckstücks
die Verwendung eines einheitlich ausgebildeten Steckergehäuses auch
für unterschiedliche
Kapillardurchmesser, wobei in diesem Fall lediglich das einfacher
herzustellende Druckstück
an den Außendurchmesser der
Kapillare angepasst werden muss.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Darstellung der Komponenten einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems
im Längsschnitt,
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2 eine
Darstellung des Verbindungssystems nach 1 im montierten
Zustand,
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3 eine
Darstellung einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems
mit einer aus zwei Mantelschichten bestehenden Steckerkapillare
im montierten Zustand,
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4 eine
perspektivische Darstellung einer geschlitzten Steckereinheit einer
weiteren Ausführungsform
eines Verbindungssystem, die zusammen mit einem Druckstück und einem
Dichtelement auf einer Steckerkapillare zur Montage mit einer Buchseneinheit
angeordnet sind, und
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5 eine
Ausführungsform
eines Verbindungssystems, bei dem die Steckereinheit durch ein zweiteilig
ausgebildetes Gehäuse
ergänzt
ist, in welchem ein Filter vorgesehen ist.
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Das
in 1 im demontierten Zustand dargestellte Verbindungssystem 1 umfasst
eine Buchseneinheit 5, die hinsichtlich ihrer für die Erfindung nicht
relevanten Außenkonturen
nur schematisch dargestellt ist und beispielsweise an einer Komponente
einer Anlage für
die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
angeordnet sein kann, beispielsweise an einer Trennsäule. Des
Weiteren umfasst das Verbindungssystem 1 eine Steckereinheit 3.
Die Steckereinheit 3 umfasst ihrerseits eine Steckerkapillare 10,
die beispielsweise aus Edelstahl hergestellt sein kann, ein in Form
einer Schraube realisiertes Steckergehäuse 20, ein Druckstück 30,
welches ebenso wie das Steckergehäuse 20 aus Edelstahl oder
einem anderen Metall bestehen kann, und ein Dichtelement 40,
das beispielsweise aus einem ausreichend elastischem und/oder plastisch
deformierbaren Material bestehen kann, beispielsweise einem geeigneten
Kunststoff.
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Das
schraubenförmige
Steckergehäuse 20 weist
einen verdickten, mit einer Rändelung 21 am Außenumfang
versehenen Kopfteil auf, an den sich ein mit einem Gewinde 22 versehener
Gewindeteil anschließt.
Das Steckergehäuse 20 weist
eine im dargestellten Ausführungsbeispiel
stufenartig verlaufende zentrale Bohrung auf, wobei der Innendurchmesser
der Bohrung im vorderen Bereich des Gewindeteils nur geringfügig größer ist
als der Außendurchmesser
der in der zentralen Bohrung aufgenommenen Steckerkapillare 10.
Die Steckerkapillare 10 durchragt mit ihrem vorderen Ende
die zentrale Bohrung des Steckergehäuses 20, wobei in
Richtung auf das Ende der Steckerkapillare 10 vor dem Steckergehäuse 20 das
Druckstück 30 radial
um die Steckerkapillare 10 angeordnet ist. In seinem rückwärtigen Bereich
entspricht der Außendurchmesser
des rotationssymmetrischen Druckstücks 30 dem Innendurchmesser
der Aufnahmeöffnung 53 der
Buchseneinheit 5 in ihrem rückwärtigen, der Steckereinheit 3 zugewandten
Bereich. Der Außendurchmesser
muss dabei etwas kleiner sein als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 53,
da sonst das Druckstück
im Gewinde 52 klemmt. Dieser muss jedoch so groß wie möglich sein,
damit das Druckstück
am Steckergehäuse
möglichst
gut axial ausgerichtet wird und die Bohrung der Kapillare 10 und
die Bohrung 57 möglichst
gut fluchten, um die Strömung
nicht zu stören. Der
Außendurchmesser
des vorderen Bereichs des Druckstücks 30 entspricht
dem Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 53 in deren
einwärts
gerichteten, zylindrischen Endbereich 56, der durch die
Bodenwandung 51 abgeschlossen wird, in welcher koaxial
die Buchsenkapillarenöffnung 55 der
Buchsenkapillare 57 mündet.
Dieser Aussendurchmesser muss ebenfalls etwas kleiner sein als der
Innendurchmesser des zylindrischen Endbereichs 56 der Aufnahmeöffnung 53,
damit die Montage und Demontage nicht behindert wird.
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Vor
dem Druckstück 30 ist
in Richtung auf das Ende der Steckerkapillare 10 hin auf
dieser das Dichtelement 40 angeordnet, welches ringförmig ausgebildet
ist.
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Das
Ende der Steckerkapillare 10 weist einen sich stetig vergrößernden
Außendurchmesser auf,
wodurch ein Beaufschlagungsbereich 11 gebildet ist.
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Der
maximale Außendurchmesser
des Beaufschlagungsbereichs 11 ist kleiner als der Innendurchmesser
der Aufnahmeöffnung 53 in
deren innerem, zylindrischen Endbereich 56, der durch die
Bodenwandung 51 begrenzt ist. Der Außendurchmesser des Dichtelements 40 entspricht
im Wesentlichen dem Innendurchmesser dieses zylindrischen, inneren
Bereichs der Aufnahmeöffnung 53.
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In
seinem vorderen, dem Beaufschlagungsbereich 11 zugewandten
Bereich ist der Innendurchmesser des Dichtelements 40 im
Wesentlichen der Kontur des Außendurchmessers
des Beaufschlagungsbereichs 11 komplementär ausgebildet,
so dass das Dichtelement 40 ohne großen Druck bzw. ohne große axial
wirkende Kraft auf den Beaufschlagungsbereich 11 aufgeschoben
werden kann. Die Kontur des Innendurchmessers im vorderen Bereich des
Dichtelements 40 ist dabei jedoch vorzugsweise so ausgebildet,
dass das drucklose Aufschieben auf den Beaufschlagungsbereich 11 nur
bis in eine axiale Position erfolgen kann, in welcher die Stirnfläche des Dichtelements 40 noch
um einen bestimmten Betrag gegenüber
der Stirnfläche
des Beaufschlagungsbereichs 11 bzw. der Steckerkapillare 10 zurückversetzt ist.
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Zur
Montage der Steckereinheit 3 werden zunächst das Steckergehäuse 20,
das Druckstück 30 und
das Dichtelement 40 von vorne auf die Steckerkapillare 10 aufgeschoben,
die in diesem Zustand noch keinen radial verdickten Beaufschlagungsbereich 11 aufweist.
Anschließend
kann dann mit einem geeigneten Werkzeug, beispielsweise durch Stauchen
oder dergleichen, der Beaufschlagungsbereich 11 hergestellt
werden.
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Sofern
dies möglich
ist, kann selbstverständlich
auch der Beaufschlagungsbereich 11 der Steckerkapillare 10 bereits
hergestellt sein und in diesem Fall die übrigen Komponenten der Steckereinheit 3 vom
jeweils anderen Ende der Steckerkapillare 10 auf diese
aufgeschoben werden.
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Das
Dichtelement 40 kann auch als in axialer Richtung geschlitztes
Ringelement ausgebildet sein, so dass das Dichtelement 40 dann
von vorne, über den
verdickten Beaufschlagungsbereich 11 hinweg auf die Steckerkapillare 10 aufgeschoben
oder von der Seite her auf die Steckerkapillare 10 aufgesteckt werden
kann. Hierzu muss das Material des Dichtelements 40 selbstverständlich eine
ausreichende Elastizität
aufweisen.
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Nach
dem Aufschieben der Komponenten 20, 30 und 40 auf
die Steckerkapillare 10 und dem Herstellen des Beaufschlagungsbereichs 11 kann dann
die Steckereinheit 3 in die Buchseneinheit 5 eingesetzt
werden.
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Das
Einsetzen erfolgt auf einfache Weise dadurch, dass das Steckergehäuse auf
der Kapillare 10 ohne Kraft nach vorne in Richtung auf
den Beaufschlagungsbereich 11 geschoben wird, bis dadurch das
Druckstück 30 und
das Dichtelement 40 in ihre drucklose, vordere Position
bewegt sind. Anschließend
bzw. gleichzeitig wird die Steckereinheit 3 in die Aufnahmeöffnung 53 der
Buchseneinheit 5 eingeführt
und das Gewinde 22 des Gewindeteils der Steckereinheit 20 in
das Innengewinde 52 der Aufnahmeöffnung 53 eingeschraubt.
Während
des Einschraubens übt
die vordere Stirnfläche
des Steckergehäuses 20 eine
axiale Kraft über
das Druckstück 30 auf
das Dichtelement 40 aus, welches seinerseits die axiale
Kraft über
den Beaufschlagungsbereich 11 auf die Steckerkapillare 10 ausübt. Hier durch
wird die Steckerkapillare 10 mit ihrer Stirnfläche auf
Stoß gegen
die Bodenwandung 51 der Aufnahmeöffnung 53 gepresst,
wobei mittels des Dichtelements 40 und den vorderen Bereich
des Druckstücks 30 eine
Zentrierung der Steckerkapillare 10 im inneren, zylindrischen
Bereich der Aufnahmeöffnung 53 gewährleistet
ist. Durch das weitere Eindrehen des Steckergehäuses 20 in das Buchsengehäuse 50 der
Buchseneinheit 5 erhöht
sich die über
das Druckstück 30 auf das
Dichtelement ausgeübte
Axialkraft. Das Dichtelement überträgt während seiner
elastischen und/oder plastischen Verformung entsprechende Druckkräfte auf
den Beaufschlagungsbereich 11 und die Bodenwandung 51 im
Buchsengehäuse 50 sowie auf
die Zylinderwandung des zylindrischen, inneren Teils der Aufnahmeöffnung 53.
Hierdurch ergibt sich eine entsprechend gute Dichtwirkung, wobei
durch lediglich geringe Kräfte
für das
Eindrehen des Steckergehäuses 20 in
das Buchsengehäuse 50 sehr hohe
Druckkräfte
auf das Dichtelement ausgeübt werden
können.
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Aus
der Darstellung in den 1 und 2 wird ohne
weiteres klar, dass sich für
unterschiedliche Außendurchmesser
von Steckerkapillaren 10 lediglich entsprechend ihres Innendurchmessers
angepasst Druckstücke 30 bzw.
Dichtelemente 40 verwendet werden müssen, wogegen das Steckergehäuse 20 gleich
bleiben kann, vorausgesetzt, die zentrale Bohrung im vorderen Bereich
des Gewindeteils 22 ist groß genug, um die betreffende
Steckerkapillare 10 aufzunehmen.
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Unterschiedliche
Tiefen von Aufnahmeöffnungen 53,
die toleranzbedingt oder herstellerbedingt variieren können, lassen
sich ebenfalls dadurch ausgleichen, dass das Gewindeteil des Steckergehäuses 22 in
axialer Richtung eine ausreichende Länge aufweist.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Konstruktion einer Steckereinheit 3 gewährleistet
auch bei unterschiedlichen Tiefen der Aufnahmeöffnung 53 der Buchseneinheit 5,
dass die Stirnfläche
der Steckerkapillare 10 immer mit einer definierten Kraft
gegen die Bodenwandung 51 der Aufnahmeöffnung 53 positioniert
wird.
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Zur
Demontage des Verbindungssystems 1 muss lediglich das Steckergehäuse 20 aus
dem Buchsengehäuse 50 herausgeschraubt
und die Steckerkapillare 10 zusammen mit dem Druckstück 30 und
dem Dichtelement 40 aus der Aufnahmeöffnung 53 herausgezogen
werden. Die Durchmesservergrößerung im
Bereich des Beaufschlagungsbereichs 11 der Steckerkapillare 10 gewährleistet
dabei sicher, dass das Dichtelement 40 beim Herauszie hen
der Steckerkapillare 10 nicht in der Aufnahmeöffnung 53, insbesondere
dem inneren, zylindrischen Bereich verbleibt und anschließend mühsam entfernt
werden muss. Soll die Steckereinheit 3 anschließend wieder montiert
werden, ggf. in einer anderen (gleichartigen) Buchseneinheit 5,
so kann ggf. das Dichtelement 40 auch ausgetauscht werden.
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Ist
es nicht möglich,
wie vorstehend beschrieben, ein neues Dichtelement über den
Beaufschlagungsbereich 11 hinweg auf die Kapillare aufzuschieben
(oder die Steckereinheit 3 vom anderen Ende der Steckkapillare 10 her
aufzuschieben), so kann ggf. das vorderste Ende der Steckerkapillare 10 mit
dem Beaufschlagungsbereich 11 abgeschnitten und nach dem
erneuten aufschieben der erforderlichen Komponenten der Steckereinheit 3,
insbesondere eines neuen Dichtelements 40, erneut ein Beaufschlagungsbereich 11 hergestellt
werden.
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Als
Material für
das Dichtelement 40 kann beispielsweise PEEK oder ein Werkstoff
mit geeigneten chemischen und physikalischen Eigenschaften verwendet
werden.
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3 zeigt
eine Darstellung einer weiteren Steckereinheit 1 im montierten
Zustand ähnlich 2,
wobei die Steckerkapillare 10 eine äußere Mantelschicht 12 aufweist,
die aus einem leicht plastisch deformierbaren Material besteht und
die eine innere Mantelschicht umgibt. Die äußere Mantelschicht kann beispielsweise
aus Kunststoff bestehen, der thermisch verformbar ist, während die
innere Mantelschicht aus einem Material besteht, welches zur Führung der
betreffenden Flüssigkeit
geeignet ist, beispielsweise aus Edelstahl, Glas, Fused Silica oder
einem anderen Kunststoff. Diese Materialien eignen sich selbstverständlich auch
als Material für
eine Steckerkapillare 10, die eine nur aus einem einzigen
Material bestehende Wandung aufweist (vgl. z. B. die in 1 und 2 dargestellte
Ausführungsform).
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Bei
der Ausführungsform
nach 3 kann die innere Mantelschicht auch über den
trompetenartig deformierten vorderen Teil der äußeren Mantelschicht 12 hinausragen,
wobei dieser vorkragende Teil im montierten Zustand der Steckereinheit 1 in den
an den Beaufschlagungsbereich 11 des vorderen Bereichs 56 der
Aufnahmeöffnung 53 angrenzenden
Teil des im Buchsengehäuse
ausgebildeten Kanals für
die zu führende
Flüssigkeit
hineinreichen kann. Somit kann zur Herstellung des trompetenartig verdickten
Teils der Steckerkapillare 10 ein vorderer Teilbereich
der äußeren Mantelschicht 12 zurückgeschoben
und dabei plastisch verformt werden. Allerdings besteht dabei der
Nachteil, dass hierbei ein nicht durchströmtes Totvolumen zwischen der
Stirnseite der inneren Mantelschicht und dem Beaufschlagungsbereich 11 entsteht,
wenn nicht der Außendurchmesser
der inneren Mantelschicht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des
Kanals im Buchsengehäuse 50 entspricht.
Dies bedeutet jedoch das Einhalten entsprechend geringer Fertigungstoleranzen,
was mit entsprechendem Aufwand verbunden ist. Es ist jedoch auf
einfache Weise möglich,
die Stirnfläche
des verdickten vorderen Bereichs der äußeren Mantelschicht 12 bündig mit
der Stirnseite der inneren Mantelschicht zu gestalten, indem der
vorstehende Teil der inneren Mantelschicht nach dem Herstellen des
Beaufschlagungsbereichs bündig
abgetrennt wird.
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4 zeigt
eine Steckereinheit 5, bei welcher das Steckergehäuse 20 einen
radialen Schlitz 23 aufweist, der es ermöglicht,
dass das Steckergehäuse 20 von
der Seite her auf die Steckerkapillare 10 aufgeschoben,
bzw. die Steckerkapillare 20 über den Schlitz 23 in
die hierfür
vorgesehene koaxiale Montageposition innerhalb des Steckergehäuses 20 eingesetzt
wird. Dies erleichtert die Montage bzw. Demontage sowie den Austausch
des Steckergehäuses 20.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
eines Verbindungssystems 1, bei dem die Steckereinheit 5 durch
ein zweiteilig ausgebildetes Gehäuse 60, 80 ergänzt ist,
in welchem ein Filter (bzw. eine Fritte) 71 vorgesehen
ist. Das erste, topfförmig
ausgebildete Gehäuseteil 60 nimmt
den scheibenförmigen
Filter 71 auf, dessen radial äußerer Randbereich zwischen der
Stirnfläche
des zweiten Gehäuseteils 80 und
dem Boden des ersten, topfförmigen
Gehäuseteils 60 gehalten
ist. Der äußere Randbereich übernimmt
dabei gleichzeitig eine Dichtfunktion und kann hierzu aus einem
geeigneten Material ausgebildet sein. Der radial innere Bereich
des Filters 71 stellt den eigentlichen Filterbereich 70 dar
und kann hierzu in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Das
zweite Gehäuseteil 80 ist
in seinem rückwärtigen Bereich
so ausgebildet wie das Buchsengehäuse 50 und weist eine
entsprechende Aufnahmeöffnung 53 auf.
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Der
vordere Bereich des ersten Gehäuseteils 60 greift
in die rückwärtige Ausnehmung
im Steckergehäuse 20 ein,
wobei das Steckergehäuse 20 und
das Gehäuseteil 60 vorzugsweise
so ausgebildet sind, dass sie gegeneinander axial drehbar verbunden
sind. Dies kann beispielsweise durch eine in axialer Richtung rastende
Verbindung der Teile erfolgen. Die Steckerkapillare 10 ist
in diesem Fall vorzugsweise fest und dicht mit dem Gehäuse 60, 80,
insbesondere mit dem ersten Gehäuseteil 60,
verbunden, beispielsweise durch Verschweißen, wobei der Kanal der Steckerkapillare 10 über einen
im Gehäuse 60, 80 ausgebildeten
Durchflussbereich, in welchem der Filter 71 angeordnet
ist, fluidisch mit der Aufnahmeöffnung 53 im
zweiten Gehäuseteil 80 verbunden
ist. Die Steckerkapillare 10 muss dann hinsichtlich ihrer Länge entsprechend
abgelängt
sein. Durch die drehbare Verbindung des Steckergehäuses 20 ist
gewährleistet,
dass sich bei einer Montage der gesamten Steckereinheit 5 (die
in diesem Fall das Gehäuse 60, 80 und
die Fritte 71 mit umfasst) die Kapillare nicht mitgedreht
werden muss, wenn das Steckergehäuse 20 in
die Aufnahmeöffnung 53 des
Buchsengehäuses
eingeschraubt wird.
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Durch
die einfache, werkzeugfreie Montage der Steckereinheit 5 in
der Buchseneinheit 3 kann der Filter schnell ausgetauscht
oder gereinigt werden.
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Die
vorstehend nur in Verbindung mit einer konkreten Ausführungsform
beschriebenen konstruktiven und funktionellen Merkmale können selbstverständlich auch
miteinander zu weiteren möglichen Ausführungsformen
kombiniert werden.