中空纤维接口的制作方法

专利名称：中空纤维接口的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于用在场流分馏(Feldflussfraktionierung)的中空纤维的端部的中空纤维接口，该中空纤维接口包含连接元件，该连接元件具有用于容纳中空纤维端部的通孔。
背景技术：
在使用中空纤维进行场流分馏的装置中，中空纤维担负起分离通道的功能，由混合物以及溶剂组成的样本一般通过高效液相色谱仪(HPLC)的标准接口导入中空纤维中，或从中空纤维中导出。中空纤维设置在管状壳体或筒(Kartusche)中，从而使壳体或筒径向间隔地包围中空纤维，并由此在中空纤维的外侧和壳体或筒的内侧之间形成空间 (Volumen)。在此会出现所谓的横向流(Crossf low)，在这里将其称为横流(Querstrom)，其例如由于在中空纤维内部产生的超压而以经过滤的流的形式出现，该流从中空纤维流到壳体中。该形成为横流的流体不允许被污染，因此要求中空纤维是防漏密封的，特别是中空纤维的外表面相对于周围环境是防漏密封的。中空纤维密封的困难之处在于，要在连接的密封度与中空纤维的负荷之间寻求平衡，因为中空纤维具有相对较薄的壁厚，故而非常脆弱。一方面，中空纤维到壳体的连接必须充分密封，以可靠地防止中空纤维和壳体之间出现泄漏，但是另一方面也不能由此带来过大的力作用，这会使中空纤维的内侧面无法承受过于强烈的横截面变窄，并可能因此而断裂或被撕开。例如，为了尽可能好地实现这种平衡，可以进行毛细管连接 (Kapillarverbindimgen)，但是这会极大地加重中空纤维的局部负荷，特别是在其首端和末端。由此所引起的纤维内径的收窄还会使样本在进入和流出时引发漩涡。此外，这会破坏在流入侧的精确对焦O^kussierimg)，特别是根据流量限制建立的样本对在所期望的中空纤维壁附近的开始点上的对焦。不利之处在于，当发生这种收窄时，业已分离的分馏物在输出侧会重新引发涡流，并出现谱带扩展(Bandenverbreiterung)和非对称高峰。

发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于中空纤维的接口，其能够确保安全的密封连接。 本发明的目的还在于，提出一种接口，在适度的横截面收缩以及由此产生的适度的纤维应力下，通过该接口可以使脆弱的中空纤维固定。另外的目的还在于，通过该接口确保对中空纤维的可重复的固定和密封。本发明的目的还在于，提出一种接口，其可以在最大程度上排除中空纤维的过于强烈的横截面收窄。本发明的目的通过一种用于适于进行场流分馏的中空纤维的端部的中空纤维接口得以实现，该接口具有连接元件，该连接元件具有用于容纳中空纤维的端部的通孔。为此，根据本发明提出，设置可装配在连接元件上的环形元件，在此环形元件和连接元件设计为，在连接元件上安装环形元件会使连接元件中的通孔的横截面变小，以通过连接元件的限定通孔的部段(Abschnitt)使中空纤维的端部形成密封连接。根据本发明，可以通过径向压力来密封纤维，特别是通过夹紧压力或挤压力。但是在此，不允许纤维的横截面发生剧烈变化。正如所述及的那样，困难之处在于，如何对脆弱的中空纤维进行密封，以使待测流体样品不会出现横流，以及使壳体或筒对外无渗漏。因此，需要在最大保持和密封效果与最小横截面收窄之间找到最佳折衷。在此，在不使用过多辅助手段或特殊工具的情况下，中空纤维越薄或越是多孔性的，设置或适当地装配接口就越困难。在此情况下应该指出，由于在这里所讨论的中空纤维的类型是可渗透的，也就是可液体和气体渗透的，因此在严格意义上不要将这种中空纤维与毛细管或管状材料相混淆。在根据本发明的接口中，可以借助于环或环形元件，特别是圆锥形挤压环 (Konus-Pressring)类型的环，在连接元件上施加压力，该压力能够有针对性地对准要进行径向密封的部段。在此环形元件和连接元件可以同时相对于壳体或管状壳体部件的端部受到连接件的推压。因此，根据本发明，可以以更安全的方式对中空纤维进行密封，S卩，能够对从外面作用在纤维上的用于密封的力(例如以夹紧压力的形式)预先确定正确的绝对值。这尤其对于由作为载体材料的复合材料或聚合物制成的中空纤维是特别有利的，对这种中空纤维必须审慎地进行操作，并且这种支承材料还可以具有一定的孔隙度，在此，中空纤维还可以由具有至少在外侧敷有超滤膜(Ultrafiltrationmembran)的复合材料载体构成。通过孔隙度可以设置，中空纤维沿垂直于其纤维纵轴线的径向方向对于流体或流体成分是否可渗透以及渗透到什么程度。本发明的另一个优点在于，可以不再使用各种类型的胶粘剂、密封剂(Kitmassen)或其他的粘接剂，因为包含在其中的一种或多种添加剂可能通过测量所需的运行装置释放出来，而损坏检测器。环形元件可以在组装状态下基本上沿纤维纵轴线可移开地、可拧出地或安放地设置在连接元件上。在组装状态下基本上可以在整个圆周上将所述的部段从外面贴靠到中空纤维端部上，也就是在整个圆周上从外面贴靠到中空纤维上，特别是当该部段是旋转对称的通孔时。另外，可以将环形元件关于纤维纵轴线设置在相对于该部段的位置基本位上同心的位置，即，当环形元件例如比该部段宽时，则在组装状态下，该环形元件在沿纤维纵轴线的两个方向上以大致相同的大小与该部段重叠。根据本发明的一个实施例，将中空纤维接口构造为，在环形元件的组装状态下作用于连接元件上的多个力基本上在朝向中空纤维端部的方向上径向指向纤维纵轴线。由此，可以通过密封连接，使作用于中空纤维上的力在环形元件的安装位置上基本上沿径向取向。基本沿径向意味着，环形元件首先通过径向力保证密封连接。环形元件可以是圆锥形挤压环，也可以是由不锈钢制成的切割环。在此，挤压环主要通过使其安装于上的表面变形起作用，而切割环则可以附加地通过自身进入该表面来起作用。根据本发明的实施例，连接元件具有第一区域，特别是在安装位置连接侧的区域， 该区域可以被称为径向压力区域，该区域被构造为，将径向压力传递到中空纤维上。此外， 连接元件可以具有第二区域，特别是在安装位置壳体侧的第二区域，该区域也可以被称为定位区域(Positionierbereich)。因此，连接元件可以承担至少两个功能对纤维进行密封，以及在壳体中定位连接元件，特别是在空间上分离地实现这两个功能，这有利于居中的精确性和对纤维进行密封。因为由此可以使例如径向力流和轴向力流尽可能彼此独立地作用于连接元件上。在此根据本发明，轴向力不通过在其中要确保密封连接的第一区域，而是基本上被引导通过第二区域。在此，连接侧意味着，对于环形元件或连接件或连接元件而言，是指在安装位置上远离壳体的那一侧，也就是远离例如分馏装置的那一侧。壳体侧则相反，也就是指在环形元件、连接件或连接元件上在安装位置朝向分馏装置的壳体或筒的那一侧。根据本发明的实施例，连接元件至少在第一区域中由可压缩材料制成，特别是针对径向压力。然而，这种材料的可压缩性应该低于待密封的中空纤维，但是也不能太软，由此当中空纤维的材料本身也是适当耐压的时，就能够实现密封夹紧功能。因此，第一区域的材料也不能太软，由此可以不依赖于中空纤维的材料来确定直径要缩小到什么程度。另外，优选这种材料相对于沿纤维纵轴线方向的轴向力在最大程度上是不可压缩或不可变形的。由此，即使有较大的夹紧力作用在环形元件上，也可以确保使中空纤维不受破坏或者沿纤维纵轴线不承受压力。连接元件可以至少部分地由复合材料制成，特别是在第一区域。因此，连接元件可以由在径向压力下可变形的材料制成，此外，可以将其构造为， 由于主要作用于第一区域的径向力而使径向变形基本上仅影响到第一区域，并且尽可能地对于第二区域的位置和定向是无效的。例如，这种影响可以附加或替代地通过对第一区域和第二区域的特定的几何设置来获得，在此，这些区域可以分别具有特定的壁厚，特别是第一区域的壁厚可以大于第二区域的壁厚。还可以通过这种方式，通过环形元件或连接元件的几何比例来确定中空纤维在通孔部段的区域中应该被收紧的程度。根据本发明的一个实施例，连接元件在第一区域中具有中间区域，下面将对该中间区域做进一步说明，并且该中间区域可以承受弯曲，从而在安装环形元件时，虽然第一区域可能沿径向发生变形，但是这种变形却由于中间区域的柔韧性或柔性而不会传递到第二区域。因此第二区域可以与第一区域中发生的变形无关地保持形状。根据本发明的一个实施例，限定通孔的部段基本上完全包含在第一区域中，从而使发生在第一区域中的径向变形尽可能地对第二区域的位置和定向没有影响。由此可以确保，使纤维在连接元件中密封和居中以及将连接元件定位在管状壳体上这两种职能相互分离，即使连接元件只安装有一个连接件或适配器，并且例如通过筒被夹紧。此外，还可以通过设置部段不伸入其中的中间区域使该部段与第二区域在空间上分离。根据本发明的一个实施例，将限定通孔的部段设置在第一区域的连接侧的一半处，从而实现密封与定位功能的明显的空间分离。连接侧在这里是指在朝向作用于环形元件的连接件的方向上的安装位置。根据本发明，环形元件在安装位置上可以被连接元件在径向上施加拉力，在此，该拉力使环形元件产生沿朝向中空纤维的径向作用在连接元件的第一区域上的反应力。连接元件可以由比制成环形元件的材料更松软或柔软的材料制成。这种材料性能的相互依赖性首先涉及到沿径向方向的强度，因为通过在连接元件上的移动而在环形元件中产生的应力应该能够引起通孔的径向变形。根据本发明的一个实施例，环形元件至少在一部分上具有成圆锥形扩展、从而形成内圆锥的内表面，该内圆锥在安装方向上或在安装位置上指向连接元件。换句话说，该环形元件可以实现为圆锥形挤压环，其具有挤压面。由此形成的圆锥形内表面向外扩展，并相对于环形元件的对称轴线或中央纵轴线径向向外倾斜，并设置在环形元件的与连接元件相接触的一面上。由此可以产生聚焦在该部段上、即在夹紧区域或密封区域上的挤压力。为了避免环形元件相对于连接元件扭转，可以使环形元件在其内表面上以及连接元件在其外侧上例如都具有基本上沿轴向延伸的槽或条纹。在将连接件连接到管状壳体部件时由环形元件施加于连接元件上的力由轴向分量和径向分量组成，其中，径向分量大于轴向分量，从而给出这样的力矢量该力矢量相对于垂直于连接元件纵轴线的平面仅以小角度倾斜，特别是在5° -30°的范围内，在此，径向分量的大小通过内圆锥相对于环形元件纵轴线的角度来确定。也就是说力矢量的径向分量可以随着内圆锥角度的减小而相对于轴向分量成比例地增大。可以将环形元件或环设置为，使得由轴向分量和径向分量组成的力矢量基本上垂直对准形成于环形元件或环上并作为挤压面的圆锥形内表面。因此在这种情况下力矢量的方向主要由圆锥形内表面的斜度决定，而挤压面在安装位置上平行于纤维纵轴线取向的部分则对力的方向没有明显的影响。通过这种方式可以构成无粘合剂和润滑剂的密封连接，该连接可以根据倾斜平面的原理起作用，即可以将环形元件的圆锥角设置为，使得通过径向密封施加于纤维上或施加于连接元件上的压力以相同的形式施加于触碰面(Beriihrflache)或挤压面上。通过这种方式，可以有效地避免明显的局部横截面收缩或在纤维内部脆弱的膜表面上的切割。根据本发明的一个实施例，圆锥形内表面以低于45°的角度相对于环形元件的纵轴线倾斜，特别是以5° -30°范围内的角度倾斜。该纵轴线也可以是延伸通过环形元件的中心点的中央纵轴线。特别是在将环形元件构造为旋转对称的环的情况下，中央纵轴线可以是环形元件的对称轴线。但是原则上，环形元件也可以具有任意的几何图形，尤其是不同于圆形的几何形状。连接元件可以具有外斜边(Αιιβ enfase)，其相对于连接元件的纵轴线成一定的角度，该角度基本上等于环形元件的内圆锥角。该外斜边设置在环形元件的与连接元件相接触并贴靠在连接元件的贴靠面上的那一面上。由此，可以通过简单的方式使连接元件和环形元件彼此耦合，特别是在没有工具或某种止动装置的情况下，这使安装变得更加容易。环形元件在连接元件上的位置因而在很大程度上是可以唯一确定的，从而在环形元件相对于连接元件移动时，能够最大程度地排除弯曲(Verkanten)。因此，在将连接件等拧紧在管状壳体部件上，并借助于连接件使环形元件移到并压在连接元件上之前，可以通过简单的方式使环形元件耦合在连接元件上。环形元件具有沿纤维纵轴线方向的轴向长度，该长度大于连接元件的第一外侧面或相对压力面在第一区域中的宽度，其中，连接器(Verbinder)的第一外侧面与一个或多个这样的面相符环形元件通过这些面作用于或贴靠在连接元件上。由此可以确保，连接件不会接触到连接元件，而与安装类型无关。还可以确保，要施加的径向力真正地实施，也就是环形元件没有定位在连接元件的第一外侧面上的错误的位置上，而是事实上移动到连接元件的贴靠面上。此外，还可以确保，径向压力可以在整个轴向长度上传递，而且第一外侧面不再扩展。在环形元件比连接元件的第一外侧面短，或者说比连接元件的第一外侧面稍窄的情况下，这是有可能发生的，并由此在该位置上使作用于中空纤维上的压力降低。但是，还可能出现下述情况，其中有利的是环形元件被设计成比第一外侧面稍窄，从而使施加在中空纤维上的压力在边缘区域向外逐渐变弱，以例如持续、平缓地过渡(Obergang) 到位于通孔的部段，并特别谨慎地夹住中空纤维。根据本发明的一个实施例，连接元件在限制通孔的部段中具有边条(Steg)或类似的成形凸出部，这种边条或凸出部定义第一密封面，第一密封面构造为，其在环形元件装配在连接元件上的情况下，能够密封地贴靠在中空纤维的外侧面上。借助于这种边条或类似的成形凸出部，可以特别有针对性和高效地实现密封。还可以利用边条，使居中和密封的功能在该部段中至少部分地彼此分离，例如，第一密封面首先满足密封功能，而该部段的贴靠在中空纤维上的其他部分首先满足居中和止动功能。然而，中空纤维在连接元件中原则上也可以单独通过第一密封面居中。此外，边条还可以将第一密封面定义为基本是圆柱形的，其圆度与理想的圆柱形状的偏差优选低于2/100mm。同样的公差范围也可以用于与中空纤维相接触的第二密封面。边条可以沿轴向基本上设置在第一区域的中心。可以将环形元件与连接元件一起设置为，在该位置上引发设定的挤压力，必要时是最大挤压力。基本上在中心是指在这种情况下，将边条沿纤维纵轴线设置在第一区域的整个长度的大约一半处。为了使定位功能和夹紧或压紧(Verpressen)功能更好地分离，还可以使边条进一步位于第一区域的一半处的左边，也就是与安装方向相对。在边条的中心位置上，可以通过环形元件在安装位置上产生关于该段的最大的挤压力，在此，可以通过连接器的第一外侧面的宽度以及环形元件的宽度和内圆锥的角度，确定最大挤压力的位置。由此可以使最大挤压力的位置与边条的位置相一致，例如，如果在环形元件的内侧构成圆锥形内表面，在位于圆锥形内表面和挤压面之间的过渡区上所产生的挤压力将基于特定的角度对准边条。例如，如果将一半挤压面构造为圆锥形的，可以优选将这种设置设计为，如果将该段设置在第一区域的连接侧的一半处，在安装位置上可以使合成的力矢量仍然在预设的位置作用于该部段上。根据本发明， 内圆锥的长度可以视环形元件的宽度、连接元件的第一外侧面的长度以及该部段的位置而定，以便确定最佳的力作用点。除了边条之外，在沿连接件的方向上，也就是在连接侧，还可以设置第二密封面， 特别是仅设置第二旋转对称的密封面，该密封面可以相对于边条同心地设置，其轴向长度可以大于或等于边条的宽度，并具有比边条大的内径。该第二密封面还可以例如担负起使中空纤维居中和止动的功能。边条的内径可以比第二密封面的内径小例如5%至20%，从而使边条相对于第二密封面突出5%至20%。根据本发明的一个实施例，位于边条旁边的第二密封面的轴向长度至少约为边条宽度的两倍。由此在连接侧可以建立在边条区域中从纤维的收窄(Einengimg)处到中空纤维端部的柔和或适度的过渡区。中空纤维能够经受住如上所述的与其材料和孔隙率相对应的压力，对于用于中空纤维密封的操作简单的装置而言，其重要意义在于，不会在中空纤维上施加过大的压力。这也适用于不同类型的中空纤维。生产商的问题在于，要提供一种尽量能广泛使用的接口，其根据待密封的中空纤维的类型只需要很少的改变。在根据本发明的接口中，通过根据中空纤维的特性来调整连接元件的材料，和/或当在环形元件的内部构成圆锥形内表面时，根据中空纤维的特性调整该圆锥形内表面的角度，在大多数情况下都是可以满足要求的，这将减少变形或不同的接口的数量，并减轻选择的压力。因此，环形元件和至少一个连接件可以使用在可能具有最优成本的标准实施方式中。根据本发明的一个实施例，在连接元件的径向向外的外侧面上设置凸肩 (Absatz)，作为用于环形元件的止挡件。这种例如径向凸出的凸出部形状的凸肩构成在第二区域中。由此使连接器的第一外侧面受到该凸肩的限制，在组装状态下或在将连接件连接到壳体时，环形元件贴靠在该凸肩上。另外，该止挡件或凸肩还用于吸收由环形元件施加的轴向力，并防止环形元件在连接元件上移动得过远。该凸肩还有用于使连接元件扭转保护地定位在类似于壳体这样的部件中。还可以将凸肩构造为，在安装位置上将作用于连接元件上的转矩传递到管状壳体部件中，从而使中空纤维不扭曲。通过凸肩还可以确保，将连接元件抗扭地定位在壳体中。根据本发明的一个实施例，凸肩是沿径向具有最大外部尺寸的连接元件的一部分。凸肩可以具有比环形元件的内圆锥的任意直径大的外径。由此可以确保，环形元件在各种情况下都可以贴靠在凸肩上，而与圆锥形内表面的角度无关。此外，根据本发明附加地设置用于与场流分馏装置耦合的连接件，特别是当连接根据本发明的环形元件和根据本发明的连接元件时。该连接件可以耦合在容纳和环绕中空纤维的壳体部件上，并通过环形元件和连接元件的一起移动来保证密封。为此，连接件可以具有例如通孔形状的通路，并在内部空间的安装位置上容纳或环绕环形元件以及连接元件。为此，该连接件主要用于在壳体和环形元件之间施加和传递轴向力。连接元件可以在安装位置上在壳体侧具有管状端部，该端部的外径仅稍稍大于连接器的内侧面直径，从而使连接元件在壳体侧在第二区域的端部上形成管状、薄壁的居中接口(kntrieranschluss)。通过该管状端部或某种定心装置，可以使连接元件的两种功能彼此分离，特别是在壳体中居中的功能和扭转保护功能。由此使连接元件例如还在流动技术方面良好的连接在管状壳体部件上。在此该居中接口可以在安装位置上接合到壳体的空间中。如前所述，作用于中空纤维上的力可以由连接元件第一区域的变形而产生，这种变形由环形元件引起，其中，环形元件在安装位置上设置在连接件和连接元件之间，在此， 连接件单独通过环形元件作用于连接元件，从而作用于中空纤维。环形元件可以在安装位置上通过连接件主要承受沿纤维纵轴线的轴向方向的压力。也就是说，在连接件和环形元件之间不能出现径向力的传递。根据本发明，将中空纤维接口构造为，不但在中空纤维的端部和连接元件之间，而且在连接元件和场流分馏装置的容纳中空纤维的壳体之间都可以形成密封连接，其中，在中空纤维的端部和连接元件之间的密封连接是利用限定通孔的部段并借助于连接件，通过使环形元件相对于连接元件轴向移动，利用径向作用力而形成，而连接元件和管状壳体部件之间的密封连接是通过连接元件的前端面，借助于轴向作用力形成。由此可以单独通过安装连接件形成两种密封连接，S卩，不仅可以使中空纤维密封， 还可以使中空纤维和壳体之间的空间密封。除了在限定通孔的部段中的密封之外，还可以通过连接元件的管状端部和/或前端面，在连接元件和壳体之间形成密封。为此，中空纤维可以设置在壳体的接口处，该接口可以具有外螺纹。中空纤维的直径例如可以在1.3mm范围内，并由复合材料载体制成。复合材料载体可以具有敷设在内侧和外侧上的超滤膜。壳体可以具有例如高效液相色谱(HPLC)标准接口。可以将壳体接口构造为具有外螺纹的支承件或套管。根据本发明的一个实施例，将连接件作为用以与管状壳体部件螺丝连接的连接螺母，特别具有内螺纹。连接螺母可以在一个或多个管状壳体部件上/中拧紧，其中，当环相对于连接元件轴向移动时，或者在连接螺母与环形元件之间，或者在环形元件与连接元件之间发生相对运动，这将视环形元件是否应与连接螺母共同转动而定。根据本发明的一个实施例，将环形元件的面向连接元件和面向连接件的各个表面设置为，在装配期间，在环形元件的后端面与连接件的触碰面之间所产生的摩擦力小于在环形元件的挤压面与连接元件的第一外侧面之间所产生的摩擦力。由此可以确保，环形元件本身不会相对于连接元件扭转，即使由于连接件相对于环形元件的相对转动而传递了摩擦力。由此可以完全避免环形元件相对于连接元件的弯曲。在此可以将环形元件的一个表面理解为环形元件的后端面，也就是指，在安装位置上远离装置或壳体的侧面。如上所述，可以将连接件构造为，在连接壳体或筒时，沿朝向环形元件的施加力， 该力至少近似平行于中空纤维的纤维纵轴线。这个近似平行的方向可以确保，连接件在与环形元件接触之前，必须沿一定的路线首先在壳体接口的螺纹上拧紧。由此可以防止，环形元件与连接元件一起弯曲。此外，根据本发明提出一种具有至少一个根据本发明的中空纤维接口的分馏装置，其中，该分馏装置容纳中空纤维，并通过中空纤维接口在一个或两个端部上密封地保持或安放中空纤维。


下面根据实施例，并通过附图对本发明做进一步地说明。图1以分解图的形式示出了根据本发明一种优选实施方式的中空纤维接口的组件的透视图；图2以分解图的形式示出了如图1所示中空纤维接口的组件的截面图；图3示出了如图1所示中空纤维接口的组件在组装状态下的截面图；图4示出了在相对于图1的局部视图中的中空纤维接口的组件的透视图，其中，连接元件和壳体接口相对于图1中的连接元件和壳体接口有所改变；图5以分解图的形式示出了根据本发明的优选实施方式的环形元件和连接元件的截面图；图6示出了如图3所示的环形元件和连接元件在组装状态下的截面图；图7示出了位于一个筒上的两个中空纤维接口的透视侧视图，其中，一个中空纤维接口根据这种优选的实施方式处于组装状态下，另一个中空纤维接口以分解图示出。其中，附图标记说明如下1中空纤维接口 ； 10连接件；11连接件内螺纹；12触碰面；20环形元件；22内圆锥；23内斜边；24环形元件的前端面；2 环形元件的后端面 25挤压面；30连接元件；30a第一区域；30b第二区域；30c中间区域；CN 102527235 A
31支承面；32凸肩；33外斜边；33a连接器的第一外侧面；33b受压区域；34连接元件的前端面；35部段；350通孔；3 第二密封面；351边条(Steg) ；351a第一密封面；36连接器的内侧面；37管状端部；38连接器的第二外侧面；39内部斜边过渡区；40管状壳体部件；41壳体接口 ；42 外螺纹；43a,43b 凹部；44a,44b 凸出部；50纤维；51中空纤维的外侧面；52中空纤维的内侧面；60空间；70凸缘状接口 ；A纤维纵轴线；B轴向箭头；C径向取向的箭头。
具体实施例方式在图1和图2中示出了具有环形元件20和连接元件30的中空纤维接口 1，另外还示出了连接件10，连接件10可以与管状壳体部件40的端部耦合，以使中空纤维50保持在管状壳体部件40的内部并密封地定位。管状壳体部件40构成了筒，特别是按照外管的类型，以便密封地安放定位在其中的中空纤维50。连接件10被构造为具有通孔的套管，并在内部的凸肩上具有径向面12，当安装中空纤维接口 1时，连接件10通过该径向面贴靠在毗邻的环形元件20的端面上。此外，如图3所示，连接件10可以具有内螺纹11，从而使其能够在位于管状壳体部件40上并与壳体接口 41相符的外管的外螺纹42上拧紧。在此，在连接元件上沿纤维纵轴线A的方向驱动环形元件20到连接元件30上。在安装位置，连接件 10如图所示地搭接到壳体接口 41的明示的部分上，还有连接元件30以及环形元件20。由此可以确保，连接件10基本上同轴对准纤维纵轴线A，并轴向作用于环形元件20上。在图 5中，该在环形元件20上的作用方向用轴向箭头B表示，而径向取向的箭头C则表示，在该方向上，有力作用于连接元件30的第一外侧面33a上。作为对如图1所示实施方式所作的修改，在图4中示出了管状壳体部件40的圆柱形壳体接口 41，其具有两个设置在其端面上并直径相对的凹部43a、4!3b和环形连接元件 30，该环形连接元件具有两个在其外围表面上径向向外耸起并直径相对的凸出部44a、44b。 凸出部44a、44b构成定位横档，用于与位于壳体接口 41的端面上的凹部43a、4!3b相接合， 凹部43a、43b具有与凸出部44a、44b互补的形状。因此，位于壳体接口 41上的凹部43a、 43b和位于连接元件30外侧的凸出部44a、44b共同构成了对连接元件30与壳体接口 41之间的抗扭连接的止动。因此，在将连接件10在壳体接口 41上拧紧时，可以防止这种转动通过环形元件20转移到连接元件30上。通过注塑制造，可以特别简单地构成壳体接口 41上的凹部43a、4 和连接元件30上的凸出部44a、44b，此外，基于成本的原因，该方法同样可用于生产管状壳体部件40，该管状壳体部件对于中空纤维接口 1是不可或缺的组件，并因此建议总布局或筒使用一次性产品。换句话说，这种转动通过连接元件30转移到中空纤维 50上，在不利的情况下有可能使中空纤维绞合，由此可能无法排除对中空纤维50上的敏感的膜涂层的伤害。图5还示出了位于环形元件20上的挤压面25和内圆锥22，并且在连接元件30上可以看到通孔350，该通孔由部段35限定，并可以将中空纤维(如图3所示)密封地保持在该通孔中。连接元件30还包括具有支承面31的凸肩32，环形元件20在安装位置上可以抵靠或贴靠在该支承面上，如图6所示。环形元件20贴在凸肩32上，并与连接元件30的这样的侧面相重叠，在安装位置上，将连接件10(如图3所示)设置在该侧面上。中空纤维 50被夹紧或夹住地保持在通孔350中，并在此被压缩，也就是成为边条351的重要部分。下面根据图1到图6中的详细视图，对所示出的中空纤维接口的功能和工作方式进行说明。首先，通过连接件10可以将环形元件20和连接元件30与管状壳体部件40轴向夹紧，其中，由连接件10施加并基本沿纤维纵轴线A的方向的轴向力线通量通过环形元件 20和连接元件30被引导至管状壳体部件40的外螺纹42中，从而在触碰面12和外螺纹42 之间获得封闭的力线环形元件20和连接元件30承受压力，而连接件10主要承受拉力，特别是在与壳体接口 41相重叠的区域内。因此，可以利用连接件10，通过环形元件20在连接元件30上施加轴向力，并且在连接件10的触碰面12和壳体接口 41上的外螺纹之间存在力线通量，其沿轴向流经环形元件20和连接元件30。由此可以通过相对稳定地设置环形元件20和连接元件30而传递较大的轴向力，并形成安全的密封连接，特别是在位于连接元件30和壳体接口 41之间的界面上，其主要是通过管状端部37和/或通过连接元件30的前端面34，如图5和图6所示。在此最直接的是通过前端面34传递该轴向力。然而需要说明的是，无论是管状端部37的侧面，还是前端面34或位于管状壳体部件40上的相应的接触面，都可以利用能够起到密封作用的表面来实现，从而可以使位于中空纤维50和管状壳体部件40之间的空间60相对于周围密封。该空间60也可以构成连接元件的一部分，特别是通过内侧面36，如图3和图5所示。管状端部37的侧面或位于管状壳体部件40上的相应的接触面都可以较容易地构造为圆锥形的，从而能够依靠所施加的轴向力实现压配合 (Presssitz,压合座)。现在，为了阐明密封中空纤维50这一功能，首先要说明的是，尽管可能存在较高的轴向夹紧力，但是，根据本发明的中空纤维接口 1能够确保对中空纤维50实现小心、可细微调整的保持和密封。在此可以看到，在所述连接元件30的优选的实施方式中，可以将径向密封和保持中空纤维50和相对于管状壳体部件轴向密封连接元件30这两种功能分离开。为此在所述实施例中，设置第一区域30a，使其与第二区域30b空间分离，并设置中间区域30c作为这两个区域之间的过渡区，该过渡区为第一区域30a所包围。在第一区域30a 中主要产生径向压力，并传递到中空纤维50上，在此，中空纤维50可以被收窄到预设的程度，如图6所示。中空纤维以其外侧面51在部段35中固定在通孔350中，并加以密封，特别通过边条351的第一密封面351a密封，也可以通过第二密封面3 密封。该径向压力由环形元件 20产生，并沿受挤压的区域3 从第一外侧面33a开始传输到部段35上，特别是传输到边条351上。在组装时，环形元件20可以首先通过内圆锥22与连接元件30耦合，并首先贴靠在位于连接元件30上的外斜边33上。为了使环形元件20到达安装位置，通过连接件10 在环形元件20的后端面2 上施加轴向力，直至环形元件20碰在凸肩32上，也就是通过环形元件20的前端面M贴在支承面31上。由此，通过环形元件20的几何形状和凸肩32 的位置，可以在组装状态下得到受挤压的区域33b，通过该区域可以施加指向部段35的径向力。在图6中示出了在连接元件30上受挤压的区域33b，通过该区域，环形元件20不仅通过内圆锥22的一部分，还通过平行延伸的挤压面25的一部分，作用于连接器30的第一外侧面33a上。下面按时间顺序对图5和图6做出详细说明。利用相应的箭头表示在压紧过程中起作用的力。特别是位于环形元件20上的轴向箭头B表示可由连接件(如图2所示)施加的力，而位于连接元件30上的径向箭头C表示由环形元件20作用于连接元件30上的力。图5示出了中空纤维接口 1的一种优选的实施例，其具有环形元件20和连接元件30，其中，在环形元件20上，力基本沿纤维纵轴线A的方向作用，而在连接元件30上，与环形元件20施加的力虽然也沿纤维纵轴线A的方向作用，但大多数情况下沿径向作用，也就是几乎垂直于纤维纵轴线A。在环形元件20上可以看到前端面M，其被设置用以与连接器30的支承面31相接触。通过该界面可以将较高的轴向力从连接件10传递到壳体接口 41(见图幻上，从而可以确保，在连接元件30和壳体之间形成密封连接。该轴向力经过后端面2 被传送到环形元件20上，特别是经过连接件的触碰面。环形元件20还具有挤压面 25，该挤压面逐渐转变为内圆锥22或围绕内圆锥22。内圆锥22径向向外倾斜，也就是说， 其相对于纤维纵轴线A沿连接器30的方向具有较小的角度，约为5°到35°，或到40°。 如图所示，内圆锥22占有环20的宽度的一半，而另一半则由基本平行于纤维纵轴线A或环形元件20的对称轴线的平面构成，作为挤压面25的一部分。挤压面25越过斜边(Fase) 转变为后端面Ma。例如，斜边23可以在去往连接件的界面充当无脊的边沿(gratfreie Kante)，从而在连接件与环形元件20之间可能的相对运动中不会产生较高的摩擦力。如上所述，连接元件30具有两个各自具有独立功能的区域，一个是第一区域或挤压区域30a，另一个是第二区域30b。在这里的图解说明中，区域30a和30b是通过支承面 31局部可彼此分离的，在此，将挤压区域30a设置为，将由环形元件20所施加的力通过部段 35传递到斜边(未示出)上。如图所示，在该挤压区域30a中，限定通孔350的部段35以环形壁的形式基本设置在设置有背向段32的一半挤压区域30a的那一半中，其中，部段35 具有边条351，在该边条上，第一密封面351a基本上能够承担斜边的密封和保持功能。另外，在限定通孔350的部段35上设置有第二密封面35a，如图所示，该第二密封面具有比边条351更大的内部尺寸。由此，与第二密封面3 相比，边条351可以在必要时在中空纤维50上施加更大的力，或者至少更高的压力；但是，第二密封面3 可以附加地确保例如居中的功能。在挤压区域30a的指向环形元件20的侧面上设置外斜边33，其相对于纤维纵轴线A可以具有与环的内圆锥22相同的角度，从而能够以简单的方式将环20安装在连接元件30上。在环形元件20通过某个连接件被完全在连接元件30上拉开或在连接元件30上压紧之前，环形元件20特别可以通过外斜边33别在连接元件上，并且在那里不需要安放其他的固定物。外斜边33的优势在于，当使连接件相对于管状壳体部件对齐时，可以确保连接件在与环形元件20接触之前，经过一定的路线首先在壳体部件的螺纹上拧紧。 因此，通过斜边33也可以防止环形元件20弯曲，即使环形元件20在其移开之前短时间内不再是可接近的。连接元件30在凸肩32上还具有第二外侧面38，通过该第二外侧面可以确保连接器30在每个壳体中的径向扭转保护。例如，这种扭转保护可以通过第二外侧面38的特别粗糙的表面会同压配合在壳体中实现，但是也存在形状配合，特别是当凸肩32没有被构造为圆柱形，而是具有咬合的或以其他方法结构化的第二外侧面。第二外侧面38经过连接元件30的前端面34转入管状端部37中，连接元件30可以利用该管状端部在管状的壳体部件或装置中居中。由于内侧面36的内部尺寸仅略小于管状端部37的外部尺寸，因此，内侧面36与管状端部37 —起构成与连接元件30的其他壁厚相比更加薄壁的连接块 (Anschluss-Stiick)。内侧面36经过斜边过渡区(Fasenubergang)39(如图所示，其已经设置在挤压区域30a中)转入边条351中。这个位于内部的斜边过渡区39虽然是由设计决定的，但是它也可以行使职能其角度或长度会影响到，施加在挤压区域30a中的基本为径向的力是否传递到第二区域30b中，以及传递强度有多大。如图所示，相对于纤维纵轴线A比较陡峭地设置内部斜边过渡区39，即大于45°，并在挤压区域30a中的一个地点结束，该地点与凸肩 32或支承面31之间具有最短距离，从而在此也可以根据壁厚、位置和几何比例，将挤压区域30a与第二区域30b分开。位于内部斜边过渡区39和凸肩32之间的区域在此可以称为中间区域30c，其仅具有极小的弯曲刚度，但是却具有较高的抗压刚度(Drucksteifigkeit)。 如果设置中间区域30c，由此也可以将第一区域30a理解为横向连接中间区域30c的区域， 而不是包围。因为中间区域30c被设置为，在其中主要传递弯曲力，而不传递径向压力。此外，如图5所示，中间区域30c已处于内侧面36的范围内，并成为第一区域30a 中具有最小壁厚的一段或一部分。在这种几何关系的实施方式中，可以通过特别高效的方式，将施加在连接元件30的第一外侧面33a上的压力传递到部段35上，却不会使第一区域 30a中的变形明显地转移到第二区域30b的第二外侧面上。这在很大程度上与对连接元件 30的材料的选择无关。图6示出了处于组装状态下的图5的组件。中空纤维接口 1现在会同中空纤维50 一起示出，并且很明显，由环形元件20施加在连接元件30上的力通过某种方式作用于中空纤维50上。中空纤维50利用其外侧面51保持在位于连接器30的挤压区域或段中的通孔 350的内部。根据内圆锥22在环形元件20上的倾斜或角位置，可以与内圆锥22的长度或环20的宽度相关联地使力作用点与边条的位置相一致，特别是与环20在连接元件30上的位置有关。这已通过相应的箭头沿力作用的方向标出。通过边条351，但是也通过第二密封面，使中空纤维不仅通过其外侧面51，还通过其内侧面52，在横截面上发生变化，在这种情况下被压缩。其中，中空纤维50的横截面收缩在边条351的位置上最明显，也就是在力矢量所指向的位置。径向力可以被传递通过通孔350的整个区域。在组装状态下，环形元件 20以其前端面M贴靠在凸肩32的支承面31上。在此，环形元件20搭接在连接元件30的相对的侧面上。通过这种方式，可以使力通过挤压区域30a的宽阔区域均勻地施加在连接元件30上，同时根据内圆锥22的角度，使力线通量聚焦于边条。用于使连接元件30的密封面35a、35Ia的内径横截面变窄的边条351设置在特定的、必要时可能压力最大的位置上。边条351可以通过高达30巴(bar)的压力的反作用力使纤维50密封。同时可以防止纤维50在连接元件30的内部沿轴向滑动。利用从外面施加的均勻的力，将纤维50相对于壳体40或筒的其他部分同轴安放。纤维50的精确的同心性是非常重要的，因为，众所周知，如果旋转对称不佳或者没有，就会产生极坏的分离。由于在这种情况下存在使纤维50相对于输入管道错位的危险，从而由于所出现的紊流，使得样本在输入侧的对焦/松弛(Relaxierimg)变坏，此外，还使业已分离的分馏物在输出侧混合。图7示出了连接管状壳体40以及两个连接件10的中空纤维接口 1，其中，一个连接件10处于已组装状态下，另一个连接件10与环形元件20和连接元件30 —起以分解图的形式示出。所示出的壳体40例如可以是分馏装置的部件。联系图2和图3可以看出，中空纤维50在直径基本小于壳体40的直径，从而在它们之间产生空间60或径向空间，在该空间中有横流流动，横流通过凸缘状的接口 70排出。为了适应不同的应用，筒40的长度可以通过简单的方式加以调整。在连接件10被完全拉动之后，环形元件20、连接元件30和中空纤维彼此连接，从而使它们不再能够以简单的方式彼此分离。但是如果有必要，可以使环形元件20具有比连接元件30更大的径向伸展，这将是有利的，从而可以利用相应的工具将环形元件20从连接元件30摘下，其中，工具作用于前端面M上。完整的筒40可以在壳体接口的入口侧和出口侧上包含两个相同的接口。如果将这两个接口封闭，并将中空纤维压入各个连接元件30 中，则中空纤维一般不再能够被拆卸，至少不能被无破坏性地拆卸。根据本发明的用于连接中空纤维50与管状壳体部件40的接口已经证实适用于各种不同的纤维直径。其有利于在调整孔直径时满足严格的公差范围，因为已有的2/100毫米的偏差可能降低密封效果。对于与纤维50和壳体40之间的横流相对应的部分空间60， 如果所使用的空间是非常大的，可以利用例如直径约为0. 5mm的细微玻璃球或复合材料球填充空间60。位于筒40上的横流接口 70可设置作为标准接口。
权利要求
1.一种用于适用于场流分馏的中空纤维(50)的端部的中空纤维接口(1)，该接口具有连接元件(30)，该连接元件具有用于容纳该中空纤维(50)的端部的通孔(350)，其特征在于，具有可装配在所述连接元件(30)上的环形元件(20)，其中，将所述环形元件00)和所述连接元件(30)设计为，将所述环形元件00)安装在所述连接元件(30)上会导致所述连接元件(30)中的通孔(350)的横截面减小，以通过所述连接元件(30)的限定所述通孔 (350)的部段(3 使所述中空纤维(50)的端部形成密封连接。
2.如权利要求1所述的中空纤维接口，其特征在于，所述环形元件00)在组装状态下沿纤维纵轴线(A)可移开地设置在所述连接元件(30)上。
3.如权利要求1或2所述的中空纤维接口，其特征在于，在所述环形元件00)的组装状态下作用于所述连接元件上的多个力在朝向所述中空纤维(50)的端部的方向上径向指向所述纤维纵轴线(A)。
4.如权利要求1到3中任一项所述的中空纤维接口，其特征在于，所述连接元件(30) 具有第一区域(30a)，该区域构造为，将径向压力传递到所述中空纤维(50)上。
5.如权利要求4所述的中空纤维接口，其特征在于，所述连接元件(30)至少在所述第一区域(30a)中由可压缩材料制成。
6.如权利要求4或5所述的中空纤维接口，其特征在于，所述第一区域(30a)由这样的材料制成该材料相对于沿所述纤维纵轴线(A)方向的轴向力在很大程度上是不可压缩的。
7.如权利要求4到6中任一项所述的中空纤维接口，其特征在于，所述限定所述通孔 (350)的部段(35)完全包含在所述第一区域(30a)中。
8.如权利要求1到7中任一项所述的中空纤维接口，其特征在于，所述环形元件00) 具有内表面，该内表面至少在一段中圆锥形地扩展，从而形成内圆锥02)。
9.如权利要求8所述的中空纤维接口，其特征在于，所述内圆锥02)的内表面以低于 45度的角度相对于所述环形元件的纵轴线倾斜。
10.如权利要求1到9中任一项所述的中空纤维接口，其特征在于，所述环形元件00) 具有沿所述纤维纵轴线(A)方向的轴向长度，该轴向长度大于所述连接元件(30)的第一外侧面(33a)在所述第一区域(30a)中的轴向长度。
11.如权利要求1到10中任一项所述的中空纤维接口，其特征在于，所述连接元件 (30)在所述限制所述通孔(350)的部段(3 上具有向内突出的边条(351)，该边条定义第一密封面(351a)，该第一密封面构造为，在所述环形元件00)装配在所述连接元件(30)上的状态下，使所述第一密封面密封地贴靠在中空纤维(50)的外侧面(51)上。
12.如权利要求11所述的中空纤维接口，其特征在于，所述第一密封面(351a)具有圆柱形的形状，其圆度与理想的圆柱形的偏差小于2/100毫米。
13.如权利要求12所述的中空纤维接口，其特征在于，沿轴向观察，所述边条(351)设置在所述第一区域(30a)的中间。
14.如权利要求1到13中任一项所述的中空纤维接口，其特征在于，在所述连接元件 (30)的外侧面上设有凸肩(32)，该凸肩作为用于所述环形元件00)的止挡件。
15.如权利要求1到14中任一项所述的中空纤维接口，其特征在于，设有连接件(10)， 该连接件在连接所述环形元件00)和所述连接元件(30)的情况下，用于与围绕所述中空纤维(50)的管状壳体部件GO)相耦合。
16.如权利要求15所述的中空纤维接口，其特征在于，该中空纤维接口(1)构造为，在所述中空纤维(50)的端部和所述连接元件(30)之间以及在所述连接元件(30)和所述容纳中空纤维(50)的管状壳体部件GO)之间形成密封连接，其中，在所述中空纤维(50)的端部和所述连接元件(30)之间的密封连接通过所述限定所述通孔(350)的部段(3 并借助于所述连接件(10)，通过相对于所述连接元件(30)轴向移动所述环形元件(20)，通过径向作用的力形成；在所述连接元件(30)和所述管状壳体部件GO)之间的密封连接通过所述连接元件(30)的前端面(34)，通过轴向作用的力形成。
17.如权利要求16所述的中空纤维接口，其特征在于，将所述连接件(10)设计为连接螺母，用于与所述管状壳体部件GO)螺丝连接。
全文摘要
本发明涉及一种中空纤维接口(1)，用于在中空纤维(50)和连接元件(30)之间或在中空纤维(50)和壳体(40)之间进行径向密封连接，特别是在用于场流分馏的装置中。在此，将中空纤维(50)设置在壳体(40)的壳体接口(41)中。根据本发明，中空纤维(50)相对于连接元件(30)或壳体(40)以及相对于周围环境的密封可以这样实现借助于连接件(10)，使环形元件(20)和连接元件(30)与壳体(40)或中空纤维(50)相耦合，并使中空纤维接口(1)通过中空纤维(50)和连接元件(30)之间的部段(35)得到密封，部段(35)通过环形元件(20)相对于连接元件(30)的轴向移动产生。
文档编号B01D61/00GK102527235SQ20111037048
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月14日 优先权日2010年11月12日
发明者乌尔里希·勒施, 弗拉迪米尔·叶夫多基莫夫 申请人:怀亚特技术欧洲有限公司