中空纖維接口的製作方法

2023-05-15 10:23:36

專利名稱：中空纖維接口的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於用在場流分餾(Feldflussfraktionierung)的中空纖維的端部的中空纖維接口，該中空纖維接口包含連接元件，該連接元件具有用於容納中空纖維端部的通孔。
背景技術：
在使用中空纖維進行場流分餾的裝置中，中空纖維擔負起分離通道的功能，由混合物以及溶劑組成的樣本一般通過高效液相色譜儀(HPLC)的標準接口導入中空纖維中，或從中空纖維中導出。中空纖維設置在管狀殼體或筒(Kartusche)中，從而使殼體或筒徑向間隔地包圍中空纖維，並由此在中空纖維的外側和殼體或筒的內側之間形成空間 (Volumen)。在此會出現所謂的橫向流(Crossf low)，在這裡將其稱為橫流(Querstrom)，其例如由於在中空纖維內部產生的超壓而以經過濾的流的形式出現，該流從中空纖維流到殼體中。該形成為橫流的流體不允許被汙染，因此要求中空纖維是防漏密封的，特別是中空纖維的外表面相對於周圍環境是防漏密封的。中空纖維密封的困難之處在於，要在連接的密封度與中空纖維的負荷之間尋求平衡，因為中空纖維具有相對較薄的壁厚，故而非常脆弱。一方面，中空纖維到殼體的連接必須充分密封，以可靠地防止中空纖維和殼體之間出現洩漏，但是另一方面也不能由此帶來過大的力作用，這會使中空纖維的內側面無法承受過於強烈的橫截面變窄，並可能因此而斷裂或被撕開。例如，為了儘可能好地實現這種平衡，可以進行毛細管連接 (Kapillarverbindimgen)，但是這會極大地加重中空纖維的局部負荷，特別是在其首端和末端。由此所引起的纖維內徑的收窄還會使樣本在進入和流出時引發漩渦。此外，這會破壞在流入側的精確對焦O^kussierimg)，特別是根據流量限制建立的樣本對在所期望的中空纖維壁附近的開始點上的對焦。不利之處在於，當發生這種收窄時，業已分離的分餾物在輸出側會重新引發渦流，並出現譜帶擴展(Bandenverbreiterung)和非對稱高峰。

發明內容
本發明的目的在於，提出一種用於中空纖維的接口，其能夠確保安全的密封連接。 本發明的目的還在於，提出一種接口，在適度的橫截面收縮以及由此產生的適度的纖維應力下，通過該接口可以使脆弱的中空纖維固定。另外的目的還在於，通過該接口確保對中空纖維的可重複的固定和密封。本發明的目的還在於，提出一種接口，其可以在最大程度上排除中空纖維的過於強烈的橫截面收窄。本發明的目的通過一種用於適於進行場流分餾的中空纖維的端部的中空纖維接口得以實現，該接口具有連接元件，該連接元件具有用於容納中空纖維的端部的通孔。為此，根據本發明提出，設置可裝配在連接元件上的環形元件，在此環形元件和連接元件設計為，在連接元件上安裝環形元件會使連接元件中的通孔的橫截面變小，以通過連接元件的限定通孔的部段(Abschnitt)使中空纖維的端部形成密封連接。根據本發明，可以通過徑向壓力來密封纖維，特別是通過夾緊壓力或擠壓力。但是在此，不允許纖維的橫截面發生劇烈變化。正如所述及的那樣，困難之處在於，如何對脆弱的中空纖維進行密封，以使待測流體樣品不會出現橫流，以及使殼體或筒對外無滲漏。因此，需要在最大保持和密封效果與最小橫截面收窄之間找到最佳折衷。在此，在不使用過多輔助手段或特殊工具的情況下，中空纖維越薄或越是多孔性的，設置或適當地裝配接口就越困難。在此情況下應該指出，由於在這裡所討論的中空纖維的類型是可滲透的，也就是可液體和氣體滲透的，因此在嚴格意義上不要將這種中空纖維與毛細管或管狀材料相混淆。在根據本發明的接口中，可以藉助於環或環形元件，特別是圓錐形擠壓環 (Konus-Pressring)類型的環，在連接元件上施加壓力，該壓力能夠有針對性地對準要進行徑向密封的部段。在此環形元件和連接元件可以同時相對於殼體或管狀殼體部件的端部受到連接件的推壓。因此，根據本發明，可以以更安全的方式對中空纖維進行密封，S卩，能夠對從外面作用在纖維上的用於密封的力(例如以夾緊壓力的形式)預先確定正確的絕對值。這尤其對於由作為載體材料的複合材料或聚合物製成的中空纖維是特別有利的，對這種中空纖維必須審慎地進行操作，並且這種支承材料還可以具有一定的孔隙度，在此，中空纖維還可以由具有至少在外側敷有超濾膜(Ultrafiltrationmembran)的複合材料載體構成。通過孔隙度可以設置，中空纖維沿垂直於其纖維縱軸線的徑向方向對於流體或流體成分是否可滲透以及滲透到什麼程度。本發明的另一個優點在於，可以不再使用各種類型的膠粘劑、密封劑(Kitmassen)或其他的粘接劑，因為包含在其中的一種或多種添加劑可能通過測量所需的運行裝置釋放出來，而損壞檢測器。環形元件可以在組裝狀態下基本上沿纖維縱軸線可移開地、可擰出地或安放地設置在連接元件上。在組裝狀態下基本上可以在整個圓周上將所述的部段從外面貼靠到中空纖維端部上，也就是在整個圓周上從外面貼靠到中空纖維上，特別是當該部段是旋轉對稱的通孔時。另外，可以將環形元件關於纖維縱軸線設置在相對於該部段的位置基本位上同心的位置，即，當環形元件例如比該部段寬時，則在組裝狀態下，該環形元件在沿纖維縱軸線的兩個方向上以大致相同的大小與該部段重疊。根據本發明的一個實施例，將中空纖維接口構造為，在環形元件的組裝狀態下作用於連接元件上的多個力基本上在朝向中空纖維端部的方向上徑向指向纖維縱軸線。由此，可以通過密封連接，使作用於中空纖維上的力在環形元件的安裝位置上基本上沿徑向取向。基本沿徑向意味著，環形元件首先通過徑向力保證密封連接。環形元件可以是圓錐形擠壓環，也可以是由不鏽鋼製成的切割環。在此，擠壓環主要通過使其安裝於上的表面變形起作用，而切割環則可以附加地通過自身進入該表面來起作用。根據本發明的實施例，連接元件具有第一區域，特別是在安裝位置連接側的區域， 該區域可以被稱為徑向壓力區域，該區域被構造為，將徑向壓力傳遞到中空纖維上。此外， 連接元件可以具有第二區域，特別是在安裝位置殼體側的第二區域，該區域也可以被稱為定位區域(Positionierbereich)。因此，連接元件可以承擔至少兩個功能對纖維進行密封，以及在殼體中定位連接元件，特別是在空間上分離地實現這兩個功能，這有利於居中的精確性和對纖維進行密封。因為由此可以使例如徑向力流和軸向力流儘可能彼此獨立地作用於連接元件上。在此根據本發明，軸向力不通過在其中要確保密封連接的第一區域，而是基本上被引導通過第二區域。在此，連接側意味著，對於環形元件或連接件或連接元件而言，是指在安裝位置上遠離殼體的那一側，也就是遠離例如分餾裝置的那一側。殼體側則相反，也就是指在環形元件、連接件或連接元件上在安裝位置朝向分餾裝置的殼體或筒的那一側。根據本發明的實施例，連接元件至少在第一區域中由可壓縮材料製成，特別是針對徑向壓力。然而，這種材料的可壓縮性應該低於待密封的中空纖維，但是也不能太軟，由此當中空纖維的材料本身也是適當耐壓的時，就能夠實現密封夾緊功能。因此，第一區域的材料也不能太軟，由此可以不依賴於中空纖維的材料來確定直徑要縮小到什麼程度。另外，優選這種材料相對於沿纖維縱軸線方向的軸向力在最大程度上是不可壓縮或不可變形的。由此，即使有較大的夾緊力作用在環形元件上，也可以確保使中空纖維不受破壞或者沿纖維縱軸線不承受壓力。連接元件可以至少部分地由複合材料製成，特別是在第一區域。因此，連接元件可以由在徑向壓力下可變形的材料製成，此外，可以將其構造為， 由於主要作用於第一區域的徑向力而使徑向變形基本上僅影響到第一區域，並且儘可能地對於第二區域的位置和定向是無效的。例如，這種影響可以附加或替代地通過對第一區域和第二區域的特定的幾何設置來獲得，在此，這些區域可以分別具有特定的壁厚，特別是第一區域的壁厚可以大於第二區域的壁厚。還可以通過這種方式，通過環形元件或連接元件的幾何比例來確定中空纖維在通孔部段的區域中應該被收緊的程度。根據本發明的一個實施例，連接元件在第一區域中具有中間區域，下面將對該中間區域做進一步說明，並且該中間區域可以承受彎曲，從而在安裝環形元件時，雖然第一區域可能沿徑向發生變形，但是這種變形卻由於中間區域的柔韌性或柔性而不會傳遞到第二區域。因此第二區域可以與第一區域中發生的變形無關地保持形狀。根據本發明的一個實施例，限定通孔的部段基本上完全包含在第一區域中，從而使發生在第一區域中的徑向變形儘可能地對第二區域的位置和定向沒有影響。由此可以確保，使纖維在連接元件中密封和居中以及將連接元件定位在管狀殼體上這兩種職能相互分離，即使連接元件只安裝有一個連接件或適配器，並且例如通過筒被夾緊。此外，還可以通過設置部段不伸入其中的中間區域使該部段與第二區域在空間上分離。根據本發明的一個實施例，將限定通孔的部段設置在第一區域的連接側的一半處，從而實現密封與定位功能的明顯的空間分離。連接側在這裡是指在朝向作用於環形元件的連接件的方向上的安裝位置。根據本發明，環形元件在安裝位置上可以被連接元件在徑向上施加拉力，在此，該拉力使環形元件產生沿朝向中空纖維的徑向作用在連接元件的第一區域上的反應力。連接元件可以由比製成環形元件的材料更鬆軟或柔軟的材料製成。這種材料性能的相互依賴性首先涉及到沿徑向方向的強度，因為通過在連接元件上的移動而在環形元件中產生的應力應該能夠引起通孔的徑向變形。根據本發明的一個實施例，環形元件至少在一部分上具有成圓錐形擴展、從而形成內圓錐的內表面，該內圓錐在安裝方向上或在安裝位置上指向連接元件。換句話說，該環形元件可以實現為圓錐形擠壓環，其具有擠壓面。由此形成的圓錐形內表面向外擴展，並相對於環形元件的對稱軸線或中央縱軸線徑向向外傾斜，並設置在環形元件的與連接元件相接觸的一面上。由此可以產生聚焦在該部段上、即在夾緊區域或密封區域上的擠壓力。為了避免環形元件相對於連接元件扭轉，可以使環形元件在其內表面上以及連接元件在其外側上例如都具有基本上沿軸向延伸的槽或條紋。在將連接件連接到管狀殼體部件時由環形元件施加於連接元件上的力由軸向分量和徑向分量組成，其中，徑向分量大於軸向分量，從而給出這樣的力矢量該力矢量相對於垂直於連接元件縱軸線的平面僅以小角度傾斜，特別是在5° -30°的範圍內，在此，徑向分量的大小通過內圓錐相對於環形元件縱軸線的角度來確定。也就是說力矢量的徑向分量可以隨著內圓錐角度的減小而相對於軸向分量成比例地增大。可以將環形元件或環設置為，使得由軸向分量和徑向分量組成的力矢量基本上垂直對準形成於環形元件或環上並作為擠壓面的圓錐形內表面。因此在這種情況下力矢量的方向主要由圓錐形內表面的斜度決定，而擠壓面在安裝位置上平行於纖維縱軸線取向的部分則對力的方向沒有明顯的影響。通過這種方式可以構成無粘合劑和潤滑劑的密封連接，該連接可以根據傾斜平面的原理起作用，即可以將環形元件的圓錐角設置為，使得通過徑向密封施加於纖維上或施加於連接元件上的壓力以相同的形式施加於觸碰面(Beriihrflache)或擠壓面上。通過這種方式，可以有效地避免明顯的局部橫截面收縮或在纖維內部脆弱的膜表面上的切割。根據本發明的一個實施例，圓錐形內表面以低於45°的角度相對於環形元件的縱軸線傾斜，特別是以5° -30°範圍內的角度傾斜。該縱軸線也可以是延伸通過環形元件的中心點的中央縱軸線。特別是在將環形元件構造為旋轉對稱的環的情況下，中央縱軸線可以是環形元件的對稱軸線。但是原則上，環形元件也可以具有任意的幾何圖形，尤其是不同於圓形的幾何形狀。連接元件可以具有外斜邊(Αιιβ enfase)，其相對於連接元件的縱軸線成一定的角度，該角度基本上等於環形元件的內圓錐角。該外斜邊設置在環形元件的與連接元件相接觸並貼靠在連接元件的貼靠面上的那一面上。由此，可以通過簡單的方式使連接元件和環形元件彼此耦合，特別是在沒有工具或某種止動裝置的情況下，這使安裝變得更加容易。環形元件在連接元件上的位置因而在很大程度上是可以唯一確定的，從而在環形元件相對於連接元件移動時，能夠最大程度地排除彎曲(Verkanten)。因此，在將連接件等擰緊在管狀殼體部件上，並藉助於連接件使環形元件移到並壓在連接元件上之前，可以通過簡單的方式使環形元件耦合在連接元件上。環形元件具有沿纖維縱軸線方向的軸向長度，該長度大於連接元件的第一外側面或相對壓力面在第一區域中的寬度，其中，連接器(Verbinder)的第一外側面與一個或多個這樣的面相符環形元件通過這些面作用於或貼靠在連接元件上。由此可以確保，連接件不會接觸到連接元件，而與安裝類型無關。還可以確保，要施加的徑向力真正地實施，也就是環形元件沒有定位在連接元件的第一外側面上的錯誤的位置上，而是事實上移動到連接元件的貼靠面上。此外，還可以確保，徑向壓力可以在整個軸向長度上傳遞，而且第一外側面不再擴展。在環形元件比連接元件的第一外側面短，或者說比連接元件的第一外側面稍窄的情況下，這是有可能發生的，並由此在該位置上使作用於中空纖維上的壓力降低。但是，還可能出現下述情況，其中有利的是環形元件被設計成比第一外側面稍窄，從而使施加在中空纖維上的壓力在邊緣區域向外逐漸變弱，以例如持續、平緩地過渡(Obergang) 到位於通孔的部段，並特別謹慎地夾住中空纖維。根據本發明的一個實施例，連接元件在限制通孔的部段中具有邊條(Steg)或類似的成形凸出部，這種邊條或凸出部定義第一密封面，第一密封面構造為，其在環形元件裝配在連接元件上的情況下，能夠密封地貼靠在中空纖維的外側面上。藉助於這種邊條或類似的成形凸出部，可以特別有針對性和高效地實現密封。還可以利用邊條，使居中和密封的功能在該部段中至少部分地彼此分離，例如，第一密封面首先滿足密封功能，而該部段的貼靠在中空纖維上的其他部分首先滿足居中和止動功能。然而，中空纖維在連接元件中原則上也可以單獨通過第一密封面居中。此外，邊條還可以將第一密封面定義為基本是圓柱形的，其圓度與理想的圓柱形狀的偏差優選低於2/100mm。同樣的公差範圍也可以用於與中空纖維相接觸的第二密封面。邊條可以沿軸向基本上設置在第一區域的中心。可以將環形元件與連接元件一起設置為，在該位置上引發設定的擠壓力，必要時是最大擠壓力。基本上在中心是指在這種情況下，將邊條沿纖維縱軸線設置在第一區域的整個長度的大約一半處。為了使定位功能和夾緊或壓緊(Verpressen)功能更好地分離，還可以使邊條進一步位於第一區域的一半處的左邊，也就是與安裝方向相對。在邊條的中心位置上，可以通過環形元件在安裝位置上產生關於該段的最大的擠壓力，在此，可以通過連接器的第一外側面的寬度以及環形元件的寬度和內圓錐的角度，確定最大擠壓力的位置。由此可以使最大擠壓力的位置與邊條的位置相一致，例如，如果在環形元件的內側構成圓錐形內表面，在位於圓錐形內表面和擠壓面之間的過渡區上所產生的擠壓力將基於特定的角度對準邊條。例如，如果將一半擠壓面構造為圓錐形的，可以優選將這種設置設計為，如果將該段設置在第一區域的連接側的一半處，在安裝位置上可以使合成的力矢量仍然在預設的位置作用於該部段上。根據本發明， 內圓錐的長度可以視環形元件的寬度、連接元件的第一外側面的長度以及該部段的位置而定，以便確定最佳的力作用點。除了邊條之外，在沿連接件的方向上，也就是在連接側，還可以設置第二密封面， 特別是僅設置第二旋轉對稱的密封面，該密封面可以相對於邊條同心地設置，其軸向長度可以大於或等於邊條的寬度，並具有比邊條大的內徑。該第二密封面還可以例如擔負起使中空纖維居中和止動的功能。邊條的內徑可以比第二密封面的內徑小例如5%至20%，從而使邊條相對於第二密封面突出5%至20%。根據本發明的一個實施例，位於邊條旁邊的第二密封面的軸向長度至少約為邊條寬度的兩倍。由此在連接側可以建立在邊條區域中從纖維的收窄(Einengimg)處到中空纖維端部的柔和或適度的過渡區。中空纖維能夠經受住如上所述的與其材料和孔隙率相對應的壓力，對於用於中空纖維密封的操作簡單的裝置而言，其重要意義在於，不會在中空纖維上施加過大的壓力。這也適用於不同類型的中空纖維。生產商的問題在於，要提供一種儘量能廣泛使用的接口，其根據待密封的中空纖維的類型只需要很少的改變。在根據本發明的接口中，通過根據中空纖維的特性來調整連接元件的材料，和/或當在環形元件的內部構成圓錐形內表面時，根據中空纖維的特性調整該圓錐形內表面的角度，在大多數情況下都是可以滿足要求的，這將減少變形或不同的接口的數量，並減輕選擇的壓力。因此，環形元件和至少一個連接件可以使用在可能具有最優成本的標準實施方式中。根據本發明的一個實施例，在連接元件的徑向向外的外側面上設置凸肩 (Absatz)，作為用於環形元件的止擋件。這種例如徑向凸出的凸出部形狀的凸肩構成在第二區域中。由此使連接器的第一外側面受到該凸肩的限制，在組裝狀態下或在將連接件連接到殼體時，環形元件貼靠在該凸肩上。另外，該止擋件或凸肩還用於吸收由環形元件施加的軸向力，並防止環形元件在連接元件上移動得過遠。該凸肩還有用於使連接元件扭轉保護地定位在類似於殼體這樣的部件中。還可以將凸肩構造為，在安裝位置上將作用於連接元件上的轉矩傳遞到管狀殼體部件中，從而使中空纖維不扭曲。通過凸肩還可以確保，將連接元件抗扭地定位在殼體中。根據本發明的一個實施例，凸肩是沿徑向具有最大外部尺寸的連接元件的一部分。凸肩可以具有比環形元件的內圓錐的任意直徑大的外徑。由此可以確保，環形元件在各種情況下都可以貼靠在凸肩上，而與圓錐形內表面的角度無關。此外，根據本發明附加地設置用於與場流分餾裝置耦合的連接件，特別是當連接根據本發明的環形元件和根據本發明的連接元件時。該連接件可以耦合在容納和環繞中空纖維的殼體部件上，並通過環形元件和連接元件的一起移動來保證密封。為此，連接件可以具有例如通孔形狀的通路，並在內部空間的安裝位置上容納或環繞環形元件以及連接元件。為此，該連接件主要用於在殼體和環形元件之間施加和傳遞軸向力。連接元件可以在安裝位置上在殼體側具有管狀端部，該端部的外徑僅稍稍大於連接器的內側面直徑，從而使連接元件在殼體側在第二區域的端部上形成管狀、薄壁的居中接口(kntrieranschluss)。通過該管狀端部或某種定心裝置，可以使連接元件的兩種功能彼此分離，特別是在殼體中居中的功能和扭轉保護功能。由此使連接元件例如還在流動技術方面良好的連接在管狀殼體部件上。在此該居中接口可以在安裝位置上接合到殼體的空間中。如前所述，作用於中空纖維上的力可以由連接元件第一區域的變形而產生，這種變形由環形元件引起，其中，環形元件在安裝位置上設置在連接件和連接元件之間，在此， 連接件單獨通過環形元件作用於連接元件，從而作用於中空纖維。環形元件可以在安裝位置上通過連接件主要承受沿纖維縱軸線的軸向方向的壓力。也就是說，在連接件和環形元件之間不能出現徑向力的傳遞。根據本發明，將中空纖維接口構造為，不但在中空纖維的端部和連接元件之間，而且在連接元件和場流分餾裝置的容納中空纖維的殼體之間都可以形成密封連接，其中，在中空纖維的端部和連接元件之間的密封連接是利用限定通孔的部段並藉助於連接件，通過使環形元件相對於連接元件軸向移動，利用徑向作用力而形成，而連接元件和管狀殼體部件之間的密封連接是通過連接元件的前端面，藉助於軸向作用力形成。由此可以單獨通過安裝連接件形成兩種密封連接，S卩，不僅可以使中空纖維密封， 還可以使中空纖維和殼體之間的空間密封。除了在限定通孔的部段中的密封之外，還可以通過連接元件的管狀端部和/或前端面，在連接元件和殼體之間形成密封。為此，中空纖維可以設置在殼體的接口處，該接口可以具有外螺紋。中空纖維的直徑例如可以在1.3mm範圍內，並由複合材料載體製成。複合材料載體可以具有敷設在內側和外側上的超濾膜。殼體可以具有例如高效液相色譜(HPLC)標準接口。可以將殼體接口構造為具有外螺紋的支承件或套管。根據本發明的一個實施例，將連接件作為用以與管狀殼體部件螺絲連接的連接螺母，特別具有內螺紋。連接螺母可以在一個或多個管狀殼體部件上/中擰緊，其中，當環相對於連接元件軸向移動時，或者在連接螺母與環形元件之間，或者在環形元件與連接元件之間發生相對運動，這將視環形元件是否應與連接螺母共同轉動而定。根據本發明的一個實施例，將環形元件的面向連接元件和面向連接件的各個表面設置為，在裝配期間，在環形元件的後端面與連接件的觸碰面之間所產生的摩擦力小於在環形元件的擠壓面與連接元件的第一外側面之間所產生的摩擦力。由此可以確保，環形元件本身不會相對於連接元件扭轉，即使由於連接件相對於環形元件的相對轉動而傳遞了摩擦力。由此可以完全避免環形元件相對於連接元件的彎曲。在此可以將環形元件的一個表面理解為環形元件的後端面，也就是指，在安裝位置上遠離裝置或殼體的側面。如上所述，可以將連接件構造為，在連接殼體或筒時，沿朝向環形元件的施加力， 該力至少近似平行於中空纖維的纖維縱軸線。這個近似平行的方向可以確保，連接件在與環形元件接觸之前，必須沿一定的路線首先在殼體接口的螺紋上擰緊。由此可以防止，環形元件與連接元件一起彎曲。此外，根據本發明提出一種具有至少一個根據本發明的中空纖維接口的分餾裝置，其中，該分餾裝置容納中空纖維，並通過中空纖維接口在一個或兩個端部上密封地保持或安放中空纖維。


下面根據實施例，並通過附圖對本發明做進一步地說明。圖1以分解圖的形式示出了根據本發明一種優選實施方式的中空纖維接口的組件的透視圖；圖2以分解圖的形式示出了如圖1所示中空纖維接口的組件的截面圖；圖3示出了如圖1所示中空纖維接口的組件在組裝狀態下的截面圖；圖4示出了在相對於圖1的局部視圖中的中空纖維接口的組件的透視圖，其中，連接元件和殼體接口相對於圖1中的連接元件和殼體接口有所改變；圖5以分解圖的形式示出了根據本發明的優選實施方式的環形元件和連接元件的截面圖；圖6示出了如圖3所示的環形元件和連接元件在組裝狀態下的截面圖；圖7示出了位於一個筒上的兩個中空纖維接口的透視側視圖，其中，一個中空纖維接口根據這種優選的實施方式處於組裝狀態下，另一個中空纖維接口以分解圖示出。其中，附圖標記說明如下1中空纖維接口 ； 10連接件；11連接件內螺紋；12觸碰面；20環形元件；22內圓錐；23內斜邊；24環形元件的前端面；2 環形元件的後端面 25擠壓面；30連接元件；30a第一區域；30b第二區域；30c中間區域；CN 102527235 A
31支承面；32凸肩；33外斜邊；33a連接器的第一外側面；33b受壓區域；34連接元件的前端面；35部段；350通孔；3 第二密封面；351邊條(Steg) ；351a第一密封面；36連接器的內側面；37管狀端部；38連接器的第二外側面；39內部斜邊過渡區；40管狀殼體部件；41殼體接口 ；42 外螺紋；43a,43b 凹部；44a,44b 凸出部；50纖維；51中空纖維的外側面；52中空纖維的內側面；60空間；70凸緣狀接口 ；A纖維縱軸線；B軸向箭頭；C徑向取向的箭頭。
具體實施例方式在圖1和圖2中示出了具有環形元件20和連接元件30的中空纖維接口 1，另外還示出了連接件10，連接件10可以與管狀殼體部件40的端部耦合，以使中空纖維50保持在管狀殼體部件40的內部並密封地定位。管狀殼體部件40構成了筒，特別是按照外管的類型，以便密封地安放定位在其中的中空纖維50。連接件10被構造為具有通孔的套管，並在內部的凸肩上具有徑向面12，當安裝中空纖維接口 1時，連接件10通過該徑向面貼靠在毗鄰的環形元件20的端面上。此外，如圖3所示，連接件10可以具有內螺紋11，從而使其能夠在位於管狀殼體部件40上並與殼體接口 41相符的外管的外螺紋42上擰緊。在此，在連接元件上沿纖維縱軸線A的方向驅動環形元件20到連接元件30上。在安裝位置，連接件 10如圖所示地搭接到殼體接口 41的明示的部分上，還有連接元件30以及環形元件20。由此可以確保，連接件10基本上同軸對準纖維縱軸線A，並軸向作用於環形元件20上。在圖 5中，該在環形元件20上的作用方向用軸向箭頭B表示，而徑向取向的箭頭C則表示，在該方向上，有力作用於連接元件30的第一外側面33a上。作為對如圖1所示實施方式所作的修改，在圖4中示出了管狀殼體部件40的圓柱形殼體接口 41，其具有兩個設置在其端面上並直徑相對的凹部43a、4!3b和環形連接元件 30，該環形連接元件具有兩個在其外圍表面上徑向向外聳起並直徑相對的凸出部44a、44b。 凸出部44a、44b構成定位橫檔，用於與位於殼體接口 41的端面上的凹部43a、4!3b相接合， 凹部43a、43b具有與凸出部44a、44b互補的形狀。因此，位於殼體接口 41上的凹部43a、 43b和位於連接元件30外側的凸出部44a、44b共同構成了對連接元件30與殼體接口 41之間的抗扭連接的止動。因此，在將連接件10在殼體接口 41上擰緊時，可以防止這種轉動通過環形元件20轉移到連接元件30上。通過注塑製造，可以特別簡單地構成殼體接口 41上的凹部43a、4 和連接元件30上的凸出部44a、44b，此外，基於成本的原因，該方法同樣可用於生產管狀殼體部件40，該管狀殼體部件對於中空纖維接口 1是不可或缺的組件，並因此建議總布局或筒使用一次性產品。換句話說，這種轉動通過連接元件30轉移到中空纖維 50上，在不利的情況下有可能使中空纖維絞合，由此可能無法排除對中空纖維50上的敏感的膜塗層的傷害。圖5還示出了位於環形元件20上的擠壓面25和內圓錐22，並且在連接元件30上可以看到通孔350，該通孔由部段35限定，並可以將中空纖維(如圖3所示)密封地保持在該通孔中。連接元件30還包括具有支承面31的凸肩32，環形元件20在安裝位置上可以抵靠或貼靠在該支承面上，如圖6所示。環形元件20貼在凸肩32上，並與連接元件30的這樣的側面相重疊，在安裝位置上，將連接件10(如圖3所示)設置在該側面上。中空纖維 50被夾緊或夾住地保持在通孔350中，並在此被壓縮，也就是成為邊條351的重要部分。下面根據圖1到圖6中的詳細視圖，對所示出的中空纖維接口的功能和工作方式進行說明。首先，通過連接件10可以將環形元件20和連接元件30與管狀殼體部件40軸向夾緊，其中，由連接件10施加並基本沿纖維縱軸線A的方向的軸向力線通量通過環形元件 20和連接元件30被引導至管狀殼體部件40的外螺紋42中，從而在觸碰面12和外螺紋42 之間獲得封閉的力線環形元件20和連接元件30承受壓力，而連接件10主要承受拉力，特別是在與殼體接口 41相重疊的區域內。因此，可以利用連接件10，通過環形元件20在連接元件30上施加軸向力，並且在連接件10的觸碰面12和殼體接口 41上的外螺紋之間存在力線通量，其沿軸向流經環形元件20和連接元件30。由此可以通過相對穩定地設置環形元件20和連接元件30而傳遞較大的軸向力，並形成安全的密封連接，特別是在位於連接元件30和殼體接口 41之間的界面上，其主要是通過管狀端部37和/或通過連接元件30的前端面34，如圖5和圖6所示。在此最直接的是通過前端面34傳遞該軸向力。然而需要說明的是，無論是管狀端部37的側面，還是前端面34或位於管狀殼體部件40上的相應的接觸面，都可以利用能夠起到密封作用的表面來實現，從而可以使位於中空纖維50和管狀殼體部件40之間的空間60相對於周圍密封。該空間60也可以構成連接元件的一部分，特別是通過內側面36，如圖3和圖5所示。管狀端部37的側面或位於管狀殼體部件40上的相應的接觸面都可以較容易地構造為圓錐形的，從而能夠依靠所施加的軸向力實現壓配合 (Presssitz,壓合座)。現在，為了闡明密封中空纖維50這一功能，首先要說明的是，儘管可能存在較高的軸向夾緊力，但是，根據本發明的中空纖維接口 1能夠確保對中空纖維50實現小心、可細微調整的保持和密封。在此可以看到，在所述連接元件30的優選的實施方式中，可以將徑向密封和保持中空纖維50和相對於管狀殼體部件軸向密封連接元件30這兩種功能分離開。為此在所述實施例中，設置第一區域30a，使其與第二區域30b空間分離，並設置中間區域30c作為這兩個區域之間的過渡區，該過渡區為第一區域30a所包圍。在第一區域30a 中主要產生徑向壓力，並傳遞到中空纖維50上，在此，中空纖維50可以被收窄到預設的程度，如圖6所示。中空纖維以其外側面51在部段35中固定在通孔350中，並加以密封，特別通過邊條351的第一密封面351a密封，也可以通過第二密封面3 密封。該徑向壓力由環形元件 20產生，並沿受擠壓的區域3 從第一外側面33a開始傳輸到部段35上，特別是傳輸到邊條351上。在組裝時，環形元件20可以首先通過內圓錐22與連接元件30耦合，並首先貼靠在位於連接元件30上的外斜邊33上。為了使環形元件20到達安裝位置，通過連接件10 在環形元件20的後端面2 上施加軸向力，直至環形元件20碰在凸肩32上，也就是通過環形元件20的前端面M貼在支承面31上。由此，通過環形元件20的幾何形狀和凸肩32 的位置，可以在組裝狀態下得到受擠壓的區域33b，通過該區域可以施加指向部段35的徑向力。在圖6中示出了在連接元件30上受擠壓的區域33b，通過該區域，環形元件20不僅通過內圓錐22的一部分，還通過平行延伸的擠壓面25的一部分，作用於連接器30的第一外側面33a上。下面按時間順序對圖5和圖6做出詳細說明。利用相應的箭頭表示在壓緊過程中起作用的力。特別是位於環形元件20上的軸向箭頭B表示可由連接件(如圖2所示)施加的力，而位於連接元件30上的徑向箭頭C表示由環形元件20作用於連接元件30上的力。圖5示出了中空纖維接口 1的一種優選的實施例，其具有環形元件20和連接元件30，其中，在環形元件20上，力基本沿纖維縱軸線A的方向作用，而在連接元件30上，與環形元件20施加的力雖然也沿纖維縱軸線A的方向作用，但大多數情況下沿徑向作用，也就是幾乎垂直於纖維縱軸線A。在環形元件20上可以看到前端面M，其被設置用以與連接器30的支承面31相接觸。通過該界面可以將較高的軸向力從連接件10傳遞到殼體接口 41(見圖幻上，從而可以確保，在連接元件30和殼體之間形成密封連接。該軸向力經過後端面2 被傳送到環形元件20上，特別是經過連接件的觸碰面。環形元件20還具有擠壓面 25，該擠壓面逐漸轉變為內圓錐22或圍繞內圓錐22。內圓錐22徑向向外傾斜，也就是說， 其相對於纖維縱軸線A沿連接器30的方向具有較小的角度，約為5°到35°，或到40°。 如圖所示，內圓錐22佔有環20的寬度的一半，而另一半則由基本平行於纖維縱軸線A或環形元件20的對稱軸線的平面構成，作為擠壓面25的一部分。擠壓面25越過斜邊(Fase) 轉變為後端面Ma。例如，斜邊23可以在去往連接件的界面充當無脊的邊沿(gratfreie Kante)，從而在連接件與環形元件20之間可能的相對運動中不會產生較高的摩擦力。如上所述，連接元件30具有兩個各自具有獨立功能的區域，一個是第一區域或擠壓區域30a，另一個是第二區域30b。在這裡的圖解說明中，區域30a和30b是通過支承面 31局部可彼此分離的，在此，將擠壓區域30a設置為，將由環形元件20所施加的力通過部段 35傳遞到斜邊(未示出)上。如圖所示，在該擠壓區域30a中，限定通孔350的部段35以環形壁的形式基本設置在設置有背向段32的一半擠壓區域30a的那一半中，其中，部段35 具有邊條351，在該邊條上，第一密封面351a基本上能夠承擔斜邊的密封和保持功能。另外，在限定通孔350的部段35上設置有第二密封面35a，如圖所示，該第二密封面具有比邊條351更大的內部尺寸。由此，與第二密封面3 相比，邊條351可以在必要時在中空纖維50上施加更大的力，或者至少更高的壓力；但是，第二密封面3 可以附加地確保例如居中的功能。在擠壓區域30a的指向環形元件20的側面上設置外斜邊33，其相對於纖維縱軸線A可以具有與環的內圓錐22相同的角度，從而能夠以簡單的方式將環20安裝在連接元件30上。在環形元件20通過某個連接件被完全在連接元件30上拉開或在連接元件30上壓緊之前，環形元件20特別可以通過外斜邊33別在連接元件上，並且在那裡不需要安放其他的固定物。外斜邊33的優勢在於，當使連接件相對於管狀殼體部件對齊時，可以確保連接件在與環形元件20接觸之前，經過一定的路線首先在殼體部件的螺紋上擰緊。 因此，通過斜邊33也可以防止環形元件20彎曲，即使環形元件20在其移開之前短時間內不再是可接近的。連接元件30在凸肩32上還具有第二外側面38，通過該第二外側面可以確保連接器30在每個殼體中的徑向扭轉保護。例如，這種扭轉保護可以通過第二外側面38的特別粗糙的表面會同壓配合在殼體中實現，但是也存在形狀配合，特別是當凸肩32沒有被構造為圓柱形，而是具有咬合的或以其他方法結構化的第二外側面。第二外側面38經過連接元件30的前端面34轉入管狀端部37中，連接元件30可以利用該管狀端部在管狀的殼體部件或裝置中居中。由於內側面36的內部尺寸僅略小於管狀端部37的外部尺寸，因此，內側面36與管狀端部37 —起構成與連接元件30的其他壁厚相比更加薄壁的連接塊 (Anschluss-Stiick)。內側面36經過斜邊過渡區(Fasenubergang)39(如圖所示，其已經設置在擠壓區域30a中)轉入邊條351中。這個位於內部的斜邊過渡區39雖然是由設計決定的，但是它也可以行使職能其角度或長度會影響到，施加在擠壓區域30a中的基本為徑向的力是否傳遞到第二區域30b中，以及傳遞強度有多大。如圖所示，相對於纖維縱軸線A比較陡峭地設置內部斜邊過渡區39，即大於45°，並在擠壓區域30a中的一個地點結束，該地點與凸肩 32或支承面31之間具有最短距離，從而在此也可以根據壁厚、位置和幾何比例，將擠壓區域30a與第二區域30b分開。位於內部斜邊過渡區39和凸肩32之間的區域在此可以稱為中間區域30c，其僅具有極小的彎曲剛度，但是卻具有較高的抗壓剛度(Drucksteifigkeit)。 如果設置中間區域30c，由此也可以將第一區域30a理解為橫向連接中間區域30c的區域， 而不是包圍。因為中間區域30c被設置為，在其中主要傳遞彎曲力，而不傳遞徑向壓力。此外，如圖5所示，中間區域30c已處於內側面36的範圍內，並成為第一區域30a 中具有最小壁厚的一段或一部分。在這種幾何關係的實施方式中，可以通過特別高效的方式，將施加在連接元件30的第一外側面33a上的壓力傳遞到部段35上，卻不會使第一區域 30a中的變形明顯地轉移到第二區域30b的第二外側面上。這在很大程度上與對連接元件 30的材料的選擇無關。圖6示出了處於組裝狀態下的圖5的組件。中空纖維接口 1現在會同中空纖維50 一起示出，並且很明顯，由環形元件20施加在連接元件30上的力通過某種方式作用於中空纖維50上。中空纖維50利用其外側面51保持在位於連接器30的擠壓區域或段中的通孔 350的內部。根據內圓錐22在環形元件20上的傾斜或角位置，可以與內圓錐22的長度或環20的寬度相關聯地使力作用點與邊條的位置相一致，特別是與環20在連接元件30上的位置有關。這已通過相應的箭頭沿力作用的方向標出。通過邊條351，但是也通過第二密封面，使中空纖維不僅通過其外側面51，還通過其內側面52，在橫截面上發生變化，在這種情況下被壓縮。其中，中空纖維50的橫截面收縮在邊條351的位置上最明顯，也就是在力矢量所指向的位置。徑向力可以被傳遞通過通孔350的整個區域。在組裝狀態下，環形元件 20以其前端面M貼靠在凸肩32的支承面31上。在此，環形元件20搭接在連接元件30的相對的側面上。通過這種方式，可以使力通過擠壓區域30a的寬闊區域均勻地施加在連接元件30上，同時根據內圓錐22的角度，使力線通量聚焦於邊條。用於使連接元件30的密封面35a、35Ia的內徑橫截面變窄的邊條351設置在特定的、必要時可能壓力最大的位置上。邊條351可以通過高達30巴(bar)的壓力的反作用力使纖維50密封。同時可以防止纖維50在連接元件30的內部沿軸向滑動。利用從外面施加的均勻的力，將纖維50相對於殼體40或筒的其他部分同軸安放。纖維50的精確的同心性是非常重要的，因為，眾所周知，如果旋轉對稱不佳或者沒有，就會產生極壞的分離。由於在這種情況下存在使纖維50相對於輸入管道錯位的危險，從而由於所出現的紊流，使得樣本在輸入側的對焦/鬆弛(Relaxierimg)變壞，此外，還使業已分離的分餾物在輸出側混合。圖7示出了連接管狀殼體40以及兩個連接件10的中空纖維接口 1，其中，一個連接件10處於已組裝狀態下，另一個連接件10與環形元件20和連接元件30 —起以分解圖的形式示出。所示出的殼體40例如可以是分餾裝置的部件。聯繫圖2和圖3可以看出，中空纖維50在直徑基本小於殼體40的直徑，從而在它們之間產生空間60或徑向空間，在該空間中有橫流流動，橫流通過凸緣狀的接口 70排出。為了適應不同的應用，筒40的長度可以通過簡單的方式加以調整。在連接件10被完全拉動之後，環形元件20、連接元件30和中空纖維彼此連接，從而使它們不再能夠以簡單的方式彼此分離。但是如果有必要，可以使環形元件20具有比連接元件30更大的徑向伸展，這將是有利的，從而可以利用相應的工具將環形元件20從連接元件30摘下，其中，工具作用於前端面M上。完整的筒40可以在殼體接口的入口側和出口側上包含兩個相同的接口。如果將這兩個接口封閉，並將中空纖維壓入各個連接元件30 中，則中空纖維一般不再能夠被拆卸，至少不能被無破壞性地拆卸。根據本發明的用於連接中空纖維50與管狀殼體部件40的接口已經證實適用於各種不同的纖維直徑。其有利於在調整孔直徑時滿足嚴格的公差範圍，因為已有的2/100毫米的偏差可能降低密封效果。對於與纖維50和殼體40之間的橫流相對應的部分空間60， 如果所使用的空間是非常大的，可以利用例如直徑約為0. 5mm的細微玻璃球或複合材料球填充空間60。位於筒40上的橫流接口 70可設置作為標準接口。
權利要求
1.一種用於適用於場流分餾的中空纖維(50)的端部的中空纖維接口(1)，該接口具有連接元件(30)，該連接元件具有用於容納該中空纖維(50)的端部的通孔(350)，其特徵在於，具有可裝配在所述連接元件(30)上的環形元件(20)，其中，將所述環形元件00)和所述連接元件(30)設計為，將所述環形元件00)安裝在所述連接元件(30)上會導致所述連接元件(30)中的通孔(350)的橫截面減小，以通過所述連接元件(30)的限定所述通孔 (350)的部段(3 使所述中空纖維(50)的端部形成密封連接。
2.如權利要求1所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述環形元件00)在組裝狀態下沿纖維縱軸線(A)可移開地設置在所述連接元件(30)上。
3.如權利要求1或2所述的中空纖維接口，其特徵在於，在所述環形元件00)的組裝狀態下作用於所述連接元件上的多個力在朝向所述中空纖維(50)的端部的方向上徑向指向所述纖維縱軸線(A)。
4.如權利要求1到3中任一項所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述連接元件(30) 具有第一區域(30a)，該區域構造為，將徑向壓力傳遞到所述中空纖維(50)上。
5.如權利要求4所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述連接元件(30)至少在所述第一區域(30a)中由可壓縮材料製成。
6.如權利要求4或5所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述第一區域(30a)由這樣的材料製成該材料相對於沿所述纖維縱軸線(A)方向的軸向力在很大程度上是不可壓縮的。
7.如權利要求4到6中任一項所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述限定所述通孔 (350)的部段(35)完全包含在所述第一區域(30a)中。
8.如權利要求1到7中任一項所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述環形元件00) 具有內表面，該內表面至少在一段中圓錐形地擴展，從而形成內圓錐02)。
9.如權利要求8所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述內圓錐02)的內表面以低於 45度的角度相對於所述環形元件的縱軸線傾斜。
10.如權利要求1到9中任一項所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述環形元件00) 具有沿所述纖維縱軸線(A)方向的軸向長度，該軸向長度大於所述連接元件(30)的第一外側面(33a)在所述第一區域(30a)中的軸向長度。
11.如權利要求1到10中任一項所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述連接元件 (30)在所述限制所述通孔(350)的部段(3 上具有向內突出的邊條(351)，該邊條定義第一密封面(351a)，該第一密封面構造為，在所述環形元件00)裝配在所述連接元件(30)上的狀態下，使所述第一密封面密封地貼靠在中空纖維(50)的外側面(51)上。
12.如權利要求11所述的中空纖維接口，其特徵在於，所述第一密封面(351a)具有圓柱形的形狀，其圓度與理想的圓柱形的偏差小於2/100毫米。
13.如權利要求12所述的中空纖維接口，其特徵在於，沿軸向觀察，所述邊條(351)設置在所述第一區域(30a)的中間。
14.如權利要求1到13中任一項所述的中空纖維接口，其特徵在於，在所述連接元件 (30)的外側面上設有凸肩(32)，該凸肩作為用於所述環形元件00)的止擋件。
15.如權利要求1到14中任一項所述的中空纖維接口，其特徵在於，設有連接件(10)， 該連接件在連接所述環形元件00)和所述連接元件(30)的情況下，用於與圍繞所述中空纖維(50)的管狀殼體部件GO)相耦合。
16.如權利要求15所述的中空纖維接口，其特徵在於，該中空纖維接口(1)構造為，在所述中空纖維(50)的端部和所述連接元件(30)之間以及在所述連接元件(30)和所述容納中空纖維(50)的管狀殼體部件GO)之間形成密封連接，其中，在所述中空纖維(50)的端部和所述連接元件(30)之間的密封連接通過所述限定所述通孔(350)的部段(3 並藉助於所述連接件(10)，通過相對於所述連接元件(30)軸向移動所述環形元件(20)，通過徑向作用的力形成；在所述連接元件(30)和所述管狀殼體部件GO)之間的密封連接通過所述連接元件(30)的前端面(34)，通過軸向作用的力形成。
17.如權利要求16所述的中空纖維接口，其特徵在於，將所述連接件(10)設計為連接螺母，用於與所述管狀殼體部件GO)螺絲連接。
全文摘要
本發明涉及一種中空纖維接口(1)，用於在中空纖維(50)和連接元件(30)之間或在中空纖維(50)和殼體(40)之間進行徑向密封連接，特別是在用於場流分餾的裝置中。在此，將中空纖維(50)設置在殼體(40)的殼體接口(41)中。根據本發明，中空纖維(50)相對於連接元件(30)或殼體(40)以及相對於周圍環境的密封可以這樣實現藉助於連接件(10)，使環形元件(20)和連接元件(30)與殼體(40)或中空纖維(50)相耦合，並使中空纖維接口(1)通過中空纖維(50)和連接元件(30)之間的部段(35)得到密封，部段(35)通過環形元件(20)相對於連接元件(30)的軸向移動產生。
文檔編號B01D61/00GK102527235SQ20111037048
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月14日 優先權日2010年11月12日
發明者烏爾裡希·勒施, 弗拉迪米爾·葉夫多基莫夫 申請人:懷亞特技術歐洲有限公司