Methode: Rohre verbinden

meth_rohrverbindung.htm 06.12.2011

Rohre verbinden

 


Einordnung

Gefäße mit Rohren verbinden

Im Folgenden sollen die gebräuchlichen Methoden der Verbindung von Glasrohren aufgezeigt werden, wie sie in der Halbmikrotechnik verwendet werden . Hier werden sogenannte GL-Glasgewinde eingesetzt. Für die Glasgewinde gibt es Verschlusskappen, Schraubkappen für Glasrohrdurchführungen und GL-Schraubkupplungen zur Verbindung von GL-Glasgewinden gleichen Durchmessers untereinander (siehe Bild 4). Die Gefäße sind in der Regel Rundkolben oder Rohrkolben mit rundem Boden, um Evakuieren, leichten Überdruck und Erhitzen bis auf 200°C zu ermöglichen.
GL-Glasgewinde mit den dazugehörigen Dichtungen sind problemlos ohne Vakuumfett gasdicht. Im Gegensatz zu Normschliff-Verbindungen sind GL-Verbindungen biegetolerant und daher leicht spannungsfrei zusammenzubauen.

Um geschlossene Apparaturen für chemische Reaktionen aufzubauen, sind je nach verwendetem Material verschiedene Techniken üblich. Während Metalle häufig gelötet, geschweißt oder geflanscht werden, sind für Kunststoffe oder Glas andere Verbindungstechniken erforderlich.

Das in der Laborchemie bevorzugte Material ist Glas. Am meisten wird das Borosilikatglas-3.3 verwendet. Daneben wird für hohe Temperaturen noch Quarzglas eingesetzt.

Von den im Labor verwendeten Kunststoffen ist besonders wichtig das PTFE (Polytetrafluorethylen) und Siliconelastomere.

 

Im Labor findet man üblicherweise Normschliff-Verbindungen in Kegelschliff-Form als Kern und Hülse, die ineinander gesteckt werden (Bild 5) .

Im Technikum werden vorwiegend Kugelschiffe und Planschliffe eingesetzt, die geflanscht werden. Für die Übergänge zwischen unterschiedlichen Systemen werden durch Übergangsstücke ermöglicht (zum Beispiel Artikel 2319).

 

 

Apparaturen


Bild 1: Schläuche, glatte Rohre, Rohre mit Gewinde und ihre Verbindungsstücke

 

Rohre

A Schlauch (Gummi, Siliconelastomer oder PTFE)

B glatte Glasrohre (Kanten rundgeschmolzen)

C Glasrohr mit GL-Gewinde

 

Für Kühlwasserschläuche und Gas ist Gummi gebräuchlich. Gase, die unter Druck stehen, werden mit glasfaserverstärkten PE-Schläuchen transportiert. Für Schläuche, die mit Chemikalien in Berührung kommen, sind perfluorierte Materialien geeignet.

Mit Schläuchen kann man nur glatte Rohre miteinander verbinden. Dazu wird das Glasrohr mit Glycerin benetzt, damit das Schlauchstück leichter aufgeschoben werden kann. Der Schlauch muss weit genug aufgeschoben werden, weil er durch das Gleitmittel und die Spannkräfte auch wieder von allein abrutschen kann.

Rohre, die speziell mit Schläuchen verbunden werden, sind mit Schlaucholiven versehen (s. Artikel 3112)

Unbeaufsichtigte Glasrohr-Schlauchverbindungen müssen mit Schlauchklemmen gesichert werden.

 

Bild 2: GL-Dichtungen (D, E) und GL-Rohrdurchführungen

 

Dichtung und Septum

D Septum bzw. Dichtung (Siliconelastomer)

E Kompound-Dichtung (PTFE und Siliconelastomer)

F Rohrdurchführung (Siliconelastomer)

G Rohrdurchführung
L-förmige PTFE-Stulpe mit Siliconelastomer

F Rohrdurchführung
U-förmige PTFE-Stulpe mit Siliconelastomer

 

 

Für die Dichtungen werden in den meisten Fällen Silikonelastomere und PTFE (Polytetrafluorethylen) verwendet. Beide sind bis bis über 200°C thermisch beständig. PTFE ist zudem noch der am meisten chemikalienresistente Kunststoff . PTFE besitzt zudem noch wachsartige Gleiteigenschaften, was für die Kombination und kommt so bei der Durchführung von Glasrohren ohne Gleitmittel aus.

PTFE wenig elastisch und ziemlich teuer, so dass z.B. für Schläuche auch andere fluorierte Materialien zum Einsatz kommen .

 

Bild 3: Glasrohre mit Schlauchverbindung

 

Schlauchverbindungen

A Schlauch (Gummi, Siliconelastomer oder PTFE)

B glatte Glasrohre (Kanten rundgeschmolzen)

 

 

Für die Übergänge zwischen Glasrohren mit verschiedenen Durchmessern werden entsprechende Glasrohr benötigt.

 

Bild 4: GL-Glasrohre mit GL-Verbindung

 

GL-Verbindungen

B glatte Glasrohre (Kanten rundgeschmolzen)

C Glasrohr mit GL-Gewinde

I GL-Schraubkappe mit GL-Rohrdurchführung

J GL- Rohrkupplung

 

Schraubkappen, die in der Halbmikrotechnik verwendet werden, müssen thermisch stabil sein. Zum Einsatz kommen rote Schraubkappen, in der Regel aus PBT (Polybutylentherephthalat wikipedia ). Sie sind von -40°C bis 180°C formstabil.

Die Formstabilität bis 180°C ist besonders für den Einsatz bei der "Schlenk-Technik" wichtig, bei zum Entfernen von anhaftenden Wasserspuren ein Ausheizen der Apparatur unter Vakuum mit einem Heißluftgebläse vorgenommen wird.

 

Bild 5: NS-Glasschliffverbindung

 

GL-Verbindungen

K Glasrohr mit NS-Schliffhülse

L Glasrohr mit NS-Schliffkern

 

 

Die klassische Verbindung von Laborgeräten sind Schliffverbindungen. Gegenüber Schlauchverbindungen haben sie viele Vorteile:

  • Bis auf den Kontakt mit Schlifffett kommen Chemikalien nur mit Glas oder Quarzglas in Berührung
  • Die Apparaturen können vakuumdicht aufgebaut werden
  • Arbeitstemperaturen bis 200°C sind möglich, weil der thermische Ausdehnungskoeffizient gering ist. Damit ist auch eine gute Temperaturwechselbeständigkeit verbunden.

Nachteilig sind:

  • die starren Verbindungen, die besonders bei großen Apparaturen einen spannungfreinen Aufbau erschweren (Abhilfe bieten hier Kugelschlifffe),
  • der Zwang zum benutzen von Vakuumfett und damit der Verunreinigung der Chemikalien
  • die Gefahr des Festsitzens der Schliffe
  • Asymmetrie der Verbindung, die beim Fließen immer eine Fleißrichtung von Kern zur Hülse verlangt.

Die Nachteile werden durch Verwendung von Schraubverbindungen vermieden. Daher wird in zunehmendem Maße in Forschung und Technik die Schraubverbindungen bevorzugt.

 

Literatur:

GL-Gewinde für Glasbehältnisse DIN 168 Teil 1; mdmetric.com

Flansch (Rohrleitung); wikipedia ; Schweißen (wikipedia ) Löten wikipedia

chemikalienresistente Laborschraubverbindungen; bola.de

Schläuche aus PTFE, FEP und PFA; Wolf-Technik fluorkunststoffe.de
   Kunststoffe für den Einsatz im Labor, Reichelt rdt-online.de

Schlenk-Technik; wikipedia