DE102021128649A1

DE102021128649A1 - Rotationsventil mit Ausgleichselement zum Ausgleich eines axialen Versatzes

Info

Publication number: DE102021128649A1
Application number: DE102021128649.2A
Authority: DE
Inventors: Armin Steinke
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2023-05-04
Also published as: CN116068104A; US20230138406A1

Abstract

Gezeigt ist ein Ventil (300), vorzugsweise in einem Hochleistungschromatografie-System (10) zur Trennung von Komponenten einer in eine mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, aufweisend einen Rotor (210) und einen Stator (220), wobei durch eine Rotationsbewegung des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden kann, und ein Ausgleichselement (310), das zusammen mit dem Rotor (210) und dem Stator (220) axial angeordnet ist und in einem Betriebszustand des Ventils (300) ein axiales Anpressen des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) bewerkstelligt. Das Ausgleichselement (310) zumindest eine sphärische Oberfläche (320) aufweist um einen axialen Versatz zwischen dem Rotor (210) und dem Stator (220) auszugleichen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Flusselemente, insbesondere für HPLC Anwendungen.
In der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (High Performance Liquid Chromatographie - HPLC) muss eine Flüssigkeit bei typischerweise sehr genau kontrollierten Flussraten (z.B. im Bereich von Nanoliter bis Milliliter pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20-100 MPa und darüber hinaus bis derzeit etwa 200 MPa), unter Berücksichtigung der jeweiligen Kompressibilität gefördert werden. Zur Flüssigkeitstrennung in einem HPLC-System wird eine mobile Phase, die - in Betrieb - eine Probenflüssigkeit mit zu trennenden Komponenten aufweist, durch eine stationäre Phase (wie eine chromatografische Säule) getrieben, um auf diese Weise unterschiedliche Komponenten der Probe zu trennen. Die Zusammensetzung der mobilen Phase kann dabei über der Zeit konstant sein (Isokratischer Modus) oder variieren (z.B. im so genannten Gradienten-Modus).
Ventile werden häufig in der Flüssigkeitschromatografie angewandt, um Flusspfade z.B. der mobilen Phase entweder zu ermöglichen oder zu unterbrechen. Typischerweise werden dabei Rotationsventile (Scherventile) verwendet, bei denen ein Rotor gegenüber einem Stator rotierend bewegt werden kann um entsprechende Flusspfade zu schalten. Bei den in der HPLC üblichen hohen Drücken im Bereich von 100 MPa und mehr ist eine geeignete fluidische Dichtung gerade zwischen Stator und Rotor erforderlich. Hierfür werden Rotor und Stator zumeist mit einer hohen axialen Anpresskraft beaufschlagt um die fluidische Dichtung zu bewerkstelligen. Mechanische Toleranzen, Verschleiß und andere Einflussgrößen können der fluidischen Dichtung entgegenwirken.
Aus der DE102012107378A1 ist ein Schaltventil für die Flüssigkeitschromatografie bekannt mit einem Ausgleichselement zur Beaufschlagung des Rotors zur Übertragung einer axialen Anpresskraft gegenüber dem Stator. Das Ausgleichselement weist einen Biegebereich auf, der eine elastische Biegeverformung derart ermöglicht, dass auch bei einer Taumelbewegung des Rotors dieser vollflächig beaufschlagt wird.
OFFENBARUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die fluidische Abdichtung eines Rotationsventils zu verbessern, insbesondere für HPLC Anwendungen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
Eine Ausführungsform betrifft ein Ventil, vorzugsweise in einem Hochleistungschromatografie-System zur Trennung von Komponenten einer in eine mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit. Das Ventil weist auf einen Rotor und einen Stator, wobei durch eine Rotationsbewegung des Rotors gegenüber dem Stator ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden kann. Das Ventil weist ferner ein Ausgleichselement auf, das zusammen mit dem Rotor und dem Stator axial angeordnet ist und in einem Betriebszustand des Ventils ein axiales Anpressen des Rotors gegenüber dem Stator bewerkstelligt. Das Ausgleichselement weist zumindest eine sphärische Oberfläche auf, um einen axialen Versatz zwischen dem Rotor und dem Stator auszugleichen. Das Ausgleichselement kann somit ein oder mehrere Lagerstellen bilden, die sich sphärisch aufeinander abwälzen können. Das Ausgleichselement kann damit ein oder mehrere Drehpunkte aufweisen, um dem axialen Versatz zwischen Rotor und Stator entgegenwirken und vorzugsweise ausgleichen zu können. Das Ausgleichselement kann ferner auch einen lateralen Versatz z.B. des Rotors reduzieren oder ausgleichen, zum Beispiel indem das Ausgleichselement eine Verkippung in axialer Richtung ermöglicht.
In einer Ausführungsform weist das Ausgleichselement einen oder mehrere Drehpunkte auf, die jeweils durch eine sphärische Oberfläche gebildet werden.
In einer Ausführungsform weist der Drehpunkt oder die Drehpunkte jeweils eine Lagerstelle auf, in denen zwei der sphärischen Oberflächen aufeinander abwälzen.
In einer Ausführungsform weist das Ausgleichselement zwei sphärische Oberflächen auf, sodass bei einem axialen Versatz zwischen dem Rotor und dem Stator die sphärischen Oberflächen sich gegeneinander bewegen können, um den axialen Versatz auszugleichen.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement so konfiguriert einen lateralen Versatz des Rotors gegenüber dem Stator auszugleichen.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement zusammen mit dem Rotor und dem Stator axial in Richtung einer Drehachse des Rotors angeordnet.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement so konfiguriert, dass in dem Betriebszustand des Ventils eine axiale Kraft auf die zumindest eine sphärische Oberfläche wirkt um das axiale Anpressen des Rotors gegenüber dem Stator zu bewerkstelligen.
In einer Ausführungsform weist das Ventil einen Antrieb zur Bewegung des Rotors auf.
In einer Ausführungsform weist der Antrieb eine rotierbare Welle auf, die vorzugsweise von einem Motor angetrieben werden kann.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement axial zwischen dem Antrieb und dem Rotor oder dem Stator angeordnet.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement axial zwischen einem Gehäuse des Ventils und dem Stator angeordnet. Vorzugsweise wirkt das Ausgleichselement axial auf eine erste Seite des Stators, der Antrieb wirkt über den Rotor auf eine zweite Seite, und die zweite Seite ist axial entgegengesetzt zu der ersten Seite angeordnet.
In einer Ausführungsform weist das Ausgleichselement ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, die in dem Betriebszustand des Ventils axial in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind, wobei das erste Ende eine erste sphärische Oberfläche aufweist, sodass das Ausgleichselement an der ersten sphärischen Oberfläche axial abkippen kann, um den axialen Versatz zwischen dem Rotor und dem Stator auszugleichen.
In einer Ausführungsform weist das zweite Ende des Ausgleichselement eine zweite sphärische Oberfläche auf, sodass das Ausgleichselement an der zweiten sphärischen Oberfläche abkippen kann, um den axialen Versatz zwischen dem Rotor und dem Stator auszugleichen, wobei vorzugsweise eine Richtung der Abhebung an der zweiten sphärischen Oberfläche entgegengesetzt zu einer Richtung der Abhebung an der ersten sphärischen Oberfläche ist.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement in axialer Richtung länglich ausgeprägt.
In einer Ausführungsform weist das Ausgleichselement zumindest ein Kugelgelenk mit zumindest einer sphärischen Oberfläche auf, vorzugsweise zwei Kugelgelenke an axial entgegengesetzten Enden des Ausgleichselements.
In einer Ausführungsform kann durch eine Relativbewegung des Rotors gegenüber dem Stator eine erste Wirkfläche des Rotors mit einer zweiten Wirkfläche des Stators in Verbindung gebracht und ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden.
In einer Ausführungsform ist das Ventil ein Hochdruck-Schaltventil für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie.
In einer Ausführungsform weist das Ventil ein Gehäuse auf, in dem eines oder mehrere Elemente aus dem Rotor, dem Stator, dem Antrieb und dem Ausgleichselement angeordnet sind.
In einer Ausführungsform weist der Stator weist eine Vielzahl von Anschlussports auf, jeweils um eine fluidische Kopplung herbeiführen zu können.
In einer Ausführungsform wirkt der Rotor in vorbestimmten, durch zugeordnete Winkelstellungen definierten Schaltstellungen mit dem Stator zusammen zur fluidischen Verbindung oder Trennung von vorbestimmten Anschlussports.
In einer Ausführungsform ist der Rotor mittels einer, vorzugsweise im angeordneten Lager- und Anpresseinrichtung drehbar gelagert und mit einer vorgegebenen Anpresskraft in Richtung auf den Stator beaufschlagt.
In einer Ausführungsform weist die Lager- und Anpresseinrichtung das Ausgleichselement auf, das den Rotor zur Übertragung der Anpresskraft beaufschlagt.
In einer Ausführungsform weist das Ausgleichselement einen Kopfbereich auf, der mit einer Beaufschlagungsfläche den Rotor beaufschlagt.
In einer Ausführungsform weist das Ausgleichselement weist einen Fußbereich auf, mit dem sich das Ausgleichselement gegen eine die Anpresskraft erzeugende Einheit der Lager- und Anpresseinrichtung oder ein die Anpresskraft übertragendes Element der Lager- und Anpresseinrichtung abstützt.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement so konfiguriert, dass die Beaufschlagungsfläche des Kopfbereichs den Rotor auch bei Taumelbewegungen des Rotors in jeder Winkelstellung des Rotors vollflächig beaufschlagt und dabei in der Berührungsebene zwischen Rotor und Stator eine im Wesentlichen gleichmäßige Druckverteilung erzeugt wird.
In einer Ausführungsform ist das Ausgleichselement als stabförmiges Element ausgebildet, und besteht vorzugsweise aus Stahl oder Keramik.
In einer Ausführungsform ist der Rotor axial fest in dem Ventil angeordnet und der Stator ist so konfiguriert, dass er sich elastisch gegenüber dem Rotor ausrichten kann.
In einer Ausführungsform ist der Stator axial fest in dem Ventil angeordnet und der Rotor ist so konfiguriert, dass er sich elastisch gegenüber dem Rotor ausrichten kann.
In einer Ausführungsform weist der Rotor eine erste Wirkfläche und der Stator eine zweite Wirkfläche auf. Durch eine Relativbewegung des Rotors gegenüber dem Stator kann die erste Wirkfläche mit der zweiten Wirkfläche in Verbindung gebracht und ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden. Der Stator weist einen elastischen Bereich auf, um einen axialen Winkel zwischen dem Rotor und dem Stator auszugleichen, sodass die erste Wirkfläche und die zweite Wirkfläche parallel zueinander ausgerichtet werden können.
In einer Ausführungsform weist der Stator einen äu ßeren Bereich und einen inneren Bereich auf, der innere Bereich weist die zweite Wirkfläche aufweist, und der äußere Bereich ist mit dem inneren Bereich über den elastischen Bereich verbunden, sodass der innere Bereich gegenüber dem äußeren Bereich durch den elastischen
Bereich elastisch beweglich ist.
In einer Ausführungsform ist der äußere Bereich fest gegenüber dem Rotor angeordnet und der innere Bereich kann sich gegenüber dem Rotor elastisch ausrichten.
In einer Ausführungsform weist der elastische Bereich einen oder mehrere Stege auf, die jeweils an einer Seite mit dem äußeren Bereich und an der entgegengesetzten Seite mit dem inneren Bereich verbunden sind, sodass sich der innere Bereich gegenüber dem äußeren Bereich verkippen kann.
Eine Ausführungsform betrifft ein Hochleistungschromatografie-System, aufweisend eine Pumpe zum Bewegen einer mobilen Phase, eine stationäre Phase zum Trennen von Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, und ein Ventil nach einem der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele, um einen Flusspfad der mobilen Phase herzustellen oder zu unterbinden.
Ein Ausführungsform betrifft ein Verfahren, vorzugsweise in einem Hochleistungschromatografie-System zur Trennung von Komponenten einer in eine mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit. Das Verfahren betrifft ein Ventil mit einem Rotor und einem Stator, wobei durch eine Rotationsbewegung des Rotors gegenüber dem Stator ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden kann. Das Verfahren umfasst ein Ausgleichen eines axialen Versatzes zwischen dem Rotor und dem Stator durch Bilden eines Drehpunktes an zumindest einer sphärischen Oberfläche.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auf Basis vieler der bekannten HPLC Systeme ausgeführt werden, wie z.B. den Agilent Infinity Serien 1290, 1260, 1220 und 1200 der Anmelderin Agilent Technologies, Inc., siehe www.agilent.com.
Als mobile Phase (oder Eluent) kann ein reines Lösungsmittel oder eine Mischung verschiedener Lösungsmittel verwendet werden. Die mobile Phase kann so gewählt werden, um die Retentionszeit (Antwortzeit) von interessierenden Flüssigkeits-Komponenten und/oder die Menge der mobilen Phase zum Betreiben der Chromatografie zu minimieren. Die mobile Phase kann auch so gewählt werden, dass bestimmte Komponenten effektiv getrennt werden. Sie kann ein organisches Lösungsmittel, wie z.B. Methanol oder Acetonitril, aufweisen, das oft mit Wasser verdünnt wird. Für einen Gradientenbetrieb werden oft Wasser und ein organisches Lösungsmittel (oder bzw. andere in der HPLC üblichen Lösungsmittel) in ihrem Mischverhältnis über der Zeit variiert.
Das oder eines der vorab erläuterten Verfahren kann durch eine Software ganz oder teilweise gesteuert, unterstützt oder ausgeführt werden, wenn diese auf einem Datenverarbeitungssystem, wie einem Computer oder einer Workstation, abläuft. Die Software kann dabei oder dazu auf einem Datenträger gespeichert werden kann.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranziehung der Zeichnungen erläutert, wobei sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen.

1 zeigt ein Flüssigkeitsseparationssystem 10 entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie es z.B. in der HPLC verwendet wird.
2 zeigt ein Beispiel eines Ventils 200, wie es beispielsweise in dem Probeninjektor 40 verwendet werden kann.
3 stellt schematisch und in Schnittbilddarstellung eine Ausführungsform eines Ventils 300 dar.
4A stellt schematisch und in Schnittbilddarstellung eine weitere Ausführungsform eines Ventils 300 dar.
4B illustriert exemplarisch und schematisch eine gegenüber der 4A alternativen Ausführungsform des Ausgleichselementes 310.
5 zeigt eine Ausführungsform des in 4A verwendeten elastischen Stators 220 in Schnittdarstellung (oben) und schematischer Draufsicht (unten).
6 für 7 zeigen schematisch und in Schnittdarstellung weitere Ausführungsformen des Ventils 300.

Im Einzelnen zeigt 1 eine allgemeine Darstellung eines Flüssigkeitsseparationssystems 10. Eine Pumpe 20 erhält eine mobile Phase von einer Lösungsmittelversorgung 25, typischerweise über einen Entgaser 27, der die mobile Phase entgast und auf diese Weise die Menge gelöster Gase in der mobilen Phase reduziert. Die Pumpe 20 treibt die mobile Phase durch ein Separationsgerät 30 (wie eine chromatographische Säule), das eine stationäre Phase aufweist. Ein Probengerät (oder Probeninjektor) 40 kann zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 vorgesehen werden, um ein Probenfluid in die mobile Phase zu bringen. Eine fluidische Leitung zwischen Pumpe 20 und Probeninjektor 40 soll mit dem Bezugszeichen 41 und eine fluidische Leitung zwischen dem Probeninjektor 40 und dem Separationsgerät 30 soll mit einem Bezugszeichen 42 bezeichnet werden. Die stationäre Phase des Separationsgerätes 30 ist dazu angepasst, um Komponenten des Probenfluids zu trennen. Ein Detektor 50 detektiert separierte Komponenten des Probenfluids, und ein Fraktionierungsgerät 60 kann zur Ausgabe der getrennten Komponenten vorgesehen werden.
Die mobile Phase kann aus nur einem Lösungsmittel bestehen oder aus einer Mischung unterschiedlicher Lösungsmittel. Das Mischen kann bei Niederdruck und vor der Pumpe 20 erfolgen, so dass die Pumpe 20 bereits das gemischte Lösungsmittel als mobile Phase befördert. Alternativ kann die Pumpe aus einzelnen Pumpeinheiten bestehen, wobei jede Pumpeinheit jeweils ein Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelmischung fördert, so dass die Mischung der mobilen Phase (wie sie dann das Separationsgerät 30 sieht) unter hohem Druck und nach der Pumpe 20 erfolgt. Die Zusammensetzung (Mischung) der mobilen Phase kann über der Zeit konstant gehalten (isokratischer Modus) oder in einem sogenannten Gradienten-Modus über der Zeit variiert werden.
Eine Datenverarbeitungseinheit 70, die ein konventioneller PC oder eine Workstation sein kann, kann - wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet - an eines oder mehrere der Geräte in dem Flüssigkeitsseparationssystem 10 gekoppelt werden, um Informationen zu erhalten und/oder den Betrieb des Systems oder einzelner Komponenten darin zu steuern.
2 zeigt ein Beispiel eines Ventils 200, wie es beispielsweise in dem Probeninjektor 40 verwendet werden kann, z.B. zur Injektion des Probenfluids in die mobile Phase. Derartige Injektoren einschließlich schaltbarer Ventile sind im Stand der Technik hinreichend bekannt, wie z.B. aus der W02010139359A1 , US20160334031 A1 oder US2017343520A1 , alle derselben Anmelderin. Die ersten beiden Dokumente zeigen den Injektor in einer sogenannten Flow-Through-Konfiguration, in der während der Injektion eine Probenschleife, in der sich das Probenfluid befindet, zwischen die Pumpe und das Separationsgerät geschaltet wird. Das dritte Dokument hingegen beschreibt einen Injektor in der sogenannten Feed-Injection-Konfiguration, in der das Probenfluid mittels einer T-Kopplung in die mobile Phase zwischen der Pumpe und dem Separationsgerät gedrückt wird, sodass sich ein Probenfluss, der das Probenfluid enthält, zu dem Fluss der mobilen Phase addiert.
Das in 2 beispielhaft gezeigte Ventil 200 ist ein sogenanntes Rotationsventil, bei dem sich ein Rotor 210 und ein Stator 220 relativ zueinander rotatorisch bewegen, wobei typischerweise der Rotor gegenüber dem Stator gedreht wird. Sowohl im Rotor als auch im Stator können sich dabei sogenannte Ports befinden, die jeweils ein offenes Ende zu einem jeweiligen Flusspfad darstellen, der über entsprechende Anschlüsse 230A, 230B etc. mit dem Ventil 200 verbunden sein kann. Ferner können sowohl Stator 210 als auch Rotor 22 entsprechende Verbindungselemente (z.B. Aussparungen wie Nuten, Grooves etc.) aufweisen die durch Relativbewegung von Rotor und Stator ein oder mehrere Ports fluidisch miteinander verbinden können. Dies ist in 2 nur schematisch dargestellt und im Stand der Technik hinreichend bekannt, z.B. aus den zuvor genannten Dokumenten. Ebenfalls bekannt ist, dass alternativ zu Rotationsventilen auch sogenannte Translationsventile verwendet werden können, bei denen anstelle einer Rotationsbewegung eine Translationsbewegung durchgeführt wird.
Im Ausführungsbeispiel der 2 zeigt das Ventil 200 ferner einen Antrieb 240 zur Bewegung des Rotors 210, z.B. eine rotierbare Welle, die beispielsweise von einem Motor angetrieben werden kann. Der Antrieb 240 kann mit dem Rotor 210 fest verbunden oder sogar ein integraler Bestandteil davon sein. Der Antrieb 240 zusammen mit dem Rotor 210 wird vorzugsweise elastisch/federnd, z.B. mittels eines Federpaketes 250, gegen den Stator 220 gedrückt. Rotor 210, Antrieb 240 und Federpaket 250 können in einem Gehäuse 260 angeordnet sein. Der Stator 220 zusammen mit den Anschlüssen 230 kann vorzugsweise in einem Ventilkopf 270 angeordnet sein, der z.B. mittels einer Schraubverbindung 270 mit dem Gehäuse 260 verbunden werden kann.
Das Ventil 200 kann beispielsweise so geschaltet sein, dass die fluidische Leitung 41 an den Anschluss 230A und die fluidische Leitung 42 an den Anschluss 230B angeschlossen wird. Durch geeignete Ausgestaltung des Rotors 210 und des Stators 220, insbesondere durch Ausführung geeigneter Verbindungselemente, kann eine gewünschte Funktionalität in der fluidischen Kopplung zwischen den fluidischen Leitungen 41 und 42 ausgestaltet werden, wie dies im Stand der Technik hinreichend bekannt ist.
Um eine fluidische Dichtigkeit, z.B. im Flüssigkeitspfad zwischen den Leitungen 41 und 42, zwischen dem Rotor 210 und dem Stator 220 zu bewerkstelligen, wird im Stand der Technik zumeist eine entsprechende Dimensionierung des Federpaketes 250 oder ein anderer statischer Vorspannmechanismus vorgeschlagen, sodass der Rotor 210 mit einer gewünschten Dichtkraft F axial (also in Richtung der Dichtkraft F) gegen den Stator 220 drückt. Eine zu niedrige Dichtkraft F kann dabei zu einer Undichtigkeit (insbesondere zwischen Rotor 210 und Stator 220) führen, während eine zu hohe Dichtkraft F einen erhöhten Verschleiß (insbesondere der Reibkomponenten zwischen Rotor 210 und Stator 220) nach sich ziehen kann.
3 stellt schematisch und in Schnittbilddarstellung eine Ausführungsform eines Ventils 300 dar, das dem in 2 gezeigten Ventil 200 im Wesentlichen entspricht, sodass Bezugszeichen entsprechend verwendet werden. In dem (in 3 nicht dargestellten) Gehäuse 260 befindet sich der Rotor 210, der gegenüber dem Stator 220 anliegt und von dem Antrieb 240 rotierend angetrieben werden kann. Ein (in 3 nicht dargestelltes) Lager, z.B. ein Axial-Drucklager, kann den Antrieb 240 in axialer Richtung lagern.
Das Ventil 300 weist ferner ein Ausgleichselement 310 auf, um ein axiales Anpressen des Rotors 210 gegenüber dem Stator 220 zu bewerkstelligen. Hierzu ist das Ausgleichselement 310 zusammen mit dem Rotor 210 und dem Stator 220 in axialer Richtung des Ventils 300 angeordnet, wobei axial in Bezug auf eine Drehachse des Ventils 300 zu verstehen ist. Um einen axialen Versatz zwischen dem Rotor 210 und dem Stator 220 ausgleichen zu können, weist das Ausgleichselement 310 zumindest eine sphärische Oberfläche 320 auf, was im Folgenden näher dargestellt werden soll.
In der Ausführungsform nach 3 ist das Ausgleichselement 310 in einer axialen Vertiefung 340 des Antriebs 240 angeordnet, wobei radial zwischen dem Ausgleichselement 310 und einer Oberfläche der axialen Vertiefung 340 ein oder mehrere vorzugsweise elastische Elemente 350 angeordnet sein können, wie z.B. die in 3 dargestellten O-Ringe 350A und 350B, um das Ausgleichselement 310 innerhalb der axialen Vertiefung 340 zu haltern und positionieren. Die elastischen Elemente 350 können ebenfalls ein Montieren des Ventils 300, insbesondere des Ausgleichselementes 310 innerhalb des Antriebs 240, erleichtern.
In dem Ausführungsbeispiel nach 3 weist das Ausgleichselement 310 einen länglichen Grundkörper 360 auf, der sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckt. Der längliche Grundkörper 360, der z.B. ein Zylinder sein kann, weist an seiner oberen (in Bezug auf die Darstellung in 3) Stirnseite eine sphärische Oberfläche 320A und an seiner unteren Stirnseite eine sphärische Oberfläche 320B auf.
In dem Ausgangsbeispiel nach 3 ist eine weitere sphärische Oberfläche 320C dargestellt, die sich an einer axialen Stirnfläche eines Abstandselementes 370 erstreckt und der sphärischen Oberfläche 320A gegenüberliegt. Dieses Abstandselement 370 kann entweder dem Ausgleichselement 310 oder hier dem Stator 210 (räumlich) zugeordnet werden und wirkt funktional mit dem Ausgleichselement 310 zusammen.
Zwischen dem Antrieb 240 und dem Rotor 210 können ferner ein oder mehrere Mitnehmer 380A, 380B, etc. angeordnet werden, die z.B. als Stifte lose zwischen Antrieb 240 und Rotor 210 eingebracht sind, die im Sinne eines Gehemmes oder eines Gesperrs ein Übertragen einer Rotationsbewegung des Antriebs 240 auf den Rotor 210 bewerkstelligen, vorzugsweise ohne dabei den Rotor 210 gegenüber dem Antrieb 240 (insbesondere axial) fest zu koppeln. Entsprechend sind auch andere mechanische Konstruktionen in der Vermittlung und Übertragung der Rotationsbewegung möglich.
In dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel nach 3 ist das Ausgleichselement 310 so ausgeführt und in dem Ventil 500 angeordnet bzw. befestigt, dass ein axialer Winkelversatz zwischen Stator 220 und Rotor 210 zumindest bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden kann und damit die Wirkoberflächen von Stator 220 und Rotor 210 parallel gegenüber bzw. plan aneinander liegen, wie in 3 dargestellt.
In dem Ausführungsbeispiel nach 3 bildet das Ausgleichselement 310 zwei Lagerstellen 390, nämlich eine erste Lagerstelle 390A und eine zweite Lagerstelle 390B. Die erste Lagerstelle 390A wird durch die sphärische Oberfläche 320B, die sich gegenüber einer axialen Stirnfläche 395 der axialen Vertiefung 340 abwälzen kann, gebildet. Die zweite Lagerstellung 390B wird durch die beiden aneinanderliegenden sphärischen Oberflächen 320A und 320C, die sich aufeinander abwälzen können, gebildet.
In dem Beispiel nach 3 ist der Stator 220 gegenüber dem Antrieb 240 bewusst übertrieben axial abgewinkelt dargestellt, z.B. bedingt oder bewirkt durch entsprechende Toleranzen, Abrieb und/oder eines nicht ganz optimalen Zusammenbau. Das Ausgleichselement 310 kann sich gegenüber der Rotationsachse des Antriebs 240 an der ersten Lagerstelle 390A abkippen, wodurch der obere O-Ring 350A rechts und der untere O-Ring 350B links (jeweils in der Zeichendarstellung nach 3) verquetscht werden. Das Abstandselement 370 wird an der zweiten Lagerstelle 390B gegenüber dem Ausgleichselement 310 verkippt, sodass im Ergebnis die Wirkoberflächen von Rotor 210 von Stator 220 plan einander gegenüber liegen und gegeneinander gepresst werden. Die Mitnehmer 380 erlauben eine solche Verkippung des Rotors 210 gegenüber dem Antrieb 240.
Neben dem Ausgleich eines axialen Winkelversatzes zwischen Rotor 210 und Stator 220 erlauben beiden Lagerstellen 390A und 390B zudem, dass kein oder nur ein geringer lateraler radialer Versatz zwischen Rotor 210 und Stator 220 aus einem solchen axialen Winkelversatz resultiert.
Die Anzahl und Positionierung der sphärischen Oberflächen 320 ist nicht begrenzt oder festgelegt entsprechend des Ausführungsbeispieles nach 3. So könnte beispielsweise auch die axiale Stirnfläche 395 als sphärische Oberfläche ausgeführt werden. Alternativ könnte aber auch nur eine einzige sphärische Oberfläche 320 ausreichen um einen axialen Ausgleich zwischen Rotor 210 und Stator 220 zu bewerkstelligen, wobei dann gegebenenfalls ein lateraler radialer Versatz zwischen Rotor 210 und Stator 220 resultieren kann.
4A stellt schematisch und in Schnittbilddarstellung eine weitere Ausführungsform eines Ventils 300 dar, das dem in 3 im Wesentlichen entspricht. Der Stator 220 ist fest mit dem Gehäuse 260 verbunden, z.B. mittels entsprechender mechanischer Befestigungen. Ein optionales Axial-Drucklager 240L lagert den Antrieb 240 in axialer Richtung. Das Gehäuse 260 kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein, wie z.B. zweistückig zur vereinfachten Montage, wie in 4A dargestellt.
Ferner ist in der Ausführungsform nach 4A der Stator 220 insofern elastisch ausgeführt, dass er trotz starrer Verbindung mit dem Gehäuse 260 sich axial und/oder radial gegenüber dem Rotor 210 elastisch ausrichten kann, wie dies in 4A bewusst übertrieben dargestellt ist. Hierzu ist in dem in 4A gezeigten Ausführungsbeispiel der Stator 220 so ausgeführt, dass er einen elastischen Bereich 400 aufweist, der sich zwischen einem Befestigungsbereich 405 und einem Anlagebereich 410 befindet. Der Befestigungsbereich 405 stellt den Bereich dar, in dem der Stator 220 gegenüber dem Gehäuse 260 befestigt ist. Vorzugsweise und wie in 4A exemplarisch dargestellt befinden sich fluidische Anschlussstellen für eine fluidische Ankopplung des Stators in bzw. innerhalb des Befestigungsbereich 405. Der Anlagebereich 410 stellt den Bereich dar, in dem der Stator 260 gegenüber dem Rotor 210 anliegt, also in dem sich der für die Ventilfunktion erforderliche Wirkbereich des Stators 220 befindet.
Das Ausgleichselement 310 in dem Ausführungsbeispiel nach 4A wird gebildet durch einen Kugelkörper 420, einer oberen Schale 425 und einer unteren Schale 430. Vorzugsweise sind sowohl die obere Schale 425 als auch die untere Schale 430 in ihrer dem Kugelkörper 420 gegenüber bzw. anliegenden Oberfläche/Seite mit einer sphärischen Oberfläche ausgeführt, vorzugsweise konkav z.B. mit einem Radius entsprechend oder (insbesondere geringfügig) größer dem des Kugelkörper 420.
Die obere Schale 425 oder die untere Schale 430 können auch fest (integral) mit dem Kugelkörper 420 verbunden sein, z.B. durch eine geeignete Anformung (z.B. Löten, Schweißen, Kleben etc.). Entsprechend kann dann auch die andere, nicht mit dem Kugelkörper 420 fest verbundene Schale 425/430 so ausgeführt werden, dass deren dem Kugelkörper 420 gegenüberliegenden Oberfläche/Seite keine sphärische Oberfläche aufweist, sondern z.B. plan ausgeführt ist. In einem solchen Ausführungsbeispiel weist das Ausgleichselement 310 dann nur eine sphärische Oberfläche auf, nämlich die des Kugelkörper 420, die der (nicht mit dem Kugelkörper 420 fest verbundenen) Schale 425/430 gegenüber- bzw. anliegt. Die bis zu drei Elemente des Ausgleichselementes 310 in der Ausführungsform nach 4A können auch entsprechend vormontiert und/oder z.B. mittels eines Gummischlauches zusammengehalten werden, um eine vereinfachte Montage zu bewerkstelligen.
In der Ausführungsform nach 4A kann ferner ein vorzugsweise mit dem Gehäuse 260 verbundener axialer Anpressmechanismus 435 (z.B. ein entsprechender Schraubmechanismus, wie exemplarisch dargestellt) vorgesehen werden, um das Ausgleichselement 310 axial gegenüber dem Stator 220 zu positionieren und beispielsweise um den Stator 220 axial fest gegenüber dem Rotor 210 vorzuspannen oder anzupressen. Ferner oder alternativ kann auch ein axiales Federelement ausgeführt werden um eine elastische (federnde) axiale Vorspannung zu bewerkstelligen. Entsprechend kann auch eine Elastizität des Gehäuses 260 ausgenutzt werden.
Im Betrieb des Ventils 300 kann ein axialer Winkelversatz, z.B. zwischen dem Rotor 210 und dem Gehäuse 260, wie in 4A exemplarisch dargestellt, durch das Ausgleichselement 310 zumindest teilweise dadurch ausgeglichen und (zumindest zum Teil) kompensiert werden, indem die zumindest eine sphärische Oberfläche eine Lagerstelle bildet, in der die sphärische Oberfläche abwälzen kann. Sind beispielsweise sowohl die obere Schale 425 als auch die untere Schale 430 drehbar gegenüber dem Kugelkörper 420 ausgeführt, also mit sphärischen Oberflächen sowohl zwischen dem Kugelkörper 420 und der oberen Schale 425 als auch zwischen dem Kugelkörper 420 und der unteren Schale 430, so kann die untere Schale 430 gegenüber der oberen Schale 425 abkippen und den axialen Winkelversatz ausgleichen. Entsprechendes gilt auch, wenn beispielsweise nur die obere Schale 425 oder nur die untere Schale 430 gegenüber dem Kugelkörper 420 beweglich ausgeführt ist.
Neben dem Ausgleich eines axialen Winkelversatzes zwischen Rotor 210 und Stator 220 erlauben die eine oder mehreren Lagerstellen und 390B zudem, dass kein oder nur ein geringer lateraler radialer Versatz zwischen Rotor 210 und Stator 220 aus einem solchen axialen Winkelversatz resultiert.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach 3, in der das Ausgleichselement 310 einen länglichen Grundkörper 360 aufweist, sodass sich der längliche Grundkörper 360 verkippen kann, kann das Ausgleichselement 310 nach 4A so ausgeführt und angeordnet sein, dass eine reine Drehung um den Kugelmittelpunkt des Kugelkörpers 420 erfolgt. Umgekehrt kann der Körper 420 auch nicht als Kugel sondern beispielsweise axial länglich ausgeführt werden, um eine entsprechende Verkippung zu erreichen.
4B illustriert exemplarisch und schematisch eine gegenüber der 4A alternativen Ausführungsform des Ausgleichselementes 310. Zumindest eine der Schalen 425 oder 430, die in 4B konkav ausgeführt sind, ist in 4B konvex als Schale 425A mit einer sphärischen Oberfläche 427A ausgeprägt. Entsprechend wird der Kugelkörper 420 z.B. durch einen Zylinder 420A ersetzt, der eine konkave Aussparung 422A aufweist, die mit der sphärischen Oberfläche 427A der Schale 425A zusammenwirkt. Die Schale 425A kann, entgegengesetzt zur sphärischen Oberfläche 427A, eine vorzugsweise plane Oberfläche 428A aufweisen, die entsprechend wiederum gegen eine andere plane Oberfläche, z.B. des Anpressmechanismus 435 oder des Stators 220 anliegen kann.
In 4B ist schematisch nur eine axiale Seite des Zylinders 420A ausgeführt und dargestellt, nämlich die konkave Aussparung 422A. Die axial gegenüberliegende Seite des Zylinders 420A kann entsprechend ebenfalls eine z.B. konkave Aussparung aufweisen oder beispielsweise plan ausgeführt sein, entsprechend der jeweiligen Anwendung.
5 zeigt - isoliert von dem Ventil 300 - eine Ausführungsform des in 4A verwendeten elastischen Stators 220 in Schnittdarstellung (oben) und schematischer Draufsicht (unten). Eine Vielzahl von Ports 500 ist zentral in dem Anlagebereich 410 des Stators 220 ausgeführt. Die Ports 500 stellen jeweils ein offenes Ende zu einem jeweiligen Flusspfad dar und wirken mit entsprechenden Verbindungselementen (wie z.B. Nuten) des Stators 210 zusammen um entsprechende Flusspfade miteinander zu verbinden.
Der Anlagebereich 410 (mit den Ports 500) ist als ein flexibler Bereich ausgeprägt, was in dem Ausführungsbeispiel nach 5 durch zwei Aussparungen 510 und 515 bewerkstelligt wird. Die beiden Aussparungen 510 und 515 erlauben - zu einem gewissen Grad - ein Verdrehen (insbesondere ein Verkippen) des Anlagebereiches 410, sodass dieser möglichst plan gegenüber dem Rotor 210 anliegt, auch bei einem Verdrehen oder Verkannten des Stators 220 gegenüber dem Rotor 210.
Der Stator 220 weist ferner externe Anschlüsse 520 auf, in den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 beispielhaft dargestellt, die z.B. den Anschlüssen 230 in der 2 entsprechen können, also zur äußeren fluidischen Kontaktierung des Stators 220 dienen.
Der Stator 220 in dem Ausführungsbeispiel nach 5 kann ferner (hier nicht näher dargestellte) Montagebohrungen oder Entsprechendes zur mechanischen Kopplung und/oder Fixierung des Stators 220 z.B. gegenüber dem Gehäuse 260 aufweisen.
Der Stator 220 weist neben dem Anlagebereich 410, der die Ports 500 umfasst, den Befestigungsbereich 405 (der, wie hier dargestellt, als Ring ausgeprägt sein kann) sowie zwei Stege 540A und 540B auf, die sich jeweils zwischen dem Anlagebereich 410 und dem Befestigungsbereich 405 erstrecken und mit diesen verbunden sind. Es können auch nur ein Steg oder mehr als die beiden hier dargestellten Stege 540 implementiert werden, und natürlich können diese Stege 540 auch eine andere Formgebung als die hier gezeigte haben. In diesen Stegen 540 können vorzugsweise die fluidischen Verbindungen zwischen den Ports 500 und Anschlüssen (Interface-Ports) 520 im Befestigungsbereich 405 geführt.
Durch die Stege 540 wird der Anlagebereich 410 gegenüber dem (äußeren) Befestigungsbereich 405 elastisch bewegbar und somit als ein flexibler Bereich ausgeprägt, sodass sich der Anlagebereich 410 gegenüber dem Befestigungsbereich 405 insbesondere in axialer Richtung (des Ventils 300) verschieben kann. Ferner erlaubt diese flexible Struktur auch ein Verdrehen/Verkippen des Anlagebereiches 410 gegenüber dem Befestigungsbereich 405, d. h. die gegenüber dem Rotor 210 anliegende Fläche des Anlagebereiches 410 kann gegenüber der Fläche, in der der Befestigungsbereich 405 liegt, abgewinkelt/gekippt sein.
Die Vielzahl von Ports 500 ist vorzugsweise zentral in dem Anlagebereich 410 des Stators 220 ausgeführt. Die Ports 500 stellen jeweils ein offenes Ende zu einem jeweiligen Flusspfad dar und wirken mit entsprechenden Verbindungselementen (wie z.B. Nuten) des Stators 210 zusammen um entsprechende Flusspfade miteinander zu verbinden. Der Anlagebereich 410 (mit den Ports 500) ist durch die zwei Aussparungen 510 und 515 als ein flexibler Bereich ausgeprägt. Die beiden Aussparungen 510 und 515 erlauben - zu einem gewissen Grad -ein Verkippen des Anlagebereiches 410, sodass der Anlagebereich 410 möglichst plan gegenüber dem Rotor 210 anliegt, auch bei einem Verkippen oder Verkanten des Stators 220 gegenüber dem Rotor 210.
In 5 oben ist der Stator 220 ohne Krafteinwirkung, also in einer Art Ruheposition dargestellt. Wie in 4A bewusst übertrieben dargestellt, kann sich der Stator 220 bei einer axialen Winkelfehlstellung (z.B. zwischen dem Rotor 210 und dem Gehäuse 260, wie exemplarisch in 4A dargestellt) elastisch verformen um einem solchen axialen Winkelversatz auszugleichen.
Der in den 4 und 5 dargestellte Stator 220 kann vorzugsweise mit mikrofluidischen Strukturen implementiert werden, vorzugsweise basierend auf miteinander verbundenen Metallschichten, auch Metall-mikrofluidische oder MMF-Strukturen genannt. In einem Ausführungsbeispiel (hier nicht näher dargestellt) ist der Stator 220 aus einer Vielzahl von Metallschichten (z.B. vier Metallschichten oder mehr) aufgebaut, die jeweils vorzugsweise durch Diffusionsbonden fest miteinander verbunden wurden. Ein oder mehrere fluidische Kanäle können durch geeignete Aussparungen in den Metallschichten gebildet und von einem Fluid, wie der mobilen Phase, durchflossen werden. Solche Kanäle können auch von Keramik-Inserts zumindest teilweise umrandet werden, die beispielsweise als Bonding-Hilfsteile während des Bond-Prozesses eingefügt werden, und vorzugsweise dem Fertigungsprozess dienen um ein Einsacken der Geometrie zu verhindern bzw. reduzieren.
6 zeigt schematisch und in Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform des Ventils 300. Im Unterschied zur Ausführungsform nach 4A aber entsprechend der Ausführungsform nach 3 weist das Ausgleichselement 310 in 6 einen länglichen Körper 600 auf. Zudem weist das Ausgleichselement 310 eine Kugel 610 und eine Schale 620 auf. Ferner ist zwischen dem Anpressmechanismus 435 und dem Ausgleichselement 310 ein optionales elastisches Federelement 630 ausgeführt, um eine federnd elastische axiale Anpressung des Stators 220 gegenüber dem Rotor 210 erreichen zu können.
Durch Ausführung einer oder mehrerer sphärischer Oberflächen können eine oder mehrere Lagerstellen des Ausgleichselementes 310 erreicht werden. So kann (entsprechend 4A) eine Lagerstelle zwischen der Kugel 610 und der Schale 620 und/oder zwischen der Kugel 610 und dem länglichen Körper 600 ausgeführt werden. Entsprechend kann eine, in axialer Richtung der Kugel 610 entgegengesetzten Stirnfläche 640 des länglichen Körpers 600 ebenfalls eine sphärische Oberfläche aufweisen und zusammen mit dem elastischen Federelement 630 eine weitere Lagerstelle bilden. Es ist ersichtlich, dass mehrere Lagerstellen weitere Freiheitsgrade in einem Ausgleich eines axialen Winkelversatzes erlauben.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Körper 600 so ausgeführt, dass dieser eine axiale Längenvariation durchführen kann. Z.B. kann der Körper 600 als ein Piezo-Element ausgeführt sein oder ein solches enthalten, sodass bei durch Anlegen eines entsprechenden elektrischen Signales (was durch die in 6 dargestellten Kabel 650A und 650B angedeutet ist) sich der Körpers 600 in axialer Richtung ausdehnen oder zusammenziehen kann. Anstelle eines Piezo-Elementes können auch andere im Stand der Technik bekannte Materialien, wie z.B. elektroaktive Polymere und dergleichen verwendet werden. Eine solche Variation der axialen Ausdehnung des Körpers 600 kann beispielsweise dazu genutzt werden um, während eines Schaltvorgangs des Ventils 300 einen axialen Anpressdruck des Rotors 210 gegenüber dem Stator 220 zu variieren, z.B. indem der Anpressdruck vor, während und/oder nach dem Schaltvorgang verringert wird. Eine solche Verringerung des Anpressdruck kann beispielsweise einen Verschleiß des Ventils 300, insbesondere eines Abriebs des Rotors 210 gegenüber dem Stator 220 reduzieren oder gar ganz vermeiden.
7 zeigt, entsprechend der Darstellung der 3, eine weitere Ausführungsform des Ventils 300. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach 3 weist das Ausgleichselement 310 in 7 ein oder mehrere Kugelgelenke (jeweils mit einer oder mehrerer sphärischen Oberflächen) auf.
In der gezeigten exemplarischen Ausführungsform nach 7 weist das Ausgleichselement 310 wieder einen länglichen Grundkörper 700 auf sowie ein oberes Anpresselement 710 und ein unteres Anpresselement 720. Das obere Anpresselement 710 liegt gegenüber dem Rotor 210 an, während das untere Anpresselement 720 innerhalb der axialen Vertiefung 340 des Antriebs 240 anliegt und vorzugsweise in dieser entsprechend gehaltert wird. Zwischen dem oberen Anpresselement 710 und dem länglichen Grundkörper 700 ist ein erstes Kugelgelenk 730A und auf axial entgegengesetzter Seite zwischen dem länglichen Grundkörper 700 und dem unteren Anpresselement 720 ist ein zweites Kugelgelenk 730B angeordnet. Jedes der Kugelgelenke 730 kann eine oder mehrere sphärische Oberflächen aufweisen, die entsprechend miteinander zusammenwirken und eine oder mehrere Lagerstellen bilden können. Entsprechend kann ein axialer Winkelversatz zwischen dem Rotor 210 und dem Antrieb 240, wie hier wiederum übertrieben dargestellt, ausgeglichen werden, ohne dass dadurch eine axiale Vorspannung des Antriebs 240 gegenüber dem Rotor 210 und damit gegenüber dem Stator 220 kompromittiert werden muss.
Die in 7 exemplarisch dargestellte Ausführungsform des Ausgleichselementes 310 kann vorzugsweise auch als eine Baugruppe ausgeführt werden, z.B. indem entsprechende Kugeln der Kugelgelenke 730 in entsprechende Vertiefungen des Grundkörpers 700 und/oder der Anpresselemente 710/720 eingepresst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012107378 A1 [0004]
WO 2010139359 A1 [0048]
US 20160334031 A1 [0048]
US 2017343520 A1 [0048]

Claims

Ein Ventil (300), vorzugsweise in einem Hochleistungschromatografie-System (10) zur Trennung von Komponenten einer in eine mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, aufweisend: einen Rotor (210) und einen Stator (220), wobei durch eine Rotationsbewegung des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden kann, und ein Ausgleichselement (310), das zusammen mit dem Rotor (210) und dem Stator (220) axial angeordnet ist und in einem Betriebszustand des Ventils (300) ein axiales Anpressen des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) bewerkstelligt, wobei das Ausgleichselement (310) zumindest eine sphärische Oberfläche (320) aufweist um einen axialen Versatz zwischen dem Rotor (210) und dem Stator (220) auszugleichen.
Das Ventil (300) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei das Ausgleichselement (310) einen oder mehrere Drehpunkte aufweist, die jeweils durch eine sphärische Oberfläche (320) gebildet werden.
Das Ventil (300) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei der Drehpunkt oder die Drehpunkte jeweils eine Lagerstelle aufweist oder aufweisen, in denen zwei der sphärischen Oberflächen (320) aufeinander abwälzen.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ausgleichselement (310) zwei sphärische Oberflächen (320) aufweist, sodass bei einem axialen Versatz zwischen dem Rotor (210) und dem Stator (220) die sphärischen Oberflächen (320) sich gegeneinander bewegen können um den axialen Versatz auszugleichen.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ausgleichselement (310) so konfiguriert ist einen lateralen Versatz des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) auszugleichen.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem der folgenden Merkmale: das Ausgleichselement (310) ist zusammen mit dem Rotor (210) und dem Stator (220) axial in Richtung einer Drehachse des Rotors (210) angeordnet; das Ausgleichselement (310) ist so konfiguriert, dass in dem Betriebszustand des Ventils (300) eine axiale Kraft auf die zumindest eine sphärische Oberfläche (320) wirkt um das axiale Anpressen des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) zu bewerkstelligen.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend: einen Antrieb (240) zur Bewegung des Rotors (210).
Das Ventil (300) nach dem vorangegangenen Anspruch, mit zumindest einem der folgenden Merkmale: der Antrieb (240) weist eine rotierbare Welle auf, die vorzugsweise von einem Motor angetrieben werden kann; das Ausgleichselement (310) ist axial zwischen dem Antrieb (240) und dem Rotor (210) oder dem Stator (220) angeordnet; das Ausgleichselement (310) ist axial zwischen einem Gehäuse (260) des Ventils (300) und dem Stator (220) angeordnet, wobei vorzugsweise das Ausgleichselement (310) axial auf eine erste Seite des Stators (220) wirkt, der Antrieb (240) über den Rotor (210) auf eine zweite Seite wirkt, und die zweite Seite axial entgegengesetzt zu der ersten Seite angeordnet ist.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ausgleichselement (310) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die in dem Betriebszustand des Ventils (300) axial in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind, wobei das erste Ende eine erste sphärische Oberfläche (320) aufweist, sodass das Ausgleichselement (310) an der ersten sphärischen Oberfläche axial abkippen kann um den axialen Versatz zwischen dem Rotor (210) und dem Stator (220) auszugleichen.
Das Ventil (300) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei das zweite Ende des Ausgleichselement (310) eine zweite sphärische Oberfläche (320) aufweist, sodass das Ausgleichselement (310) an der zweiten sphärischen Oberfläche abkippen kann um den axialen Versatz zwischen dem Rotor (210) und dem Stator (220) auszugleichen, wobei vorzugsweise eine Richtung der Abhebung an der zweiten sphärischen Oberfläche entgegengesetzt zu einer Richtung der Abhebung an der ersten sphärischen Oberfläche ist.
Das Ventil (300) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei das Ausgleichselement (310) in axialer Richtung länglich ausgeprägt ist.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ausgleichselement (310) zumindest ein Kugelgelenk mit zumindest einer sphärischen Oberfläche aufweist, vorzugsweise zwei Kugelgelenke an axial entgegengesetzten Enden des Ausgleichselements (310).
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei durch eine Relativbewegung des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) eine erste Wirkfläche des Rotors (210) mit einer zweiten Wirkfläche des Stators (220) in Verbindung gebracht und ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden kann.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem der folgenden Merkmale: das Ventil (300) ist ein Hochdruck-Schaltventil (300) für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie; das Ventil (300) weist ein Gehäuse (260) auf, in dem eines oder mehrere Elemente aus dem Rotor (210), dem Stator (220), dem Antrieb (240) und dem Ausgleichselement (310) angeordnet sind; der Stator (220) weist eine Vielzahl von Anschlussports auf, jeweils um eine fluidische Kopplung herbeiführen zu können; der Rotor (210) wirkt in vorbestimmten, durch zugeordnete Winkelstellungen definierten Schaltstellungen mit dem Stator (220) zusammen zur fluidischen Verbindung oder Trennung von vorbestimmten Anschlussports; der Rotor (210) ist mittels einer, vorzugsweise im angeordneten Lager- und Anpresseinrichtung drehbar gelagert und mit einer vorgegebenen Anpresskraft in Richtung auf den Stator (220) beaufschlagt; die Lager- und Anpresseinrichtung weist das Ausgleichselement (310) auf, das den Rotor (210) zur Übertragung der Anpresskraft beaufschlagt; das Ausgleichselement (310) weist einen Kopfbereich auf, der mit einer Beaufschlagungsfläche den Rotor (210) beaufschlagt; das Ausgleichselement (310) weist einen Fußbereich auf, mit dem sich das Ausgleichselement (310) gegen eine die Anpresskraft erzeugende Einheit der Lager- und Anpresseinrichtung oder ein die Anpresskraft übertragendes Element der Lager- und Anpresseinrichtung abstützt; das Ausgleichselement (310) ist so konfiguriert, dass die Beaufschlagungsfläche des Kopfbereichs den Rotor (210) auch bei Taumelbewegungen des Rotors (210) in jeder Winkelstellung des Rotors (210) vollflächig beaufschlagt und dabei in der Berührungsebene zwischen Rotor (210) und Stator (220) eine im Wesentlichen gleichmäßige Druckverteilung erzeugt wird; das Ausgleichselement (310) ist als stabförmiges Element ausgebildet, und besteht vorzugsweise aus Stahl oder Keramik.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem der folgenden Merkmale: der Rotor (210) ist axial fest in dem Ventil (300) angeordnet und der Stator (220) ist so konfiguriert, dass er sich elastisch gegenüber dem Rotor (210) ausrichten kann; der Stator (220) ist axial fest in dem Ventil (300) angeordnet und der Rotor (210) ist so konfiguriert, dass er sich elastisch gegenüber dem Rotor (210) ausrichten kann.
Das Ventil (300) nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei: der Rotor (210) eine erste Wirkfläche und der Stator (220) eine zweite Wirkfläche aufweist, durch eine Relativbewegung des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) die erste Wirkfläche mit der zweiten Wirkfläche in Verbindung gebracht und ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden kann, und der Stator (220) einen elastischen Bereich aufweist, um einen axialen Winkel zwischen dem Rotor (210) und dem Stator (220) auszugleichen, sodass die erste Wirkfläche und die zweite Wirkfläche parallel zueinander ausgerichtet werden können.
Das Ventil (300) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei: der Stator (220) einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich aufweist, der innere Bereich die zweite Wirkfläche aufweist, und der äußere Bereich mit dem inneren Bereich über den elastischen Bereich verbunden ist, sodass der innere Bereich gegenüber dem äußeren Bereich durch den elastischen Bereich elastisch beweglich ist.
Das Ventil (300) nach dem vorangegangenen Anspruch, mit zumindest einem der folgenden Merkmale: der äußere Bereich ist fest gegenüber dem Rotor (210) angeordnet und der innere Bereich kann sich gegenüber dem Rotor (210) elastisch ausrichten; der elastische Bereich weist einen oder mehrere Stege auf, die jeweils an einer Seite mit dem äußeren Bereich und an der entgegengesetzten Seite mit dem inneren Bereich verbunden sind, sodass sich der innere Bereich gegenüber dem äußeren Bereich verkippen kann.
Ein Hochleistungschromatografie-System (10), aufweisend: eine Pumpe (20) zum Bewegen einer mobilen Phase, eine stationäre Phase (30) zum Trennen von Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, und ein Ventil (300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, um einen Flusspfad der mobilen Phase herzustellen oder zu unterbinden.
Ein Verfahren, vorzugsweise in einem Hochleistungschromatografie-System (10) zur Trennung von Komponenten einer in eine mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, für ein Ventil (300) mit einem Rotor (210) und einem Stator (220), wobei durch eine Rotationsbewegung des Rotors (210) gegenüber dem Stator (220) ein Flusspfad hergestellt oder unterbunden werden kann, das Verfahren aufweisend: Ausgleichen eines axialen Versatzes zwischen dem Rotor (210) und dem Stator (220) durch Bilden eines Drehpunktes an zumindest einer sphärischen Oberfläche.