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Die Erfindung betrifft ein Mehrwege-Schaltventil
für ein
Flüssigkeitsdurchflusssystem,
mit:
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ersten Bauteil, das eine Mehrzahl an Anschlüssen zum Verbinden von Flüssigkeitsleitungen
aufweist, wobei das erste Bauteil zumindest eine Gruppe von Anschlüssen aufweist,
die in einer im Wesentlichen geraden Reihe oder zumindest zwei benachbarten,
im Wesentlichen parallelen und im Wesentlichen geraden Reihen angeordnet
sind;
- – einem
zweiten Bauteil, das mit dem ersten Bauteil verbunden und relativ
zu dem ersten Bauteil beweglich ist, wobei das zweite Bauteil eine
Mehrzahl an Kanälen
aufweist, wobei die Kanäle
so angeordnet sind, dass ein oder mehrere dieser Kanäle gemäß einer
gewählten
relativen Stellung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil vorbestimmte
Anschlüsse
des ersten Bauteils untereinander flüssigkeitsleitend verbindet/verbinden.
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Ein Ventil der zuvor genannten Art
ist aus US-A-4 923 616 bekannt.
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Das bekannte Steuerschaltventil weist
als erstes Bauteil eine unbewegliche Scheibe auf, die koaxial um
die Mitte der unbeweglichen Scheibe herum in geeigneten Abständen angeordnete
konzentrische Pfade und sich nach unten öffnende Kanäle aufweist, wobei eine erste
Gruppe von vertikalen Pfaden in regelmäßigen Abständen in umfänglicher Richtung ringförmig mit
einem größeren Radius
als die konzentrischen Pfade angeordnet sind und als sich nach unten öffnende
Kanäle
dienen, und wobei eine zweite Gruppe von vertikalen Pfaden in umfänglicher
Richtung in regelmäßigen Abständen mit
einem größeren Radius
als der Kreis der ersten Gruppe ringförmig angeordnet ist und als
sich nach unten öffnende
Kanäle dient,
um eine Anzahl von Gegenstücken
zu bilden, die den vertikalen Pfaden der ersten Gruppe entsprechen.
Das Ventil weist weiterhin als zweites Bauteil eine drehbare Scheibe
auf, die Verbindungspfade aufweist, die erste Verbindungspfade umfassen,
die an geeigneten Positionen angeordnet sind, die den Positionen
entsprechen, an denen die vertikalen Pfade der ersten und zweiten
Gruppe in der unbeweglichen Scheibe gebildet sind.
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Ein weiteres Mehrwege-Schaltventil
ist aus US-A-3 800 602 bekannt. Dieses Ventil weist einen Achtwege-Ventilblock
auf, der einen einzelnen Kanal und ein bewegliches Ventilplattenelement
aufweist, das verschiebbar daran durch einen Ventilplattenträger befestigt
ist, der in einer ersten Stellung das gleichzeitige Probenehmen
eines zu analysierenden Gasstroms und ein Rückspülen der Chromatographiesäule und
in einer zweiten Stellung eine schnelle Analyse der Gasprobe erlaubt.
Durch die Hinzufügung
eines oder mehrerer Sechswege-Programmierungsventilen oder äquivalenten
Probennahmemitteln, die in Reihe mit dem Achtwege-Ventil angeordnet
sind, kann die Vorrichtung die Aufgabe erfüllen, zwei oder mehrere separate
Gasströme
schnell zu analysieren.
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Ein Ventil der eingangs genannten
Art wird in allen Arten von Flüssigkeits-Handlingsystemen,
insbesondere in Chromatographiesystemen, verwendet. Flüssigchromatographie
ist ein bekanntes Verfahren zum Trennen von Komponenten von Spurenelementen
in zu analysierenden flüssigen
Substraten. Bspw. wird in einem Flüssigchromatographie(LC)-Kernmagnetresonanz(NMR)-System
ein von einer LC-Trenneinheit oder einer Peaksammel- oder -einfangeinheit
kommender Chromatographiefluss zu einer ersten Entscheidungsdetektoreinheit
und anschließend
zu einer NMR-Zieldetektoreinheit
geführt.
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Für
die LC-NMR-Verfahrensweise sind vier automatische Betriebsarten
bekannt, nämlich „Permanenter
Fluss" („on-flow"), „angehaltener
Fluss" („stop-flow"), „Zeitschachtelung" („time-slicing") und „Schleifensammlung" („loop-sampling").
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Bei einer reinen Online-Kopplung
ist der NMR-Detektor direkt mit dem Flüssigchromatographen verbunden.
Bei dieser Online-Betriebsart
werden die von der LC kommenden separierten Peaks kontinuierlich
in den NMR-Detektor zugeführt,
um darin online spektrometrisch untersucht zu werden.
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Als Alternative zu der Online-Betriebsart
wird die Verfahrensweise des angehaltenen Flusses angewandt, bei
der die Flusspumpe des LC angehalten wird, solange eine Komponente
in dem NMR-Detektor
untersucht wird.
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Die Betriebsart des Peak-Sammelns
ist eine Betriebsart, bei der einzelne separierte Peaks, die von
der LC kommen, ausgewählt
und zwischenzeitlich in einer Peaksammeleinheit zur späteren Untersuchung
in dem NMR-Detektor gespeichert werden.
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Die Betriebsart der Zeitschachtelung
ist eine getaktete Betriebsart, bei der die LC-Peaks in zeitlich gleich
unterteilten Fraktionen untersucht werden können, um spektroskopische Veränderungen über eine bestimmte
Elusionsdauer zu beobachten.
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Ein LC-NMR-System kann zusätzlich mit
einem Massenspektrometer (MS) kombiniert werden, was zu einer noch
höheren
Komplexität
des Systems führt.
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Ein Ventil der eingangs genannten
Art wird in dem zuvor genannten System verwendet, um zwischen verschiedenen
Funktionen des Systems umzuschalten. Die herkömmlichen bekannten Ventile sind
jedoch bezüglich
ihrer Funktionalität
beschränkt, so
dass üblicherweise
mehr als ein Ventil der herkömmlichen
Bauart verwendet werden muss, um in der Lage zu sein, zwischen allen
Funktionen des Flüssigkeitssystems
umzuschalten. Die herkömmliche
Bauart eines Ventils der eingangs genannten Art wird nun mit Bezug
auf 9 bis 12 der beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Die herkömmlichen, auf dem Markt erhältlichen
Ventile, die als Drehventile ausgestaltet sind, sind alle ähnlich aufgebaut.
Ein derartiges Ventil ist bspw. in US-A-4 123 640 oder in EP-A-1
202 054 offenbart. In 9 ist
ein Ventil 10' gezeigt,
das als Achtwege-Drehventil ausgebildet ist. Das Ventil 10' weist ein erstes
Bauteil 12' auf,
das als Stator bezeichnet wird, und das eine Mehrzahl an Anschlüssen 14' aufweist, bspw.
acht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
(Vgl. 10). Die Anschlüsse 14' sind umfänglich in
einer kreisförmigen
Reihe um die Mitte des ersten Bauteils 12' in gleichen Winkelabständen herum
verteilt. Acht Flüssigkeitsleitungen 16' können mit
den Anschlüssen 14' entsprechend
verbunden werden.
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Ein zweites Bauteil 18' ist mit dem
ersten Bauteil 12' verbunden
und relativ zu dem ersten Bauteil 12' beweglich. Das zweite Bauteil 18' wird üblicherweise
als Rotor bezeichnet. Das zweite Bauteil 18', das in 11 in Alleinstellung gezeigt ist, weist eine
Mehrzahl an Kanälen 20' auf, die auf
derjenigen Oberfläche
des zweiten Hauteils 20' angeordnet sind,
die der rückseitigen
Oberfläche
des ersten Bauteils 12' zugewandt
ist. Die Kanäle 20' sind bspw.
als Rillen ausgebildet, die in die Oberfläche 22' des zweiten Bauteils 18' geätzt sind.
Die Kanäle 20' sind so angeordnet,
dass einer oder mehrere der Kanäle 20' gemäß einer
gewählten
Relativstellung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 12', 18' vorbestimmte
Anschlüsse 14' des ersten
Bauteils 12' miteinander
verbinden. Eine ausgewählte
Relativstellung ist in 12 gezeigt.
Durch Drehen des zweiten Bauteils 18' relativ zu dem ersten Bauteil 12', bspw. mittels
einer externen Antriebseinheit (nicht dargestellt) über eine
Welle 26' kann
eine andere Relativstellung zwischen dem ersten und dem zweiten
Bauteil 12', 18' erhalten werden,
um andere vorbestimmte Anschlüsse 14 als
die in 12 Gezeigten
zu verbinden.
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Eine solche Bauart eines Ventils
bedingt es, dass eine Anzahl von vier oder mehr Ventilen für ein komplex
verknüpftes
LC-NMR-System wie
oben beschrieben erforderlich sind, was in hohen Kosten resultiert.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass eine große Anzahl
von Ventilen in einem hohen Totvolumen resultiert, das in LC-Systemen
abträglich
ist, wo ein großes
Totvolumen die Genauigkeit der Analyse beeinträchtigt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Mehrwege-Schaltventil der eingangs genannten Art bereitzustellen,
das eine erhöhte Funktionalität hat, so
dass die Anzahl an Ventilen für ein
komplexes Flüssigkeitsflusssystem
vorzugsweise auf ein Ventil reduziert werden kann, das alle Anforderungen
des Systems erfüllen
kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich
eines Mehrwege-Schaltventils
für Flüssigkeitsdurchflüsse der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das erste Bauteil
zumindest eine Gruppe von Anschlüssen
aufweist, die in einer im Wesentlichen geraden Reihe oder zumindest
zwei benachbarten, im Wesentlichen parallelen und im Wesentlichen
geraden Reihen angeordnet sind, und dass das zweite Bauteil eine
Mehrzahl an Segmenten aufweist, wobei ein oder mehrere Kanäle in den Segmenten
angeordnet sind, und wobei der Kanal oder die Kanäle jedes
Segments ein vorbestimmtes Verbindungsschema zum Verbinden von vorbestimmten
Anschlüssen
nur derselben Gruppe von Anschlüssen
miteinander darstellt/darstellen.
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Anstatt die Anschlüsse, bspw.
acht Anschlüsse,
in einer kreisförmigen
Reihe um die Mitte des ersten Bauteils anzuordnen und diese Anschlüsse über den
gesamten Umfang des ersten Bauteils zu verteilen, weist das erste
Bauteil des erfindungsgemäßen Ventils
zumindest eine Gruppe von Anschlüssen,
bspw. acht Anschlüsse,
auf, die in einer im Wesentlichen geraden Reihe oder zumindest zwei benachbarten,
im Wesentlichen parallelen und im Wesentlichen geraden Reihen angeordnet
sind. Dies ermöglicht
es, wie es ebenso durch die vorliegende Erfindung vorgesehen ist,
das zweite Bauteil effizienter für
eine große
Anzahl von Kanälen
zu nutzen, indem das zweite Bauteil in eine Mehrzahl von Segmenten
unterteilt ist, wobei jedes Segment ein vorbestimmtes Verbindungsschema
zum Verbinden vorbestimmter Anschlüsse miteinander definiert,
und zwar gemäß der speziellen
Anordnung des Kanals oder der Kanäle in jedem Segment, d. h.
gemäß einem vorbestimmten
Muster des Kanals oder der Kanäle
in jedem Segment. Für
ein Ventil herkömmlicher
Größe und von
drehbarer Bauweise ist es möglich,
zumindest zwölf
derartige Segmente vorzusehen. An dem zweiten Bauteil können die
Anschlüsse
in einer im Wesentlichen geraden Reihe oder, in platzsparenderer
Weise in zumindest zwei im Wesentlichen parallelen und im Wesentlichen
geraden Reihen angeordnet werden, insbesondere, wenn das Ventil
eine drehende Bauart aufweist. Das erfindungsgemäße Ventil besitzt eine erhöhte Funktionalität, und wenn
es in einem komplexen Flüssigkeitssystem
wie LC-NMR oder LC-NMR verwendet wird, ist es möglich, alle Funktionen des
Systems mit nur einem Ventil zu erhalten.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
ist das erste Bauteil kreisförmig,
und die zumindest eine Reihe von Anschlüssen ist im Wesentlichen in
radialer Richtung bezüglich
der Mitte des ersten Elements gerichtet.
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Diese Ausgestaltung ist insbesondere
bei einer drehenden Bauart des Ventils vorteilhaft, und sie ermöglicht es,
die Segmente mit dem Kanal oder den Kanälen darin als Sektoren eines
Kreises auszubilden, wie in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen
ist, was im Falle einer drehenden Bauart in einer optimalen Ausnutzung
der Größe des zweiten
Bauteils resultiert, um eine maximale Anzahl von Verbindungsschemata
und damit Funktionen des Ventils zu erhalten.
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Bei einer Bauart des erfindungsgemäßen Ventils
mit Drehsymmetrie ist es weiter bevorzugt, wenn das zweite Bauteil
relativ zu dem ersten Bauteil um seine Mittelachse drehbar ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung
kann es bevorzugt sein, wenn das zweite Bauteil als translatorisch
beweglicher Schieber ausgebildet ist und die Segmente parallel zueinander
angeordnet sind.
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Diese Ausgestaltung kann in Betracht
gezogen werden, wenn es keine Beschränkungen hinsichtlich der Größe des Ventils
gibt, wobei die Anzahl an parallelen Segmenten und damit Verbindungsschemata,
die durch den Kanal oder die Kanäle
jeden Segments repräsentiert
werden, praktisch vom Nutzer frei wählbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist
das erst Bauteil zumindest zwei Gruppen von Anschlüssen auf,
wobei die Anschlüsse
jeder Gruppe in einer im Wesentlichen geraden Reihe oder zumindest
zwei im Wesentlichen parallelen und im Wesentlichen geraden Reihen
angeordnet sind, wobei die Anschlüsse der zumindest einen zweiten
Gruppe eine Anordnung bilden, die im Wesentlichen identisch zu den
Anschlüssen
der ersten Gruppe ist.
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In Verbindung mit einer kreisförmigen Ausgestaltung
des ersten und zweiten Bauteils, wie zuvor erwähnt, ist es weiterhin be vorzugt,
wenn die zumindest zwei Gruppen von Anschlüssen bezüglich zueinander umfänglich versetzt
angeordnet sind, vorzugsweise bezüglich der Mitte des ersten
Bauteils einander gegenüberliegend.
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Diese Ausgestaltung, die in Verbindung
mit einer drehenden Bauart des Ventils vorgesehen ist, hat neben
dem Vorteil, dass zusätzliche
Verbindungsanschlüsse
an dem ersten Bauteil vorhanden sind, die vorteilhafterweise dazu
verwendet werden können,
die Pfade des Ventils zu reinigen oder weitere Flüssigkeiten
für eine
spätere
Verwendung in dem System, in dem das Ventil eingebunden ist, hinzuzufügen, den
zusätzlichen
Vorteil einer symmetrischen Anordnung der Anschlüsse, die auf Grund einer symmetrischeren
Dichtungsstruktur, die in dieser Ausgestaltung ermöglicht ist,
zusätzliche
Spannungen auf die Dichtung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten
Bauteil vermeidet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind
die Segmente des zweiten Bauteils voneinander durch Trennkanäle separiert,
die zu einem gemeinsamen Flüssigkeitsauslass
führen.
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Dieses Merkmal hat den besonderen
Vorteil, dass Flüssigkeit
im Falle von Leckagen nicht von einem Segment in andere Segmente übertreten
kann, d. h. der Flüssigkeits-Übertrag-Effekt
zwischen zwei Segmenten oder zwei Schaltstellungen des Ventils wird
vermieden oder zumindest vermindert.
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Im Fall einer drehenden Bauart des
zweiten Bauteils ist der zuvor genannte Auslass in der Mitte des
zweiten Bauteils angeordnet und kommuniziert mit einem Auslassanschluss,
der an dem ersten Bauteil vorgesehen ist.
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Dies hat den Vorteil, dass die Flüssigkeit
im Falle einer Leckage zu einer vorbestimmten festen Stelle des
Ventils abgeleitet wird.
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In diesem Zusammenhang ist es weiter
bevorzugt, wenn ein Sensor zum Detektieren von Flüssigkeit
an dem Auslassanschluss angeordnet ist.
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Dieses Merkmal hat den Vorteil, dass
Leckagen und Fehlfunktionen durch den Sensor sehr schnell detektiert
werden können,
und das System kann im Falle einer Fehlfunktion rechtzeitig angehalten
werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind
die Kanäle
jedes Segments in derselben Ebene angeordnet.
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In diesem Fall wird eine axial kurzbauende Bauart
des zweiten Bauteils erreicht, das als Chip ausgestaltet werden
kann, in dem die Kanäle
eingeätzt
sind.
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Wenn es gewünscht ist, die dritte Dimension des
zweiten Bauteils nutzen zu können,
um die Funktionalität
des Ventils weiter zu erhöhen,
insbesondere die Verbindungsschemata zweier oder mehrerer Segmente
miteinander zu kombinieren, kann es vorzugsweise vorgesehen sein,
dass die Kanäle
in zumindest zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind, und/oder
dass Tunnelkanäle
vorgesehen sind, um Kanäle
verschiedener Segmente miteinander zu verbinden, ohne dass das Flüssigkeitsübertrag-Problem
auf Grund kreuzender Kanäle
besteht.
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Weitere Merkmale und Vorteile gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung
hervor.
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Es versteht sich, dass die vorstehend
genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug
auf diese hiernach näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Ventil in Seitenansicht;
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2 ein
erstes Bauteil des Ventils in 1 in
Vorderansicht;
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3 ein
zweites Bauteil des Ventils in 1 in
Alleinstellung in Vorderansicht;
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4 eine
schematische Darstellung einer möglichen
Anwendung des Ventils in 1 in
einem LC-NMR-System, wobei sich das Ventil in einer ersten Schaltstellung
befindet;
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5 das
System in 4 in einer
zweiten Schaltstellung des Ventils;
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6 eine
schematische Darstellung eines weiteren Ventils, das bspw. in einem
LC-MS-System verwendet wird, wobei sich das Ventil in einer ausgewählten Schaltstellung
befindet;
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7 ein
erstes Bauteil eines Ventils gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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8 ein
zweites Bauteil für
das erste Bauteil in 7;
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9 ein
Ventil gemäß dem Stand
der Technik in einer Seitenansicht;
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10 ein
erstes Bauteil des Ventils in 9 in
einer Vorderansicht;
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11 ein
zweites Bauteil des Ventils in 9 in
einer Vorderansicht; und
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12 schematisch
eine Schaltstellung des Ventils in 9.
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In 1 ist
ein Mehrwege-Schaltventil für
ein Flüssigkeitsdurchflusssystem
dargestellt, das in seiner Gesamtheit allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen
ist. 2 und 3 zeigen weitere Details des
Ventils 10.
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Das Ventil 10 wird in einem
Flüssigkeits-Handlingsystem,
bspw. einem LC-System verwendet, das mit einem NMR-Detektor verknüpft ist, wie
später
beschrieben wird.
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Das Ventil 10 weist allgemein
eine drehende Bauart auf. Das Ventil 10 weist ein erstes
Bauteil 12 auf, das unbeweglich ist und als Stator bezeichnet werden
kann.
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Das erste Bauteil 12 weist
eine Mehrzahl an Anschlüssen
auf, die in ihrer Gesamtheit mit 14a, 14b, 14c und 14d wie
in 2 gezeigt versehen sind.
Flüssigkeitsleitungen,
die in ihrer Gesamtheit mit 16 versehen sind, bspw. Kapillarleitungen,
die Flüssigkeit
zu dem Ventil 10 und von diesem wegführen, können mit den Anschlüssen 14a verbunden werden.
Es versteht sich, dass weitere Flüssigkeitsleitungen (nicht dargestellt)
mit den Anschlüssen 14b, 14c und/oder 14d in
Abhängigkeit
von der speziellen Anwendung des Ventils 10 verbunden werden können.
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Das Ventil 10 weist weiterhin
ein zweites Bauteil 18 auf, das mit dem ersten Bauteil 12 verbunden
und bezüglich
des ersten Bauteils 12 beweglich ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das zweite Bauteil 18 um seine Mittelachse 19 relativ
zu dem ersten Bauteil 12 drehbar, wobei das zweite Bauteil 18 durch
eine externe Antriebseinheit (nicht dargestellt) über eine
Welle 26 angetrieben wird.
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Das zweite Bauteil 18 ist
gegen das erste Bauteil 12 flüssigkeitsdicht abgedichtet.
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Das zweite Bauteil 18 weist
eine Mehrzahl an Kanälen
auf, die in ihrer Gesamtheit mit 20 (2) versehen sind, die bspw. Rillen sind,
die in einer Oberfläche 22,
die der Oberfläche 24 (1) des ersten Bauteils 12 zugewandt
ist, geätzt
sind, zu der sich die Anschlüsse 14a, 14b, 14c, 14d hin öffnen.
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Im Unterschied zu der herkömmlichen
Ventilbauart, die bereits in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung
mit Bezug auf 9 bis 12 beschrieben wurde, ist
die Gruppe der acht Anschlüsse 14a in zwei
im Wesentlichen parallelen und im Wesentlichen geraden Reihen angeordnet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das erste Bauteil 12 kreisförmig, und die beiden Reihen
von Anschlüssen 14a sind
im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der Mitte des ersten
Bauteils 12 gerichtet. Die acht Anschlüsse 14b bilden eine
zweite Gruppe von Anschlüssen,
die ebenso in zwei im Wesentlichen parallelen und im Wesentlichen
geraden Reihen angeordnet sind. Die Gruppe von Anschlüssen 14b ist
der Gruppe von Anschlüssen 14a bezüglich der
Mitte des ersten Bauteils 12 gegenüberliegend angeordnet. Die
Gruppe von Anschlüssen 14b ist
identisch zu der Gruppe von Anschlüssen 14a angeordnet.
Die zwei Anschlüsse 14c bilden
eine dritte Gruppe von Anschlüssen,
und die zwei Anschlüsse 14d bilden
eine vierte Gruppe von Anschlüssen,
wobei die Anschlüsse 14c und 14d einander
gegenüberliegend
angeordnet sind, und um etwa 90° bezüglich den
Anschlüssen 14a und 14b umfänglich versetzt
sind. Dies dient dazu, die kompakteste Bauart zu erhalten und die
Gesamtoberfläche
zu vermindern, um eine bessere Abdichtung zu erhalten.
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Weiterhin im Unterschied zu der herkömmlichen
Ventilbauart weist das zweite Bauteil 18 eine Mehrzahl
von Segmenten auf, die in ihrer Gesamtheit mit 28 versehen sind,
deren Anzahl in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt, neun beträgt. Die
Anzahl an Segmenten 28 ist nicht kritisch, und bei gewöhnlichen
Abmessungen und Größen des
Ventils 10 ist es möglich,
ohne Schwierigkeit zwölf
oder sogar mehr solcher Segmente an dem zweiten Bauteil 18 vorzusehen.
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Jedes Segment 28 weist einen
oder mehrere der Kanäle 20 auf,
wobei das Muster oder die Ausgestaltung der Kanäle 20 sich von Segment
zu Segment unterscheidet. Der Kanal oder die Kanäle jedes Segments 28 stellt
oder stellen ein vorbestimmtes Verbindungsschema zum Verbinden vorbestimmter Anschlüsse, bspw.
der Anschlüsse 14a,
miteinander dar. In dem in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel gibt
es zwei Segmente 28a und 28b, die keine Kanäle aufweisen.
Jedoch können
diese Segmente 28a und 28b ebenso Kanäle 20 aufweisen,
bspw. für
eine weitere Funktion oder andere Anwendungen des Ventils, wenn
gewünscht.
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Die Segmente 28 sind als
Kreissektoren des zweiten Bauteils 18 ausgebildet, was
die platzsparendste Anordnung und Verteilung der Segmente 28 auf
dem zweiten Bauteil 18 für eine drehende Bauart darstellt.
In dem in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind alle Kanäle 20 in
derselben Ebene angeordnet, d. h. in der Oberfläche 22 des zweiten Bauteils 18.
Im Idealfall sind die Segmentabmessungen identisch, sie können jedoch
auch variieren, wie in 3 gezeigt
ist.
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Es könnte jedoch in Betracht gezogen
werden, die Kanäle 20 in
zumindest zwei verschiedenen Ebenen anzuordnen, um für eine größere Anzahl
an Funktionen oder Verbindungsschemata die Dreidimensionalität des zweiten
Bauteils 18 zu nutzen. Es könnte auch in Betracht gezogen
werden, Tunnelkanäle
(nicht dargestellt) vorzusehen, die die Kanäle 20 verschiedener
Segmente 28 miteinander verbinden.
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Die Segmente 28 sind voneinander
durch Trennkanäle 30 separiert,
die zu einem gemeinsamen Auslass 32 des zweiten Bauteils 18 führen, der ungeachtet
der Schaltstellung des Ventils 10, d. h. der Relativstellung
zwischen dem ersten Bauteil 12 und dem zweiten Bauteil 18,
mit einem Auslassanschluss 34 fluchtet. Die Trennkanäle 30 vermeiden einen Übertrag
von Flüssigkeit
zwischen benachbarten der Segmente 28. Der Auslass 32 ist
in der Mitte des zweiten Bauteils 18 angeordnet, der Auslassanschluss 34 ist
entsprechend in der Mitte des ersten Bauteils 12 angeordnet.
Es ist für
einen Fachmann erkennbar, dass der Ableitungsanschluss 32 auch
an irgendeiner anderen Stelle an dem äußeren Ring der gezeigten Trennkanäle platziert
werden könnte,
um die identische Funktion zu erfüllen. Ein Sensor (nicht dargestellt)
zum Detektieren von Flüssigkeiten
kann an dem Auslassanschluss 34 angeordnet sein, um Leckagesituationen
des Ventils 10 zu detektieren.
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In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sieben
verschiedene Verbindungsschemata in sieben Segmenten 28 zum
Verbinden vorbestimmter Anschlüsse,
bspw. die Anschlüsse 14a,
miteinander vorhanden.
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Das Muster des Kanals oder der Kanäle 20 jedes
Segments 28 ist entsprechend der speziellen Anwendung des
Ventils 10 in einem Flüssigkeits-Handling-System
gewählt.
Die sieben Verbindungsschemata gemäß den sieben Segmenten 28 des
zweiten Bauteils 18 in 3 können nicht
durch die Bauart des ersten und des zweiten Bauteils 12' und 18' des Ventils 10' in 11 und 12 erhalten werden. Um dieselben Verbindungsschemata
wie in 3 zu erhalten,
würde es
erforderlich sein, eine Anzahl von zumindest vier Ventilen 10' miteinander zu
kombinieren, wobei die sieben Verbindungsschemata nunmehr in ein
und demselben Ventil 10 realisiert sind.
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In 4 und 5 ist ein Anwendungsbeispiel des
Ventils 10, das die Bauweise des in 3 gezeigten zweiten Bauteils 18 aufweist,
in einem LC-NMR-System gezeigt.
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Das System weist eine Trennsäule 36,
einen Chromatographie-Detektor 38,
eine NMR-Sonde 40, einen Injektor, der durch eine Leitung 42 repräsentiert ist,
und einen durch eine Leitung 44 repräsentierten Abfall auf. Jede
der zuvor genannten Komponenten des Systems ist über eine oder zwei Flüssigkeitsleitungen 16 mit
den Anschlüssen 14a verbunden,
wobei jede Leitung 16 mit einem jeweiligen Anschluss 14a verbunden
ist. In Abhängigkeit
von der Anwendung und der Ventilgröße sind sogar mehr Anschlüsse möglich. Gemäß der Anzahl
von acht Leitungen 16 sind acht Anschlüsse 14a erforderlich,
damit jede Leitung 16 mit einem Anschluss 14a verbunden
werden kann.
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In 4 ist
das Ventil 10 in einer Schaltstellung gezeigt, in der der
Kanal 20a des Segments 28a mit demjenigen der
Anschlüsse 14a kommuniziert, mit
dem der Injektor 42 verbunden ist, und mit demjenigen der
Anschlüsse 14a,
mit dem der Abfall 44 verbunden ist. In dieser Schaltstellung
des Ventils 10 wird Flüssigkeit
von dem Injektor 42 direkt zu dem Abfall 44 geleitet.
Die verbleibenden der Anschlüsse 14a sind
nicht miteinander verbunden, so dass durch diese Anschlüsse 14a kein
Flüssigkeitsdurchfluss
erfolgt.
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In 5 ist
dasselbe System wie in 4 gezeigt,
wogegen das Ventil 10 durch Drehen des zweiten Bauteils 18 relativ
zu dem ersten Bauteil 12 in eine andere Schaltstellung
geschaltet ist. In dieser Schaltstellung werden die Kanäle 20b und 20c des Segments 28d mit
den Anschlüssen 14a in
Kommunikation gebracht, wobei der Kanal 20b denjenigen der
Anschlüsse 14a,
mit dem der Injektor 42 verbunden ist, mit demjenigen Anschluss 14a verbindet,
mit dem die Auslassleitung der NMR-Sonde 40 verbunden ist,
und der Kanal 20c verbindet denjenigen Anschluss 14a,
mit dem die Einlassleitung der NMR-Sonde 40 verbunden ist,
mit demjenigen Anschluss 14a, mit dem der Abfall verbunden
ist. In dieser Schaltstellung des Ventils 10 fließt Flüssigkeit
von dem Injektor 42 durch das Ventil 10 in die
NMR-Sonde 40 und von der NMR-Sonde 40 durch das Ventil 10 zu
dem Abfall 44 in einem Rückspülmodus.
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Die anderen fünf Schaltstellungen des Ventils 10 werden
hier nicht beschrieben, da sie für
einen Fachmann aus 4 und 5 selbsterklärend hervorgehen.
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In 6 ist
schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Ventils 50 in einem Anwendungsbeispiel in einem anderen
System als das System in 4 und 5 gezeigt. Im Folgenden werden
nur die Unterschiede zwischen dem Ventil 50 und dem Ventil 10 beschrieben.
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Das Ventil 50 weist ein
erstes Bauteil 52 auf, das von derselben Bauart wie das
erste Bauteil 12 des Ventils 10 sein kann. Entsprechend
weist das erste Bauteil 52 zumindest zwei erste Gruppen
von Anschlüssen 14a,
wie in 2 gezeigt, auf.
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Das Ventil 50 weist weiterhin
ein zweites Bauteil 54 auf, das Kanäle 56 aufweist, die
in Segmenten 58 angeordnet sind. Es sind insgesamt neun Segmente
vorhanden, wobei acht der Segmente 58 einen oder mehrere
Kanäle 56 gemäß den acht
verschiedenen Schaltstellungen des Ventils 50 aufweisen.
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Wie durch Vergleich von 3 und 6 erkennbar ist, unterscheidet sich das
Muster der Kanäle 56 von
dem Muster der Kanäle 20 des
Ventils 10. Das Muster der Kanäle 56, wobei der Kanal
oder die Kanäle 56 jedes
Segments 58 wiederum ein spezielles Verbindungsschema zum
Verbinden vorbestimmter Anschlüsse
der Anschlüsse 14a miteinander
definiert/definieren, ist bezüglich
der Anwendung des Ventils 50 in dem in 6 gezeigten System gewählt.
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Das zuvor erwähnte System weist eine erste Pumpe 60 zum
Abgeben eines Schub-Lösungsmittels,
eine zweite Pumpe 62 zum Abgeben eines Ionisierungs-Lösungsmittels,
ein Massenspektrometer (nicht gezeigt), das durch eine Leitung 64 repräsentiert
ist, einen Chromatographie-Splitter (nicht gezeigt), der durch eine
Leitung 66 repräsentiert
ist, einen durch eine Leitung 68 repräsentierten Abfall, eine Flussinjektions-Einrichtung,
die durch eine Leitung 70 repräsentiert ist, und eine Schleifensammeleinheit 72 auf.
Alle zuvor genannten Komponenten sind mit den Anschlüssen 14a über Leitungen
verbunden, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 16 versehen
sind.
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Das Muster der Kanäle 56 wurde
so gewählt, dass
die erforderlichen Verbindungen zwischen den Anschlüssen 14a erhalten
werden, um in der Lage zu sein, alle Funktionen des Systems auszuführen. In 6 ist das Ventil 50 in
einer Schaltstellung gezeigt, in der der eine der Anschlüsse 14a,
der mit dem des Chromatographie-Splitters 66 verbunden
ist, mit dem einen der Anschlüsse 14a verbunden
ist, mit dem das Massenspektrometer 64 verbunden ist. In
dieser Stellung wird Flüssigkeit,
die von dem Chromatographie-Splitter 66 kommt, direkt in
das Massenspektrometer 64 zugeführt. Weitere Funktionen des
Systems, d. h. andere mögliche
Flüssigkeitsdurchflüsse im System
in Abhängigkeit
der Relativstellung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil 52 und 54 erschließen sich
dem Fachmann, ohne dass eine weitere Beschreibung notwendig ist.
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In 7 und 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Ventils 80 schematisch gezeigt, das ein erstes Bauteil 82 und
ein zweites Bauteil 84 aufweist, wobei das erste und zweite
Bauteil 82 und 84 nebeneinander gezeigt sind.
Es versteht sich jedoch, dass das erste Bauteil 82 im Gebrauch
mit dem zweiten Bauteil 84 übereinander liegend verbunden
ist.
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Das erste Bauteil weist eine erste
Gruppe von Anschlüssen 86a (in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
10) und eine zweite Gruppe von Anschlüssen 86b auf, die
jeweils in einer im Wesentlichen geraden Reihe angeordnet sind,
wobei die Anordnung der ersten und zweiten Gruppe von Anschlüssen 86a und 86b identisch
zueinander sind.
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Das zweite Bauteil 84 weist
Kanäle 88 auf, die
in benachbarten Segmenten 90 angeordnet sind, die parallel
zueinander angeordnet sind. Das zweite Bauteil 84 ist als
translatorisch beweglicher Schieber ausgebildet, der gemäß einem
Doppelpfeil 92 translatorisch relativ zu dem ersten Bauteil 82 bewegt
werden kann. Das zweite Bauteil 84 umfasst insgesamt elf
Segmente 90, wobei jedes zumindest einen Kanal 88,
entsprechend elf verschiedenen Verbindungsschemata aufweist, um
vorbestimmte Anschlüsse der
Anschlüsse 86 miteinander
zu verbinden.
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Die Segmente 90 sind voneinander
durch Trennkanäle 94 separiert,
die einen Übertrag
von Flüssigkeit
zwischen den Segmenten 90 vermeiden.
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Die zweite Gruppe von Anschlüssen 86b kann
dazu verwendet werden, die Kanäle 88 des zweiten
Bauteils 84 zu reinigen.
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Alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
sollten so ausgestaltet sein, dass eine hohe Druckstabilität für Drücke bis
zu 300 bar gewährleistet
ist, wenn sie in Chromatographie-Systemen
verwendet werden. In anderen Flüssigkeits-Handling-Systemen sollten
die Ventile in der Lage sein, 70 bar standzuhalten.
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Des Weiteren versteht es sich, dass
die Bauarten der zweiten Bauteile der in den Figuren gezeigten Ventile,
insbesondere das Muster der Kanäle
in dem zweiten Hauteil, nur beispielhaft sind, ebenso wie die Anwendungen
der oben beschriebenen Ventile. Es ist ebenso möglich, das zweite Bauteil so
zu gestalten, dass es Segmente mit Kanälen darin in einer Anzahl und
Ausgestaltung aufweist, so dass ein und dasselbe Ventil zwei oder
mehr vollständige
Sätze von
Verbindungsschemata für
zwei oder mehr verschiedene Anwendungen des Ventils in verschiedenen
Systemen bereitstellen kann.