CN112368497B - 具有阀模块和底座模块的阀装置 - Google Patents

Abstract

一种阀装置(95)，具有：阀模块(102)，其具有定子(104)和转子(106)，其中所述转子(106)可相对于所述定子(104)旋转，使得在所述定子(104)与所述转子(106)之间可形成至少一个流体连接；以及底座模块(108)，所述底座模块具有力控制机构(110)的至少一部分，用于选择性地力释放或力耦合所述转子(106)和所述定子(104)，其中所述阀模块(102)和所述底座模块(108)可选择性地相互耦合或解耦。

Description

具有阀模块和底座模块的阀装置

技术领域

本发明涉及一种阀装置、样品分离设备和用于处理阀装置的方法。

背景技术

在HPLC中，液体（移动相）通常以非常精确控制的流速（例如，在每分钟微升至毫升的范围内）以可感觉到液体的可压缩性的高压（通常为20至800 巴或更高，目前最高为2000巴）移动通过所称的固定相（例如，在色谱柱中），以便将引入移动相的样品液体的各个单独成分相互分离。此类HPLC系统例如从同一申请人安捷伦科技有限公司的EP 0,309,596 B1中获知。此类HPLC系统通常具有带有一个或多个在活塞室内往复运动的活塞的流体泵，该活塞与一个或多个进气阀相互作用。用于将流体样品注入移动相的注入器也可以具有流体注入器阀。

换句话说，通常在样品分离设备中设置一个或多个流体阀。

US 9 845 894 B2公开了一种具有定子和转子的转子阀，该转子在旋转滑动接合中相对于定子绕阀轴线旋转。定子包含多个流体端口。转子可操作以在旋转滑动接合期间选择性地流体连接这些流体端口中的两个或更多个。该阀还具有致动器，该致动器可以使转子和定子脱开，以便有效地清洁阀连接件。

流体阀的部件的维护和替换通常很费力。

发明内容

本发明的目的是建立一种流体阀，其中允许容易维护和容易地替换部件或零件，特别是转子。

根据本发明的示例性实施方式，建立阀装置，该阀装置具有：具有定子和转子的阀模块，其中转子相对于定子可旋转或可转动，使得在定子与转子之间可形成至少一个流体连接（即，可切换的流体路径，该流体路径选择性地允许或不允许流体在转子与定子之间流动）；力产生机构，其用于使转子和定子相互力耦合；力控制机构，其用于控制力产生机构，以实现转子与定子之间的力耦合的选择性地激活或停用；以及底座模块，其具有力控制机构的至少一部分（即，整个力控制机构或仅一部分力控制机构），以选择性地使转子和定子力释放或力耦合。因此，通过选择性地激活或停用转子（106）与定子之间的力耦合，阀模块和底座模块能够选择性地相互耦合或解耦。

根据另一个示例性实施方式，提供了用于分离流体样品的样品分离设备，其中，该样品分离设备具有：流体驱动器，其用于驱动移动相和其中存在的流体样品；样品分离装置，其用于分离移动相中存在的流体样品；以及阀装置（例如，通过其可引导移动相和/或流体样品），其具有上述特征。

根据又一示例性实施方式，提供了用于处理具有上述特征的阀装置的方法，其中，该方法具有以下步骤：在操作状态（例如，可以称为流体控制状态）下操作阀装置，其中在该操作状态下，阀模块和底座模块（特别是用于允许或不允许流体流动）相互耦合，转子和定子相互力耦合；以及（例如在另一种操作状态下，其例如可以描述为维护状态）然后通过（例如，用户侧致动或处理器侧控制）力控制机构使转子相对于定子力释放。

在本申请的上下文中，术语“力控制机构”应理解为尤其是指允许对阀装置的转子和定子是相互力耦合（即相互施加力）还是相互力释放（或力解耦）（即处于一种工作状态，在这种状态下，它们相互不施加力并且因此相互力耦合）进行限定调整的机构。力控制机构可以在底座模块处和/或在底座模块中实施。另一方面，可以在转子与定子之间产生耦合力的力产生机构（例如弹簧部件）可以例如设置在阀模块中或底座模块中，或者部分地设置在阀模块以及另一部分设置在底座模块中。特别地，力控制机构可以构造为控制力产生机构，使得力产生机构在转子和/或定子上施加耦合力以进行力耦合，或者避免在转子和/或定子上施加耦合力，用于力释放。

根据本发明的示例性实施方式，提供了阀装置，该阀装置特别地由两个单独的可管理的部件构成，即阀模块和底座模块。阀模块包含与待处理的流体接触的部件，即具有相应流体结构的定子和转子。在定子与转子之间，可以在定子的流体承载开口与转子的流体承载开口之间形成流体耦合，或者可以通过阀装置的相应切换来使此类流体耦合停用。阀模块构造为旋转阀模块，其中，转子与定子之间的旋转使得能够实现不同的流体耦合状态和/或流体解耦状态。在操作期间，即，当在转子与定子之间引导流体时，转子和定子的相互面对的耦合表面相互力耦合。特别地，这可能意味着，转子和定子然后被相互紧紧地压紧，以使得转子与定子之间的流体的基本上流体密封的处理成为可能。力控制机构控制转子与定子之间的力耦合，并且在力耦合状态下，使转子和定子以流体密封的方式耦合在一起。所述力控制机构可以至少部分地在底座模块中实现，该底座模块构造为与阀模块分开的可处理（或可管理）的部件。阀模块和底座模块的作为可单独处理的部件的模块化设置在维护和必要维修和/或在长期使用后阀装置的一个或多个磨损部分的替换方面提供优势。由于操作期间的高机械应力（或磨损），转子特别地是在操作一定时间后应替换或至少对其进行维修的部件。为了使用户能够进行这种维护或替换，可以通过力控制机构使转子与定子之间的前述力耦合无效，即，可以设置转子和定子的力释放。然后，在转子和定子的力释放状态下，这两个部件不再流体密封地力耦合，特别是它们没有被牢固地压在彼此上或没有接触。在力释放之后，例如可以以容易且直观的方式替换转子，而无需用户执行困难的调节措施。其原因在于，力控制机构能够实现力释放，并且然后允许仅通过移除磨损的转子并安装替换转子来替换转子。由于力控制机构的形成（或设计）需要一定的工作，因此与将所有这些部件容纳在阀模块中相反，可以将相应的部件至少部分且优选地完全容纳在底座模块中。以这种方式，可以提供功能强大的底座模块，并且还可以选择性地将其与几种不同的阀模块组合和操作，每个阀模块的设计都非常复杂。通过所描述的模块性，与阀装置的构造相关的硬件方面的总支出可以保持在低水平上，并且具有高水平的功能性。

在下文中，描述了阀装置以及样品分离设备和方法的另外的实施方式。

根据实施方式，阀装置可以构造为高压阀装置。特别地，阀装置可以构造成处理在至少800巴，特别是至少1200巴，并且进一步特别是至少1800巴的压力下的流体。此类高压阀装置可以有利地用于高压应用，例如更一般地在液相色谱中的HPLC。在高压应用中，流体以数百巴甚至数千巴的高压进行输送，这对流体阀的密封性提出了特别高的要求，以防止泄漏。为了实现此类密封性，在阀装置的操作期间，定子与转子之间的可靠且可再现的力耦合是有利的。在根据本发明的示例性实施方式的阀装置中，通过力控制机构来控制该力耦合，该苛刻且容易出错的任务从用户干预中分散，并因此可以可靠且无误地以明确控制的方式执行。

根据实施方式，阀装置可具有至少一个另外的阀模块，该至少一个另外的阀模块具有另外的定子和另外的转子，其中另外的转子相对于另外的定子是可旋转的或可转动的，使得在另外的定子与另外的转子之间可形成至少一个流体连接，并且其中至少一个另外的阀模块构造成代替阀模块与底座模块耦接或者与底座模块解耦。换句话说，在阀装置中，单个底座模块可以以可替代（或可替换）阀盒的形式与多个阀装置组合，其中一个特定的阀盒与底座模块耦合以用于特定应用。然后证明与底座模块，特别是力控制机构的构造相关的更多的硬件工程工作仅发生一次，其中用户可以使用底座模块的该平台来根据特定的应用组装完全不同的阀模块。总体而言，这导致了紧凑且节省资源的构造。

根据实施方式，阀模块和其他阀模块可以在由以下各项组成的组中的至少一个中不同：流体耦合图案、支撑的工作压力以及相关的应用。流体耦合图案可以理解为是指流体连接件（也称为端口）的布置，以及必要时定子上的流体耦合通道（例如，流体承载凹槽），以及转子上的一个或多个流体耦合通道的布置。此类配合的流体连接件和流体耦合通道可以在阀模块的不同切换状态下实现不同的流体耦合状态和/或流体解耦状态。此外，可以将不同的阀模块构造成用于不同的操作压力。因此，一个底座模块和不同的阀模块可以容纳阀装置的不同应用（例如用作注入阀、样品缓冲阀、止回阀、进气阀等）。

根据实施方式，阀模块可以被构造为专门执行阀功能。换句话说，阀模块的构造可以限于通过转子和定子的相互作用来实现阀功能。其他功能可以外包给底座模块。特别地，力控制机构可以在底座模块中实现，而阀模块可以仅设置有力产生机构，例如盘形弹簧封装（或盘形弹簧组件）。因此，多个阀模块可以全部简单且紧凑地构造，并且可以在以相同底座模块的形式的一个相同平台上操作。总体而言，这减少了与阀装置的构造有关的硬件相关的支出。

根据实施方式，阀装置可以具有力产生机构，该力产生机构可以由力控制机构控制，并且该力产生机构构造成产生用于力耦合转子和定子的耦合力。在第一操作状态中，可以通过力控制机构来控制力产生机构，使得转子和定子通过由力产生机构产生的耦合力而被力耦合。另外，在第二操作状态下，力产生机构可以由力控制机构控制，使得转子和定子相互力释放，而与由力产生机构产生的耦合力无关，从而耦合力不再作用在转子和定子上。后者可以通过选择性地停用（或禁用）耦合力来实现，使得力产生机构暂时根本不会产生力（例如，当通过电磁铁产生电磁耦合力时，关闭电流源）。或者，为了释放转子与定子之间的力，可以保持耦合力，但是暂时不可能作用在转子或定子上（例如，通过机械地移动转子和/或定子，使得力产生机构的弹簧力不再作用在转子和/或定子上）。

特别有利的是，力控制机构可以设置在阀模块中。在这种情况下，在转子与定子之间的力传递的位置非常接近转子和/或定子的位置，从而可以有效地抑制在转子与定子之间非常不希望的倾斜力的产生。然后，证明了转子相对于定子的周向上并非完全均匀的接触压力，仅沿力控制机构与转子之间的非常短的杠杆路径起作用，该力控制机构和转子均位于阀模块中。因此，通过在阀部件中实施力产生机构，可以确保阀装置的特别低磨损的操作。

根据实施方式，阀装置可以具有弹簧部件（特别是盘形弹簧封装）（该弹簧部件特别地设置在阀部件中），以通过弹簧力将转子和定子力耦合。换句话说，在操作过程中，定子和转子可以通过机械弹簧压在一起。弹簧部件是上述力产生机构的示例。特别地，环形地形成的盘形弹簧封装非常适合于在转子与定子之间产生周向恒定的力，以便在操作期间能够实现尽可能无倾斜的力耦合。

根据实施方式，力控制机构可以构造为控制弹簧部件。特别地，力控制机构可以是可致动的，以选择性地使转子与定子之间的弹簧力作用无效。因此，优选地完全在底座模块中实现的力控制机构可以用于选择性地停用使定子和转子力耦合的弹簧部件的作用，例如以使得能够在无作用力状态下替换转子。

根据实施方式，阀装置可以具有耦合机构，该耦合机构部分地设置在定子上并且部分地设置在转子或阀模块的阀壳体（可以在其中布置转子）上，以将定子耦合到转子。特别地，耦合机构可以体现为卡口机构、螺纹机构或使用至少一个紧固元件（尤其是螺钉）的机构的形式。一方面在转子和/或阀壳体上以及另一方面在定子上的相应的机械或磁性或其他相互作用的结构因此可以选择性地使转子和定子相互连接或断开。

根据实施方式，耦合机构可以构造成仅在通过力控制机构使转子相对于定子力释放的情况下才允许将定子和转子解耦，使得否则不能进行解耦。有利地，阀装置的机械构造因此可以这样构造，使得仅当定子和转子事先已经由力控制机构力释放时才可以将定子从转子上拆下。以这种方式，可以防止如果在力耦合状态下将定子和转子相互分离可能出现的不期望的力峰值。例如，为了替换阀装置中的转子，用户因此必须首先通过力控制机构来力释放转子和定子，并且只能随后从转子上移除定子以替换定子。这样，就可以对阀装置进行误差鲁棒、简单、直观和受控的处理，以替换或维护其内部的部件。

根据实施方式，阀装置可以具有驱动装置，特别是马达，并且进一步特别是电动机。驱动装置可以配置成以旋转方式驱动转子。为了在阀装置的切换过程中使转子旋转，可以设置此类驱动装置。

根据实施方式，驱动装置可以布置在底座模块处和/或底座模块中。将驱动装置放置在底座模块中或将其安装到底座模块上是有利的，因为驱动装置然后可以针对多个不同的阀模块仅构造一次。这进一步促进了阀装置的节省资源的构造。

根据实施方式，力控制机构可以构造成使转子和定子相对于彼此（特别是轴向地）移位，以进行力释放。例如，为了力释放，力控制机构可以使转子沿轴向后移（即朝向底座模块），从而将其放置在与定子有一定距离的位置。特别地，通过力释放，可以消除在操作期间相互作用并且接触的转子和定子的相对耦合表面之间的直接物理接触。此类操作逻辑可以通过力控制机构以简单的方式机械地实现，该力控制机构在底座模块的方向上向转子施加力，从而取消将转子压向定子的力。

根据实施方式，力控制机构可以通过肌肉力量来致动（或可操作），特别地，其可以具有由用户致动的操作杆。因此，可以在阀装置中实现机械机构，该机械机构可以由用户直观地激活，通过该机械机构，用户可以施加力并将其传递到阀装置中，以实现转子与定子之间的力释放或力耦合。这可以通过致动杆有利地实现，该致动杆仅需要由用户向后倾斜，以便在力耦合状态与力释放状态之间来回切换。

根据实施方式，力控制机构可以可替代地或除了肌肉操作之外由马达以受控方式激活。作为通过肌肉力量致动的力控制机构的替代或除其之外，力控制机构也可以因此由马达控制致动和/或自动致动。根据相应的实施方案，可以实现单独的驱动机构（即，可以不同于用于相对于定子旋转转子的另一驱动机构的驱动机构），以致动力控制机构。这可以提供对于用户而言特别方便的阀装置。这允许对于用户特别方便的阀装置。根据另一种实施方案，可以设置成使转子旋转的相同的驱动机构在另一种操作模式下也可以用于致动力控制机构。这使得阀装置特别紧凑。

根据实施方式，定子可以具有多个流体端口，用于连接到相应的流体管线以及可选地一个或多个流体耦合通道。此类流体连接件或端口允许将一个或多个其他流体部件流体地连接到阀装置。可选地，定子还可具有一个或多个流体耦合通道，例如在与转子接触的表面上的凹槽。通过后一种措施，可以进一步改善定子的功能。

根据实施方式，转子可以具有至少一个流体耦合通道，用于选择性地与定子的流体端口（或流体连接件）进行流体耦合或流体解耦。一个或多个流体耦合通道，例如转子到定子的耦合表面中的凹槽，可以在阀装置的不同切换状态下形成不同的流体耦合状态。定子的流体端口可以通过此类流体耦合通道相互流体耦合或相互流体解耦。这样，甚至可以完成复杂的流体任务。

根据实施方式，转子和/或定子可以是陶瓷部件。对于此类硬陶瓷部件，在转子与定子之间可实现的倾斜保护对实现较长的使用寿命是特别有利的。对于其中转子或定子为陶瓷部件的构造，对于在转子与定子之间的不期望的倾斜的特别高水平的鲁棒性是非常重要的。否则，转子和定子的硬质陶瓷表面可能会相互摩擦，从而导致阀装置的部件快速磨损。特别地，通过在盘形弹簧封装和/或轴向作用的力控制机构的作用下在周向方向上均匀地在转子与定子之间施加耦合力，可以抑制此类不希望的倾斜并且可能会实现阀装置的长使用寿命。

根据实施方式，力控制机构可以被构造为通过在转子上施加牵引力（或拉力）以相对于定子对转子进行力释放。此类牵引力可以在机械上容易地实现并且可靠地实现在转子与定子之间的期望的力释放。力控制机构可以构造成允许拉力在轴向方向上作用，即在操作期间平行于转子的旋转轴线。

根据实施方式，力控制机构可以构造为用于从定子对转子进行无接触力释放，特别是用于通过在转子和定子的耦合表面之间形成在0.1毫米和0.5毫米之间，特别是在0.2毫米和0.3毫米之间的范围内的距离来对转子进行力释放。在阀装置的操作过程中，即，当流体在转子与定子之间输送时，应该在相互面对的接触面上利用作用力将转子和定子压在一起，以防止泄漏。如果力控制机构使转子和定子相对于彼此力释放和/或解耦，则这可以有利地导致转子和定子的相互作用的接触表面之间的直接接触和/或直接的物理接触被省略。为此，可以设置（或调节）转子与定子之间的较小但可精确保持的距离。

根据实施方式，阀装置可以具有防旋转装置，用于防止转子与定子之间的旋转，特别是为了设置（或调节）转子与定子之间的预定角度位置。通过在阀装置中，特别是在底座模块与阀模块之间实施防旋转装置，可以在组装状态下确保转子与定子之间的固定角度位置。这样，可以在组装之后将转子和定子的相对初始位置可靠地通知给阀装置的控制器。进而，这使得能够精确且正确地控制期望的流体耦合状态和/或转子与定子之间的流体耦合状态。

根据实施方式，阀装置可在转子与力控制机构之间具有转子轴。转子可以被放置在转子轴上并且被力耦合到转子轴上，以便将转矩从转子轴传递到转子。在轴向方向上，转子轴可桥接转子与力控制机构之间的距离。

根据实施方式，力控制机构可以具有偏心件和与其相互作用的连接杆。此外，可以提供夹头卡盘，该夹头卡盘经由转子轴作用在转子上，并且传递由偏心件触发的连接杆的牵引力。因此，具有偏心件和连杆的机构可以通过简单的驱动装置，例如电动机来实现偏心件的旋转运动，该偏心件然后使与之力耦合的连接杆沿轴向（即平行于转子的旋转方向或旋转轴）移动。连接杆然后可以作用在夹头卡盘上，这又可以引起可旋转的转子轴的轴向位移。转子（也可以称为转子部件）可以安装在转子轴上，使得它可以跟随转子轴的运动。

根据实施方式，该方法可以在力释放之后具有以下步骤：从阀模块上移除定子以暴露转子，并且随后用替换转子来替换转子。定子因此可以形成阀装置的外边界的一部分。移除定子后，转子可能会暴露在外，并且容易被用户替换或维修。

根据实施方式，该方法可以在替换步骤之后具有将配备有替换转子的阀模块耦合到定子的步骤，以及随后通过（例如，致动或控制）力控制机构将替换转子力耦合到定子的步骤。在用与移除磨损的或待维修的转子相反的操作中，在插入该替换转子之后，首先可以将定子放回原位，然后再恢复力耦合。

根据一个实施方式，阀装置可以构造或用于将流体样品引入到移动相中。阀装置因此可以构造成用于将流体样品注入到在分离路径中的移动相中的注入器的注入阀，其中分离路径位于样品分离设备的流体驱动器与样品分离装置之间。

根据替代或补充实施方式，阀装置可构造成以受控方式接纳由流体驱动器驱动的移动相。流体驱动器可以例如具有多个活塞泵单元，该活塞泵单元可以构造成泵送移动相。当协调活塞泵单元的多个活塞的操作以例如以恒定的流量输送移动相时，可以在样品分离设备中采用一个或多个阀装置。

根据实施方式，分离装置可以被构造为色谱分离装置，特别是色谱分离柱。在色谱分离的情况下，色谱分离柱可以设置有吸附介质。流体样品可以保留在该介质上，并且随后只能再用足够量的洗脱液（等度）或在存在特定溶剂组合物（梯度）的情况下再次以一定比例溶解，从而实现样品到组分的分离。

样品分离设备可以是微流体测量设备、生命科学设备、液相色谱设备、HPLC（高效液相色谱）设备、UHPLC系统、SFC（超临界液相色谱）设备、气相色谱设备、电色谱设备和/或凝胶电泳设备。但是，许多其他应用也是可能的。

流体泵和/或流体驱动器可以设置成例如以例如从几百巴至高达2000巴以及更高的高压下使移动相移动通过系统。

样品分离设备可具有用于将样品引入流体分离路径的样品注入器。此类样品注入器可以在相应的流体路径中具有注入针，该注入针可以耦合至底座，其中可以从该底座抽出针以便接收样品，从而在将针重新插入底座之后，样品处于流体路径中，例如可以通过切换阀装置将样品切换到系统的分离路径中，从而将样品引入流体分离路径中。

样品分离设备可以具有用于收集分离成分的组分收集器。此类组分收集器可以将不同的成分例如引导到不同的液体容器中。但是，分析后的样品也可以进给到排水容器中。

优选地，样品分离装置可以具有用于检测分离的成分的检测器。此类检测器可以产生可以被观察和/或记录的信号，该信号指示流过系统的流体中样品成分的存在和数量。

附图说明

通过参考以下结合附图对实施方式的更详细的描述，本发明的实施方式的其他目的和许多附带的优点将变得容易了解和更好地理解。基本上或在功能上相同或相似的特征将被提供有相同的附图标记。

图1示出了根据本发明示例性实施方式的HPLC系统。

图2示出了根据本发明的示例性实施方式的阀装置的空间图。

图3示出了根据图2的阀装置的一部分的分解图。

图4示出了根据图2的阀装置的拆开状态。

图5示出了在阀模块和底座模块的组装期间根据图2的阀装置的状态。

图6示出了根据图2的阀装置的截面图。

图7示出了根据图2的阀装置的另一截面图。

图8示出了根据图2的阀装置的空间俯视图。

图9以局部横截面示出了根据图2的阀装置的细节。

图10以截面图示出了根据图2的阀装置的转子和定子的细节。

图11以截面图示出了根据本发明的示例性实施方式的阀装置的转子和定子的细节。

附图中的图示是示意性的。

在参考附图描述示例性实施方式之前，应总结一些基本的考虑，基于这些基本考虑得出了本发明的示例性实施方式。

特别是在陶瓷阀中，其中转子和定子的两个硬表面相互摩擦，在阀装置的组装中，向转子施加确定且均匀的接触压力是重要的。在替换转子时，用户通常难以避免转子相对于定子的倾斜。如果将转子偏斜（或倾斜）或歪斜地安装在定子上，则会导致较高的机械应力，从而缩短转子和定子的使用寿命。

根据本发明的实施方式，该问题可以通过建立由两个分开设置的模块组成的阀装置来解决。底座模块设置有力控制机构的至少一部分，该力控制机构用于选择性地力释放或力耦合转子和定子。阀模块包括定子和转子。阀模块和底座模块可以相互分离或连接。独立于特定流体阀功能的硬件部件可以集成到底座模块中。但是，可以在一个或多个阀模块中实施阀专用部件。不同的阀模块可以使用一个相同的底座模块进行操作。在阀模块和底座模块的安装件中，力控制机构可用于激活定子和转子之间的力耦合以进行流体操作，或停用该力耦合以进行维护或替换操作。转子和定子可以结合在共用的阀壳中以形成阀模块。包括转子的阀壳体和分离的定子可以通过卡口机构或其他耦合机构选择性地相互连接或断开。实际的力耦合是在转子和定子连接之后通过致动或控制力控制机构来实现的。因此，例如为了替换转子，首先将转子-定子系统设置为无作用力的且无接触的。为此目的，力控制机构被相应地致动或控制。一旦实现了这种力释放，就可以将定子从带有转子的阀壳中取出，从而可以露出转子。现在，可以替换或维修转子了。对于重新组装，在插入替换转子之后或在插入维修后的原始转子之后，首先将定子放回原处，然后再通过致动或控制力控制机构来重新激活定子与转子之间的力耦合。现在，阀装置已被完全组装以完成流体阀的任务，然后可以重新投入使用。

因此，有利地，可以在阀装置中设置用于选择性地力释放或力耦合转子和定子的第一机构。此外，可以实施用于分离和/或连接转子和定子的第二机构。有利地，用于分离和/或连接转子和定子的机构可以仅在第一机构使转子和定子无作用力地设置的情况下操作。以转子与定子之间的卡口连接以及力控制机构的构造为例，其中该力控制机构致动阀模块中的盘形弹簧组件，在释放转子和定子之前，需要例如1t的卡口连接的致动（或激活）力。由于这不适用于具有正常肌肉力量的用户和/或作为替代或补充提供的驱动设备（例如，电动机），因此阀装置的拆卸只能以防错顺序，即在转子定子系统的力释放之后进行。

例如，为了替换转子，可以通过致动杆来减轻所描述的弹簧组件的负荷，然后可以无作用力地移出定子。代替此类致动杆，螺纹机构或液压机构也是可行的。为此也可以实施另一种模仿。此外，代替杠杆机构或除了杠杆机构之外，还可以使用电机。示范性地，根据本发明的示例性实施方式的阀装置的力控制机构可以用于相对于定子（特别是可以在没有螺钉的情况下操作的定子）解除转子密封。因此，根据一个实施方式，无螺钉操作也是可能的。为此，例如可以使用前述的致动杆和卡口机构。转子相对于定子的力释放尤其可以释放转子密封力和负载力。这使得阀装置的替换容易并且操作磨损少，从而增加了其整个使用寿命。

有利地，转子轴可以以马达驱动的方式运动，以便实现流体切换操作。为此，可以在阀装置中（特别是在底座模块中）提供驱动装置，例如电动机。在阀装置中实施第二驱动装置以形成和/或致动力控制机构也可能是有利的。以这种方式，可以设置单独的马达，以便实现转子与定子之间的力释放和/或实现此类力耦合的恢复。

图1示出了HPLC系统的基本结构，该HPLC系统作为例如可以用于液相色谱法的样品分离设备10的示例。作为从供应单元25供应溶剂的流体驱动装置的流体泵和/或流体驱动器20，驱动移动相通过样品分离装置30（例如色谱柱），该样品分离装置30包含固定相。脱气器27可以在溶剂被输送到流体驱动器20之前对其进行脱气。在流体驱动器20与样品分离装置30之间设置有具有作为阀装置95的切换阀的样品引入单元40（也称为注入器），以便将样品液体引入到流体分离路径中。提供样品分离装置30的固定相，以分离样品的成分。可以具有贯流分析池和光学构造的检测器50检测样品的分离成分。可以提供分馏装置60，以将样品的分离成分排入为此目的而设置的容器中。不再需要的液体可以排放到排放容器中。

控制单元70控制样品分离设备10的各个部件20、25、27、30、40、50、60、95。

其他附图示出了根据本发明的示例性实施方式的流体阀和/或阀装置95的实施方式：

图2示出了根据本发明的示例性实施方式的阀装置95的空间图。图3示出了根据图2的阀装置95的一部分的分解图。图4示出了根据图2的阀装置95的模块（更准确地是阀模块102和底座模块108）的拆开状态。图5示出了在阀模块102和底座模块108的组装期间根据图2的阀装置95的状态。图6示出了根据图2的阀装置102的截面图。图7示出了根据图2的阀装置102的另一截面图。图8示出了根据图2的阀装置102的空间俯视图。图9以局部截面图示出了根据图2的阀装置102的细节。图10以截面图示出了根据图2的阀装置95的转子106和定子104的细节。

从图4可以最清楚地看到，构造为高压流体阀的阀装置95具有阀模块102和底座模块108。阀装置95可以例如在1200巴与2000巴之间的范围内的流体压力下操作。阀模块102和底座模块108可选择性地相互耦接（见图2）或相互解耦（见图4和图5）。尽管未在图中示出，但是图4中所示的阀模块102可以由相似类型的另一阀模块102（也可以称为替换阀模块）代替。另一个阀模块102也可以耦合到相同的底座模块108。不同的阀模块102、102例如可以关于配合的有效表面上的流体耦合图案、由相应的密封件支撑的工作压力以及由于特殊的材料构造而分配的应用方面不同。

如图3所最佳示出的，阀模块102具有定子104和转子106。转子106和定子104可以分别构造为特别坚硬的陶瓷部件。图3示出了卡口机构，该卡口机构部分地设置在定子104上并且部分地设置在阀模块102的阀壳体152中（转子106位于其中），作为用于将定子104与转子106选择性地旋转耦合的耦合机构114。转子106可相对于固定定子104旋转，请参见旋转箭头199。通过借助于改变定子104与转子106之间的相对位置来切换阀装置95，可以在定子104与转子106之间形成不同的流体连接状态。基于图3，可以看出，定子104具有多个流体连接件120，用于连接至相应的流体管线122（示意性地示出）。相应地，转子106具有流体耦合通道124，用于与定子104的流体连接件120选择性地流体耦合或与该流体连接件120流体解耦。另外，定子104也具有可选的流体耦合通道124。阀模块102因此具有简单的设计，并且基本上仅满足所描述的流体阀功能。

从图6和图7可以最清楚地看到，底座模块108具有力控制机构110，用于选择性地使转子106和定子104力释放或力耦合。在使转子106和定子104力耦合时，将它们相对的有效表面（请参见图3中设置有附图标记120、124的表面，它们在流体耦合操作中物理连接）压在一起，以形成它们之间的流体密封连接。在阀装置95用于提供期望的流体耦合的操作期间，力控制机构110设定力耦合构造。为了使转子106和定子104力释放，它们的相配合的有效表面相互分开和/或转换成无接触的构造。在力释放状态下，例如可以维修阀装置95，或者可以替换阀装置95内部的部件。更精确地，为了力释放，力控制机构110被构造为使转子106和定子104相对于彼此轴向移位。如图2所示，力控制机构110可通过用户移动致动杆118以通过肌肉力量来操作，以进行从图2中所示的构造（定子-转子力耦合）到另一种构造（定子-转子力解耦或力释放）（请参见旋转箭头156）的力释放。替代地或附加地，力控制机构110可以以马达控制的方式操作。

更准确地说，力控制机构110被构造为相对于定子104力释放转子106，以便在转子106上施加牵引力（或拉力）。该牵引力的方向在图6中由箭头198表示。力控制机构110通过在转子106和定子104的相配合的有效表面之间建立距离来引起转子106相对于定子104的无接触力释放。力释放期间的该距离例如在0.1 mm和0.5 mm之间的范围内。这个小行程确保了力耦合状态和无作用力状态之间的快速过渡，并确保了高度的操作安全性。

在图6和图7中，可以清楚地看到，力控制机构110可以与力产生机构相互作用，该力产生机构是阀模块102的弹簧部件112的形式，其形成为盘形弹簧封装，以通过弹簧力使转子106和定子104力耦合。弹簧部件112因此用作用于产生耦合力的力产生机构。力产生机构可以用于在转子106与定子104之间进行力耦合，或者可以被避免在转子106或定子104上的任何作用，以进行力释放。因此，阀装置100具有设置在阀部件102中的弹簧部件112，用于通过弹簧力使转子106和定子104在圆周上均匀地力耦合。示范性地，弹簧部件112在配合有效表面处将转子106压靠在定子104上。力控制机构110可致动以选择性地激活或停用弹簧力对转子106的冲击。

有利地，耦合机构114可以构造成仅在转子106已经通过力控制机构110相对于定子104力释放的情况下允许定子104和转子106的机械解耦（即，将定子104从呈阀壳体152形式的剩余阀模块102中移除，其中转子106位于阀壳体152内部）。通过所描述的力控制的拆卸逻辑可以防止用户不必要地或无意地拆卸阀装置95而丧失在定子104与转子106之间的无倾角位置。示范地，在力耦合状态下定子104与转子106之间的高接触力（或接触压力）清楚地导致用户在没有首先设置力释放状态的情况下不能释放定子104与带有转子106的阀壳体152之间的卡口机构。

阀装置95还具有驱动装置116，该驱动装置在此形成为电动机，并且该驱动装置被构造用于可旋转地驱动转子106，以在不同的流体耦合状态之间切换阀装置95。转子轴128在轴向上设置在转子106与力控制机构110之间，并且可以借助于驱动装置116旋转。驱动装置116可以例如在底座模块108中实施，或者可以耦合到底座模块108（在图6和图7中示意性地表示）。

图3最佳地示出了防旋转装置126，该防旋转装置用于防止在组装期间由于转子106与定子104之间相对于目标定向的旋转而导致的不正确的角位置。防旋转装置126示范性地迫使转子106和定子104在组装期间保持指定的标称角位置。然后，由于抗旋转装置126限定了组装后的转子-定子系统的初始位置，因此可以以误差鲁棒（或容错）的方式进行阀装置100的控制。

在阀装置95的阀操作中，阀模块102和底座模块108耦合在一起，并且转子106和定子104相互力耦合（参见图2）。

在维护或替换操作中，首先，可以从通过用户向后倾斜致动杆118从而致动底座模块108的力控制机构110的阀操作，来实现转子106相对于定子104的力释放。在力释放之后，可以从阀模块102上旋开定子104，以便露出转子106。再次随后，可以执行由替换转子（未示出）对转子106的替换。替换之后，可以通过以相反的方向转动卡口机构来关闭卡口机构以实现设置有替换转子106的阀模块102到定子104的耦合。再次随后，可以通过致动力控制机构110来执行替换转子106与定子104的力耦合。然后可以再次以阀模式操作阀装置95。

图2示出了处于操作状态的阀装置95，其中阀模块102和底座模块108安装在一起。在图2所示的致动杆118的位置上，在定子104与转子106（在图2中设置在阀体152内部）之间形成力耦合。在图2所示的操作状态下，流体部件（例如作为流体驱动器20的高压泵、作为样品分离装置30的色谱分离柱、分馏器60和检测器50的贯流分析池等）因此可以连接到定子104的流体连接件120。

图2还显示了用于操纵杆118的可选安全装置（或保护装置）154。如果安全装置154被转换到相应的保护状态，则致动杆118的致动被阻止，以防止不期望的误操作。

如果操作杆118以图2中通过旋转箭头156指示的方式向后倾斜，则可以实现转子106相对于定子104的力释放。

在图3中，定子104被两次示出，即从前侧和从后侧。特别地，还示出了在转子106与定子104上的耦合机构114的相互作用结构，该相互作用结构在这里形成为卡口连接。分解图中所示的防旋转装置126实现为在阀壳体152内部的固定销，并确保了转子106与定子104之间的固定的预定角度位置。在图3的左下方还示出了替代的防旋转装置126。防旋转装置126在转子106与定子104之间产生确定的零位置，用于控制阀装置95的控制单元70的控制软件可以知道该零位置。以这种方式，可以实现对误差鲁棒的阀控制。示范地，防旋转装置126确保定子104正确地朝向阀壳体152定向，使得转子106和定子104也正确地相互定向。

在图4中显示了如何将阀模块102从底座模块108上移除。阀模块102上的耦合结构158（在所示实施方式中为耦合鼻）和底座模块108上的耦合结构158（在所示实施方式中为耦合槽）相配合以将阀模块102和底座模块108耦合。可替代地，如图4和图5所示，耦合结构158的松动使得能够在阀模块102与底座模块108之间解耦。特别地，以此方式，可以将用于特定流体应用的阀模块102替换为用于另一流体应用的另一阀模块102，其中可以始终使用一个相同的底座模块108。

图6示出了阀装置95的内部结构。在力耦合状态下，形成为盘形弹簧组件的弹簧部件112在相对于中心轴线177的圆周方向上均匀地挤压转子轴128，转子轴128转而相对于定子104挤压安装在其前侧的转子106。

具有非旋转对称的横截面（未示出）的耦合销160确保了从驱动装置116（特别是电动机）到转子轴128的扭矩传递，以便使转子106相对于定子104旋转，用于切换阀装置95。

图6和图7进一步示出了力控制机构110具有偏心件130和与其配合的连接杆132。为了力释放，致动杆118（或者可替代地，单独的驱动装置和/或也用于转动转子106的相同的驱动装置116）致动偏心件130，使得偏心件130在连接杆132上施加轴向力。该牵引力将夹头卡盘162拉向左侧，如图6所示，即远离转子106。在转子轴128和夹头卡盘162之间形成有力耦合结构164（例如，螺纹），使得夹头卡盘162可以将转子轴128轴向地向后拉。以此方式，安装在转子轴128上的转子106也轴向地缩回，并且因此设置成与定子104力解耦和/或无作用力。

弹簧部件112后面的滚动轴承166确保了低摩擦工作。阀体152中的销钉170确保阀体152与驱动单元116之间的正确相对位置。

附图中所示的阀装置95被实现用于特别是在1200巴至2000巴之间的范围内高压工作。形成为盘形弹簧组件的弹簧部件112的任务是将转子106压靠在定子104上，从而形成可以承受上述压力的流体密封连接。

示范性地，阀模块102形成为可替换盒。单个底座模块108可以与多个不同的阀模块102组合在一起，以形成相应的阀装置95。不同的阀模块102可以例如关于孔图案、压力和/或应用而不同。

图11以截面图示出了根据本发明的示例性实施方式的阀装置95的转子106和定子104的细节。

应当注意，术语“具有”不排除其他元件，并且“一个”或“一种”不排除多个。而且，结合不同实施方式描述的元件可以被组合。还应注意，权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的保护范围。

Claims (36)

1.一种阀装置（95），具有：

阀模块（102），其具有定子（104）和转子（106），其中所述转子（106）可相对于所述定子（104）旋转，使得在所述定子（104）与所述转子（106）之间可形成至少一个流体连接；

力产生机构，其用于使所述转子（106）和所述定子（104）相互力耦合，

力控制机构（110），其用于控制所述力产生机构，以便选择性地激活或停用所述转子（106）与所述定子（104）之间的力耦合，其中为了停用所述力耦合，所述力控制机构（110）被配置为使得所述转子（106）和所述定子（104）彼此不接触；以及

底座模块（108），其具有力控制机构（110）的至少一部分；

其中所述阀模块（102）和所述底座模块（108）可通过选择性地激活或停用所述转子（106）与所述定子（104）之间的力耦合而选择性地相互耦接或相互解耦。

2.根据权利要求1所述的阀装置（95），其被构造为高压阀装置。

3.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其被构造为用于处理在至少800巴的压力下的流体。

4.根据权利要求3所述的阀装置（95），其被构造为用于处理在至少1200巴的压力下的流体。

5.根据权利要求3所述的阀装置（95），其被构造为用于处理在至少1800巴的压力下的流体。

6.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其具有至少一个另外的阀模块（102），所述另外的阀模块（102）具有另外的定子（104）和另外的转子（106），其中所述另外的转子（106）相对于所述另外的定子（104）是可旋转的，使得在所述另外的定子（104）与所述另外的转子（106）之间可形成至少一个流体连接，并且其中所述至少一个另外的阀模块（102）被构造成代替所述阀模块（102）耦合到所述底座模块（108）或与所述底座模块（108）解耦。

7.根据权利要求6所述的阀装置（95），其中所述阀模块（102）和所述另外的阀模块（102）关于由流体耦合图案、支撑的工作压力和相关联的应用组成组中的至少一个而不同。

8.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其中所述阀模块（102）适于专门执行阀功能。

9.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其中所述力产生机构布置在所述阀模块（102）中。

10.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其中所述力产生机构具有弹簧部件（112），以通过弹簧力使转子（106）和定子（104）力耦合。

11.根据权利要求10所述的阀装置（95），其中所述弹簧部件（112）是盘形弹簧组件。

12.根据权利要求10所述的阀装置（95），其中所述弹簧部件（112）设置在所述阀模块（102）中。

13.根据权利要求10所述的阀装置（95），其中所述力控制机构（110）被构造为控制所述弹簧部件（112）。

14.根据权利要求13所述的阀装置（95），其中，所述力控制机构（110）可操作为选择性地使转子（106）与定子（104）之间的弹簧力的作用无效，用于力释放。

15.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其具有用于将所述定子（104）耦合至所述转子（106）的耦合机构（114），所述耦合机构部分地设置在所述定子（104）处并且部分地设置在所述转子（106）或所述阀模块（102）的阀壳体（152）处。

16.根据权利要求15所述的阀装置（95），其中所述耦合机构（114）被构造为卡口机构、螺纹机构或使用至少一个紧固元件的机构。

17.根据权利要求16所述的阀装置（95），其中所述紧固元件是螺钉。

18.根据权利要求15所述的阀装置（95），其中所述耦合机构（114）被构造成仅在所述转子（106）相对于所述定子（104）通过所述力控制机构（110）力释放时才允许所述定子（104）和所述转子（106）解耦。

19.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其具有驱动装置（116），所述驱动装置（116）被构造成可旋转地驱动所述转子（106）。

20.根据权利要求19所述的阀装置（95），其中所述驱动装置（116）是马达。

21.根据权利要求19所述的阀装置（95），其中所述驱动装置（116）是电动机。

22.根据权利要求19所述的阀装置（95），其中所述驱动装置（116）设置在所述底座模块（108）处或所述底座模块（108）中。

23.根据权利要求1或2所述的阀装置（95），其具有以下特征中的至少一个：

其中所述力控制机构（110）被构造为使所述转子（106）和所述定子（104）相对于彼此轴向移位用于力释放；

其中所述力控制机构（110）可由肌肉力量致动；

其中所述力控制机构（110）可通过马达控制来致动；

其中所述定子（104）具有多个流体端口（120），每个流体端口均适于连接到相应的流体管线（122）；

其中所述转子（106）具有至少一个可切换的流体耦合通道（124），用于选择性地与所述定子（104）的流体端口（120）和/或流体耦合通道（124）流体耦合或流体解耦；

其中所述转子（106）和所述定子（104）中的至少一个是陶瓷部件；

其中所述力控制机构（110）用于相对于所述定子（104）使所述转子（106）力释放，并且被构造成在所述转子（106）上施加牵引力；

具有防旋转装置（126），所述防旋转装置用于防止所述转子（106）与所述定子（104）之间的以组装为条件的旋转；

在所述转子（106）与所述力控制机构（110）之间具有转子轴（128）；以及

其中所述力控制机构（110）具有偏心件（130）和与其配合的连接杆（132），以及作用在所述转子（106）上的夹头卡盘（162），以通过所述连接杆（132）来传递来自所述偏心件（130）的拉力。

24.根据权利要求23所述的阀装置（95），其中，所述力控制机构（110）被构造为使所述转子（106）相对于所述定子（104）轴向向后移位用于力释放。

25.根据权利要求23所述的阀装置（95），其中，所述力控制机构（110）具有由用户致动的致动杆（118）。

26. 根据权利要求23所述的阀装置（95），其中，所述力控制机构（110）被构造成用于通过在所述转子（106）与所述定子（104）之间形成距离来进行力释放，所述距离在0.1 mm和0.5 mm之间的范围内。

27. 根据权利要求26所述的阀装置（95），其中，所述距离在0.2 mm和0.3 mm之间的范围内。

28.根据权利要求23所述的阀装置（95），其中，所述防旋转装置在所述转子（106）与所述定子（104）之间设置预定的角度位置。

29.一种用于分离流体样品的样品分离设备（10），其中所述样品分离设备（10）具有：

流体驱动器（20），其用于驱动移动相和其中存在的流体样品；

样品分离装置（30），其用于分离所述移动相中存在的所述流体样品；以及

根据权利要求1至28中任一项所述的阀装置（95）。

30.根据权利要求29所述的样品分离设备（10），还具有以下特征中的至少一个：

所述阀装置（95）被构造成用于将所述流体样品引入所述移动相中；

所述阀装置（95）被构造成用于以受控方式允许所述移动相由所述流体驱动器（20）驱动；

所述样品分离装置（30）被构造为色谱分离装置；

所述样品分离设备（10）被构造成用于分析所述流体样品的至少一个组分的至少一个物理参数、化学参数和/或生物参数；

所述样品分离设备（10）具有由化学分析、生物分析和/或药物分析用装置、液相色谱仪和HPLC仪组成的组的至少一种；

所述流体驱动器（20）设置成以高压驱动所述移动相；

所述流体驱动器（20）设置成以至少800巴的压力驱动所述移动相；

所述样品分离设备（10）被构造为微流体装置；

所述样品分离设备（10）被构造为纳米流体装置；

所述样品分离设备（10）具有用于检测分离出的组分的检测器（50）；

所述样品分离设备（10）具有用于将所述流体样品注入所述移动相的注入器（40），所述注入器（40）具有所述阀装置（95）；

所述样品分离设备（10）具有样品分馏器（60），其用于分馏所述分离出的组分。

31.根据权利要求30所述的样品分离设备（10），其中所述样品分离装置（30）被构造为色谱分离柱。

32.根据权利要求30所述的样品分离设备（10），其中所述流体驱动器（20）设置成以至少1200巴的压力驱动所述移动相。

33.根据权利要求30所述的样品分离设备（10），其中所述流体驱动器（20）设置成以至少1800巴的压力驱动所述移动相。

34.一种用于处理根据权利要求1至28中任一项所述的阀装置（95）的方法，其中所述方法具有以下步骤：

在所述阀模块（102）和所述底座模块（108）相互耦合并且所述转子（106）和所述定子（104）相互力耦合的操作条件下操作所述阀装置（95）；

随后通过所述力控制机构（110）使所述转子（106）相对于所述定子（104）非接触式力释放。

35. 根据权利要求34所述的方法，其中所述方法在所述力释放步骤之后具有以下步骤：

从所述阀模块（102）上移除所述定子（104），以暴露所述转子（106）；以及

然后用替换转子替换所述转子（106）。

36. 根据权利要求35所述的方法，其中所述方法在所述替换步骤之后具有以下步骤：

将设置有所述替换转子的所述阀模块（102）耦合到所述定子（104）；以及

随后通过所述力控制机构（110）将所述替换转子与所述定子（104）力耦合。