DE102016108103A1 - Compensation of volume artifacts when switching a fluid valve - Google Patents
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Abstract
Fluidventil (100) zum Steuern eines Arbeitsfluids (102), wobei das Fluidventil (100) eine Schließeinrichtung (104) mit einem ersten Schließteil (110) in einem Arbeitsvolumen (116) des Arbeitsfluids (102) und mit einem zweiten Schließteil (112), das durch eine Raumtrenneinrichtung (106) von dem Arbeitsfluid (102) und dem ersten Schließteil (110) getrennt ist und derart ausgebildet ist, dass das zweite Schließteil (112) zum Öffnen und/oder Schließen des Fluidventils (100) auf das erste Schließteil (110) durch die Raumtrenneinrichtung (106) hindurch einwirkt, und eine Kompensationseinrichtung (108) aufweist, die eingerichtet ist, ein dem Arbeitsfluid (102) durch die Raumtrenneinrichtung (106) beim Öffnen und/oder Schließen vorübergehend bereitgestelltes Zusatzvolumen durch Modifizieren des dem Arbeitsfluid (102) beim Öffnen und/oder Schließen zur Verfügung stehenden Arbeitsvolumens (116) zumindest teilweise zu kompensieren.A fluid valve (100) for controlling a working fluid (102), wherein the fluid valve (100) comprises a closing device (104) having a first closing part (110) in a working volume (116) of the working fluid (102) and a second closing part (112), which is separated from the working fluid (102) and the first closing part (110) by a space separating device (106) and is configured such that the second closing part (112) opens and / or closes the fluid valve (100) onto the first closing part (110). 110) through the room divider (106), and compensating means (108) arranged to adjust an auxiliary volume temporarily provided to the working fluid (102) by the room divider (106) upon opening and / or closing by modifying the working fluid ( 102) at least partially compensate for opening and / or closing available working volume (116).
Description
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidventil, eine Fluidpumpe, ein Verfahren zum Steuern eines Arbeitsfluids, sowie ein Probentrenngerät und eine Verwendung. The present invention relates to a fluid valve, a fluid pump, a method of controlling a working fluid, and a sample separator and a use.
In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar sein kann, durch eine sogenannte stationäre Phase (zum Beispiel in einer chromatografischen Säule), bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Ein solches HPLC-System ist bekannt zum Beispiel aus der
Ein solches HPLC-System hat häufig eine Fluidpumpe mit einem oder mehreren in einer Kolbenkammer reziprozierenden Kolben, der oder die mit einem oder mehreren Einlassventilen zusammenwirken. Beim Schalten der Einlassventile kann es zu Ungenauigkeiten hinsichtlich des geförderten Fluids kommen. Such an HPLC system often has a fluid pump with one or more pistons reciprocating in a piston chamber, which cooperate with one or more intake valves. When switching the intake valves, inaccuracies may occur with respect to the pumped fluid.
OFFENBARUNGEPIPHANY
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Pumpen eines Fluids mit hoher Präzision zu ermöglichen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt. It is an object of the invention to enable pumping of a fluid with high precision. The object is achieved by means of the independent claims. Further embodiments are shown in the dependent claims.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Fluidventil (d.h. ein Ventil zum Steuern von Fluid, wobei ein Fluid ein Gas und/oder eine Flüssigkeit, optional aufweisend Feststoffpartikel, sein kann) zum Steuern eines Arbeitsfluids (insbesondere einer mobilen Phase, weiter insbesondere eines Lösungsmittele oder einer Lösungsmittelzusammensetzung) geschaffen, wobei das Fluidventil eine Schließeinrichtung mit einem ersten Schließteil in einem Arbeitsvolumen des Arbeitsfluids (insbesondere in Kontakt mit dem Arbeitsfluid) und mit einem zweiten Schließteil, das durch eine Raumtrenneinrichtung (insbesondere einer Raumtrennmembran) von dem Arbeitsfluid und dem ersten Schließteil getrennt ist (insbesondere außer Kontakt mit dem Arbeitsfluid stehend) und derart ausgebildet ist, dass das zweite Schließteil zum Öffnen und/oder Schließen des Fluidventils auf das erste Schließteil durch die Raumtrenneinrichtung hindurch einwirkt, und eine Kompensationseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, ein dem Arbeitsfluid durch die Raumtrenneinrichtung beim Öffnen und/oder Schließen vorübergehend bereitgestelltes (insbesondere positives oder negatives) Zusatzvolumen durch zeitweise Modifizierung (insbesondere vorübergehende Reduktion oder Vergrößerung beim Öffnen und/oder Schließen) des dem Arbeitsfluid beim Öffnen und/oder Schließen zur Verfügung stehenden Arbeitsvolumens zumindest teilweise zu kompensieren (anschaulich kann insbesondere beim Schließen der Raum größer werden, und daher das Volumen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung reduziert werden). According to an exemplary embodiment of the present invention, a fluid valve (ie, a valve for controlling fluid, wherein a fluid may be a gas and / or a liquid, optionally comprising solid particles) is for controlling a working fluid (especially a mobile phase, more particularly one) Solvent or a solvent composition), the fluid valve having a closing device with a first closing part in a working volume of the working fluid (in particular in contact with the working fluid) and with a second closing part that is separated by a space separating device (in particular a space separating membrane) from the working fluid and the first Closing part is separated (in particular out of contact with the working fluid standing) and is formed such that the second closing part for opening and / or closing the fluid valve acts on the first closing part through the space separating device, and a Kompensat Ioneinrichtung has, which is adapted to the working fluid by the space separating device during opening and / or closing temporarily provided (in particular positive or negative) additional volume by temporary modification (especially temporary reduction or increase in opening and / or closing) of the working fluid during opening and / or Closing available work volume to compensate at least partially (clearly, especially when closing the room can be larger, and therefore the volume can be reduced according to an embodiment of the invention).
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Fluidpumpe zum Pumpen eines Arbeitsfluids bereitgestellt, wobei die Fluidpumpe einen in einer Kolbenkammer reziprozierfähig angeordneten Kolben zum Fördern des Arbeitsfluids und ein Fluidventil mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist, das stromaufwärts der Kolbenkammer angeordnet als Einlassventil für das Arbeitsfluid ausgebildet ist. According to another exemplary embodiment, there is provided a fluid pump for pumping a working fluid, the fluid pump having a piston recirculating in a piston chamber for conveying the working fluid and a fluid valve having the above-described features arranged upstream of the piston chamber as an inlet valve for the working fluid ,
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät zum Trennen einer fluidischen Probe bereitgestellt, wobei das Probentrenngerät eine Fluidpumpe mit einem Fluidventil mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist, wobei die Fluidpumpe zum Pumpen einer mobilen Phase als Arbeitsfluid ausgebildet ist, und eine Probentrenneinrichtung zum Trennen der in die mobile Phase eingeleiteten fluidischen Probe aufweist. According to yet another exemplary embodiment, there is provided a sample separator for separating a fluidic sample, the sample separator having a fluid pump with a fluid valve having the above-described features, the fluid pump for pumping a mobile phase being formed as working fluid, and a sample separator for separating the fluid Having introduced into the mobile phase fluidic sample.
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Steuern eines zu pumpenden Arbeitsfluids bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren Arbeitsfluid in einem Arbeitsraum eines Fluidventils vorgesehen wird, in dem eine erste Schließeinrichtung des Fluidventils angeordnet ist, auf das erste Schließteil mittels eines zweiten Schließteils durch eine Raumtrenneinrichtung zwischen dem Arbeitsraum und einem anderen Raum des Fluidventils hindurch eingewirkt wird, in welchem anderen Raum das zweite Schließteil derart angeordnet ist, dass infolge des Einwirkens das Fluidventil öffnet oder schließt und beim Öffnen oder Schließen die Raumtrenneinrichtung dem Arbeitsfluid in dem Arbeitsraum vorübergehend ein (insbesondere positives, alternativ negatives) Zusatzvolumen bereitstellt, und das Zusatzvolumens zumindest teilweise kompensiert wird, um dadurch ein dem Arbeitsfluid beim Öffnen oder Schließen zur Verfügung gestelltes bzw. stehendes Arbeitsvolumen vorübergehend zu modifizieren (insbesondere zu reduzieren). Anschaulich kann beim Öffnen oder Schließen ein zur Verfügung stehendes Volumen möglichst konstant gehalten werden oder das sich durch das Schalten ergebende (insbesondere positive bzw. negative) Zusatzvolumen reduziert werden.According to yet another exemplary embodiment, there is provided a method of controlling a working fluid to be pumped, wherein in the method, working fluid is provided in a working space of a fluid valve in which a first closing means of the fluid valve is disposed on the first closing part by means of a second closing part Room separation device between the working space and another space of the fluid valve is acted through, in which other space the second closing part is arranged such that due to the action, the fluid valve opens or closes and when opening or closing the space separator the working fluid in the working space temporarily (in particular positive, alternatively negative) additional volume provides, and the additional volume is at least partially compensated to thereby provide the working fluid when opening or closing made available or standing working volume temporarily to modify (in particular to reduce). Clearly, when opening or closing an available volume can be kept as constant as possible or that by switching resulting (especially positive or negative) additional volume can be reduced.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein Fluidventil mit den oben beschriebenen Merkmalen in der superkritischen Flüssigchromatographie verwendet. According to another exemplary embodiment, a fluid valve having the features described above is used in supercritical liquid chromatography.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein vollständiger oder teilweiser Volumenausgleich zum zumindest teilweisen Kompensieren von Artefakten beim Schalten eines Fluidventils durchgeführt werden, um die Präzision der geförderten Menge von Arbeitsfluid zu erhöhen. Dabei adressieren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung die Problematik, dass beim Schalten eines Fluidventils sich eine mechanische Komponente des Fluidventils ruckartig bewegen kann und dabei auf eine elastische oder flexible Raumtrenneinrichtung (wie zum Beispiel eine Raumtrennmembran) eine diese verschiebende Kraft ausüben kann. Durch diese kurzzeitige räumliche Verschiebung bzw. Deformation der Raumtrenneinrichtung wird dem Arbeitsfluid während des Schaltprozesses kurzfristig ein (insbesondere positives, in bestimmten Konfigurationen jedoch auch negatives) artifizielles Zusatzvolumen zu dem Arbeitsvolumen bereitgestellt. Vor allem im Fall eines positiven Zusatzvolumens kann ein unerwünschter Unterdruck entstehen bzw. ein Ausgasen des Arbeitsfluids erfolgen, was besonders unerwünscht ist. Dies führt herkömmlich zu einer Undefiniertheit der durch das Fluidventil geförderten Fluidmenge und kann daher die Präzision und Reproduzierbarkeit des Förder- und Schaltprozesses unerwünscht beeinträchtigen. Die beschriebenen Phänomene können zu augenblicklichem Ausgasen des Arbeitsfluids oder im Nachspiel auch zu unerwünschten hydrodynamischen Druckoszillationen oder anderen Artefakten führen. Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung reduziert diese Undefiniertheit und erhöht somit die Präzision des Förder- und Schaltprozesses, indem mit einer Kompensationseinrichtung das momentane Zusatzvolumen als Schaltartefakt vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt während des Schaltzyklus kompensiert, d.h. reduziert oder sogar eliminiert wird. Anschaulich kann dem Arbeitsvolumen bei Auftreten des Schaltartefakts vorübergehend ein Kompensationsvolumen beigesteuert werden, um der Volumenbeeinträchtigung durch das Schaltartefakt entgegenzuwirken bzw. um diese ganz oder teilweise auszugleichen. „Bei Auftreten des Schaltartefakts“ kann hierbei einerseits beinhalten, dass ein Artefakt aufgetreten ist oder gerade auftritt, so dass eine Kompensation als Reaktion initiiert werden kann. „Bei Auftreten des Schaltartefakts“ kann hierbei andererseits beinhalten, dass mit einem Artefakt zu rechnen ist (zum Beispiel aus Erfahrung), so dass eine Kompensation als Proaktion initiiert werden kann. According to an exemplary embodiment of the invention, full or partial volume compensation for at least partially compensating artifacts when switching a fluid valve may be performed to increase the precision of the delivered amount of working fluid. Exemplary exemplary embodiments of the invention address the problem that when a fluid valve is switched, a mechanical component of the fluid valve can move jerkily and can exert a force that displaces this on an elastic or flexible space separating device (such as a space separating membrane). As a result of this brief spatial displacement or deformation of the room separating device, the working fluid is provided with an artificial additional volume (in particular positive, but in certain configurations also negative) to the working volume during the switching process. Especially in the case of a positive additional volume, an undesirable negative pressure can occur or outgassing of the working fluid take place, which is particularly undesirable. This conventionally leads to an undefinedness of the fluid quantity conveyed through the fluid valve and can therefore undesirably impair the precision and reproducibility of the conveying and switching process. The described phenomena can lead to instantaneous outgassing of the working fluid or, in the aftermath, also to undesirable hydrodynamic pressure oscillations or other artifacts. An exemplary embodiment of the invention reduces this uncertainty and thus increases the precision of the conveying and switching process by compensating with a compensation device, the instantaneous additional volume as Schaltartefakt preferably at any time during the switching cycle, i. reduced or even eliminated. Clearly, a volume of compensation can be temporarily contributed to the working volume at the occurrence of the Schaltartefakts to counteract the volume impairment by the Schaltartefakt or to compensate for this in whole or in part. "Upon the occurrence of the Schaltartefakts" this can include on the one hand that an artifact has occurred or is currently occurring, so that a compensation can be initiated as a reaction. On the other hand, "when the switching artifact" occurs, this can mean that an artifact is to be expected (for example from experience), so that a compensation can be initiated as a proaction.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fluidventils, der Fluidpumpe, des Verfahrens zum Steuern eines Arbeitsfluids, sowie des Probentrenngeräts und der Verwendung beschrieben. Hereinafter, additional embodiments of the fluid valve, the fluid pump, the method for controlling a working fluid, as well as the sample separation device and the use will be described.
Vorteilhaft kann eine Raumtrennmembran der Raumtrenneinrichtung einen zentralen Bereich (in dem die Schließteile im Betrieb miteinander wirkgekoppelt werden) mit einer höheren Elastizität aufweisen als eine andere Elastizität in einem den zentralen Bereich umgebenden Randbereich. Anders ausgedrückt kann bei einer bestimmten Krafteinwirkung der zentrale Bereich eine stärkere Auslenkung erfahren als der Randbereich. Dann kann der zentrale Bereich widerstandsarm eine Kraftvermittlung zwischen den beiden Schließteilen bewerkstelligen, wohingegen der Randbereich dann eine nur kleine Neigung zeigt, bei einem Schaltvorgang ein artifizielles Zusatzvolumen zu generieren. Advantageously, a space separating membrane of the space separating device can have a central area (in which the closing parts are operatively coupled with each other) with a higher elasticity than another elasticity in an edge area surrounding the central area. In other words, for a given force, the central area may experience a greater deflection than the edge area. Then the central region can accomplish a force transmission between the two closing parts with little resistance, whereas the edge region then shows only a small inclination to generate an artificial additional volume during a switching process.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kompensationseinrichtung ein Kompensationsfluid in einem Kompensationsraum aufweisen, in dem das zweite Schließteil angeordnet ist und das an die Raumtrenneinrichtung angrenzt. Das Kompensationsfluid wirkt (aufgrund seiner geringen Kompressibilität bzw. aufgrund des gleichbleibenden Volumens des Kompensationsfluids) dem Entstehen des Zusatzvolumens beim Schalten entgegen. Das Kompensationsfluid und das Arbeitsfluid können so über die Raumtrennmembran (und optional durch eine unten näher beschriebene Kompensationsmembran) miteinander in Druckaustausch stehen, bleiben jedoch durch die mindestens eine Membran voneinander getrennt. According to one embodiment, the compensation device may comprise a compensation fluid in a compensation space, in which the second closing part is arranged and which adjoins the space separating device. The compensation fluid counteracts (due to its low compressibility or due to the constant volume of the compensation fluid) the emergence of the additional volume during switching. The compensation fluid and the working fluid can thus be in pressure exchange with one another via the space separation membrane (and optionally by a compensation membrane described in more detail below), but remain separated from one another by the at least one membrane.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Kompensationsfluid ein inkompressibles Kompensationsfluid sein, insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gel. Besonders vorteilhaft ist es also, das Kompensationsfluid inkompressibel bzw. mit geringer Kompressibilität auszugestalten, da der dem Schaltartefakt entgegenwirkende Einfluss des Kompensationsfluids (gewünschter Wirkmechanismus) dann besonders stark ist. Zum Beispiel kann das Kompensationsfluid Öl sein. According to one embodiment, the compensation fluid may be an incompressible compensation fluid, in particular a liquid or a gel. It is thus particularly advantageous to design the compensation fluid incompressibly or with low compressibility, since the influence of the compensation fluid (desired mode of action) which counteracts the switching artefact is then particularly strong. For example, the compensation fluid may be oil.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kompensationseinrichtung eine (zusätzliche) Kompensationsmembran zwischen dem Arbeitsvolumen mit erstem Schließteil und einem Kompensationsraum aufweisen, in dem das zweite Schließteil angeordnet ist. Somit kann zusätzlich zu der vorzugsweise als Raumtrennmembran ausgebildeten Raumtrenneinrichtung ergänzend eine Kompensationsmembran vorgesehen werden, die mit der Membran der Raumtrenneinrichtung durch ein Kompensationsfluid in dem Kompensationsraum hydraulisch bzw. pneumatisch gekoppelt sein kann bzw. soll. Ein die Raumtrennmembran der Raumtrenneinrichtung verschiebender Druckstoß beim Schalten des Fluidventils kann dann über das Arbeitsfluid ("auswärtig") und mit Vorzeichenumkehr über das Kompensationsfluid "inwärtig" (d.h. ein Druckstoß auf die Raumtrennmembran bewirkt einen Unterdruckstoß auf die Kompensationsmembran) auf die Kompensationsmembran übertragen werden, die eine zu der Verschiebung der Membran der Raumtrenneinrichtung inverse Wirkung an das Arbeitsvolumen ausübt. Mit anderen Worten reduziert die Kompensationsmembran dann das durch die Verschiebung der Membran der Raumtrenneinrichtung erhöhte Arbeitsvolumen (vorzugsweise um denselben Betrag).According to one embodiment, the compensation device may have an (additional) compensation membrane between the working volume with the first closing part and a compensation space in which the second closing part is arranged. Thus, in addition to the space separating device, which is preferably designed as a space separating membrane, it is additionally possible to provide a compensation membrane which can or should be hydraulically or pneumatically coupled to the membrane of the room separating device by means of a compensating fluid in the compensation space. A space separating membrane of the room divider shifting pressure surge when switching the fluid valve can then be transferred to the compensation membrane via the working fluid ("outward") and with sign reversal via the compensation fluid "inward" (ie a pressure surge on the space separation membrane causes a vacuum surge on the compensation membrane), one to the shift the membrane of the room divider inversely affects the working volume. In other words, the compensation membrane then reduces the working volume increased by the displacement of the membrane of the space divider (preferably by the same amount).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kompensationsmembran eingerichtet sein, beim Öffnen und/oder Schließen das durch die Raumtrenneinrichtung vorübergehend generierte Zusatzvolumen des Arbeitsfluids durch eine Kompensationsbewegung der Kompensationsmembran zumindest teilweise zu kompensieren. Der beim Schalten des Fluidventils das Arbeitsvolumen zeitweise erhöhende (oder bei entsprechender Konfiguration erniedrigende) Druckstoß kann also ein verstärktes (oder reduziertes) Eindringen der Membran der Raumtrenneinrichtung in den Kompensationsraum bewirken, was zu Kompensationszwecken allerdings zu einem zeitweisen reduzierten (oder verstärkten) Verschieben der Kompensationsmembran in das Arbeitsvolumen bzw. den Arbeitsraum des Arbeitsfluids führt. Durch eine solche Verkopplung wird der unerwünschte Effekt des Veränderns des Arbeitsvolumens beim Schalten des Fluidventils ganz oder teilweise ausgeglichen. According to one exemplary embodiment, the compensation membrane can be set up to at least partially compensate for the additional volume of the working fluid temporarily generated by the room separating device during opening and / or closing by compensating movement of the compensation membrane. When the fluid valve is switched, the working volume is temporarily increased (or degraded if configured accordingly), thus causing an increased (or reduced) penetration of the membrane of the room divider into the compensation space, which, however, results in a temporary reduced (or increased) displacement of the compensation membrane for compensation purposes into the working volume or the working space of the working fluid leads. By such a coupling, the undesirable effect of changing the working volume when switching the fluid valve is fully or partially compensated.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kompensationseinrichtung einen Wipp-Mechanismus aufweisen, der von der Raumtrenneinrichtung oder den Schließteilen beim Schließen betätigbar ist und in Reaktion darauf auf das Arbeitsvolumen einwirkt, um das Zusatzvolumen zumindest teilweise auszugleichen. Eine solche Wippe kann zwei mechanische Elemente oder Wirkpunkte (zum Beispiel Körper) über einen drehbar aufgehängten Hebelarm koppeln. Wird eines/r der beiden mechanischen Elemente oder Wirkpunkte beim Schalten des Fluidventils infolge des beschriebenen Artefakts unter zeitweiser Vergrößerung (oder Verkleinerung) des Arbeitsvolumens ausgelenkt, so kann der Wipp-Mechanismus bewirken, dass der andere der beiden mechanischen Körper oder dergleichen (vermittelt über den drehbaren Hebelarm) zurück wippt und dabei das Arbeitsvolumen in entsprechender Weise, z.B. vermittels der Kompensationsmembran, reduziert (oder erhöht). Sobald der Einfluss auf den ersten mechanischen Körper oder dergleichen infolge des Schaltvorgangs endet, bewegt sich die Wippe in den Ausgangszustand zurück. Dadurch wird auch die kompensierende zeitweise Modifizierung des Arbeitsvolumens durch den anderen der beiden mechanischen Körper oder dergleichen deaktiviert. According to one embodiment, the compensating means may comprise a rocking mechanism operable by the room divider or the closing members when closing and acting in response to the working volume to at least partially equalize the additional volume. Such a rocker can couple two mechanical elements or action points (for example, body) via a rotatably suspended lever arm. If one of the two mechanical elements or action points is deflected during the switching of the fluid valve due to the artifact described under temporary enlargement (or reduction) of the working volume, the rocking mechanism can cause the other of the two mechanical body or the like (mediated via the rotatable lever arm) back teeters and thereby the working volume in a corresponding manner, eg by means of the compensation membrane, reduced (or increased). As soon as the influence on the first mechanical body or the like ends as a result of the switching operation, the rocker moves back to the initial state. This also deactivates the compensating temporary modification of the working volume by the other of the two mechanical bodies or the like.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kompensationseinrichtung ausgebildet sein, das zusätzliche Arbeitsvolumen vollständig auszugleichen. Dies führt zu einer besonders präzisen Schalt- und Förderfunktion des Fluidventils bzw. der Fluidpumpe. According to one embodiment, the compensation device can be designed to completely compensate the additional working volume. This leads to a particularly precise switching and conveying function of the fluid valve or the fluid pump.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Fluidventil als aktiv schaltbares Fluidventil ausgebildet sein. Anders ausgedrückt kann das Schalten des Fluidventils durch ein vorgebbares Steuersignal erfolgen, zum Beispiel durch ein elektrisches Signal. Mit einem solchen Steuersignal kann zum Beispiel eine Magnetspule selektiv bestromt werden oder eine Bestromung invertiert werden oder gar unterbleiben bzw. deaktiviert werden, wodurch ein Magnetmechanismus eine entsprechende Bewegung des zweiten Schließteils bewirken kann, der durch die Raumtrenneinrichtung auf das erste Schließteil einwirkt. Statt eines Magnetmechanismus kann zum Beispiel auch ein Federmechanismus oder ein anderer funktionell entsprechender Mechanismus eingesetzt werden.According to one embodiment, the fluid valve may be formed as an actively switchable fluid valve. In other words, the switching of the fluid valve can be effected by a predefinable control signal, for example by an electrical signal. With such a control signal, for example, a magnetic coil can be selectively energized or a current can be inverted or even omitted or disabled, whereby a magnetic mechanism can cause a corresponding movement of the second closing part, which acts through the space separating device on the first closing part. Instead of a magnetic mechanism, for example, a spring mechanism or another functionally corresponding mechanism can be used.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Schließeinrichtung und die Kompensationseinrichtung ausgebildet sein, die zumindest teilweise Kompensation beim Übergang zwischen einem Öffnungszustand und einem Schließzustand des Fluidventils zu bewerkstelligen. Es hat sich herausgestellt, dass das oben beschriebene Artefakt besonders stark beim schnellen (dynamischen) Übergang von einem offenen Zustand zu einem geschlossenen Zustand der Fluidventils auftritt oder wirkt (Ausgasen des Arbeitsfuilds, oder Bildung einer Gasblase). Die beschriebene Kompensation ist bei diesem Schaltvorgang daher besonders wirksam. Es ist alternativ oder ergänzend aber auch möglich, eine entsprechende Kompensation bei Auftreten eines Artefakts beim Übergang von einem Schließzustand zu einem Öffnungszustand des Fluidventils zu implementieren. According to one embodiment, the closing device and the compensating device may be designed to effect at least partial compensation in the transition between an opening state and a closing state of the fluid valve. It has been found that the above-described artifact occurs or acts particularly strongly in the rapid (dynamic) transition from an open state to a closed state of the fluid valve (outgassing of the working part, or formation of a gas bubble). The compensation described is therefore particularly effective in this switching process. Alternatively or additionally, however, it is also possible to implement a corresponding compensation when an artifact occurs during the transition from a closed state to an open state of the fluid valve.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Raumtrenneinrichtung eine zumindest teilweise flexible Raumtrenneinrichtung sein, insbesondere eine Membran. Eine solche Membran kann sich bei einer mechanischen Einwirkung vorzugsweise elastisch bewegen, d.h. nach Ablassen einer mechanischen Einwirkung reversibel in ihren Ausgangszustand zurückbewegen. Eine solche Membran kann vorzugsweise fluiddicht ausgebildet sein, um eine unerwünschte Leckage von Arbeitsfluid hin zu dem zweiten Schließteil bzw. hinein in das Kompensationsvolumen zu unterbinden. According to one embodiment, the space separating device may be an at least partially flexible space separating device, in particular a membrane. Such a membrane may preferably move elastically upon mechanical impact, i. after releasing a mechanical action reversibly move back to its original state. Such a membrane may preferably be designed to be fluid-tight in order to prevent unwanted leakage of working fluid toward the second closing part or into the compensation volume.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das erste Schließteil einen im Schließzustand in einem Sitz angeordneten Schließkörper, insbesondere eine Schließkugel, aufweisen. Befindet sich der Schließkörper im Sitz, ist das Fluidventil geschlossen. Bewegt sich der Schließkörper (ggf. unter dem Einfluss der Schließteile) aus dem Sitz heraus, ist das Fluidventil geöffnet und ermöglicht es dem Arbeitsfluid, zwischen Sitz und Schließkörper hindurchzuströmen.According to one exemplary embodiment, the first closing part may have a closing body arranged in a seat in the closed state, in particular a closing body Closing ball, exhibit. If the closing body is in the seat, the fluid valve is closed. If the closing body (possibly under the influence of the closing parts) moves out of the seat, the fluid valve is opened and allows the working fluid to flow between the seat and closing body.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Schließkörper in einem vorgespannten Zustand, insbesondere in einem mittels einer Feder vorgespannten Zustand, in dem Sitz angeordnet sein. Das Fluidventil kann also durch eine mechanische Feder vorgespannt sein. Das zweite Schließteil kann aber durch die Raumtrenneinrichtung hindurch derart auf das erste Schließteil einwirken, dass das erste Schließteil den Schließkörper gegen seine Vorspannung aus dem Sitz heraus drückt und somit ein Fließen von Arbeitsfluid zwischen Schließkörper und Sitz ermöglicht. According to one embodiment, the closing body may be arranged in a biased state, in particular in a state biased by a spring in the seat. The fluid valve can therefore be biased by a mechanical spring. However, the second closing part can act on the first closing part through the space separating device in such a way that the first closing part presses the closing body out of the seat against its bias and thus enables a flow of working fluid between closing body and seat.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das erste Schließteil einen Koppelkörper aufweisen, der zum Einwirken auf den Schließkörper ausgebildet und über die Raumtrenneinrichtung hinweg mittels des zweiten Verschließteils betätigbar ist. Ein solcher Koppelkörper kann ein kolbenartiger starrer Körper sein, der vermittelt durch die flexible Membran der Raumtrenneinrichtung durch Axialverschiebung eines Aktuators des zweiten Schließteils ebenfalls axial verschoben wird und dadurch den Schließkörper wahlweise aus dem Sitz herausdrückt oder nicht (ähnlich wie in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das zweite Schließteil einen Aktuator aufweisen, der in einen das Fluidventil schließenden oder öffnenden Zustand vorgespannt ist. Die Vorspannung kann zum Beispiel ebenfalls mittels einer weiteren Feder erfolgen, welche das zweite Schließteil durch die Raumtrenneinrichtung hindurch gegen das erste Schließteil drückt. In einer Konfiguration kann in Abwesenheit eines auf den Aktuator einwirkenden Steuersignals die weitere Feder (oder ein anderes weiteres Vorspannelement) das zweite Schließteil durch die Raumtrenneinrichtung gegen das erste Schließteil drücken, wobei das erste Schließteil seinerseits den vorgespannten Schließkörper aus dem Sitz herausdrückt und somit einen Fluss des Arbeitsfluids durch das dann geöffnete Fluidventil hindurch erlaubt. In Anwesenheit eines auf den Aktuator einwirkenden Steuersignals kann das zweite Schließteil entgegen der Vorspannkraft des weiteren Vorspannelements zurückgezogen werden, sodass das zweite Schließteil nicht mehr gegen das erste Schließteil drückt. Dadurch drückt das erste Schließteil den vorgespannten Schließkörper nicht aus dem Sitz heraus. Infolgedessen führt die Vorspannung des Schließkörpers dazu, dass der Schließkörper gegen den Sitz gedrückt wird und somit kein Fluss des Arbeitsfluids durch das dann geschlossene Fluidventil hindurch ermöglicht ist. According to one embodiment, the second closure member may include an actuator biased into a fluid valve closing or opening condition. The bias voltage can for example also be effected by means of a further spring, which presses the second closing part through the space separating device against the first closing part. In one configuration, in the absence of a control signal applied to the actuator, the further spring (or other further biasing member) may urge the second closure member against the first closure member through the space divider, the first closure member in turn pushing the biased closure body out of the seat and thus flow of the working fluid through the then opened fluid valve allowed therethrough. In the presence of a control signal acting on the actuator, the second closing part can be withdrawn against the biasing force of the further biasing element, so that the second closing part no longer presses against the first closing part. As a result, the first closing part does not push the pretensioned closing body out of the seat. As a result, the bias of the closing body causes the closing body is pressed against the seat and thus no flow of the working fluid through the then closed fluid valve is made possible.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das zweite Schließteil mittels Zuschaltens oder Abschaltens eines elektrischen Signals betätigbar sein, so dass ein Einwirken des Aktuators auf das erste Schließteil aktiviert oder deaktiviert wird. Das Anlegen eines elektrischen Signals kann zum Beispiel ein Magnetfeld erzeugen, das dann eine entsprechende Magnetkraft auf einen magnetischen Aktuator ausübt, oder es kann eine elektrische Spannung sein, die über z.B. ein Piezoelement die Auslenkung verursacht. According to one embodiment, the second closing part can be actuated by switching on or off an electrical signal, so that an action of the actuator on the first closing part is activated or deactivated. The application of an electrical signal may, for example, generate a magnetic field which then applies a corresponding magnetic force to a magnetic actuator, or it may be an electrical voltage which is applied via e.g. a piezoelectric element causes the deflection.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Trenneinrichtung als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet sein. Bei einer chromatographischen Trennung kann die Chromatographietrennsäule mit einem Adsorptionsmedium versehen sein. An diesem kann die fluidische Probe aufgehalten werden und erst nachfolgend mit hinreichend Laufmittel (isokratisch) oder bei Anwesenheit einer spezifischen Lösungsmittelzusammensetzung (Gradient) fraktionsweise wieder abgelöst werden, womit die Trennung der Probe in ihre Fraktionen bewerkstelligt wird. According to one embodiment, the separation device can be designed as a chromatographic separation device, in particular as a chromatography separation column. In a chromatographic separation, the chromatographic separation column may be provided with an adsorption medium. At this, the fluidic sample can be stopped and only then with appropriate eluent (isocratic) or in the presence of a specific solvent composition (gradient) fractionally detached again, thus the separation of the sample is accomplished in their fractions.
Das Probenseparationsgerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigchromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), eine UHPLC-Anlage, ein SFC-(superkritische Flüssigchromatographie)Gerät, ein Gaschromatographiegerät, ein Elektrochromatographiegerät und/oder ein Gelelektrophoresegerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich. The sample separation device may be a microfluidic measuring device, a life science device, a liquid chromatography device, a high performance liquid chromatography (HPLC), an UHPLC device, an SFC (Supercritical Liquid Chromatography) device, a gas chromatography device, an electrochromatography device, and / or a gel electrophoresis device , However, many other applications are possible.
Die Fluidpumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurch zu befördern. For example, the fluid pump may be configured to convey the mobile phase through the system at a high pressure, for example, from a few hundred bars up to 1000 bars or more.
Das Probentrenngerät kann einen Probeninjektor zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine mit einem Sitz koppelbare Injektionsnadel in einem entsprechenden Flüssigkeitspfad aufweisen, wobei die Nadel aus diesem Sitz herausgefahren werden kann, um Probe aufzunehmen, wobei nach dem Wiedereinführen der Nadel in den Sitz die Probe sich in einem Fluidpfad befindet, der, zum Beispiel durch das Schalten eines Ventils, in den Trennpfad des Systems hineingeschaltet werden kann, was zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad führt. The sample separator may include a sample injector for introducing the sample into the fluidic separation path. Such a sample injector may comprise a syringe-dockable injection needle in a corresponding fluid path, which needle may be withdrawn from that seat to receive sample, wherein upon reintroduction of the needle into the seat, the sample is in a fluid path which, for Example, by switching a valve, can be switched into the separation path of the system, which leads to the introduction of the sample in the fluidic separation path.
Das Probentrenngerät kann einen Fraktionssammler zum Sammeln der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionssammler kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Abflussbehälter zugeführt werden.The sample separator may include a fraction collector for collecting the separated components. Such a fraction collector may contain the various components for example in lead different liquid container. The analyzed sample can also be fed to a drain tank.
Vorzugsweise kann das Probentrenngerät einen Detektor zur Detektion der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Detektor kann ein Signal erzeugen, welches beobachtet und/oder aufgezeichnet werden kann, und welches für die Anwesenheit und Menge der Probenkomponenten in dem durch das System fließenden Fluid indikativ ist. Preferably, the sample separation device may comprise a detector for detecting the separated components. Such a detector may generate a signal which can be observed and / or recorded and which is indicative of the presence and amount of sample components in the fluid flowing through the system.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen. Other objects and many of the attendant advantages of embodiments of the present invention will be readily appreciated and become better understood by reference to the following more particular description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. Features that are substantially or functionally the same or similar are given the same reference numerals.
Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch.The illustration in the drawings is schematic.
Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sollen einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst werden, basierend auf denen exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung abgeleitet worden sind.Before describing exemplary embodiments with reference to the figures, some basic considerations will be summarized based on which exemplary embodiments of the invention have been derived.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein extern aktivierbares Fluidventil mit Bewegungskompensation geschaffen, um beim Schaltvorgang in einem Raum mit fließendem Arbeitsfluid eine artifizielle Volumenveränderung zu unterdrücken, insbesondere diese auf einen Wert von netto Null zu bringen. According to an exemplary embodiment of the invention, an externally activatable motion compensated fluid valve is provided to suppress, during the switching operation in a fluid-working fluid space, an artificial volume change, in particular, to bring it to a net zero value.
Ziel eines entsprechenden Mechanismus ist es, einen exzessiven Über- oder Unterdruck auf einer Eingangsleitung sowie Oszillationen bzw. Fluktuationen des Arbeitsflusses zu vermeiden, wenn ein aktives Einlassventil eines Fluidversorgungspfads geschaltet wird. Eine Bewegungskompensation gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass im Unterschied zu einer fluidischen Dämpfung die Bewegungskompensation keinen unerwünschten Einfluss auf die Genauigkeit einer zugehörigen Flussrate hat. Falls ein Ansaughub proportioniert wird, wird bei Verwendung einer Bewegungskompensation die Lösungsmittelzusammensetzung ebenfalls nicht beeinträchtigt. The aim of a corresponding mechanism is to avoid an excessive positive or negative pressure on an input line as well as oscillations or fluctuations of the working flow when an active inlet valve of a fluid supply path is switched. A motion compensation according to an exemplary embodiment has the advantage that, in contrast to a fluidic damping, the motion compensation has no undesirable influence on the accuracy of an associated flow rate. If a suction stroke is proportioned, using motion compensation will also not affect the solvent composition.
Herkömmliche Einlassventile von Fluidversorgungssystemen, bei denen der Aktuator extern (also vom Arbeitsfluid getrennt) angeordnet ist, insbesondere in einer Fluidpumpe eines Probentrenngeräts, leiden unter dem intrinsischen Problem, dass eine Membran des Fluidventils eine volumetrische Auslenkung erfährt, wenn das Ventil geschaltet wird. Entsprechende Artefakte sind insbesondere ausgeprägt, wenn eine Magnetspule zum Schließen des Fluidventils aktiviert wird um einen Anker anzuziehen. Dann tritt eine plötzliche Rückwärtsbewegung der Membran auf, die eine Spitze im Unterdruck erzeugt. Conventional intake valves of fluid supply systems in which the actuator is located externally (ie, separate from the working fluid), particularly in a fluid pump of a sample separator suffer from the intrinsic problem that a diaphragm of the fluid valve undergoes a volumetric displacement when the valve is switched. Corresponding artifacts are particularly pronounced when a solenoid is activated to close the fluid valve to attract an anchor. Then, a sudden backward movement of the membrane occurs which creates a spike in the vacuum.
Die beschriebenen Phänomene führen zu Problemen. Es ist nämlich notwendig, trockene mechanische und mit dem Arbeitsfluid in Kontakt kommende Teile des Ventils voneinander zu isolieren. Gleichzeitig ist aber eine gut steuerbare Bewegung notwendig, was die Implementierung einer vorzugsweise elastischen Membran als Raumtrenneinrichtung favorisiert. Ein Weglassen einer Raumtrenneinrichtung (insbesondere einer Membran) ist aus diesem Grunde nicht einfach möglich. Vorteilhaft ist sogar eine Membran mit einem relativ großen Durchmesser, sodass diese eine ausreichend lange Lebenszeit hat. Eine solche Membran, die zum Beispiel 100.000.000 Schaltzyklen überleben kann, bewirkt allerdings eine besonders signifikante Volumenveränderung selbst bei kurzen Hüben. The phenomena described lead to problems. It is in fact necessary to isolate dry mechanical parts of the valve which come into contact with the working fluid from each other. At the same time, however, a well controllable movement is necessary, which favors the implementation of a preferably elastic membrane as a space separating device. Omitting a space separating device (in particular a membrane) is not easily possible for this reason. Even a membrane with a relatively large diameter is advantageous, so that it has a sufficiently long lifetime. However, such a membrane, which can survive, for example, 100,000,000 cycles, causes a particularly significant change in volume even with short strokes.
Hinsichtlich der Elastizität der Membran sind folgende Überlegungen relevant. Zum Portionieren in Zusammenhang mit einem Gradientenmodus wäre eine steife Membran vorteilhaft, da jede Elastizität eine Unbestimmtheit hinsichtlich der proportionierten Volumina mit sich bringt, die als Pakete zwischen einem primären Dosierkolben und einem Lösungsmittelselektor zum Gradientenbilden eingeschlossen ist. Daher geht eine elastische Membran mit einer Beeinflussung der Präzision der dosierten Lösungsmittelpakete einher. Eine elastische Membran ist darüber hinaus anfällig hinsichtlich Eigenschaftsveränderungen abhängig von der Druckdifferenz über die Membran hinweg. Die Membran bewirkt in Anwesenheit eines externen Drucks darüber hinaus ein beträchtliches Volumen, was insbesondere problematisch in Niederdruckproportioniersystemen ist. Eine elastische Membran spielt also eine beträchtliche Rolle hinsichtlich der Beeinflussung der Gradientenzusammensetzung durch das Flüssigkeitsniveau in Flüssigkeitsbehältern. Viele Mechanismen, darunter druckmodulierte Systemelastizität, druckmodulierte Resonanzfrequenz von Flüssigkeitsoszillationen in Leitungen, druckmodulierte übermäßige Aufnahmevolumina über die Membran hinweg und druckmodulierte Betriebszeiten des Ventils sind in diesem Zusammenhang zu nennen.Regarding the elasticity of the membrane, the following considerations are relevant. For portioning in the context of a gradient mode, a rigid membrane would be advantageous since any resiliency entails uncertainty in the proportioned volumes trapped as packets between a primary metering piston and a gradient form solvent selector. Therefore, an elastic membrane with an influence on the precision of the dosed Solvent packages accompanied. An elastic membrane is also susceptible to property changes depending on the pressure difference across the membrane. The membrane also causes considerable volume in the presence of external pressure, which is particularly problematic in low pressure proportioning systems. An elastic membrane thus plays a significant role in influencing the gradient composition by the liquid level in liquid containers. Many mechanisms, including pressure-modulated system elasticity, pressure modulated resonant frequency of fluid oscillations in conduits, pressure modulated excessive trapping volumes across the diaphragm, and pressure modulated operating times of the valve are to be mentioned in this context.
Bei einer gegebenen Membran ist es auch nicht einfach möglich, einen sehr kleinen Bewegungsweg (Abstand) einzuführen. Zum einen ist dies durch die Toleranz der beteiligten Bauteile bedingt. Aber ein gewisser Abstand wirkt doppelt negativ, zum einen über die Auslenkung auf das bewegte absolute Volumen und zum anderen wegen der Geschwindigkeit der Volumenänderung, verursacht durch einen Anker, der über den Bewegungsweg beschleunigt wird. For a given membrane, it is also not easily possible to introduce a very small path of movement (distance). On the one hand, this is due to the tolerance of the components involved. But a certain distance is doubly negative, on the one hand about the deflection on the moving absolute volume and on the other hand because of the speed of the volume change, caused by an anchor, which is accelerated over the movement path.
Weitere Überlegungen zur Geschwindigkeit der Bewegung betreffen eine physikalische bzw. technische Begrenzung von Spulenantrieben (im Zugbetrieb). Während der Strom durch die Spule ansteigt, wird der Anker ab einem bestimmten Punkt beginnen, sich gegen eine Vorspannung einer Feder zu bewegen. Während der Kolben sich bewegt, tritt eine Verringerung eines magnetischen Spalts auf. Dies führt zu noch stärkeren Antriebskräften und überproportionaler Beschleunigung des Ankers. Further considerations regarding the speed of the movement relate to a physical or technical limitation of coil drives (in traction mode). As the current through the coil increases, at some point the armature will begin to move against a bias of a spring. As the piston moves, a reduction in a magnetic gap occurs. This leads to even stronger driving forces and disproportionate acceleration of the armature.
Angesichts der oben beschriebenen technischen Problemstellungen und der nachfolgend diskutierten Rahmenbedingungen basieren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung auf dem Gedanken, die unerwünschten volumetrischen Effekte einer Membranbewegung beim Schalten eines Fluidventils durch einen Kompensationsmechanismus zu unterdrücken oder zu eliminieren. In view of the above-described technical problems and the framework discussed below, exemplary embodiments of the invention are based on the idea of suppressing or eliminating the undesirable volumetric effects of diaphragm movement when a fluid valve is switched by a compensation mechanism.
Im Weiteren wird von einer hermetisch abgedichteten vollständig flüssigkeitsgefüllten Kammer ausgegangen, in der sich ein mittels einer Spule gesteuerter Anker bewegt. Die Membran stellt eine Begrenzung zu den lösungsmittelführenden Teilen des Fluidventils bereit. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Bewegung der in dem geschlossenen Raum befindlichen auf der Spulenseite der Membran das Volumen unter der Membran nicht verändern. Folglich kommt es auch zu keiner Volumenänderung oberhalb der Membran (d.h. in dem lösungsmittelführenden Teil des Fluidventils). Die mechanischen Teile können sich jedoch bewegen, ohne dass das Gesamtvolumen jeder der Kammern sich ändert. Während zum Beispiel das Zentrum der Membran die für die Funktion eines beweglichen Pins des ersten Schließteils nötige axiale Bewegung durchführt, wird die Kompensationsflüssigkeit in der abgedichteten Kammer die Randbereiche der Membran zwingen, sich in eine Richtung zu bewegen, dass das Gesamtvolumen an Arbeitsflüssigkeit auf der Ansaugleitung erhalten bleibt. An dieser Stelle soll erklärt werden, dass – wenn der zentrale Bereich der Membran zurückgezogen oder -gedrückt wird (etwa durch eine Federanordnung am ersten Schließelement) – die Kompensationsflüssigkeit verdrängt wird, die sich durch das Aufwölben (also Herausdrücken) der Randbereiche der Membran Platz macht. Falls etwa die Mitte der Membran vorgeschoben (also herausgedrückt) wird (etwa durch eine Federanordnung am zweiten Schließelement oder durch die Einwirkung des Ankers), so werden die Randbereiche der Membran unter der Wirkung des Atmosphärendrucks, des Drucks der Arbeitsflüssigkeit oder der Elastizität der Membran hinein (also in Richtung zur Kompensationsflüssigkeit) gedrückt werden. Die Kompensationsflüssigkeit sorgt für die Invarianz der Volumina der Arbeits- und Kompensationskammer. Furthermore, a hermetically sealed, completely liquid-filled chamber is assumed, in which an armature controlled by means of a coil moves. The membrane provides a boundary to the solvent carrying parts of the fluid valve. In this way it can be achieved that the movement of the located in the closed space on the coil side of the membrane does not change the volume under the membrane. Consequently, there is also no volume change above the membrane (i.e., in the solvent carrying portion of the fluid valve). However, the mechanical parts can move without changing the total volume of each of the chambers. For example, while the center of the diaphragm performs the axial movement necessary for the operation of a movable pin of the first closure member, the compensation fluid in the sealed chamber will force the edge portions of the diaphragm to move in a direction such that the total volume of working fluid on the suction conduit preserved. At this point it should be explained that - when the central region of the membrane is retracted or pushed (as by a spring arrangement on the first closing element) - the compensation liquid is displaced, which makes place by the bulging (ie pushing out) of the edge regions of the membrane , If, for example, the center of the membrane is advanced (ie pushed out) (as by a spring arrangement on the second closure element or by the action of the armature), then the edge regions of the membrane under the effect of the atmospheric pressure, the pressure of the working fluid or the elasticity of the membrane into it (ie towards the compensation liquid). The compensation fluid provides for the invariance of the volumes of the working and compensation chamber.
Da das Volumen der Kompensationsflüssigkeit auf der Seite der Membran, auf welcher das zweite Schließteil angeordnet ist, aufgrund der Inkompressibilität von Flüssigkeiten bei mäßigen Drücken konstant ist (unabhängig von der Position des Kolbens), führt eine schnelle Bewegung des Ankers nicht zu durch die Membran getrennten Volumina. Auf diese Weise werden Druckspitzen unterdrückt. Because the volume of the compensation liquid on the side of the membrane on which the second closure member is located is constant due to the incompressibility of liquids at moderate pressures (regardless of the position of the piston), rapid movement of the anchor does not result in separation through the membrane volumes. In this way, pressure peaks are suppressed.
Aufgrund der stützenden Wirkung der Kompensationsflüssigkeit auf der Unterseite der Membran (also in der Kompensationskammer) kann ein aktives Einlassventil geschaffen werden, das auch robust gegen externe Drücke ist. Ein solches Ventil kann auch in SFC(superkritische Flüssigchromatographie)-Anwendungen mit flüssigem Kohlendioxid eingesetzt werden. Due to the supporting effect of the compensation liquid on the underside of the membrane (ie in the compensation chamber), an active inlet valve can be created, which is also robust against external pressures. Such a valve can also be used in SFC (Supercritical Liquid Chromatography) applications with liquid carbon dioxide.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann auch eine hydraulische Dämpfung eingeführt werden. Dies kann zum Beispiel durch ein Flüssigkeitsvolumen unterhalb des Ankers bewerkstelligt werden, das zusammen mit einer ausreichend hohen Restriktion geeignet ist, eine zu schnelle Bewegung des Ankers zu hemmen. Eine solche Konstruktion kann im Inneren oder in der Umgebung (Spalte mit Körper) realisiert werden. According to an exemplary embodiment, hydraulic damping may also be introduced. This can be accomplished, for example, by a volume of liquid below the anchor which, together with a sufficiently high restriction, is capable of inhibiting too fast movement of the anchor. Such a construction can be realized inside or in the environment (column with body).
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Membran einstückig ausgebildet sein. Dabei kann sie mit einem Wellenprofil versehen sein (siehe zum Beispiel
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Raumtrenneinrichtung anstelle einer Membran zum Beispiel auch als durch eine fluidische Dichtung hindurchtretender Kraftübertragungskörper ausgebildet sein. According to an exemplary embodiment, the space separating device may be formed instead of a membrane, for example, as a force transmitting body passing through a fluidic seal.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Kompensationseinrichtung, insbesondere eine Kompensationsflüssigkeit, ausgebildet sein, den Rauminhalt oberhalb der Membran konstant zu halten. Eine solche Kompensationsflüssigkeit kann ferner ausgebildet sein, die Membranbewegung zu verlangsamen. Anschaulich kann die Kompensationseinrichtung somit auch als viskose Bremse ausgebildet sein. According to one exemplary embodiment of the invention, the compensation device, in particular a compensation fluid, can be designed to keep the volume above the membrane constant. Such a compensation fluid may also be designed to slow down the membrane movement. Clearly, the compensation device can thus also be designed as a viscous brake.
Falls das Arbeitsfluid unter einem Überdruck vorliegt, kann die Kompensationsflüssigkeit ebenfalls unter einem Überdruck stehen, zum Beispiel im Bereich zwischen 5 bar und 80 bar, insbesondere ungefähr gleich dem Druck des Arbeitsfluids. If the working fluid is under an overpressure, the compensation liquid can also be under an overpressure, for example in the range between 5 bar and 80 bar, in particular approximately equal to the pressure of the working fluid.
Eine Steuereinheit
In der Fluidpumpe
Eine solche Fluidpumpe
Das in
Bei dem Fluidventil
Bei dem Fluidventil
Aus
Das im Inneren des Arbeitsraums oder Arbeitsvolumens
Durch Anlegen eines solchen elektrischen Signals kann eine Spule
Mit dem Betrieb des Fluidventils
Der Kompensationsraum
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen. It should be noted that the term "comprising" does not exclude other elements and that the "on" does not exclude a plurality. Also, elements described in connection with different embodiments may be combined. It should also be noted that reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0309596 B1 [0002] EP 0309596 B1 [0002]
- US 4911405 [0024] US 4911405 [0024]
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US11703483B2 (en) * | 2017-09-22 | 2023-07-18 | Cytiva Sweden Ab | Valve unit for a chromatography apparatus |
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2016
- 2016-05-02 DE DE102016108103.5A patent/DE102016108103A1/en active Pending
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