WO2018138628A1 - Rotoreinrichtung für fluidventil mit axial versetzter fluidstruktur - Google Patents

Rotoreinrichtung für fluidventil mit axial versetzter fluidstruktur Download PDF

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WO2018138628A1
WO2018138628A1 PCT/IB2018/050395 IB2018050395W WO2018138628A1 WO 2018138628 A1 WO2018138628 A1 WO 2018138628A1 IB 2018050395 W IB2018050395 W IB 2018050395W WO 2018138628 A1 WO2018138628 A1 WO 2018138628A1
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Tony Ziegler
Darijo ZEKO
Thomas Ortmann
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Agilent Technologies, Inc
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N30/20—Injection using a sampling valve
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    • F16K2200/10—Means for compensation of misalignment between seat and closure member
    • F16K2200/102—Means for compensation of misalignment between seat and closure member seat self-aligning to closure member

Definitions

  • the present invention relates to a fluid valve, a sample separator, and a method of manufacturing a fluid valve.
  • a liquid (mobile phase) is typically run at a very precisely controlled flow rate (for example in the range of microliters to milliliters per minute) and at a high pressure (typically 20 to 1000 bar and beyond, currently up to 2000 bar), in which the compressibility of the liquid is noticeable, by a so-called stationary phase (for example, in a chromatographic column), moved to separate individual components of a sample liquid introduced into the mobile phase from each other.
  • a so-called stationary phase for example, in a chromatographic column
  • Such an HPLC system often has one or more fluid valves. Especially with complex fluidic structures such fluid valves are often large volume and thus contribute to a high dead volume.
  • a fluid valve ie, a valve for controlling fluid, wherein a fluid may be a gas and / or a liquid, optionally having solid particles
  • a sample separation device eg, a liquid chromatography device
  • the fluid valve comprises a rotor means (as a first valve component) having at least one fluid structure, and a stator means (as a second one) Valve component) having at least one fluid structure, wherein the rotor device and the stator on opposite contact surfaces (in particular contacting surfaces in contact with each other) are fluid-tight coupled and rotatable relative to each other about a rotation axis to at least in a rotational state by means of the fluid structures through the contact surfaces Forming fluid channel to form, and wherein at least a portion of the at least one fluid structure of the rotor device is offset in relation to the contact surfaces on the axis of rotation related axial direction (in particular in the interior of the rotor device can run), so that
  • a sample separation device for separating a fluidic sample (in particular into different fractions, which may differ in terms of at least one separation characteristic)
  • the sample separation device comprises a fluid valve having the features described above.
  • a method of manufacturing a fluid valve for a sample separator the method providing rotor means having at least one fluid structure, providing a stator means having at least one fluid structure, arranging the rotor means, and the stator means be that they are fluid-tightly coupled to each other at opposite contact surfaces and rotatable relative to each other about an axis of rotation to at least in a state of rotation by means of the fluid structures to form a extending through the contact surfaces fluid channel, and wherein the rotor means and the stator device are designed and arranged such that at least part of the at least one fluid structure of the rotor device is offset in axial direction with respect to the contact surfaces, so that in at least one state of rotation of the fluid valve that part and at least
  • different parts of fluid structures of a rotor device or a stator of a fluid valve in the axial direction or projection can be formed overlapping and axially overlapping and formed in different planes, without necessarily being fluidly coupled to each other or undesirable during a switching operation be temporarily coupled with each other.
  • This can be effected by the fact that the different parts of the fluid structures in different axial planes of the fluid valve, but nevertheless at least partially guided in alignment with each other in the viewing direction. In this way it is possible to provide a compact fluid valve with which even complex fluidic structures can be accomplished flexibly.
  • the at least one part and the at least one other part in the at least one rotational state in which the at least partial overlap occurs, can be fluidically decoupled from one another. Different fluids can thereby in at least one said rotational state independently of each other through the part and through the other part flow, without undesirable interaction with each other.
  • the at least one part and the at least one other part in the rotational state in which the at least partial overlap occurs and / or in another rotational state, can be specifically fluidly coupled to one another.
  • the at least one other part may be formed by at least one fluid connection of the stator device (see, for example, FIG. 12).
  • a spatially static fluid connection of the stator device can thereby be provided at an arbitrary position, in particular also at several radii of rotation of said structures, without running the risk of temporarily turning them into unwanted grooves with a groove, channel system or the like placed inside the rotor device during the switching of the fluid valve To get in the way of interaction.
  • the at least one other part may be formed by a plurality of fluid connections of the stator, which are arranged at least at two different radii of the stator, based on the axis of rotation. The ability to provide multiple fluid ports on different radii, even complex fluidic tasks can be met by a compact fluid valve.
  • the at least one part may extend on a first radius up to a second radius of the rotor device (in particular in the radial direction) and the at least one other part may be arranged on a third radius which is larger than the first radius and smaller than the second radius.
  • the arrangement of the structures on the corresponding radii can be related to the axis of rotation.
  • the at least one other part of the at least one fluid structure may also be associated with the rotor device and be offset relative to the at least part of the at least one fluid structure of the rotor device in the axial direction relative to the axis of rotation (see, for example, FIG. 13).
  • the at least one other part of the at least one fluid structure may be arranged on the contact surface of the rotor device, thus directly at the interface between the rotor device and the stator device.
  • the at least one other part of the at least one fluid structure may be a superficial groove of the rotor device at its contact surface.
  • the other part of the corresponding fluid structure can be produced with particularly low production costs, for example by removing material (for example by milling) from the surface to form the groove.
  • the at least one fluid structure of the rotor device at least one passage (for example formed as a vertical blind hole or through hole) by the rotor device from the contact surface of the rotor device to the (spatially offset from the contact surface) at least have a part.
  • a passage can be formed, for example, by drilling (or by etching or by the PEM method) a vertical bore in or through the rotor device or a rotor element thereof with little effort. Even an oblique drilling is possible.
  • a fluidic connection with a fluid structure of the rotor device offset axially relative to the contact surface can be produced by simple means.
  • the at least one passage and the at least one part may form a fluidic bypass for the at least one other part (see, for example, FIG. 4 or FIG. 5).
  • two passages and a groove-like or capillary-like other part can effect a tunneling of a fluid structure at the contact surface or in another plane of the rotor device.
  • two passages and a part connecting these passages may be provided, which together form a substantially U-shaped structure in cross-section (see for example Figure 4 or Figure 5).
  • Such a U-shape can be formed by two vertical passages and a horizontal connecting part between the two vertical passages to tunnel under a different fluid structure.
  • the at least one part may be formed by a groove in a first rotor element of the rotor device, which groove is covered by a second rotor element (see for example Figure 5). Milling a groove is possible with little manufacturing effort. If a first rotor element with a groove produced in this way is covered by a second rotor element that passes through, for example, a capillary-like structure can be formed that is circumferentially closed or limited.
  • the at least one part may extend in the radial direction of the rotor device (see, for example, FIG. 6).
  • a fluidic path can advantageously be kept short without losing the possibility of forming one or more further fluidic structures (in other planes) of the rotor device in a radial intermediate region.
  • At least a part of a surface of at least one of the first valve component (in particular a rotor device) and the second valve component (in particular a stator device) may be provided with a gold-containing and / or platinum-containing coating.
  • the term "gold-containing” is understood to mean, in particular, a material of the coating on a surface which not only has negligible traces of gold, for example the gold component of the coating may be at least 1% by weight of gold, in particular at least 10% by weight Gold, more particularly at least 50 weight percent gold, preferably at least 90 weight percent gold, more preferably at least 99 weight percent gold (to achieve a particularly high biocompatibility) have.
  • platinum-containing is understood in particular to mean a material of the coating on a surface which not only has insubstantial traces of platinum, for example, the platinum component of the coating can be at least 1 weight percent platinum, in particular at least 10 weight percent Platinum, more particularly at least 50 weight percent platinum, preferably at least 90 weight percent platinum, more preferably at least 99 weight percent platinum (to achieve a particularly high biocompatibility) having.
  • valve component is understood to mean a valve body which can be moved relative to another valve component during a switching operation of the fluid valve Alternatively, however, it is also possible, for example, to effect the switching of the fluid valve by a longitudinal movement between two cooperating valve components.
  • the term "surface" of a valve component is understood to mean, in particular, an inner and / or outer boundary or contact surface of the valve component Bonding surface between bonded individual bodies of a valve component and / or a fluid-contacting surface for limiting a fluid channel or a fluid structure of the valve component (s)
  • a gold-containing surface coating of a fluid valve at least a part of a surface of at least one of Surprisingly, it has been found that such a gold-containing surface at a contact surface between the V entilkomponenten creates a lubrication between the opposing valve components sliding against each other during a switching operation, so that when a gold-containing coating is provided even in long-term operation with very little abrasion between the valve components is to be expected.
  • a fluid valve therefore has a long service life.
  • a gold-containing coating on the contact surface also ensures that a certain leveling capability is provided between the valve components during a switching operation.
  • the gold coating may be able to compensate for locally high forces due to tolerance-related or slightly different misalignments between the valve components due to the gold material evading the load. Due to this additional function of the gold-containing coating on the contact surface, the service life of the fluid valve is additionally increased.
  • the gold coating also acts biocompatible, that is interacts very little or not in an undesirable manner with a fluid (in particular a liquid such as a solvent or a biological sample), which during switching of the fluid valve by at least one formed between the valve components Fluid channel can flow.
  • a gold-containing coating on a surface of fluid structures / microstructures avoids undesirable effects such as corrosion, increased sample adherence, generation of undesirable chemical reaction products or undesirable changes in the fluid valve fluid, undesirable change in the fluid valve fluid, etc.
  • Coating a multi-component valve component which is composed of a plurality of bonded elements or bodies (for example, a rotor device which is composed of a plurality of rotor elements bonded together), promotes the gold-containing coating on one or both opposing bonding surfaces, the strength of the integral bonding. As a result, an intrinsic cohesion of the corresponding valve component can be reliably ensured.
  • platinum is a powerful material for the coating of the respective surface.
  • platinum exhibits pronounced biocompatibility and may also provide the benefits described above for gold in a similar manner.
  • the gold-containing layer or the gold layer in particular hard gold layer, be applied to many materials.
  • this is also possible on a base of copper.
  • a valve component ie, a rotor or a stator
  • a platinum coating is another biocompatible other embodiment of a valve component.
  • This may also be galvanic (ie, not selective) deposited. Due to the acidic platinum bath, the substrate (eg, a valve component) should be configured to withstand this acid attack. It is advantageous in this regard in many substrates before a gold plating before applying the platinum coating or platinum coating.
  • such a platinum layer may be deposited on the surfaces of a substrate (eg, a rotor substrate or other valve component) via a (particularly selective) sputtering process.
  • a substrate eg, a rotor substrate or other valve component
  • a substrate e.g. a rotor substrate or other valve component
  • a substrate e.g. a rotor substrate or other valve component
  • a sputtering process are, for example, metals such as copper, steel, palladium or tungsten, glasses (in particular with adhesion promoters) or higher melting plastics such as PEEK, or one or more ceramics.
  • a coating of platinum has the particular advantage that an undesired adhesion of biomolecules (for example proteins) practically does not take place thereon.
  • the first valve component may have as part of the surface a contact surface and the second valve component as part of the surface having a contact surface, wherein the first valve component and the second valve component at the contact surfaces adjacent to each other (in particular touching each other).
  • contact surface of a valve component will be understood to mean, in particular, a boundary or contact surface of the valve component with another valve component cooperating with this valve component, at which boundary or contact surface a fluid-tight interface is formed between the valve components at least one switching state of the fluid valve between the valve components formed at least one fluid channel to pass through said boundary or contact surface.
  • At least a part of the contact surface of at least one of the first valve component and the second valve component may be provided with the gold-containing and / or platinum-containing coating.
  • a gold-containing coating of at least one such contact surface promotes lubrication and balancing of the valve components and ensures low-wear operation (tribologically optimized).
  • the coating may be formed on at least an entire of the two contact surfaces between the first valve component and the second valve component. Since an entire contact area between the two valve components of the fluid valve has a continuous gold-containing coating which can be provided completely by one of the two valve components or continuously by both valve components, it is ensured that at no point in the contact area between the valve components does it become worn. or wear-promoting, tribological material constellation can come.
  • the coating may be formed on the contact surface of the first valve component and on the contact surface of the second valve component. If both opposing and tribologically cooperating contact surfaces of the two valve components are wholly or partially provided with a gold-containing and / or platinum-containing coating, the effects described in terms of lubrication, leveling ability and biocompatibility are particularly pronounced.
  • the contact surface of at least one of the first valve component and the second valve component as a different part of the surface may face a counter surface having at least one fluid structure with another part of the surface.
  • Contact surface and counter surface can be parallel to each other.
  • the structured surface or structural surface may be inside a two- or multi-component Valve component are, for example, at the interface between two rotor elements of a rotor device, which are bonded to each other or possibly only to each other.
  • the fluid structures may be part of the at least one fluid conduit that may be formed between the valve components.
  • the fluid structures may be grooves and / or fluid ports whose confining walls form said surface portion.
  • At least a part of at least one of the fluid structures and / or the mating surface may be provided with the gold-containing and / or platinum-containing coating.
  • this coating can lead to biocompatibility and thus to greatly reduced operation of the fluid valve regardless of the fluid used.
  • the coating may promote connectability (for example, by bonding) of one valve member component to another valve member component.
  • the counter surface may be bonded to the coating with a cover body. Bonding (or other joining) of the covering body (for example, a rotor element) to another body of the valve component (for example, another rotor element) may be promoted by the gold content of the coating.
  • the composite formed can be formed chemically very stable due to the gold-containing and / or platinum-containing coating. A Nachvergolden the outer surfaces and the connection structures, if necessary, also possible.
  • At least a part (for example a sub-layer of a multilayer coating) of the coating may comprise or consist of hard gold.
  • hard gold in this context may be an alloy having a major component of gold (in particular greater than 99% by weight), traces of carbon (for example up to 0.7% by weight) and an additive (for example nickel and / or cobalt, for example 0.2 to 0.3% by weight), resulting in higher hardness than gold. It has been found that a coating of hard gold with regard to lubrication, leveling ability, hardness and biocompatibility has particularly advantageous properties. Such at the contact surface between the valve components coated fluid valves show excellent life and are particularly resistant to wear.
  • At least a portion (eg, a sub-layer of a multi-layered coating) of the coating may contain cobalt in a range between 0.05 weight percent and 1 weight percent, more preferably in a range between 0.2 weight percent and 0.3 weight percent, and otherwise gold.
  • the gold component particularly promotes balance and biocompatibility, with the cobalt component providing good lubricity and hardening of the coating.
  • the cobalt component lies within the described ranges of values for the cobalt component, most advantageously within the narrower of the two described ranges of values for the cobalt component. If the value ranges of the cobalt component are significantly undercut, the lubricity of the coating is reduced.
  • the coating no longer threatens to meet the highest requirements for biocompatibility.
  • the biocompatibility of the coating is enhanced by the properties of gold, which is also slow to react to aggressive chemicals and biofluids.
  • the platinum-containing coating can be formed particularly advantageous by a respective surface is first gold plated (ie in particular provided with a gold-containing layer, for example, pure gold) and subsequently a platinum-containing or consisting of platinum layer is applied (in particular by sputtering, PVD).
  • a double layer is advantageous, ie a layer of a first material directly on a surface and the subsequent application of platinum on this layer.
  • first valve component and the second valve component may be provided with the gold-containing and / or platinum-containing coating and the other of the first Valve component and the second valve component may be provided with a different coating of a different material.
  • the material of the other coating may have a higher hardness than the material of the gold-containing and / or platinum-containing coating.
  • the opposing valve components are coated at their contact surfaces with different materials. Very advantageous is the coating of one of the two valve components, in particular a rotor device, with the gold-containing and / or platinum-containing coating.
  • the opposite contact surface of a preferably designed as a stator valve component may be coated with a specially tailored to their needs, other material to improve the cooperating properties between the opposing contact surfaces.
  • the other material of the other coating may have higher hardness (and roughness) than the material of the gold-containing and / or platinum-containing coating.
  • the adaptation of these properties may relate to the tribological system (that is, the running properties referred to opposing friction surfaces), hardness, (bio) compatibility, lubricity, leveling ability of the coating material, or, more generally, the improvement of Low wear of the fluid valve.
  • the coating of the other material may include or consist of diamond or diamond-like carbon (DLC). It has been found to be particularly advantageous to form the first coating of hard gold with cobalt component and the second coating, which is different from the described first coating, of diamond or DLC.
  • the latter materials have a particularly high hardness and reliably reduce abrasion or wear of the thus coated valve component. With a metallic coating (especially hard gold) a high biocompatibility can be achieved, with a coating by means of DLC even a bioinertness.
  • the coating may have several features
  • Such a multilayer coating is an effective
  • a first layer may comprise pure gold directly on a base body of the respective valve component and a second layer on the first coating.
  • a pure gold component is understood to mean in particular a component which consists essentially or completely of gold.
  • the outer hard gold component arranged above forms the actual contact surface with the opposing valve component.
  • a main body of the respective valve component, on which the coating is arranged have metal, in particular steel.
  • the main body of the valve components can be chosen approximately freely due to the advantageous properties of the coatings.
  • a metallic component, in particular a steel component, more particularly stainless steel is in this case a good choice of material with regard to the hardness and manufacturability of the valve component. It is also possible to form one of the valve components made of bare steel. However, other materials, such as a ceramic or the like, are possible.
  • a metallic, in particular made of steel, valve component has the advantage of a particularly good and easy coatability with the gold-containing and / or platinum-containing layer. Layer deletions or undesired chemical phenomena at an interface between the metallic valve component and the gold-containing and / or platinum-containing coating are advantageously suppressed.
  • the first valve component and the second valve component may be relatively movable to thereby adjust at least two different fluid coupling states (eg, fluidly coupled and fluidically decoupled) of the at least one fluid channel.
  • fluid coupling states eg, fluidly coupled and fluidically decoupled
  • fluidic communication through the fluid valve may be enabled.
  • second fluid coupling state such a fluidic coupling to be impossible.
  • different fluidic paths through the valve component are made possible in different fluid coupling states. By the relative movement of the valve components to each other, the individual fluid coupling states can be adjusted.
  • the at least one fluid channel may be formed of at least one groove in the first valve component (eg rotor means) and at least two fluid ports (eg ports) on the second valve component (eg a stator means), wherein in different Switching states of the fluid valve, the fluid ports can be brought into different fluidic coupling states with the at least one groove.
  • two or more fluid connections can be provided on a stator component of a fluid valve, which can be fluidically coupled with other fluidic components (for example via capillaries or hose connections).
  • the actual fluidic connections are then accomplished by one or more switchable grooves, which are preferably provided on a contact surface or axially offset from the contact surface of a valve component designed as a rotor device.
  • the grooves may optionally be fluidly coupled to or fluidly decoupled from certain fluid ports.
  • the first valve component may be designed as rotatable relative to a laboratory system rotor device and the second valve component may be formed as compared to a laboratory system at rest located stator which are rotatable relative to each other.
  • the design as a rotor valve ensures a particularly compact configuration in which many different fluid coupling states can be set with little effort.
  • a configuration as a displacement valve is possible in which different fluid coupling states are made possible by the longitudinal displacement between the two valve components by the one or more fluid channels formed between the valve components.
  • the first valve component may have, as a rotor device, a first rotor element and a second rotor element, which may in particular be bonded together.
  • the first rotor element may define at least a portion of the at least one fluid conduit (eg, having at least one groove and / or at least one fluidic passage).
  • the second rotor element can form a cover of the first rotor element (in particular be free of elements of the fluid line, and form a circumferentially closed capillary-like line section, for example, by covering a groove of the first rotor element).
  • fluidic channels can also be formed in the interior of a rotor device with little effort in one of the two rotor elements, before the two rotor elements are bonded to one another to form a then integral rotor device.
  • Such a bonding adjoins the rotor elements in such a way that they are subsequently fused together in the boundary region (for example by ultrasonic and / or thermocompression bonding).
  • even complex fluidic structures can be formed in the interior of a rotor component, without the associated fluidic complexity becoming excessively large.
  • the first rotor element may comprise as at least a part of a first fluid conduit a groove (for example in a plane perpendicular to a rotation axis) on one of the two opposite major surfaces and at least one part of a second fluid conduit (e.g. parallel to a rotation axis) passage through the first rotor element and a fluidically coupled thereto groove (for example, in a plane perpendicular to a rotation axis extending) on the other of the two opposing major surfaces.
  • Two grooves formed in mutually opposite major surfaces which are interconnected with one or more passages running perpendicular thereto (alternatively, the passages can also be drilled obliquely), cause a high fluidic efficiency of such trained rotor device.
  • unwanted fluidic overlaps when switching a fluid valve can thus be avoided if, for example, a groove extending in the radial direction should not be brought into undesired fluid connection with, for example, tangential-extending grooves.
  • one of the two grooves can then be laid by the described embodiment of the rotor device in another plane and thus can vividly tunnel under the other not fluidized so bring other groove fluidly. In this way, (for example, in two or more levels) even complex fluidic structures can be integrated in a compact fluid valve.
  • the first valve component as at least a portion of a first fluid line, a groove on one of the second valve component facing the main surface and at least a portion of a second fluid conduit at least one passage through at least a portion of the first valve component and fluidly coupled thereto
  • a groove on the one hand and the line section on the other hand can extend over different radial regions of the first valve component.
  • the fluid valve may include a leak sealing element disposed for fluidic low pressure sealing and for controlled leak removal between the first valve component and the second valve component.
  • the sealing element may be a sealing ring.
  • Such a sealing element can further strengthen the fluidic tightness between the two valve components.
  • the gold-containing coating already contributes to the tightness of the at least one fluid channel between the two valve components due to their intrinsic properties, the freedom from leakage can also be further improved for high-pressure applications (such as in HPLC) by an additional sealing element.
  • Such a sealing element can be, for example, a sealing ring which can be arranged in a groove of one of the two valve components and presses after connection (for example pressing) of the two valve components fluid-tight against the opposite contact surface of the other valve component.
  • the sealing element may comprise or consist of polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon®) or a PTFE-EPDM composite (ethylene-propylene-diene).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Teflon® polytetrafluoroethylene
  • PTFE-EPDM composite ethylene-propylene-diene
  • At least one of the first valve component and the second valve component may comprise at least one material from a group consisting of a metal, a plastic (in particular with filler particles or without filler particles), and a ceramic.
  • a metal for example aluminum, aluminum, magnesium, calcium, magnesium, calcium, magnesium, calcium, magnesium, calcium, magnesium, calcium, magnesium, calcium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium, magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium magnesium
  • different fluidic structures may be provided in different diameter regions of the first valve component. As a result, even complex fluidic coupling tasks can be made possible in a compact fluid valve.
  • At least one function may be provided by means of the at least one fluid channel from a group consisting of a fluidic restriction, a fluidic delay device for delaying a fluid flow, a buffer storage volume for buffering a predefined amount of fluid (for example in nanoliter- to Microliter sample area), and a fluidic mixing device.
  • fluidic restriction may be provided as a bottleneck between two fluid ports by forming a groove having a defined width and depth as the fluid ports.
  • a fluidic delay device may represent an elongated fluid channel (eg, a nonlinear connection) between fluid ports, for example a meandering or spiral channel design.
  • a sample section can be temporarily blocked or subjected to a fluidic reactor reaction there.
  • a measure can be provided in the respective fluid channel, which predestines the fluid channel as a reactor and / or allows a temporary blocking of the buffered or buffered fluid quantity.
  • a fluidic mixing device can, for example, by a plurality of channels of different length and / or different diameter branching off from a fluid connection, so that fluid components flowing through the different channels have different flow velocities and as a result a fluidically coupled-in fluid is thereby mixed as a result.
  • other or other functions are possible.
  • the coating may be formed on the respective valve component by means of a nonselective or unspecific deposition process.
  • care need not be taken to ensure that the coating of the respective valve component is formed exclusively on the contact surface.
  • This greatly simplifies the manufacturing process of the fluid valve because masking processes and the like (which would be needed to selectively form the coating only at selected locations) are not incurred.
  • the coating of other surface areas of the respective valve component eg, fluid structures such as grooves, fluid ports and / or passageways that contribute to the formation of the at least one fluid channel
  • bioinert or biocompatible protection e.g, fluid structures such as grooves, fluid ports and / or passageways that contribute to the formation of the at least one fluid channel
  • the coating on the surface it has thus proved to be particularly easy to manufacture, to provide an entire exposed surface of the respective valve component (or a subcomponent thereof) with the coating.
  • coatings eg, DLC
  • deposition techniques eg, chemical vapor deposition (CVD), PACVD
  • CVD chemical vapor deposition
  • PACVD PACVD
  • this is often a galvanic process of the entire exposed surface of a particular valve component.
  • This manufacturing technology particularly simple coating of the entire exposed surface of a respective valve component simultaneously causes the entire technical advantages of the coating (lubrication, leveling ability, Bioinertheit / biocompatibility, bondability, etc.) come into play in different surface areas of a respective valve component.
  • An additional effort for limiting the coating to individual surface areas can be additionally saved.
  • the separation device can be used as a chromatographic separation device, in particular as
  • Chromatographietrenn yarn be formed.
  • the chromatographic separation column may be provided with an adsorption medium.
  • 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.
  • the sample separation device may be a microfluidic measuring device, a life science device, a liquid chromatography device, a high performance liquid chromatography (HPLC), a UHPLC system, an SFC (Supercritical Liquid Chromatography) device, a gas chromatography device, an electrochromatography device and / or be a gel electrophoresis device.
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • SFC Supercritical Liquid Chromatography
  • 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.
  • the sample separator may include a sample injector for introducing the sample into the fluidic separation path.
  • 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.
  • the sample separation apparatus may include a fraction collector for collecting the separated components.
  • a fraction collector may carry the various components, for example, into different liquid containers.
  • the analyzed sample can also be fed to a drain tank.
  • the sample separation device may comprise a detector for detecting the separated components.
  • 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.
  • FIG. 1 shows an HPLC system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional exploded view of a fluid valve according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional exploded view of a rotor device of the fluid valve according to FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a stator or rotor of a fluid valve according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a rotor device of a fluid valve according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a fluid processing device with a fluid valve according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIGS. 7 to 10 show, as functional fluid components, grooves of a rotor device of a fluid valve according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of a three-layered fluid valve according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 12 shows a three-dimensional view of a rotor device and a part of a stator device of a fluid valve according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 13 shows a three-dimensional view of a rotor device of a fluid valve according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 14 shows a plan view of the rotor device according to FIG. 13.
  • fluid structures of a valve component are guided in a plurality of planes (in particular on a contact surface and in the interior) of a valve component.
  • a surface in particular on a contact surface between cooperating valve components, on a bonding surface between individual bodies of a valve component, on a fluid structure of a valve component, etc.
  • a valve component in particular a stator or a rotor device
  • lubrication especially Au-Co lubrication in hard gold
  • a fluid valve which is preferably designed as a rotor valve or shear valve. Further preferably, a surface portion, in particular the rotor component, of such a rotor valve is provided with a gold plating. If the gold-containing coating is made of hard gold, it may have a Vickers hardness of 160 HV ⁇ 20 HV. Another surface area, in particular the stator component of such a fluid valve, may be provided with a DLC (Diamond Like Carbon) coating.
  • a fluid valve is provided in the following configurations: Teflon® or MoldFlon® on DLC (bioinert); PEEK on DLC (bioinert); Gold on DLC or Gold on Gold (biocompatible).
  • Conventional shear valves for HPLC applications are usually composed of three core components: A hard stator, a mostly softer rotor part and one or more springs, in particular spring washers (power unit).
  • a hard stator a mostly softer rotor part
  • spring washers power unit
  • these technologies lead to limitations in terms of reliability and tightness, partly due to non-optimal tribological conditions (pairings), either with respect to the soft or (for example in carbon fiber filled PEEK on DLC) even the harder component that these components need to be replaced more frequently.
  • These technologies traditionally make it necessary, in particular, to frequently replace the soft component due to heavy wear, since this may result in limitations in terms of reliability and tightness.
  • a fluid valve with a long service life and low wear is provided.
  • a shear valve rotor and a shear valve stent are provided in which a coating procedure and a particular choice of material can be made.
  • This makes it possible to provide gold and / or DLC coatings on contact surfaces of such a rotor component or stator component, and by such Coating to create a fluid valve with a long service life.
  • the coating of a contact surface of one of the valve components with a gold-containing and / or platinum-containing layer is provided in order to provide high reliability with regard to pressure stability.
  • such a coating provides technical advantages in terms of bonding behavior, stability over a long service life and chemical robustness or bioinertness or biocompatibility, which is highly advantageous in particular for sample separation applications.
  • an inner layer for example gold
  • an outer layer for example hard gold
  • the former layer may be a pure gold layer
  • the second layer may be a hard gold layer.
  • both opposing contact surfaces of the two valve components have a coating
  • the provision of both contact surfaces with a gold-containing and / or platinum-containing coating is advantageous.
  • An alternative advantageous configuration is the provision of a gold-containing and / or platinum-containing layer on one of the contact surfaces and coating with a hard coating, for example of diamond or DLC, on the other valve component.
  • a first valve component which may be designed in particular as a rotor component, can be designed to reduce wear and to provide a high fluid-tightness, even under high pressure.
  • a valve component may also be compatible with solvents used in liquid chromatography.
  • a bioinert or biocompatible property of such a valve component is also advantageous.
  • Such a valve component can also effect a long service life of a sealing element. In the event of a defect, such a valve component may also allow adequate discharge of leaking fluid.
  • the second valve component which is preferably formed as a stator component, the architecture described allows the provision of highly flexible fluid connections for capillaries or the like, as well as the provision of check valves, helical windings, etc.
  • a first rotor element may be formed with a groove on a front-side main surface and a groove on a back-side main surface.
  • This rotor element may also have one or more holes in the form of passages or through-holes, with which the front main surface is fluidically coupled to the rear main surface.
  • the other rotor element can be designed to cover and seal the rear main surface of the first rotor element by means of bonding. It is possible to coat the surfaces of metallic rotor elements with gold or a gold-containing and / or platinum-containing material.
  • the two rotor elements (for example, metal parts) of the rotor device may then be bonded together to obtain a one-piece buried capillary rotor device (formed by the covered groove).
  • the bonding of the two rotor elements to each other can be carried out in particular by means of ultrasonic and / or thermocompression bonding.
  • the rotor elements preferably previously surface-cleaned and / or surface-activated
  • the formation of a one-piece structure can be promoted by supplying ultrasound.
  • a sealing element for example a PTFE sealing ring, to the rotor component.
  • Each of the two rotor elements may be made of one of the materials from the following list: gold-plated steel; Polyetheretherketone (PEEK) and / or carbon fiber filled PEEK (thermally bondable); Ceramic (bondable on both sides); Teflon solid material; Teflon® or MoldFlon® with perfluoroalkoxy polymer (PFA) (bondable on both sides), optionally filled or unfilled
  • the filling can be done with filler particles which the Increase wear resistance and / or the pressure stability of the respective valve component or the respective rotor element.
  • the formation of the second valve component which is preferably designed as a stator component, can be produced by coating the inner or exposed surfaces with DLC (Diamond-Like Carbon) or another hard material. Alternatively, this surface can also be provided with a gold-containing and / or platinum-containing coating, such as that of the rotor component.
  • DLC Diamond-Like Carbon
  • this surface can also be provided with a gold-containing and / or platinum-containing coating, such as that of the rotor component.
  • a wide compatibility with a variety of solvents for example, organic solvents such as ethanol or inorganic solvents
  • solvents for example, organic solvents such as ethanol or inorganic solvents
  • undesirable sample carryover between successive analyzes, measurements, or other fluid processing operations with such a valve architecture can be avoided. It can be created a fluid valve with a long life.
  • a potential risk of loss of fluid sample material is reduced with the described valve configuration.
  • Another advantage of this architecture is that due to the provision of a sealing element around a high pressure seal area in case of leakage, discharge of leaking fluid through a channel in the stator means can be precisely defined and channeled.
  • a fluid pump 20 as fluid drive means supplied with solvents from a supply unit 25, drives a mobile phase through a separator 30 (such as a chromatographic column) containing a stationary phase.
  • a degasser 27 may degas the solvents before they are supplied to the fluid pump 20.
  • a sample application unit 40 having a switching valve or fluid valve 95 is disposed between the fluid pump 20 and the separator 30 to introduce a sample liquid into the fluidic separation path.
  • the stationary phase of the separator 30 is intended to separate components of the sample.
  • a detector see flow cell 50, detects separated components of the sample, and an intermediate fractionator may be provided to dispense separated components of the sample into dedicated containers. No longer needed fluids can be dispensed into a drain tank 60.
  • a control unit 70 controls the individual components 20, 25, 27, 30, 40, 50, 60, 95 of the sample separation device 10. Embodiments of the fluid valve 95 according to exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the further figures.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of a fluid valve 95 according to an exemplary embodiment of the invention in an exploded view.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional view of a rotor device 102 of the fluid valve 95 according to FIG. 2 in an exploded view.
  • the fluid valve 95 is suitable, for example, for use in a sample separation apparatus 10, such as the liquid chromatography apparatus shown in FIG.
  • the fluid valve 95 has a first valve component, which is designed as a rotor device 102 and the individual parts are shown in more detail in Figure 3.
  • the fluid valve 95 further has a second valve component, which is designed as a stator 104 and cooperates with the rotor device 102.
  • the rotatable rotor device 102 and the stationary stator device 104 are by a rotational movement of the rotor device 102nd movable relative to each other and arranged such that between these one or more switchable fluid channels 106 are formed (only partially shown in Figure 2). At least part of a contact surface 108 of the rotor device 102 and / or at least part of a contact surface 108 of the stator device 104 is or are preferably provided with a gold-containing coating 10.
  • the contact surfaces 108 of the rotor device 102 and the stator 104 are opposite to each other and can touch each other in the operation of the fluid valve 95 high pressure fluid tight.
  • the gold-containing coating 110 may be formed of hard gold having cobalt in a range between 0.2% and 0.3% by weight, about 0.7% by weight carbon, and otherwise substantially only gold (about 99% by weight). It is particularly preferred if the coating 110 of the rotor device 102 has gold and the coating 110 of the stator device 104 has DLC (diamond-like carbon). This provides good lubrication at the interface (ie, contact surfaces 108) between the valve components 102, 104 as a tribological pair and, consequently, low friction operation of the fluid valve 95. With little misalignment between the two valve components 102, 104, the coating 110 provides some In addition, the hardness of the coating 1 10 of DLC ensures low abrasion and thus low wear.
  • the coating 110 provides an at least biocompatible surface that withstands aggressive solvents and biological samples without corrosion or the undesirable production of significant chemical interaction products.
  • the coating 110 between the rotor elements 122, 124 promotes the strength at their boundary surfaces.
  • the coating 110 can advantageously be formed on an entire surface of the rotor device 102 or the stator device 104.
  • the at least one fluid channel 106 can be adjusted.
  • fluid structures 166 such as grooves, passageways, closed fluid lines, etc.
  • corresponding fluid structures 168 (not shown in FIG. 2, eg, grooves, closed fluid lines, fluid ports, etc.) of stator device 104 may be in different Switching states are fluidly coupled together or decoupled from each other fluidly.
  • the stator device 104 has fluid connections 120 (also referred to as ports) to which fluid components not shown in FIG. 2 (for example injector 40, fluid pump 20, separation device 30, see FIG. This can be done, for example, by means of capillary connections and a fitting fitting (not shown).
  • an annular sealing element 130 is inserted into a corresponding annular groove 133 of the rotor device 102.
  • the rotor-side part of the at least one fluid channel 106 may be formed by the fluid structures 166 formed in the first rotor element 122 and of which a part is bounded by the second rotor element 124 by masking.
  • the first rotor element 122 can be bonded to its lower main surface according to FIG. 3 with the second rotor element 124 to form the one-piece rotor device 102 and thereby covered by it.
  • the fluid structures 166 contain (in this case tangential) grooves 1 18 on an upper main surface of the rotor device 102 according to FIG. 3, vertical passages 126 between the two main surfaces and a (here radial) line section 128.
  • the line section 128 is formed by a groove in the direction according to FIG lower main surface of the first rotor element 122 and a main surface of the second rotor element 124 adjacent thereto in the assembled state. Ends of the passages 126 and ends of the conduit portion 128 are fluidly connected to each other, so that a U-shaped cavity is formed.
  • stator-side part of the at least one fluid channel 106 may be provided by at least two fluid connections 120 (see Figure 2) may be formed on the stator 104.
  • the fluid ports 120 can be brought into different fluidic coupling states (ie fluidically coupled or fluidically decoupled) with the grooves 1 18 and the upper ends of the passages 126, respectively.
  • the rotor device 102 is formed by a disk-shaped first rotor element 122 and a disk-shaped second rotor element 124, which can be joined to the rotor device 102 by forming a one-piece body by means of ultrasonic and / or thermocompression bonding. As can be seen in FIG. 3, the rotor device 102 is formed by a disk-shaped first rotor element 122 and a disk-shaped second rotor element 124, which can be joined to the rotor device 102 by forming a one-piece body by means of ultrasonic and / or thermocompression bonding. As can be seen in FIG.
  • the first rotor element 122 comprising the line section 128, the grooves 1 18 and the passages 126 defines a part of the at least one fluid channel 106, whereas the second rotor element 124 effects a continuous covering of the first rotor element 122 in the exemplary embodiment shown
  • the grooves 1 18 on the one hand and the line section 128 on the other extend over different radial and tangential regions and axially offset planes of the rotor device 102. Since the grooves 1 18 and the line section 128 extend in different axial planes of the rotor device 102, they always remain fluidic decoupled, although they may extend over overlapping radial and / or tangential regions.
  • this part 170 and another part 172 of the fluid structures 166 overlap on the contact surface 108 of the rotor device 102 when viewed along the axial direction 164.
  • the first valve component designed as rotor device 102 can rotate in a direction of rotation 163 (or in the opposite direction) during switching operation, around form different fluidic coupling states with the stator device 104.
  • the part 170 of the fluid structures 166 of the rotor device 102 is located on the lower main surface of the first rotor element 122 according to FIG. 3, whereas the other part 172 of the fluid structures 166 of the rotor device 102 is located on the upper main surface of the first rotor element 122 according to FIG adjacent to the contact surface 108 of the stator 104 of the fluid valve 95.
  • the fluid valve 95 further includes leaking sealing member 130 disposed for fluidic sealing between the rotor assembly 102 and the stator assembly 104.
  • the sealing element 130 designed as a leak sealing ring can be inserted into the annular groove 133 of the rotor device 102.
  • the sealing member 130 may be made of, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or a PTFE and EPDM composite or other tribological pair.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a fluid valve 95 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the coating 110 of the rotor device 102 can have a plurality of layers 12, 14.
  • a first layer 1 12 of pure gold is formed directly on a base body 1 16 (made of steel) of the rotor device 102.
  • a second layer 1 14 on the first layer 1 12 has hard gold.
  • detail 137 in FIG. 4 shows that the coating 110 of the stator device 104 (alternatively or in addition to the rotor device 102) can be designed as a monolayer on a base body 16 (for example also made of steel).
  • the monolayer may include, for example, hard gold, DLC or diamond.
  • valve components 102, 104 are or are coated with exactly one or more layers 1 12, 1 14, and that these coatings 10 are identical or different. Particularly preferred are the combinations hard gold hard gold and hard gold DLC.
  • FIG. 4 shows that all exposed surfaces of the stator device 104, which forms the second valve component, and the rotor device 102, which forms the first valve component, with the respective coating 1 10 are covered.
  • the respective coating 110 is produced by a method (for example, vapor deposition, chemical vapor deposition, PACVD, etc.) in which the coating 110 is formed on the respective valve component 102, 104 by means of a non-selective deposition process. This is manufacturing technology simple, since then the coating can be done with a simple process control. Selective coating of certain surface areas is then unnecessary.
  • the coating 110 has advantageous effects not only on the contact surfaces 108 but also on the surfaces of the fluid structures 166, 168, as described above.
  • overlapping and mutually axially offset fluid structures 166, 168 are shown in projection onto the vertical axis there, which are fluidically decoupled from one another.
  • the fluid valve 95 according to FIG. 4 is compact, flexibly configurable, exhibits high fluidic performance and allows short fluid paths.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a first valve component of a fluid valve 95 designed as a rotor device 102 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows how two rotor elements 122, 124 of the first valve component 102 form an integral one-piece body after being bonded together by ultrasonic and / or thermocompression bonding.
  • the contact surface 108 of the rotor device 102 lies as another part of an inner surface of the rotor device 102 a parallel mating surface 183 with a fluid structure 166 across from.
  • the mating surface 183 limits the rotor element 122 and abuts against the rotor element 124.
  • Both the fluid structures 166 and the mating surface 183 are provided with a gold-containing and / or platinum-containing coating 10.
  • the counter surface 183 of the rotor element 122 is at the coating 1 10th thermobonded and / or ultrasonically bonded with a cover body in the form of the rotor element 124.
  • the ability of the rotor elements 122, 124 by means of thermobonding (ie pressing together at elevated temperature or increased energy input) and / or ultrasonic bonding (that is to say bonding by the introduction of ultrasound) to be connected to one another in a separable manner is markedly increased by the gold-containing coating 110. As a result, the pressure stability of the fluid valve 95 is also increased.
  • biocompatible fluid lines 106 are created. These allow transport of even aggressive fluids (for example, solvents or biological fluids) without damaging the fluid valve 95 or the fluids. Also, corrosion of the fluid valve 95 is strongly suppressed with such a coating 1 10 from the inert gold metal.
  • FIG. 6 shows a fluid processing device 11 with a fluid valve 95 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a needle 141 is disposed in a seat 143 and may be withdrawn therefrom (not shown) to draw fluid sample from a sample container (not shown) and, after returning to the seat 143 via the fluid valve 95 into a fluidic Path with a fluidic reactor 199 to inject.
  • the sample can be temporarily stored in a buffer storage volume 147, a so-called sample loop.
  • the drawing of the sample can be accomplished by a metering pump 149.
  • a piston of the same can retract for retraction in a piston chamber and drive forward for injection.
  • Also shown in FIG. 6 are a waste 165, a fluidic restriction 167, check valves 169 and a liquid container 171.
  • the fluid valve 95 is provided with grooves 1 18 and fluid ports 120, which are arranged in a rotor device 102 and a stator 104 in different planes.
  • a line section 128 is part 170 of fluid lines 106 opposite a plane of the paper of FIG. 6 offset to the bottom, whereas another part 172 of the fluid lines 106 can also run in the plane of the paper of Figure 6.
  • FIGS. 7 to 10 show grooves 1 18 formed as functional fluid components of a rotor device 102 of a fluid valve 95 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIGS. 7 to 10 show which additional fluidic functions a groove 1 18 can fulfill which can be arranged in a main surface of the rotor device 102 facing away from the stator device 104.
  • a corresponding fluid channel 106 for example, at least one function may be provided from a group consisting of a fluidic restriction, a fluidic delay device for delaying a fluid flow, a buffer storage volume for temporarily storing a predefined fluid quantity, and a fluidic mixing device, etc.
  • a fluidic buffer volume is provided.
  • FIG. 9 shows a mixing device which, between two fluid connections 126, provides a plurality of fluidic paths of different diameters and different lengths, so that different fluid portions coupled into the different paths can be mixed by different transit times.
  • a fluidic delay device is provided because the path between the two fluid ports 126 is artificially elongated by a helical groove as compared to a linear direct connection.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of a fluid valve 95 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a rotor device 102 can also be formed by more than two rotor elements 122, 124 (here by three bonded rotor elements 122, 124, 199).
  • a third rotor element 199 is provided, which enables the formation of even more complex fluidic structures.
  • FIG. 12 shows a three-dimensional view of a rotor device 102 and a part of a stator device 104 of a fluid valve 95 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the fluid valve 95 shown in FIG. 12 is likewise designed for operation with a sample separation device 10 and has a rotor device 102 with fluid structures 166 shown in detail. Only partially and schematically illustrated is a stator device 104 cooperating with the rotor device 102 with fluid structures 168, of which only one fluid connection 120 is shown in FIG. As in the previously described embodiments, the rotor device 102 and the stator device 104 are fluid-tightly coupled to each other at corresponding contact surfaces 108 and are rotatable relative to one another about a rotation axis 162 (see rotation arrow 193). Although not shown in detail in FIG.
  • a fluid channel 106 extending through the contact surface 108 may be formed by means of the fluid structures 166, 168.
  • the fluid structures 168 of the stator device 104 used for this purpose, namely further fluid connections 120 brought into contact with outlet openings 191 (on radius R1 or R2) of the fluid structures 166 of the rotor device 102 at the contact surface 108, are not shown in FIG.
  • a part 170 of the fluid structures 166 of the rotor device 102 is offset in relation to the contact surface 108 in the axial direction 164 relative to the rotation axis 162, so that in at least one rotation state of the fluid valve 95 this part 170 and another part 172 of the fluid structures 168 of the stator device 104 (namely, the fluid port 120 shown in Figure 12 on radius R3) when viewed along the axial direction 164 overlap or even aligned.
  • this part 170 and the fluid structures 168 of the stator device 104 namely, the fluid port 120 shown in Figure 12 on radius R3
  • passing the fluid structures 166 of the rotor device 102 along an interior of the rotor device 102 also allows the other part 172 to be formed by a plurality of fluid ports 120 of the stator device 104 that are at least two different radii, relative to the axis of rotation 162, may be arranged.
  • a configuration with fluid ports 120 at different radii is shown in FIG. 6, for example.
  • the part 170 extends from a first radius R1 to a second radius R2 of the rotor device 102.
  • the other part 172 is arranged on a third radius R3 which is larger than the first radius R1 and smaller than the second one Radius is R2.
  • a part 170 may also be formed in FIG. 12 by a groove 1 18 in a first rotor element 122 of the rotor device 102, which groove 1 18 is covered by a second rotor element 124. In this way, a capillary or fluidic path limited in the interior of the rotor device 102 completely by material of the rotor device 102 can be formed with a low production cost.
  • the axially offset portion 170 of the fluid structures 166 may extend in the radial direction of the rotor assembly 102, yet does not limit the freedom of design to provide fluid ports 120 of the stator assembly 104 at all desired radii. Thus, regardless of the extent of the portion 170 over a large radial range, provision and free movement of the rotor assembly 102 along any of the attachable fluid ports 120 of the stator assembly 104 can occur without undesirable fluidic coupling between the fluid structures 166 and 168 temporarily shown during shifting.
  • At least part of the contact surface 108 of at least one of the rotor device 102 and the stator device 104 can also be used according to FIG a coating 1 10 be provided, as described with reference to Figure 2 to Figure 5.
  • FIG. 13 shows a three-dimensional view of a rotor device 102 of a fluid valve 95 according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 14 shows a plan view of the rotor device 102 according to FIG. 13.
  • the other part 172 is also associated with the fluid structures 166 of the rotor device 102.
  • the other part 172 is also offset relative to the part 170 of the fluid structures 166 of the rotor device 102 in the axial direction 164 relative to the contact surface 108 with respect to the axis of rotation 162. More specifically, the other portion 172 of the fluid structures 166 is disposed on the contact surface 108 and in the plane of the paper of FIG.
  • the part 170 is formed as a radially extending portion of one of the fluid structures 166, which is arranged below the plane of the paper according to FIG.
  • the other part 172 is formed as a circular ring segment of another of the fluid structures 166.
  • the other part 172 of the fluid structures 166 is a groove 1 18 of the rotor device 102 at the contact surface 108.
  • the fluid structures 166 of the rotor device 102 also have two passages 126 parallel to each other and extending in the axial direction 164 through the Rotor means 102 from the contact surface 108 to the part 170.
  • the passages 126 and the part 170 thereby form a substantially U-shaped bypass for the at least one other part 172, which is fluidically decoupled from the part 170.
  • a first fluid is allowed to flow through the part 170, while independently a second fluid flows through the other part 172.
  • the associated fluidic channels are housed in a confined space and allow a compact design.
  • the axially offset portion 170 of the fluid structures 166 may extend radially of the rotor assembly 102, yet does not limit the freedom of design to provide the other portion 172 of the fluid structures 166 at all desired radii.
  • provision of the other part 172 of the rotor device 102 along substantially arbitrary selectable Spaces are made without undesirable fluidic coupling between the fluid structures 166 and 168 shown.
  • At least part of the contact surface 108 of at least one of the rotor device 102 and the stator device 104 may also be provided with a coating 10 as shown in FIG. 13 and FIG. 14, as described with reference to FIG. 2 to FIG.
  • FIG. 13 shows a three-dimensional view of a rotor device 102 of a fluid valve 95 according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 14 shows a plan view of the rotor device 102 according to FIG. 13.
  • the other part 172 is also associated with the fluid structures 166 of the rotor device 102.
  • the other part 172 is also offset relative to the part 170 of the fluid structures 166 of the rotor device 102 in the axial direction 164 relative to the contact surface 108 with respect to the axis of rotation 162. More specifically, the other portion 172 of the fluid structures 166 is disposed on the contact surface 108 and in the plane of the paper of FIG.
  • the part 170 is formed as a radially extending portion of one of the fluid structures 166, which is arranged below the plane of the paper according to FIG.
  • the other part 172 is formed as a circular ring segment of another of the fluid structures 166.
  • the other part 172 of the fluid structures 166 is a groove 1 18 of the rotor device 102 at the contact surface 108.
  • the fluid structures 166 of the rotor device 102 also have two passages 126 parallel to each other and extending in the axial direction 164 through the Rotor means 102 from the contact surface 108 to the part 170.
  • the passages 126 and the part 170 thereby form a substantially U-shaped bypass for the at least one other part 172, which is fluidically decoupled from the part 170.
  • a first fluid is allowed to flow through the part 170, while independently a second fluid flows through the other part 172.
  • the associated fluidic channels are housed in a confined space and allow a compact design.
  • the axially offset portion 170 of the fluid structures 166 may extend in FIG Radial direction of the rotor assembly 102 does not extend and yet does not limit the freedom of design to provide the other portion 172 of the fluid structures 166 at all desired radii.
  • provision can be made for the other part 172 of the rotor device 102 along essentially arbitrary space regions without undesired fluidic coupling between the fluid structures 166 and 168 shown.
  • At least part of the contact surface 108 of at least one of the rotor device 102 and the stator device 104 may also be provided with a coating 10 as shown in FIG. 13 and FIG. 14, as described with reference to FIG.

Abstract

Fluidventil (95) für ein Probentrenngerät (10), wobei das Fluidventil (95) eine Rotoreinrichtung (102) mit mindestens einer Fluidstruktur (166) und eine Statoreinrichtung (104) mit mindestens einer Fluidstruktur (168) aufweist, wobei die Rotoreinrichtung (102) und die Statoreinrichtung (104) an einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (108) miteinander fluiddicht gekoppelt und um eine Rotationsachse (162) relativ zueinander rotierfähig sind, um zumindest in einem Rotationszustand mittels der Fluidstrukturen (166, 168) einen durch die Kontaktflächen (108) verlaufenden Fluidkanal (106) zu bilden, und wobei zumindest ein Teil (170) der mindestens einen Fluidstruktur (166) der Rotoreinrichtung (102) in auf die Rotationsachse (162) bezogener Axialrichtung (164) gegenüber den Kontaktflächen (108) versetzt ist, so dass in zumindest einem Rotationszustand des Fluidventils (95) dieser Teil (170) und zumindest ein anderer Teil (172) der mindestens einen Fluidstruktur (166, 168) der Rotoreinrichtung (102) und/oder der Statoreinrichtung (104) bei Blick entlang der Axialrichtung (164) zumindest teilweise überlappen.

Description

BESCHREIBUNG
ROTOREINRICHTUNG FÜR FLUIDVENTIL MIT AXIAL VERSETZTER FLUIDSTRUKTUR
TECHNISCHER HINTERGRUND [0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidventil, ein Probentrenngerat und ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidventils.
[0002] 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 ist, 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 zum Beispiel aus der EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc. bekannt.
[0003] Ein solches HPLC-System hat häufig ein oder mehrere Fluidventile. Besonders bei komplexen fluidischen Strukturen sind solche Fluidventile häufig großvolumig und tragen somit zu einem hohen Totvolumen bei.
OFFENBARUNG [0004] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes und flexibel gestaltbares Fluidventil für ein Probentrenngerät bereitzustellen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
[0005] 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) für ein Probentrenngerät (zum Beispiel ein Flüssigchromatografiegerät) geschaffen, wobei das Fluidventil eine Rotoreinrichtung (als eine erste Ventilkomponente) mit mindestens einer Fluidstruktur, und eine Statoreinrichtung (als eine zweite Ventilkomponente) mit mindestens einer Fluidstruktur aufweist, wobei die Rotoreinrichtung und die Statoreinrichtung an einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (insbesondere miteinander in Berührkontakt stehende Berührflächen) miteinander fluiddicht gekoppelt und um eine Rotationsachse relativ zueinander rotierfähig sind, um zumindest in einem Rotationszustand mittels der Fluidstrukturen einen durch die Kontaktflächen verlaufenden Fluidkanal zu bilden, und wobei zumindest ein Teil der mindestens einen Fluidstruktur der Rotoreinrichtung in auf die Rotationsachse bezogener Axialrichtung gegenüber den Kontaktflächen versetzt ist (insbesondere im Inneren der Rotoreinrichtung verlaufen kann), so dass in zumindest einem Rotationszustand des Fluidventils dieser Teil und zumindest ein anderer Teil der mindestens einen Fluidstruktur der Rotoreinrichtung und/oder der Statoreinrichtung bei Blick entlang der (oder bei Projektion auf die) Axialrichtung zumindest teilweise überlappen (d.h. in der genannten Blickrichtung bzw. Projektion vollständig zusammenfallen oder genau teilweise zusammenfallen, wobei in letzterem Fall in der Blickrichtung bzw. Projektion einer der Teile den anderen Teil vollständig einschließen kann oder beide Teile sowohl voneinander unterschiedliche Abschnitte als auch mindestens einen gemeinsamen Abschnitt aufweisen; zum Beispiel kann das Überlappen ein Überkreuzen sein). [0006] Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät zum Trennen einer fluidischen Probe (insbesondere in unterschiedliche Fraktionen, die sich hinsichtlich mindestens einer Trenneigenschaft unterscheiden können) bereitgestellt, wobei das Probentrenngerät ein Fluidventil mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist. [0007] Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidventils für ein Probentrenngerät bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren eine Rotoreinrichtung mit mindestens einer Fluidstruktur bereitgestellt wird, eine Statoreinrichtung mit mindestens einer Fluidstruktur bereitgestellt wird, die Rotoreinrichtung und die Statoreinrichtung derart angeordnet werden, dass diese an einander gegenüberliegenden Kontaktflächen miteinander fluiddicht gekoppelt und um eine Rotationsachse relativ zueinander rotierfähig sind, um zumindest in einem Rotationszustand mittels der Fluidstrukturen einen durch die Kontaktflächen verlaufenden Fluidkanal zu bilden, und wobei die Rotoreinrichtung und die Statoreinrichtung derart ausgebildet und angeordnet werden, dass zumindest ein Teil der mindestens einen Fluidstruktur der Rotoreinrichtung in auf die Rotationsachse bezogener Axialrichtung gegenüber den Kontaktflächen versetzt ist, so dass in zumindest einem Rotationszustand des Fluidventils dieser Teil und zumindest ein anderer Teil der mindestens einen Fluidstruktur der Rotoreinrichtung und/oder der Statoreinrichtung bei Blick entlang der Axialrichtung zumindest teilweise überlappen.
[0008] Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung können unterschiedliche Teile von Fluidstrukturen einer Rotoreinrichtung bzw. einer Statoreinrichtung eines Fluidventils in axialer Blickrichtung bzw. Projektion miteinander überlappend und axial in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet werden, ohne zwingend fluidisch miteinander gekoppelt zu sein oder während eines Schaltvorgangs unerwünscht miteinander vorübergehend gekoppelt zu werden. Dies kann dadurch bewirkt werden, dass die unterschiedlichen Teile der Fluidstrukturen in unterschiedlichen Axialebenen des Fluidventils, aber dennoch zumindest abschnittsweise miteinander in Blickrichtung fluchtend geführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, ein kompaktes Fluidventil bereitzustellen, mit dem auch komplexe fluidische Strukturen flexibel bewerkstelligt werden können. Aufgrund der Verlagerung unterschiedlicher Teile der Fluidstrukturen in unterschiedliche Ebenen können sich diese bei Blick in oder Projektion auf die Rotationsrichtung statisch (zum Beispiel wenn die Teile alle in der Rotoreinrichtung integriert sind) und/oder dynamisch (zum Beispiel während Rotierens der Rotationseinrichtung gegenüber einer ortsfesten Statoreinrichtung, wenn die Teile teils in der Rotoreinrichtung und teils in der Statoreinrichtung integriert sind) schneiden oder überkreuzen, ohne dass Fluid unerwünscht von dem einen Teil der Fluidstruktur(en) in den anderen Teil der Fluidstruktur(en) fließt.
[0009] Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Fluidventils, des Verfahrens sowie des Probentrenngeräts beschrieben.
[0010] Gemäß einem Ausführungsbeispiel können in dem zumindest einen Rotationszustand, in dem die zumindest teilweise Überlappung auftritt, der zumindest eine Teil und der zumindest eine andere Teil voneinander fluidisch entkoppelt sein. Unterschiedliche Fluide können dadurch in zumindest dem einen genannten Rotationszustand voneinander unabhängig durch den Teil und durch den anderen Teil fließen, ohne miteinander unerwünscht in Wechselwirkung zu geraten. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel können in dem Rotationszustand, in dem die zumindest teilweise Überlappung auftritt und/oder in einem anderen Rotationszustand, der zumindest eine Teil und der zumindest eine andere Teil miteinander gezielt fluidisch gekoppelt sein.
[001 1 ] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest eine andere Teil durch mindestens einen Fluidanschluss der Statoreinrichtung gebildet sein (siehe zum Beispiel Figur 12). Ein räumlich statischer Fluidanschluss der Statoreinrichtung kann dadurch an einer beliebigen Position, insbesondere auch bei mehreren Umlaufradien der genannten Strukturen, vorgesehen werden, ohne Gefahr zu laufen, mit einer im Inneren der Rotoreinrichtung platzierten Nut, Kanalsysteme oder dergleichen während des Schaltens des Fluidventils zeitweise in unerwünschte Wechselwirkung zu geraten. [0012] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest eine andere Teil durch mehrere Fluidanschlüsse der Statoreinrichtung gebildet sein, die zumindest auf zwei unterschiedlichen Radien der Statoreinrichtung, bezogen auf die Rotationsachse, angeordnet sind. Durch die Möglichkeit, mehrere Fluidanschlüsse auf unterschiedlichen Radien vorzusehen, können auch komplexe fluidische Aufgaben durch ein kompaktes Fluidventil erfüllt werden.
[0013] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann sich der zumindest eine Teil auf einem ersten Radius bis zu einem zweiten Radius der Rotoreinrichtung erstrecken (insbesondere in radialer Richtung) und kann der zumindest eine andere Teil auf einem dritten Radius angeordnet sein, der größer als der erste Radius und kleiner als der zweite Radius ist. Die Anordnung der Strukturen auf den entsprechenden Radien kann auf die Rotationsachse bezogen sein. Beim Schalten des Fluidventils kann dann zum Beispiel der als Fluidanschluss ausgebildete andere Teil über die Fluidstruktur zwischen dem ersten Radius und dem zweiten Radius gleiten, ohne mit diesem in fluidische Wechselwirkung zu geraten. [0014] Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch der zumindest eine andere Teil der mindestens einen Fluidstruktur der Rotoreinrichtung zugehörig sein und gegenüber dem zumindest einen Teil der mindestens einen Fluidstruktur der Rotoreinrichtung in auf die Rotationsachse bezogener Axialrichtung versetzt sein (siehe zum Beispiel Figur 13). Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, in der Rotoreinrichtung auf unterschiedlichen Ebenen unterschiedliche Fluidstrukturen vorzusehen, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Diese können sich in Draufsicht zum Beispiel kreuzen.
[0015] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest eine andere Teil der mindestens einen Fluidstruktur an der Kontaktfläche der Rotoreinrichtung angeordnet sein, mithin direkt an der Schnittstelle zwischen Rotoreinrichtung und Statoreinrichtung. Insbesondere kann der zumindest eine andere Teil der mindestens einen Fluidstruktur eine oberflächliche Nut der Rotoreinrichtung an deren Kontaktfläche sein. An der Kontaktfläche kann mit besonders geringem Herstellungsaufwand der andere Teil der entsprechenden Fluidstruktur hergestellt werden, zum Beispiel durch spanendes Entfernen von Material (beispielsweise durch Fräsen) von der Oberfläche unter Ausbildung der Nut.
[0016] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die mindestens eine Fluidstruktur der Rotoreinrichtung mindestens einen Durchgang (zum Beispiel ausgebildet als vertikales Sackloch oder Durchgangsloch) durch die Rotoreinrichtung von der Kontaktfläche der Rotoreinrichtung bis zu dem (gegenüber der Kontaktfläche räumlich versetzten) zumindest einen Teil aufweisen. Ein solcher Durchgang kann zum Beispiel durch Bohren (oder durch Ätzen oder durch das PEM-Verfahren) einer vertikalen Bohrung in oder durch die Rotoreinrichtung oder ein Rotorelement davon mit geringem Aufwand ausgebildet werden. Auch ein schräges Bohren ist möglich. Durch einen oder mehrere solche Durchgänge kann mit einfachen Mitteln eine fluidische Verbindung mit einer axial gegenüber der Kontaktfläche versetzten Fluidstruktur der Rotoreinrichtung hergestellt werden.
[0017] Gemäß einem Ausführungsbeispiel können der mindestens eine Durchgang und der zumindest eine Teil einen fluidischen Bypass für den zumindest einen anderen Teil bilden (siehe zum Beispiel Figur 4 oder Figur 5). Anschaulich können zwei Durchgänge und ein nutartiger bzw. kapillarartiger anderer Teil eine Untertunnelung einer Fluidstruktur an der Kontaktfläche oder in einer anderen Ebene der Rotoreinrichtung bewirken. [0018] Gemäß einem Ausführungsbeispiel können zwei Durchgänge und ein diese Durchgänge verbindender Teil vorgesehen werden, die gemeinsam im Querschnitt eine im Wesentlichen U-förmige Struktur bilden (siehe zum Beispiel Figur 4 oder Figur 5). Eine solche U-Form kann durch zwei vertikale Durchgänge und einen horizontalen Verbindungsteil zwischen den beiden vertikalen Durchgängen gebildet werden, um eine andere Fluidstruktur zu untertunneln.
[0019] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest eine Teil durch eine Nut in einem ersten Rotorelement der Rotoreinrichtung gebildet sein, welche Nut durch ein zweites Rotorelement abgedeckt ist (siehe zum Beispiel Figur 5). Das Fräsen einer Nut ist mit geringem Herstellungsaufwand möglich. Wird ein erstes Rotorelement mit einer derart hergestellten Nut durch ein zum Beispiel durchgehendes zweites Rotorelement abgedeckt, kann eine kapillarartige Struktur gebildet werden, die umfänglich abgeschlossen bzw. begrenzt ist.
[0020] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann sich der zumindest eine Teil in Radialrichtung der Rotoreinrichtung erstrecken (siehe zum Beispiel Figur 6). Dadurch kann ein fluidischer Pfad mit Vorteil kurz gehalten werden, ohne die Möglichkeit einzubüßen, in einem radialen Zwischenbereich eine oder mehrere weitere fluidische Strukturen (in anderen Ebenen) der Rotoreinrichtung auszubilden.
[0021 ] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil einer Oberfläche von zumindest einer der ersten Ventilkomponente (insbesondere eine Rotoreinrichtung) und der zweiten Ventilkomponente (insbesondere eine Statoreinrichtung) mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung versehen sein.
[0022] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „goldhaltig" insbesondere ein Material der Beschichtung an einer Oberfläche verstanden, das nicht nur unwesentliche Spuren von Gold aufweist. Zum Beispiel kann die Goldkomponente der Beschichtung mindestens 1 Gewichtprozent Gold, insbesondere mindestens 10 Gewichtprozent Gold, weiter insbesondere mindestens 50 Gewichtprozent Gold, vorzugsweise mindestens 90 Gewichtprozent Gold, besonders bevorzugt mindestens 99 Gewichtsprozent Gold (zum Erreichen einer besonders hohen Biokompatibilität), aufweisen. [0023] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „platinhaltig" insbesondere ein Material der Beschichtung an einer Oberfläche verstanden, das nicht nur unwesentliche Spuren von Platin aufweist. Zum Beispiel kann die Platinkomponente der Beschichtung mindestens 1 Gewichtprozent Platin, insbesondere mindestens 10 Gewichtprozent Platin, weiter insbesondere mindestens 50 Gewichtprozent Platin, vorzugsweise mindestens 90 Gewichtprozent Platin, besonders bevorzugt mindestens 99 Gewichtprozent Platin (zum Erreichen einer besonders hohen Biokompatibilität), aufweisen.
[0024] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Ventilkomponente" ein Ventilkörper verstanden, der relativ zu einer anderen Ventilkomponente während eines Schaltvorgangs des Fluidventils bewegt werden kann. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Ventilkomponenten eine Rotoreinrichtung und eine Statoreinrichtung eines fluidischen Ventils. Es ist alternativ aber zum Beispiel auch möglich, das Schalten des Fluidventils durch eine Longitudinalbewegung zwischen zwei zusammenwirkenden Ventilkomponenten zu bewerkstelligen.
[0025] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Oberfläche" einer Ventilkomponente insbesondere eine innere und/oder äußere Grenz- oder Berührfläche der Ventilkomponente verstanden. Teile einer solchen Oberfläche können insbesondere eine Kontaktfläche zwischen den fluiddicht zusammenwirkenden Ventilkomponenten und/oder eine innere Bondfläche zwischen gebondeten Einzelkörpern einer Ventilkomponente und/oder eine in Fluidkontakt stehende Oberfläche zur Begrenzung eines Fluidkanals oder einer Fluidstruktur der Ventilkomponente(n) sein. [0026] Gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer goldhaltigen Oberflächenbeschichtung eines Fluidventils kann zumindest ein Teil einer Oberfläche von zumindest einem von zwei zueinander relativ beweglichen Ventilkomponenten mit einer goldhaltigen bzw. Gold aufweisenden Beschichtung versehen sein. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine solche goldhaltige Oberfläche an einer Kontaktfläche zwischen den Ventilkomponenten eine Schmierung zwischen den einander gegenüberliegenden und aneinander während eines Schaltvorgangs abgleitenden Ventilkomponenten schafft, so dass bei Vorsehen einer goldhaltigen Beschichtung auch im Langzeitbetrieb mit nur sehr geringem Abrieb zwischen den Ventilkomponenten zu rechnen ist. Ein derartiges Fluidventil hat daher eine hohe Lebensdauer. Synergistisch mit dem beschriebenen Schmiereffekt sorgt eine goldhaltige Beschichtung auf der oder den Kontaktflächen auch dafür, dass bei einem Schaltvorgang eine gewisse Ausgleichsfähigkeit zwischen den Ventilkomponenten bereitgestellt wird. Die Goldbeschichtung ist je nach Härtegrad in der Lage, zum Beispiel im Falle von toleranzbedingten oder durch eine anders erzeugte geringfügige Fehlausrichtung zwischen den Ventilkomponenten bedingten lokal hohen Kräfte auszugleichen, indem das Goldmaterial anschaulich der Belastung ausweicht. Durch diese Zusatzfunktion der goldhaltigen Beschichtung an der Kontaktfläche wird die Lebensdauer des Fluidventils zusätzlich erhöht. Mit Vorteil wirkt die Goldbeschichtung darüber hinaus biokompatibel, das heißt wechselwirkt sehr gering oder nicht in einer unerwünschten Weise mit einem Fluid (insbesondere einer Flüssigkeit wie einem Lösungsmittel oder einer biologischen Probe), das während des Schaltens des Fluidventils durch den zwischen den Ventilkomponenten gebildeten mindestens einen Fluidkanal fließen kann. Auf diese Weise vermeidet eine goldhaltige Beschichtung einer Oberfläche von Fluidstrukturen/Mikrostrukturen unerwünschte Effekte wie Korrosion, vermehrte Probenanhaftung, das Entstehen unerwünschter chemischer Reaktionsprodukte oder unerwünschte Veränderungen des mit dem Fluidventil verarbeiteten Fluids, einer unerwünschten Veränderung des mit dem Fluidventil verarbeiteten Fluids, etc. Bei der Beschichtung einer ihrerseits mehrkomponentigen Ventilkomponente, die aus mehreren gebondeten Elementen oder Körpern aufgebaut ist (zum Beispiel eine Rotoreinrichtung, die aus mehreren aneinander gebondeten Rotorelementen aufgebaut ist), fördert die goldhaltige Beschichtung an einer oder beiden gegenüberliegenden Bondoberflächen die Festigkeit des einstückigen Bondens. Dadurch kann ein intrinsischer Zusammenhalt der entsprechenden Ventilkomponente zuverlässig sichergestellt werden.
[0027] Alternativ oder ergänzend zu Gold ist auch Platin ein leistungsstarkes Material für die Beschichtung der jeweiligen Oberfläche. Insbesondere zeigt Platin eine ausgeprägte Biokompatibilität und kann auch die oben für Gold beschriebenen Vorteile in ähnlicher bzw. entsprechender Weise bereitstellen.
[0028] Gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die goldhaltige Schicht oder die Goldschicht, insbesondere Hartgoldschicht, auf viele Materialien aufgebracht werden. Zum Beispiel ist dies auch auf einer Unterlage aus Kupfer möglich. Dies erlaubt es, die duktilen Eigenschaften (insbesondere Verformbarkeit) bzw. die sehr gute Wärmeleitung dieses Materials nutzen. [0029] Ein ebenfalls biokompatibles anderes Ausführungsbeispiel einer Ventilkomponente (d.h. eines Rotors bzw. eines Stators) stellt eine Platinbeschichtung dar. Diese kann ebenfalls galvanisch (d.h. nicht selektiv) abgeschieden werden. Aufgrund des sauren Platinbades sollte das Substrat (zum Beispiel eine Ventilkomponente) konfiguriert sein, diesem Säureangriff standzuhalten. Vorteilhaft ist diesbezüglich bei sehr vielen Substraten eine Vorvergoldung vor Aufbringen der platinhaltigen Beschichtung bzw. Platinbeschichtung. Alternativ kann eine solche Platinschicht über ein (insbesondere selektives) Sputterverfahren auf den Oberflächen eines Substrates (zum Beispiel eines Rotor-Substrates oder einer anderen Ventilkomponente) aufgebracht werden. Einsetzbare Substrate sind zum Beispiel Metalle wie beispielsweise Kupfer, Stahl, Palladium oder Wolfram, Gläser (insbesondere mit Haftvermittler) oder höher schmelzende Kunststoffe wie zum Beispiel PEEK, oder eine oder mehrere Keramiken.
[0030] Eine Beschichtung aus Platin hat den besonderen Vorteil, dass daran ein unerwünschtes Anhaften von Biomolekülen (zum Beispiel Proteinen) praktisch nicht stattfindet.
[0031 ] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste Ventilkomponente als Teil der Oberfläche eine Kontaktfläche und die zweite Ventilkomponente als Teil der Oberfläche eine Kontaktfläche aufweisen, wobei die erste Ventilkomponente und die zweite Ventilkomponente an den Kontaktflächen aneinander angrenzen (insbesondere einander berühren). Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Kontaktfläche" einer Ventilkomponente insbesondere eine Grenzoder Berührfläche der Ventilkomponente zu einer mit dieser Ventilkomponente zusammenwirkenden anderen Ventilkomponente verstanden werden, an welcher Grenz- oder Berührfläche eine fluiddichte Schnittstelle zwischen den Ventilkomponenten gebildet ist. Simultan kann der in mindestens einem Schaltzustand des Fluidventils zwischen den Ventilkomponenten gebildete mindestens eine Fluidkanal durch besagte Grenz- oder Berührfläche hindurchlaufen.
[0032] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil der Kontaktfläche von zumindest einer der ersten Ventilkomponente und der zweiten Ventilkomponente mit der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung versehen sein. Eine goldhaltige Beschichtung mindestens einer solchen Kontaktfläche begünstigt eine Schmierung und einen Ausgleich der Ventilkomponenten und sorgt für einen verschleißarmen Betrieb (tribologisch optimiert). [0033] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung an mindestens einer gesamten der beiden Kontaktflächen zwischen der ersten Ventilkomponente und der zweiten Ventilkomponente ausgebildet sein. Indem eine gesamte Kontaktfläche zwischen den beiden Ventilkomponenten des Fluidventils durchgehend eine goldhaltige Beschichtung aufweist, die vollständig von einer der beiden Ventilkomponenten oder durchgehend von beiden Ventilkomponenten bereitgestellt sein kann, so ist sichergestellt, dass es an keiner Stelle im Kontaktbereich zwischen den Ventilkomponenten zu einer abrieb- oder verschleißfördernden, tribologischen Materialkonstellation kommen kann.
[0034] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung an der Kontaktfläche der ersten Ventilkomponente und auf der Kontaktfläche der zweiten Ventilkomponente ausgebildet sein. Wenn beide einander gegenüberliegende und tribologisch zusammenwirkende Kontaktflächen der beiden Ventilkomponenten ganz oder teilweise mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung versehen sind, sind die beschriebenen Wirkungen im Hinblick auf Schmierung, Ausgleichsfähigkeit und Biokompatibilität besonders ausgeprägt.
[0035] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Kontaktfläche von zumindest einer der ersten Ventilkomponente und der zweiten Ventilkomponente als anderer Teil der Oberfläche eine Gegenfläche mit mindestens einer Fluidstruktur mit einem weiteren Teil der Oberfläche gegenüberliegen. Kontaktfläche und Gegenfläche können zueinander parallel sein. Die strukturierte Fläche oder Strukturfläche kann im Inneren einer zwei- oder mehrkomponentigen Ventilkomponente liegen, zum Beispiel an der Grenzfläche zwischen zwei Rotorelementen einer Rotoreinrichtung, die aneinander gebondet sind oder ggf. lediglich aufeinander liegen. Die Fluidstrukturen können Teil der mindestens einen Fluidleitung sein, die zwischen den Ventilkomponenten gebildet sein kann. Zum Beispiel können die Fluidstrukturen Nuten und/oder Fluidanschlüsse sein, deren begrenzende Wandungen den genannten Oberflächenteil bilden.
[0036] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil von mindestens einer der Fluidstrukturen und/oder der Gegenfläche mit der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung versehen sein. Bei den Fluidstrukturen kann diese Beschichtung zu einer Biokompatibilität und somit einem stark beschädigungsreduzierten Betrieb des Fluidventils ungeachtet des eingesetzten Fluids führen. Bei der Gegenfläche kann die Beschichtung die Verbindbarkeit (zum Beispiel mittels Bondens) einer Ventilteilkomponente mit einer anderen Ventilteilkomponente fördern. [0037] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Gegenfläche an der Beschichtung mit einem Abdeckkörper gebondet sein. Ein Bonden (oder ein anderes Fügen) des Abdeckkörpers (zum Beispiel ein Rotorelement) mit einem anderen Körper der Ventilkomponente (zum Beispiel ein anderes Rotorelement) kann durch die Goldhaltigkeit der Beschichtung gefördert werden. Der gebildete Verbund kann aufgrund der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung chemisch besonders stabil ausgebildet werden. Ein Nachvergolden der Außenflächen und der Verbindungsstrukturen ist, falls nötig, ebenfalls möglich.
[0038] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil (zum Beispiel eine Teilschicht einer mehrschichtigen Beschichtung) der Beschichtung Hartgold aufweisen oder daraus bestehen. Unter Hartgold kann in diesem Zusammenhang eine Legierung mit einer Hauptkomponente aus Gold (insbesondere größer 99 Gewichtsprozent), Spuren von Kohlenstoff (zum Beispiel bis zu 0,7 Gewichtsprozent) und einem Additiv (zum Beispiel Nickel und/oder Cobalt, zum Beispiel 0,2 bis 0,3 Gewichtsprozent) verstanden werden, was zu einer höheren Härte als Gold führt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung aus Hartgold hinsichtlich Schmierung, Ausgleichsfähigkeit, Härte und Biokompatibilität besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Derart an der Kontaktfläche zwischen den Ventilkomponenten beschichtete Fluidventile zeigen hervorragende Lebensdauern und sind besonders verschleißarm.
[0039] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil (zum Beispiel eine Teilschicht einer mehrschichtigen Beschichtung) der Beschichtung Kobalt in einem Bereich zwischen 0,05 Gewichtprozent und 1 Gewichtprozent, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,2 Gewichtprozent und 0,3 Gewichtprozent, und ansonsten Gold aufweisen. Die Goldkomponente fördert besonders Ausgleichsfähigkeit und Biokompatibilität, wobei die Kobaltkomponente eine gute Schmierfähigkeit und eine besondere Härtung der Beschichtung bewirkt. Allerdings ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kobaltkomponente innerhalb der beschriebenen Wertebereiche für die Kobaltkomponente, höchst vorteilhaft innerhalb des engeren der beiden beschriebenen Wertebereiche für die Kobaltkomponente, liegt. Werden die Wertebereiche der Kobaltkomponente deutlich unterschritten, so reduziert sich die Schmierfähigkeit der Beschichtung. Werden die Wertebereiche der Kobaltkomponente deutlich überschritten, droht die Beschichtung nicht mehr höchsten Anforderungen an Biokompatibilität zu genügen. Die Biokompatibilität der Beschichtung wird durch die Eigenschaften von Gold gefördert, das reaktionsträge auch in Bezug auf aggressive Chemikalien und Bioflüssigkeiten ist. [0040] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die platinhaltige Beschichtung besonders vorteilhaft ausgebildet werden, indem eine jeweilige Oberfläche zunächst vorvergoldet wird (d.h. insbesondere mit einer goldhaltigen Schicht versehen wird, zum Beispiel Reingold) und nachfolgend eine Platin aufweisende oder aus Platin bestehende Schicht aufgebracht wird (insbesondere durch Sputtern, PVD). Bei einer Realisierung der Beschichtung unter Verwendung von Platin ist also das Ausbilden einer Doppelschicht vorteilhaft, d.h. eine Schicht eines ersten Materials direkt auf einer Oberfläche und das nachfolgende Aufbringen von Platin auf dieser Schicht. Allerdings ist es auch möglich, Platin direkt auf einen Untergrund aufzubringen (zum Beispiel auf Basis eines sauren Bads). [0041 ] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann genau eine der ersten Ventilkomponente und der zweiten Ventilkomponente mit der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung versehen sein und die andere der ersten Ventilkomponente und der zweiten Ventilkomponente mit einer anderen Beschichtung aus einem anderen Material versehen sein. Das Material der anderen Beschichtung kann eine höhere Härte als das Material der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung haben. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die einander gegenüberliegenden Ventilkomponenten an ihren Kontaktflächen mit unterschiedlichen Materialien beschichtet. Sehr vorteilhaft ist die Beschichtung von einer der beiden Ventilkomponenten, insbesondere einer Rotoreinrichtung, mit der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung. Die gegenüberliegende Kontaktfläche einer vorzugsweise als Statoreinrichtung ausgebildeten Ventilkomponente kann dagegen mit einem speziell auf ihre Bedürfnisse zugeschnittenen anderen Material beschichtet sein, um die zusammenwirkenden Eigenschaften zwischen den einander gegenüberliegenden Kontaktflächen zu verbessern. Zum Beispiel kann das andere Material der anderen Beschichtung eine höhere Härte (und eine andere Rauheit) als das Material der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung haben. Die Anpassung dieser Eigenschaften kann sich auf das tribologische System (das heißt die auf einander gegenüberliegende Reibflächen bezogenen Laufeigenschaften) beziehen, auf die Härte, die (Bio)-Kompatibilität, auf die Schmierfähigkeit, auf die Ausgleichsfähigkeit des Beschichtungsmaterials oder allgemeiner ausgedrückt auf die Verbesserung der Verschleißarmut des Fluidventils.
[0042] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung aus dem anderen Material Diamant oder Diamond-Like Carbon (DLC) aufweisen oder daraus bestehen. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die erste Beschichtung aus Hartgold mit Kobaltkomponente und die zweite Beschichtung, die von der beschriebenen ersten Beschichtung unterschiedlich ist, aus Diamant oder DLC auszubilden. Letztere Materialien weisen eine besonders hohe Härte auf und mindern zuverlässig einen Abrieb bzw. Verschleiß der damit beschichteten Ventilkomponente. Mit einer metallischen Beschichtung (insbesondere aus Hartgold) kann eine hohe Biokompatibilität erreicht werden, mit einer Beschichtung mittels DLC sogar eine Bioinertheit.
[0043] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung mehrere
Schichten aufweisen. Eine solche Mehrlagenbeschichtung ist eine wirksame
Maßnahme, die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung zwischen den Ventilkomponenten einzustellen. Insbesondere eine Doppelbeschichtung, das heißt eine Beschichtung mit genau zwei Schichten unterschiedlicher Materialien, hat sich als vernünftiger Ausgleich zwischen dem herstellungstechnischen Aufwand und den erreichbaren Eigenschaften herausgestellt. [0044] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine erste Schicht direkt auf einem Grundkörper der jeweiligen Ventilkomponente Reingold und eine zweite Schicht auf der ersten Beschichtung Hartgold aufweisen. Unter einer Reingoldkomponente wird hierbei insbesondere eine Komponente verstanden, die im Wesentlichen oder vollständig aus Gold besteht. Die darüber angeordnete, außenseitige Hartgoldkomponente bildet die eigentliche Kontaktfläche zu der gegenüberliegenden Ventilkomponente.
[0045] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Grundkörper der jeweiligen Ventilkomponente, auf dem die Beschichtung angeordnet ist, Metall aufweisen, insbesondere Stahl. Der Grundkörper der Ventilkomponenten kann aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften der Beschichtungen annähernd frei gewählt werden. Eine metallische Komponente, insbesondere eine Stahlkomponente, weiter insbesondere Edelstahl, ist hierbei eine gute Materialwahl im Hinblick auf die Härte und Fertigbarkeit der Ventilkomponente. Es ist auch möglich, eine der Ventilkomponenten aus blankem Stahl auszubilden. Allerdings sind andere Materialien, wie zum Beispiel eine Keramik oder dergleichen, möglich. Eine metallische, insbesondere aus Stahl gebildete, Ventilkomponente hat allerdings den Vorteil einer besonders guten und einfachen Beschichtbarkeit mit der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Schicht. Schichtablösungen oder unerwünschte chemische Phänomene an einer Grenzfläche zwischen der metallischen Ventilkomponente und der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung sind mit Vorteil unterdrückt.
[0046] Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die erste Ventilkomponente und die zweite Ventilkomponente derart relativ zueinander bewegbar sein, um dadurch mindestens zwei unterschiedliche Fluidkopplungszustände (zum Beispiel fluidisch gekoppelt und fluidisch entkoppelt) des mindestens einen Fluidkanals einzustellen. Zum Beispiel kann in einem ersten Fluidkopplungszustand eine fluidische Verbindung durch das Fluidventil hinweg ermöglicht werden. Hingegen kann in einem zweiten Fluidkopplungszustand eine solche fluidische Kopplung verunmöglicht sein. Es ist auch möglich, dass in unterschiedlichen Fluidkopplungszuständen unterschiedliche fluidische Pfade durch die Ventilkomponente hinweg ermöglicht sind. Durch die Relativbewegung der Ventilkomponenten zueinander können die einzelnen Fluidkopplungszustände eingestellt werden.
[0047] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mindestens eine Fluidkanal aus mindestens einer Nut in der ersten Ventilkomponente (zum Beispiel eine Rotoreinrichtung) und mindestens zwei Fluidanschlüssen (zum Beispiel Ports) an der zweiten Ventilkomponente (zum Beispiel eine Statoreinrichtung) gebildet sein, wobei in unterschiedlichen Schaltzuständen des Fluidventils die Fluidanschlüsse in unterschiedliche fluidische Kopplungszustände mit der mindestens einen Nut bringbar sind. Mit Vorteil können an einer Statorkomponente eines Fluidventils zwei oder mehr Fluidanschlüsse vorgesehen sein, die mit anderen fluidischen Komponenten (zum Beispiel über Kapillaren oder Schlauchverbindungen) fluidisch gekoppelt werden können. Die eigentlichen fluidischen Verbindungen werden dann durch eine oder mehrere schaltbare Nuten, die vorzugsweise an einer Kontaktfläche oder axial versetzt zu der Kontaktfläche einer als Rotoreinrichtung ausgebildeten Ventilkomponente vorgesehen sind, bewerkstelligt. In den entsprechenden Fluidkopplungszuständen können die Nuten wahlweise mit bestimmten Fluidanschlüssen in Fluidverbindung gebracht oder von diesen fluidisch entkoppelt werden.
[0048] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste Ventilkomponente als gegenüber einem Laborsystem rotierbare Rotoreinrichtung ausgebildet sein und die zweite Ventilkomponente als gegenüber einem Laborsystem in Ruhe befindliche Statoreinrichtung ausgebildet sein, die relativ zueinander rotierfähig sind. Die Ausgestaltung als Rotorventil sorgt für eine besonders kompakte Konfiguration, bei der viele unterschiedliche Fluidkopplungszustände mit geringem Aufwand eingestellt werden können. Alternativ ist aber auch eine Ausgestaltung als Verschiebeventil möglich, bei dem durch eine Längsverschiebung zwischen den beiden Ventilkomponenten unterschiedliche Fluidkopplungszustände durch die zwischen den Ventilkomponenten gebildeten einen oder mehreren Fluidkanäle ermöglicht werden. [0049] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste Ventilkomponente bei Ausgestaltung als Rotoreinrichtung ein erstes Rotorelement und ein zweites Rotorelement aufweisen, die insbesondere aneinander gebondet sein können. Das erste Rotorelement kann zumindest einen Teil der mindestens einen Fluidleitung definieren (zum Beispiel mindestens eine Nut und/oder mindestens einen fluidischen Durchgang aufweisen). Dagegen kann das zweite Rotorelement eine Abdeckung des ersten Rotorelements bilden (insbesondere von Elementen der Fluidleitung frei sein, und zum Beispiel durch Abdeckung einer Nut des ersten Rotorelements einen umfänglich geschlossenen kapillarartigen Leitungsabschnitt bilden). Die Ausbildung einer Rotorkomponente (und/oder einer Statorkomponente) aus zwei (oder mehr) Einzelkörpern, die miteinander verbunden werden, hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Dadurch können fluidische Kanäle auch im Inneren einer Rotoreinrichtung mit geringem Aufwand in einem der beiden Rotorelemente gebildet werden, bevor die beiden Rotorelemente aneinander zum Ausbilden einer dann einstückigen Rotoreinrichtung gebondet werden. Ein solches Bonden fügt die Rotorelemente derart aneinander, dass diese anschließend aneinander im Grenzbereich miteinander verschmolzen sind (zum Beispiel durch Ultraschall- und/oder Thermokompressionsbonden). Dadurch können selbst komplexe fluidische Strukturen im Inneren einer Rotorkomponente ausgebildet werden, ohne dass der damit verbundene fluidtechnische Aufwand übermäßig groß wird.
[0050] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das erste Rotorelement als zumindest einen Teil einer ersten Fluidleitung eine (zum Beispiel in einer Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse verlaufende) Nut auf einer der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen und als zumindest einen Teil einer zweiten Fluidleitung mindestens einen (zum Beispiel parallel zu einer Rotationsachse verlaufenden) Durchgang durch das erste Rotorelement und eine damit fluidisch gekoppelte Nut (zum Beispiel in einer Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse verlaufende) auf der anderen der beiden gegenüberliegenden Hauptflächen aufweisen. Zwei in zueinander gegenüberliegenden Hauptflächen ausgebildete Nuten, die mit einem oder mehreren senkrecht hierzu verlaufenden Durchgängen miteinander verbunden werden (alternativ können die Durchgänge auch schräg gebohrt werden), bewirken eine hohe fluidische Leistungsfähigkeit einer so ausgebildeten Rotoreinrichtung. Insbesondere können damit unerwünschte fluidische Überschneidungen beim Schalten eines Fluidventils vermieden werden, wenn zum Beispiel eine sich in Radialrichtung erstreckende Nut nicht in unerwünschte Fluidverbindung mit sich zum Beispiel in Tangentialrichtung erstreckenden Nuten gebracht werden soll. Anschaulich kann dann eine der beiden Nuten durch die beschriebene Ausgestaltung der Rotoreinrichtung in eine andere Ebene verlegt werden und kann somit anschaulich die damit nicht in Fluidverbindung zu bringende andere Nut fluidisch untertunneln. Auf diese Weise können (zum Beispiel in zwei oder mehr Ebenen) auch komplexe fluidische Strukturen in einem kompakten Fluidventil integriert werden.
[0051 ] Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Ventilkomponente als zumindest einen Teil einer ersten Fluidleitung eine Nut auf einer der zweiten Ventilkomponente zugewandten Hauptfläche und als zumindest ein Teil einer zweiten Fluidleitung mindestens einen Durchgang durch zumindest einen Teil der ersten Ventilkomponente und einen damit fluidisch gekoppelten Leitungsabschnitt aufweisen. Insbesondere kann sich die Nut einerseits und der Leitungsabschnitt andererseits über unterschiedliche Radialbereiche der ersten Ventilkomponente erstrecken.
[0052] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Fluidventil ein Leak- Dichtelement aufweisen, das zum fluidischen Niederdruckdichten und zur gesteuerten Leakabfuhr zwischen der ersten Ventilkomponente und der zweiten Ventilkomponente angeordnet ist. Insbesondere kann das Dichtelement ein Dichtring sein. Ein solches Dichtelement kann die fluidische Dichtigkeit zwischen den beiden Ventilkomponenten weiter stärken. Obwohl auch die goldhaltige Beschichtung aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften bereits zur Dichtigkeit des mindestens einen Fluidkanals zwischen den beiden Ventilkomponenten beiträgt, kann die Leckagefreiheit auch für Hochdruckanwendungen (wie zum Beispiel bei einer HPLC) durch ein zusätzliches Dichtelement weiter verbessert werden. Ein solches Dichtelement kann zum Beispiel ein Dichtring sein, der in einer Nut von einer der beiden Ventilkomponenten angeordnet werden kann und nach Verbinden (zum Beispiel Verpressen) der beiden Ventilkomponenten fluiddicht gegen die gegenüberliegende Kontaktfläche der anderen Ventilkomponente drückt. [0053] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Dichtelement Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon®) oder einen PTFE-EPDM-Verbund (Ethylen- Propylen-Dien) aufweisen oder daraus bestehen. Allerdings sind Dichtelemente aus anderen Materialien (zum Beispiel Perfluor-Elastomere, insbesondere nanoaktiviert) möglich.
[0054] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest eine der ersten Ventilkomponente und der zweiten Ventilkomponente zumindest ein Material aus einer Gruppe aufweisen, die besteht aus einem Metall, einem Kunststoff (insbesondere mit Füllpartikeln oder ohne Füllpartikel), und einer Keramik. Durch die entsprechende Materialwahl können zusätzliche Eigenschaften des Fluidventils, zum Beispiel mechanische und/oder thermische Eigenschaften, eingestellt werden.
[0055] Gemäß einem Ausführungsbeispiel können in unterschiedlichen Durchmesserbereichen der ersten Ventilkomponente unterschiedliche fluidische Strukturen vorgesehen sein. Dadurch können auch komplexe fluidische Kopplungsaufgaben in einem kompakten Fluidventil ermöglicht werden.
[0056] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann mittels des mindestens einen Fluidkanals zumindest eine Funktion aus einer Gruppe bereitgestellt werden, die besteht aus einer fluidischen Restriktion, einer fluidischen Verzögerungseinrichtung zum Verzögern eines Fluidflusses, einem Zwischenspeichervolumen zum Zwischenspeichern einer vordefinierten Fluidmenge (zum Beispiel im nanoliter- bis Mikroliterprobenbereich), und einer fluidischen Mischeinrichtung. Eine fluidische Restriktion kann zum Beispiel als eine Engstelle zwischen zwei Fluidanschlüssen vorgesehen sein, indem eine Nut mit einer definierten Breite und Tiefe gebildet wird als die Fluidanschlüsse. Eine fluidische Verzögerungseinrichtung kann zum Beispiel einen verlängerten Fluidkanal (zum Beispiel eine nichtlineare Verbindung) zwischen Fluidanschlüssen darstellen, zum Beispiel eine mäanderförmige oder spiralförmige Kanalausgestaltung. In einem Zwischenspeichervolumen kann zum Beispiel ein Probenabschnitt zeitweise eingesperrt werden oder dort einer fluidischen Reaktorreaktion unterzogen werden. Hierfür kann in dem jeweiligen Fluidkanal eine Maßnahme vorgesehen werden, die den Fluidkanal als Reaktor prädestiniert und/oder ein zeitweises Absperren der zwischengespeicherten oder gepufferten Fluidmenge ermöglicht. Eine fluidische Mischeinrichtung kann zum Beispiel durch mehrere von einem Fluidanschluss abzweigende Kanäle unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlicher Durchmesser ausgestaltet sein, so dass durch die unterschiedlichen Kanäle fließende Fluidkomponenten unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten haben und dadurch ein hierin fluidisch eingekoppeltes Fluid im Ergebnis gemischt wird. Allerdings sind weitere oder andere Funktionen möglich.
[0057] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung mittels eines nichtselektiven oder unspezifischen Abscheideprozesses auf der jeweiligen Ventilkomponente ausgebildet werden. Mit anderen Worten braucht gemäß der beschriebenen Ausgestaltung nicht Sorge dafür getragen werden, dass die Beschichtung der jeweiligen Ventilkomponente ausschließlich an der Kontaktfläche ausgebildet wird. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren des Fluidventils erheblich, weil Maskierungsprozesse und dergleichen (die zum selektiven Ausbilden der Beschichtung nur an ausgewählten Stellen nötig wären) nicht anfallen. Zusätzlich hat das Beschichten von anderen Oberflächenbereichen der jeweiligen Ventilkomponente (zum Beispiel Fluidstrukturen wie Nuten, Fluidanschlüsse und/oder Durchgänge, welche zum Ausbilden des mindestens einen Fluidkanals beitragen) den Vorteil, dass dann auch diese Oberflächen mit einem bioinerten oder biokompatiblen Schutz versehen sind. Bei der Ausbildung der Beschichtung an der Oberfläche hat es sich also als herstellungstechnisch besonders einfach erwiesen, eine gesamte freiliegende Oberfläche der jeweiligen Ventilkomponente (oder einer Teilkomponente davon) mit der Beschichtung zu versehen. Dies hängt damit zusammen, dass solche Beschichtungen (zum Beispiel DLC) mit Abscheideverfahren (beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung (CVD), PACVD) ausgebildet werden können, bei denen die Beschichtung unspezifisch auf einer gesamten Oberfläche abgeschieden wird. Bei Gold ist dies oft ein galvanischer Prozess der gesamten freiliegenden Oberfläche einer jeweiligen Ventilkomponente. Diese herstellungstechnisch besonders einfache Beschichtung der gesamten freiliegenden Oberfläche einer jeweiligen Ventilkomponente bewirkt simultan, dass die gesamten technischen Vorteile der Beschichtung (Schmierung, Ausgleichsfähigkeit, Bioinertheit/Biokompatibilität, Bondfähigkeit, etc.) in unterschiedlichen Oberflächenbereichen einer jeweiligen Ventilkomponente zum Tragen kommen. Ein Zusatzaufwand (Maskierung, etc.) zum Beschränken der Beschichtung auf einzelne Oberflächenbereiche kann zusätzlich eingespart werden. [0058] 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. [0059] 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.
[0060] 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.
[0061 ] 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.
[0062] 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. [0063] 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.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0064] 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.
[0065] Figur 1 zeigt ein HPLC-System gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. [0066] Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Explosionsdarstellung eines Fluidventils gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0067] Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Explosionsdarstellung einer Rotoreinrichtung des Fluidventils gemäß Figur 2.
[0068] Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Stators bzw. Rotors eines Fluidventils gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0069] Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Rotoreinrichtung eines Fluidventils gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0070] Figur 6 zeigt eine Fluidverarbeitungsvorrichtung mit einem Fluidventil gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. [0071 ] Figur 7 bis Figur 10 zeigen als funktionelle Fluidbauteile ausgebildete Nuten einer Rotoreinrichtung eines Fluidventils gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0072] Figur 1 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines dreischichtigen Fluidventils gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0073] Figur 12 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Rotoreinrichtung und eines Teils einer Statoreinrichtung eines Fluidventils gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. [0074] Figur 13 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Rotoreinrichtung eines Fluidventils gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0075] Figur 14 zeigt eine Draufsicht der Rotoreinrichtung gemäß Figur 13.
[0076] Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch. [0077] 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.
[0078] Gemäß einem ersten Aspekt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung werden Fluidstrukturen einer Ventilkomponente (insbesondere einer Rotoreinrichtung oder einer Statoreinrichtung) in mehreren Ebenen (insbesondere an einer Kontaktfläche und im Inneren) einer Ventilkomponente geführt. Dadurch können die Dichte von Fluidstrukturen in einem Fluidventil erhöht, die Komplexität und die Zahl der Funktionen erhöht und somit die Kompaktheit des Systems verbessert werden. Gleichzeitig führt dies zu einer Verkürzung der Fluidwege und somit zu einem geringen Totvolumen des Fluidventils.
[0079] Gemäß einem anderen Aspekt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird zumindest ein Teil einer Oberfläche (insbesondere an einer Kontaktfläche zwischen zusammenwirkenden Ventilkomponenten, an einer Bondfläche zwischen Einzelkörpern einer Ventilkomponente, an einer Fluidstruktur einer Ventilkomponente, etc.) einer Ventilkomponente (insbesondere eine Statoreinrichtung oder eine Rotoreinrichtung) mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung versehen. Dies führt zu einer Schmierung (insbesondere Au-Co Schmierung bei Hartgold) sowie Ausgleichsfähigkeit an der Kontaktfläche, einer Biokompatibilität der Fluidstrukturen, einer mechanischen Robustheit des Fluidventils und einer Bondfähigkeit von Einzelelementen einer Ventilkomponente.
[0080] Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Fluidventil bereitgestellt, das vorzugsweise als ein Rotorventil bzw. Scherventil ausgebildet ist. Weiter vorzugsweise ist ein Oberflächenabschnitt, insbesondere der Rotorkomponente, eines solchen Rotorventils mit einer Goldplattierung versehen. Wenn die goldhaltige Beschichtung aus Hartgold ausgebildet ist, kann diese eine Vickershärte von 160 HV ± 20 HV haben. Ein anderer Oberflächenbereich insbesondere der Statorkomponente eines solchen Fluidventils kann mit einer DLC (Diamond Like Carbon)-Beschichtung versehen sein. Vorzugsweise ist ein Fluidventil in folgenden Konfigurationen geschaffen: Teflon® oder MoldFlon® auf DLC (bioinert); PEEK auf DLC (bioinert); Gold auf DLC oder Gold auf Gold (biokompatibel).
[0081 ] Herkömmliche Scherventile für HPLC-Anwendungen sind üblicherweise aus drei Kernkomponenten aufgebaut: Ein hartes Statorteil, ein zumeist weicheres Rotorteil sowie eine oder mehrere Federn, insbesondere Federscheiben (Krafteinheit). Besonders bei hohen Fluiddrücken (das heißt hohen Anpresskräften) führen diese Technologien unter anderem aufgrund nicht optimaler tribologischer Bedingungen (Paarungen), entweder hinsichtlich der weichen oder (zum Beispiel bei kohlefasergefülltem PEEK auf DLC) auch der härteren Komponente zu Einschränkungen hinsichtlich Verlässlichkeit und Dichtigkeit, so dass diese Komponenten häufiger ausgetauscht werden müssen. Diese Technologien machen es herkömmlich notwendig, insbesondere die weiche Komponente aufgrund starker Abnutzung häufig auszutauschen, da sich dadurch Einschränkungen hinsichtlich Verlässlichkeit und Dichtigkeit ergeben können.
[0082] Im Unterschied hierzu ist gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Fluidventil mit hoher Lebensdauer und niedrigem Verschleiß bereitgestellt. Insbesondere sind ein Scherventilrotor und ein Scherventilstator geschaffen, bei denen eine Beschichtungsprozedur und eine besondere Materialwahl vorgenommen werden können. Dadurch ist es möglich, Gold- und/oder und DLC-Beschichtungen auf Kontaktflächen einer solchen Rotorkomponente bzw. Statorkomponente vorzusehen, und durch eine solche Beschichtung ein Fluidventil mit hoher Lebensdauer zu schaffen. Insbesondere wird die Beschichtung einer Kontaktfläche einer der Ventilkomponenten mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Schicht vorgesehen, um eine hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich Druckstabilität bereitzustellen. Weiterhin schafft eine solche Beschichtung technische Vorteile hinsichtlich dem Bondingverhalten, der Stabilität über eine hohe Lebensdauer hinweg und der chemischen Robustheit bzw. Bioinertheit oder Biokompatibilität, wie sie insbesondere für Probentrennanwendungen hoch vorteilhaft ist.
[0083] Bei einer Ausgestaltung der Beschichtung als Doppelschicht kann eine innere Schicht (zum Beispiel Vorgold) zum Beispiel eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,1 μιη und 5 μιη haben, insbesondere zwischen 0,15 μιη und 0,5 μιη. Eine äußere Schicht (zum Beispiel Hartgold) kann zum Beispiel eine Dicke in einem Bereich zwischen 5 μιη und 50 μιη, insbesondere in einem Bereich zwischen 7 μιη und 10 μιη, haben. Die erstgenannte Schicht kann eine Reingoldschicht sein, wohingegen die zweitgenannte Schicht eine Hartgoldschicht sein kann.
[0084] Wenn beide einander gegenüberliegenden Kontaktflächen der beiden Ventilkomponenten eine Beschichtung aufweisen, ist das Vorsehen beider Kontaktflächen mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung vorteilhaft. Eine alternative vorteilhafte Konfiguration ist das Vorsehen einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Schicht auf einer der Kontaktflächen und das Beschichten mit einer Hartbeschichtung, zum Beispiel aus Diamant oder DLC, auf der anderen Ventilkomponente.
[0085] Eine erste Ventilkomponente, die insbesondere als Rotorkomponente ausgebildet sein kann, kann zum Reduzieren von Verschleiß und zum Bereitstellen einer hohen Fluiddichtigkeit, selbst unter Hochdruck, ausgebildet sein. Eine solche Ventilkomponente kann auch mit Lösungsmitteln kompatibel sein, wie sie bei der Flüssigchromatographie zum Einsatz kommen. Eine bioinerte bzw. biokompatible Eigenschaft einer solchen Ventilkomponente ist ebenfalls von Vorteil. Eine derartige Ventilkomponente kann auch eine hohe Lebensdauer eines Dichtelements bewirken. Im Falle eines Defekts kann eine solche Ventilkomponente auch eine angemessene Abführung von austretendem Fluid ermöglichen. [0086] Hinsichtlich der zweiten Ventilkomponente, die vorzugsweise als Statorkomponente ausgebildet ist, erlaubt die beschriebene Architektur das Vorsehen von hochflexiblen Fluidanschlüssen für Kapillaren oder dergleichen, sowie das Vorsehen von Rückschlagventilen, helikalen Windungen, etc. [0087] Das Ausbilden einer Ventilkomponente, die vorzugsweise als Rotorkomponente realisiert wird, kann dadurch erfolgen, dass zwei (oder mehr) Rotorelemente zunächst als separate Körper hergestellt werden. Ein erstes Rotorelement kann mit einer Nut auf einer vorderseitigen Hauptfläche und mit einer Nut auf einer rückseitigen Hauptfläche ausgebildet sein. Dieses Rotorelement kann außerdem ein oder mehrere Löcher in Form von Durchgängen oder Durchgangsbohrungen aufweisen, mit denen die vordere Hauptfläche mit der hinteren Hauptfläche fluidisch gekoppelt wird. Das andere Rotorelement kann zum Bedecken und Abdichten der hinteren Hauptfläche des ersten Rotorelements mittels Bondens ausgebildet sein. Es ist möglich, die Oberflächen von metallischen Rotorelementen mit Gold oder einem goldhaltigen und/oder platinhaltigen Material zu beschichten. Die beiden Rotorelemente (zum Beispiel Metallteile) der Rotoreinrichtung können dann aneinander gebondet werden, um eine einstückige Rotoreinrichtung mit vergrabener Kapillare (gebildet durch die abgedeckte Nut) zu erhalten. Das Bonden der beiden Rotorelemente aneinander kann insbesondere mittels Ultraschall- und/oder Thermokompressionsbondens durchgeführt werden. Beim Thermobonden werden die (vorzugsweise zuvor oberflächengereinigten und/oder oberflächenaktivierten) Rotorelemente bei erhöhter Temperatur bzw. erhöhtem Druck (gegebenenfalls Eintrag durch Ultraschallenergie) aufeinandergedrückt und verbinden sich dadurch zu einer einstückigen Struktur. Beim Ultraschallbonden kann das Ausbilden einer einstückigen Struktur durch das Zuführen von Ultraschall gefördert werden. Zudem ist es möglich, ein Dichtelement, zum Beispiel einen PTFE-Dichtring, an der Rotorkomponente anzubringen.
[0088] Jedes der beiden Rotorelemente kann aus einem der Materialien aus der folgenden Liste hergestellt werden: Stahl mit Goldbeschichtung; Polyetheretherketon (PEEK) und/oder kohlefasergefülltes PEEK (thermisch bondbar); Keramik (beidseitig bondbar); Teflonvollmaterial; Teflon® oder MoldFlon® mit Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) (beidseitig bondbar), optional gefüllt oder ungefüllt
(bondbar). Die Füllung kann mit Füllpartikeln erfolgen, welche die Verschleißfestigkeit und/oder die Druckstabilität der jeweiligen Ventilkomponente bzw. des jeweiligen Rotorelements erhöhen.
[0089] Das Ausbilden der vorzugsweise als Statorkomponente ausgebildeten zweiten Ventilkomponente kann mittels Beschichtens der inneren bzw. freiliegenden Oberflächen mit DLC (Diamond-Like Carbon) oder einem anderen harten Material hergestellt werden. Alternativ kann auch diese Oberfläche mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung versehen werden, wie jene der Rotorkomponente.
[0090] Mit einem solchen Fluidventil ist eine weitreichende Kompatibilität mit unterschiedlichsten Lösungsmitteln (zum Beispiel organischen Lösungsmitteln wie Ethanol oder anorganischen Lösungsmitteln) erreicht. Ferner kann ein unerwünschtes Probenverschleppen zwischen nacheinander durchgeführten Analysen, Messungen oder sonstigen Fluidverarbeitungsschntten mit einer solchen Ventilarchitektur vermieden werden. Es kann ein Fluidventil mit einer hohen Lebensdauer geschaffen werden. Außerdem ist eine potenzielle Gefahr eines Verlusts von fluidischem Probenmaterial mit der beschriebenen Ventilkonfiguration gemindert. Ein weiterer Vorteil dieser Architektur besteht darin, dass aufgrund des Vorsehens eines Dichtelements um einen Hochdruckdichtbereich herum im Falle einer Leckage eine Abfuhr austretenden Fluids durch einen Kanal in der Statoreinrichtung präzise definiert und kanalisiert werden kann.
[0091 ] Das Vorsehen der Rotoreinrichtung aus zwei Rotorelementen, von denen eine auf gegenüberliegenden Hauptflächen Nuten und einen diese verbindenden Durchgang hat, hat zusätzliche Vorteile. Auf diese Weise können, auf einer bezogen auf die Statorkomponente rückseitigen Hauptfläche des entsprechenden Rotorelements, fluidische Funktionen wie beispielsweise Restriktionen, Verzögerungsvolumina, feste Volumina für eine Injektion, oder überlagerte Funktionen auf unterschiedlichen Rotorradien durch ein brückenartiges Entkoppeln unterschiedlicher Fluidkanäle realisiert werden. Auf diese Weise können komplexe fluidische Strukturen mit geringen Dimensionen bereitgestellt werden. Es ist möglich, mit Fluidverbindungen bei unterschiedlichen Rotordurchmessern zu arbeiten, ohne Einschränkungen hinsichtlich der Schaltperformance zu haben. Der Grad an Freiheit bei der Entwicklung von Rotordichtungen ist hoch. [0092] Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines HPLC-Systems als Beispiel für ein Probentrenngerat 10, wie es zum Beispiel zur Flüssigkeitschromatographie verwendet werden kann. Eine Fluidpumpe 20 als Fluidantriebseinrichtung, die mit Lösungsmitteln aus einer Versorgungseinheit 25 versorgt wird, treibt eine mobile Phase durch eine Trenneinrichtung 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), die eine stationäre Phase beinhaltet. Ein Entgaser 27 kann die Lösungsmittel entgasen, bevor diese der Fluidpumpe 20 zugeführt werden. Eine Probenaufgabeeinheit 40 mit einem Schaltventil oder Fluidventil 95 ist zwischen der Fluidpumpe 20 und der Trenneinrichtung 30 angeordnet, um eine Probenflüssigkeit in den fluidischen Trennpfad einzubringen. Die stationäre Phase der Trenneinrichtung 30 ist dazu vorgesehen, Komponenten der Probe zu separieren. Ein Detektor, siehe Flusszelle 50, detektiert separierte Komponenten der Probe, und ein zwischengeschalteter Fraktionierer kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probe in dafür vorgesehene Behälter auszugeben. Nicht mehr benötigte Flüssigkeiten können in einen Abflussbehälter 60 ausgegeben werden.
[0093] Eine Steuereinheit 70 steuert die einzelnen Komponenten 20, 25, 27, 30, 40, 50, 60, 95 des Probentrenngeräts 10. Ausgestaltungen des Fluidventils 95 gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden bezugnehmend auf die weiteren Figuren nachfolgend beschrieben.
[0094] Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Fluidventils 95 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung in Explosionsdarstellung. Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Rotoreinrichtung 102 des Fluidventils 95 gemäß Figur 2 in einer Explosionsdarstellung. [0095] Das Fluidventil 95 eignet sich zum Beispiel zur Verwendung in einem Probentrenngerät 10, wie dem in Figur 1 dargestellten Flüssigchromatographiegerät. Das Fluidventil 95 weist eine erste Ventilkomponente auf, die als Rotoreinrichtung 102 ausgebildet ist und dessen Einzelteile in Figur 3 näher dargestellt sind. Das Fluidventil 95 weist ferner eine zweite Ventilkomponente auf, die als Statoreinrichtung 104 ausgebildet ist und mit der Rotoreinrichtung 102 zusammenwirkt. Die rotierbare Rotoreinrichtung 102 und die ortsfeste Statoreinrichtung 104 sind durch eine Rotationsbewegung der Rotoreinrichtung 102 relativ zueinander beweglich und derart eingerichtet, dass zwischen diesen ein oder mehrere schaltbare Fluidkanäle 106 gebildet sind (nur teilweise gezeigt in Figur 2). Zumindest ein Teil einer Kontaktfläche 108 der Rotoreinrichtung 102 und/oder zumindest ein Teil einer Kontaktfläche 108 der Statoreinrichtung 104 ist oder sind vorzugsweise mit einer goldhaltigen Beschichtung 1 10 versehen. Die Kontaktflächen 108 der Rotoreinrichtung 102 und der Statoreinrichtung 104 liegen einander gegenüber und können einander im Betrieb des Fluidventils 95 hochdruckfluiddicht berühren. Genauer gesagt, kann die goldhaltige Beschichtung 1 10 aus Hartgold gebildet sein, das Kobalt in einem Bereich zwischen 0,2 Gewichtprozent und 0,3 Gewichtprozent, ungefähr 0,7 Gewichtprozent Kohlenstoff und ansonsten im Wesentlichen nur Gold (etwa 99 Gewichtprozent) aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Beschichtung 1 10 der Rotoreinrichtung 102 Gold aufweist und die Beschichtung 1 10 der Statoreinrichtung 104 DLC (Diamond- Like-Carbon) aufweist. Dies bewirkt eine gute Schmierung an der Grenzfläche (d.h. den Kontaktflächen 108) zwischen den Ventilkomponenten 102, 104 als tribologisches Paar und folglich einen reibungsarmen Betrieb des Fluidventils 95. Bei geringen Fehlausrichtungen zwischen den beiden Ventilkomponenten 102, 104 sorgt die Beschichtung 1 10 für eine gewisse Ausgleichsfähigkeit und verlängert dadurch weiter die Lebensdauer des Fluidventils 95. Außerdem sorgt die Härte der Beschichtung 1 10 aus DLC für einen geringen Abrieb und einen folglich niedrigen Verschleiß. Im Bereich der Fluidkanäle 106 schafft die Beschichtung 1 10 eine zumindest biokompatible Oberfläche, die aggressiven Lösungsmitteln und biologischen Proben ohne Korrosion oder die unerwünschte Erzeugung nennenswerter chemischer Wechselwirkungsprodukte standhält. Wenn die beiden in Figur 3 dargestellten Rotorelemente 122, 124 mittels Bondens zu einer einstückigen Rotoreinrichtung 102 aneinandergefügt werden, fördert die Beschichtung 1 10 zwischen den Rotorelementen 122, 124 die Festigkeit an deren Grenzflächen. Um diese Vorteile besonders stark zur Geltung kommen zu lassen und aus Gründen einer einfachen Herstellbarkeit der Beschichtungen 1 10 durch ein nichtselektives Abscheiden kann die Beschichtung 1 10 mit Vorteil auf einer gesamten Oberfläche der Rotoreinrichtung 102 bzw. der Statoreinrichtung 104 ausgebildet sein.
[0096] Durch Bewegen der Rotoreinrichtung 102 gegenüber der Statoreinrichtung 104 können unterschiedliche Fluidkopplungszustände bzw. Fluidentkopplungszustände des mindestens einen Fluidkanals 106 eingestellt werden. Zum Beispiel können Fluidstrukturen 166 (wie zum Beispiel Nuten, Durchgänge, geschlossene Fluidleitungen, etc.) der Rotoreinrichtung 102 und korrespondierende Fluidstrukturen 168 (nicht gezeigt in Figur 2, zum Beispiel Nuten, geschlossene Fluidleitungen, Fluidanschlüsse, etc.) der Statoreinrichtung 104 in unterschiedlichen Schaltzuständen fluidisch miteinander gekoppelt oder voneinander fluidisch entkoppelt werden. Wie in Figur 2 gezeigt, weist die Statoreinrichtung 104 Fluidanschlüsse 120 (auch als Ports bezeichnet) auf, an die in Figur 2 nicht dargestellte Fluidbauteile (zum Beispiel Injektor 40, Fluidpumpe 20, Trenneinrichtung 30, vgl. Figur 1 ) fluidisch angeschlossen werden können. Dies kann zum Beispiel mittels Kapillarverbindungen und eines passenden Fittings bewerkstelligt werden (nicht gezeigt). Gemäß Figur 2 ist ferner ein ringförmiges Dichtelement 130 in eine korrespondierende Ringnut 133 der Rotoreinrichtung 102 eingelegt.
[0097] Wie in Figur 3 gezeigt, kann der rotorseitige Teil des mindestens einen Fluidkanals 106 durch die Fluidstrukturen 166 gebildet sein, die in dem ersten Rotorelement 122 gebildet sind und von denen ein Teil durch das zweite Rotorelement 124 durch Abdecken begrenzt wird. Hierfür kann das erste Rotorelement 122 an seiner gemäß Figur 3 unteren Hauptoberfläche mit dem zweiten Rotorelement 124 unter Ausbildung der einstückigen Rotoreinrichtung 102 gebondet und von diesem dadurch abgedeckt werden. Die Fluidstrukturen 166 enthalten (hier tangentiale) Nuten 1 18 an einer gemäß Figur 3 oberen Hauptoberfläche der Rotoreinrichtung 102, vertikale Durchgänge 126 zwischen den beiden Hauptoberflächen und einen (hier radialen) Leitungsabschnitt 128. Der Leitungsabschnitt 128 wird durch eine Nut in der gemäß Figur 3 unteren Hauptoberfläche des ersten Rotorelements 122 und eine im montierten Zustand daran angrenzende Hauptoberfläche des zweiten Rotorelements 124 gebildet. Enden der Durchgänge 126 und Enden des Leitungsabschnitts 128 sind miteinander fluidisch verbunden bzw. fallen zusammen, so dass ein U-förmiger Hohlraum gebildet ist.
[0098] Obgleich in Figur 3 nicht dargestellt, kann der statorseitige Teil des mindestens einen Fluidkanals 106 durch mindestens zwei Fluidanschlüsse 120 (siehe Figur 2) an der Statoreinrichtung 104 gebildet sein. In unterschiedlichen Schaltzuständen des Fluidventils 95 können die Fluidanschlüsse 120 in unterschiedliche fluidische Kopplungszustände (d.h. fluidisch gekoppelt oder fluidisch entkoppelt) mit den Nuten 1 18 bzw. den oberen Enden der Durchgänge 126 gebracht werden.
[0099] Wie in Figur 3 dargestellt, ist die Rotoreinrichtung 102 durch ein scheibenförmiges erstes Rotorelement 122 und ein scheibenförmiges zweites Rotorelement 124 gebildet, die unter Ausbildung eines einstückigen Körpers mittels Ultraschall- und/oder Thermokompressionsbondens zu der Rotoreinrichtung 102 gefügt werden können. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, definiert das den Leitungsabschnitt 128, die Nuten 1 18 und die Durchgänge 126 aufweisende erste Rotorelement 122 einen Teil des mindestens einen Fluidkanals 106, wohingegen das zweite Rotorelement 124 eine im gezeigten Ausführungsbeispiel durchgehende Abdeckung des ersten Rotorelements 122 bewirkt. Die Nuten 1 18 einerseits und der Leitungsabschnitt 128 andererseits erstrecken sich über unterschiedliche Radial- und Tangentialbereiche und in axial zueinander versetzten Ebenen der Rotoreinrichtung 102. Da sich die Nuten 1 18 und der Leitungsabschnitt 128 in unterschiedlichen Axialebenen der Rotoreinrichtung 102 erstrecken, bleiben diese stets fluidisch entkoppelt, obgleich sie sich über überlappende Radial- und/oder Tangentialbereiche hinweg erstrecken können. Auf diese Weise ist es möglich, komplexe fluidische Strukturen kompakt in der Rotoreinrichtung 102 zu integrieren. Anders ausgedrückt ist es durch die beschriebene Architektur unterschiedlicher Aussparungen in unterschiedlichen Axialebenen der Rotoreinrichtung 102 möglich, in unterschiedlichen Durchmesserbereichen der Rotoreinrichtung 102 in kompakter Weise und unter zuverlässiger Aufrechterhaltung einer fluidischen Entkopplung unterschiedliche fluidische Strukturen 106 auszubilden. Dies wird anders ausgedrückt dadurch bewerkstelligt, dass ein Teil 170 der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 in auf eine Rotationsachse 162 bezogener Axialrichtung 164 gegenüber der ebenen Kontaktfläche 108 versetzt ist. Dadurch überlappen dieser Teil 170 und ein anderer Teil 172 der Fluidstrukturen 166 an der Kontaktfläche 108 der Rotoreinrichtung 102 bei Blick entlang der Axialrichtung 164. Die als Rotoreinrichtung 102 ausgebildete erste Ventilkomponente kann sich beim Schaltbetrieb in einer Drehrichtung 163 (oder in umgekehrter Richtung) drehen, um unterschiedliche fluidische Kopplungszustände mit der Statoreinrichtung 104 auszubilden. Der Teil 170 der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 befindet sich an der gemäß Figur 3 unteren Hauptoberfläche des ersten Rotorelements 122, wohingegen sich der andere Teil 172 der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 an der gemäß Figur 3 oberen Hauptoberfläche des ersten Rotorelements 122 befindet und daher unmittelbar an die Kontaktfläche 108 der Statoreinrichtung 104 des Fluidventils 95 angrenzt.
[00100] Wie am besten in Figur 3 zu erkennen ist, weist das Fluidventil 95 ferner Leak-Dichtelement 130 auf, das zum fluidischen Dichten zwischen der Rotoreinrichtung 102 und der Statoreinrichtung 104 angeordnet ist. Hierfür kann das als Leak-Dichtring ausgebildete Dichtelement 130 in Ringnut 133 der Rotoreinrichtung 102 eingesetzt werden. Das Dichtelement 130 kann zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder einem PTFE und EPDM Verbund oder einem anderen tribologischen Paar hergestellt werden. [00101 ] Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fluidventils 95 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[00102] Wie einem Detail 131 in Figur 4 zu entnehmen ist, kann die Beschichtung 1 10 der Rotoreinrichtung 102 (alternativ oder ergänzend der Statoreinrichtung 104) mehrere Schichten 1 12, 1 14 aufweisen. Gemäß Figur 4 ist eine erste Schicht 1 12 aus Reingold direkt auf einem Grundkörper 1 16 (aus Stahl) der Rotoreinrichtung 102 gebildet. Eine zweite Schicht 1 14 auf der ersten Schicht 1 12 weist Hartgold auf. Hingegen zeigt Detail 137 in Figur 4, dass die Beschichtung 1 10 der Statoreinrichtung 104 (alternativ oder ergänzend der Rotoreinrichtung 102) als Monoschicht auf einem Grundkörper 1 16 (zum Beispiel ebenfalls aus Stahl) ausgebildet sein kann. Die Monoschicht kann zum Beispiel Hartgold, DLC oder Diamant aufweisen. Es ist möglich, dass eine oder beide Ventilkomponenten 102, 104 mit genau einer oder mit mehreren Schichten 1 12, 1 14 beschichtet ist oder sind, und dass diese Beschichtungen 1 10 identisch oder unterschiedlich sind. Besonders bevorzugt sind die Kombinationen Hartgold-Hartgold und Hartgold-DLC. [00103] Figur 4 zeigt, dass alle freiliegenden Oberflächen der Statoreinrichtung 104, welche die zweite Ventilkomponente bildet, und der Rotoreinrichtung 102, welche die erste Ventilkomponente bildet, mit der jeweiligen Beschichtung 1 10 bedeckt sind. Anders ausgedrückt wird die jeweilige Beschichtung 1 10 mit einem Verfahren (zum Beispiel Bedampfen, chemische Gasphasenabscheidung, PACVD, etc.) hergestellt, bei dem die Beschichtung 1 10 mittels eines nichtselektiven Abscheideprozesses auf der jeweiligen Ventilkomponente 102, 104 ausgebildet wird. Dies ist herstellungstechnisch einfach, da dann das Beschichten mit einer einfachen Prozessführung erfolgen kann. Eine selektive Beschichtung nur bestimmter Oberflächenbereiche ist dann entbehrlich. Die Beschichtung 1 10 hat nicht nur auf den Kontaktflächen 108, sondern auch auf den Oberflächen der Fluidstrukturen 166, 168 vorteilhafte Wirkungen, wie oben beschrieben.
[00104] Auch gemäß Figur 4 sind in Projektion auf die dortige vertikale Achse überlappende und zueinander axial versetzte Fluidstrukturen 166, 168 gezeigt, die voneinander fluidisch entkoppelt sind. Dadurch ist das Fluidventil 95 gemäß Figur 4 kompakt, flexibel gestaltbar, zeigt eine hohe fluidtechnische Performance und erlaubt kurze Fluidwege.
[00105] Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer als Rotoreinrichtung 102 ausgebildeten ersten Ventilkomponente eines Fluidventils 95 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[00106] Figur 5 zeigt, wie zwei Rotorelemente 122, 124 der ersten Ventilkomponente 102 einen integralen einstückigen Körper bilden, nachdem sie mittels Ultraschall- und/oder Thermokompressionsbondens aneinander befestigt worden sind.
[00107] Bei dem Fluidventil 95 gemäß Figur 5 liegt der (mit einer in Figur 5 nicht gezeigten zweiten Ventilkomponente 104 fluiddicht zusammenwirkenden) Kontaktfläche 108 der Rotoreinrichtung 102 als ein anderer Teil einer hier inneren Oberfläche der Rotoreinrichtung 102 eine parallele Gegenfläche 183 mit einer Fluidstruktur 166 gegenüber. Die Gegenfläche 183 begrenzt das Rotorelement 122 und liegt an dieser an dem Rotorelement 124 an. Sowohl die Fluidstrukturen 166 als auch die Gegenfläche 183 sind mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung 1 10 versehen.
[00108] Die Gegenfläche 183 des Rotorelements 122 ist an der Beschichtung 1 10 mit einem Abdeckkörper in Form des Rotorelements 124 thermogebondet und/oder ultraschallgebondet. Die Fähigkeit der Rotorelemente 122, 124 mittels Thermobondens (d.h. Aneinanderdrücken bei erhöhter Temperatur bzw. erhöhtem Energieeintrag) und/oder Ultraschallbondens (das heißt Bonden durch das Zuführen von Ultraschall) miteinander trennfest verbunden zu werden, wird durch die goldhaltige Beschichtung 1 10 deutlich erhöht. Dadurch wird auch die Druckstabilität des Fluidventils 95 erhöht.
[00109] Indem die Wandungen des Rotorelements 122, welche die Fluidstrukturen 166 und folglich auch eines Teils der Fluidleitungen 106 begrenzen, mit der goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung 1 10 bedeckt sind, werden biokompatible Fluidleitungen 106 geschaffen. Diese erlauben einen Transport selbst aggressiver Fluide (zum Beispiel Lösungsmittel oder biologische Flüssigkeiten), ohne das Fluidventil 95 oder die Fluide zu schädigen. Auch ist mit einer solchen Beschichtung 1 10 aus dem reaktionsträgen Edelmetall Gold eine Korrosion des Fluidventils 95 stark unterdrückt.
[001 10] Figur 6 zeigt eine Fluidverarbeitungsvorrichtung 1 1 1 mit einem Fluidventil 95 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[001 1 1 ] Eine Nadel 141 ist in einem Sitz 143 angeordnet und kann aus diesem herausgefahren werden (nicht gezeigt), um fluidische Probe aus einem Probenbehälter (nicht gezeigt) einzuziehen und nach Zurückfahren in den Sitz 143 über das Fluidventil 95 in einen fluidischen Pfad mit einem fluidischen Reaktor 199 zu injizieren. Beim Einziehen der Probe durch die Nadel 141 kann die Probe zeitweise in einem Zwischenspeichervolumen 147, einer sogenannten Sample Loop, zwischengespeichert werden. Das Einziehen der Probe kann durch eine Dosierpumpe 149 bewerkstelligt werden. Ein Kolben derselben kann zum Einziehen in einer Kolbenkammer zurückfahren und zum Injizieren nach vorne fahren. Ferner sind in Figur 6 ein Waste 165, eine fluidische Restriktion 167, Rückschlagventile 169 und ein Flüssigkeitsbehälter 171 gezeigt. Um die Fluidverarbeitungsvorrichtung 1 1 1 zu betreiben, ist das Fluidventil 95 mit Nuten 1 18 und Fluidanschlüssen 120 versehen, die in einer Rotoreinrichtung 102 bzw. einer Statoreinrichtung 104 in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Insbesondere ist ein Leitungsabschnitt 128 als Teil 170 von Fluidleitungen 106 gegenüber einer Papierebene von Figur 6 nach unten versetzt, wohingegen ein anderer Teil 172 der Fluidleitungen 106 auch in der Papierebene von Figur 6 verlaufen kann. Indem insbesondere die radial verlaufende Nut entsprechend Leitungsabschnitt 128 in einer anderen axialen Ebene angeordnet ist als die Fluidanschlüsse 120 gemäß Teil 172 (und als die tangentialen Nuten 1 18 zwischen den Fluidanschlüssen 120), ist ein rotatorisches Schalten des Fluidventils 95 ermöglicht, ohne dass der Leitungsabschnitt 128 gemäß dem Teil 170 dabei unerwünscht zeitweise mit den Fluidanschlüssen 120 gemäß dem anderen Teil 172 fluidisch gekoppelt wird.
[001 12] Figur 7 bis Figur 10 zeigen als funktionelle Fluidbauteile ausgebildete Nuten 1 18 einer Rotoreinrichtung 102 eines Fluidventils 95 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 7 bis Figur 10 zeigen, welche zusätzlichen fluidischen Funktionen eine Nut 1 18 erfüllen kann, die in einer der Statoreinrichtung 104 abgewandten Hauptfläche der Rotoreinrichtung 102 angeordnet sein kann. Mittels eines entsprechenden Fluidkanals 106 kann zum Beispiel zumindest eine Funktion aus einer Gruppe bereitgestellt werden, die besteht aus einer fluidischen Restriktion, einer fluidischen Verzögerungseinrichtung zum Verzögern eines Fluidflusses, einem Zwischenspeichervolumen zum Zwischenspeichern einer vordefinierten Fluidmenge, und einer fluidischen Mischeinrichtung, etc. [001 13] Gemäß Figur 7 ist ein fluidisches Zwischenspeichervolumen bereitgestellt. Eine fluidische Restriktion durch einen lokal reduzierten Nutdurchmesser ist in Figur 8 dargestellt. In Figur 9 ist eine Mischeinrichtung vorgesehen, die zwischen zwei Fluidanschlüssen 126 mehrere fluidische Pfade unterschiedlicher Durchmesser und unterschiedlicher Länge vorsieht, damit in die verschiedenen Pfade eingekoppelte unterschiedliche Fluidportionen durch unterschiedliche Laufzeiten gemischt werden können. Gemäß Figur 10 ist eine fluidische Verzögerungseinrichtung geschaffen, da der Pfad zwischen den beiden Fluidanschlüssen 126 durch eine spiralförmige Nut im Vergleich zu einer linearen Direktverbindung künstlich verlängert ist. [001 14] Figur 11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fluidventils 95 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. [001 15] In Figur 1 1 ist dargestellt, dass eine Rotoreinrichtung 102 auch durch mehr als zwei Rotorelemente 122, 124 (hier durch drei gebondete Rotorelemente 122, 124, 199) gebildet sein kann. Zusätzlich ist gemäß Figur 1 1 ein drittes Rotorelement 199 vorgesehen, welches das Ausbilden auch noch komplexerer fluidischer Strukturen ermöglicht.
[001 16] Figur 12 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Rotoreinrichtung 102 und eines Teils einer Statoreinrichtung 104 eines Fluidventils 95 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[001 17] Das in Figur 12 dargestellte Fluidventil 95 ist ebenfalls für einen Betrieb mit einem Probentrenngerät 10 ausgebildet und weist eine im Detail dargestellte Rotoreinrichtung 102 mit Fluidstrukturen 166 auf. Nur teilweise und schematisch dargestellt ist eine mit der Rotoreinrichtung 102 kooperierende Statoreinrichtung 104 mit Fluidstrukturen 168, von denen in Figur 12 nur ein Fluidanschluss 120 gezeigt ist. Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Rotoreinrichtung 102 und die Statoreinrichtung 104 an korrespondierenden Kontaktflächen 108 miteinander fluiddicht gekoppelt und um eine Rotationsachse 162 relativ zueinander rotierfähig (siehe Drehpfeil 193). Obgleich dies im Detail in Figur 12 nicht dargestellt ist, kann in bestimmten Rotationszuständen mittels der Fluidstrukturen 166, 168 ein durch die Kontaktfläche 108 hindurch verlaufender Fluidkanal 106 gebildet werden. Die hierfür eingesetzten Fluidstrukturen 168 der Statoreinrichtung 104, nämlich mit Austrittsöffnungen 191 (auf Radius R1 bzw. R2) der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 an der Kontaktfläche 108 in Deckung gebrachte weitere Fluidanschlüsse 120, sind in Figur 12 nicht dargestellt.
[001 18] Ein Teil 170 der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 ist in auf die Rotationsachse 162 bezogener Axialrichtung 164 gegenüber der Kontaktfläche 108 versetzt, so dass in zumindest einem Rotationszustand des Fluidventils 95 dieser Teil 170 und ein anderer Teil 172 der Fluidstrukturen 168 der Statoreinrichtung 104 (nämlich der in Figur 12 dargestellte Fluidanschluss 120 auf Radius R3) bei Blick entlang der Axialrichtung 164 überlappen bzw. sogar fluchten. Dies ist dann der Fall, wenn gegenüber der Darstellung gemäß Figur 12 die Rotoreinrichtung 102 und die Statoreinrichtung 104 relativ zueinander um einen Winkel α verdreht worden sind. In dem letztgenannten Rotationszustand überlappen bzw. fluchten der Teil 170 und der andere Teil 172 bei Blick entlang der Axialrichtung 164, ohne miteinander fluidisch gekoppelt zu sein.
[001 19] Obgleich dies in Figur 12 nicht dargestellt ist, erlaubt das Hindurchführen der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 entlang einem Inneren der Rotoreinrichtung 102 auch, dass der andere Teil 172 durch mehrere Fluidanschlüsse 120 der Statoreinrichtung 104 gebildet sein kann, die auf zumindest zwei unterschiedlichen Radien, bezogen auf die Rotationsachse 162, angeordnet sein können. Eine Konfiguration mit Fluidanschlüssen 120 auf unterschiedlichen Radien ist zum Beispiel in Figur 6 dargestellt. [00120] Gemäß Figur 12 erstreckt sich der Teil 170 von einem ersten Radius R1 bis zu einem zweiten Radius R2 der Rotoreinrichtung 102. Der andere Teil 172 ist auf einem dritten Radius R3 angeordnet, der größer als der erste Radius R1 und kleiner als der zweite Radius R2 ist. Die Radien R1 , R2, R3 sind allesamt auf die Rotationsachse 162 bezogen. [00121 ] Wie in Figur 5 kann auch in Figur 12 der eine Teil 170 durch eine Nut 1 18 in einem ersten Rotorelement 122 der Rotoreinrichtung 102 gebildet sein, welche Nut 1 18 durch ein zweites Rotorelement 124 abgedeckt ist. Auf diese Weise kann mit geringem Herstellungsaufwand eine im Inneren der Rotoreinrichtung 102 vollumfänglich durch Material der Rotoreinrichtung 102 begrenzte Kapillare oder fluidische Strecke gebildet werden.
[00122] Der axial versetzte Teil 170 der Fluidstrukturen 166 kann sich in Radialrichtung der Rotoreinrichtung 102 erstrecken und begrenzt dennoch nicht die Designfreiheit dahingehend, Fluidanschlüsse 120 der Statoreinrichtung 104 auf allen gewünschten Radien vorzusehen. Dadurch kann ungeachtet der Erstreckung des Teils 170 über einen großen radialen Bereich hinweg ein Vorsehen und freies Bewegen der Rotoreinrichtung 102 entlang beliebig anbringbarer Fluidanschlüsse 120 der Statoreinrichtung 104 erfolgen, ohne dass beim Schalten vorübergehend eine unerwünschte fluidische Kopplung zwischen den gezeigten Fluidstrukturen 166 und 168 erfolgt.
[00123] Zumindest ein Teil der Kontaktfläche 108 von zumindest einer der Rotoreinrichtung 102 und der Statoreinrichtung 104 kann auch gemäß Figur 12 mit einer Beschichtung 1 10 versehen sein, wie bezugnehmend auf Figur 2 bis Figur 5 beschrieben.
[00124] Figur 13 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Rotoreinrichtung 102 eines Fluidventils 95 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 14 zeigt eine Draufsicht der Rotoreinrichtung 102 gemäß Figur 13.
[00125] Bei dem Fluidventil 95 gemäß Figur 13 und Figur 14 ist auch der andere Teil 172 den Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 zugehörig. Der andere Teil 172 ist ferner gegenüber dem Teil 170 der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 in auf die Rotationsachse 162 bezogener Axialrichtung 164 gegenüber der Kontaktfläche 108 versetzt. Genauer gesagt ist der andere Teil 172 der Fluidstrukturen 166 an der Kontaktfläche 108 und in der Papierebene gemäß Figur 14 angeordnet. Der Teil 170 ist als radial verlaufender Abschnitt einer der Fluidstrukturen 166 ausgebildet, der unterhalb der Papierebene gemäß Figur 14 angeordnet ist. Der andere Teil 172 ist als Kreisringsegment einer anderen der Fluidstrukturen 166 ausgebildet. Genauer gesagt ist gemäß Figur 13 und Figur 14 der andere Teil 172 der Fluidstrukturen 166 eine Nut 1 18 der Rotoreinrichtung 102 an der Kontaktfläche 108. Die Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 haben darüber hinaus zwei zueinander parallele und sich in Axialrichtung 164 erstreckende Durchgänge 126 durch die Rotoreinrichtung 102 von der Kontaktfläche 108 bis zu dem Teil 170. Die Durchgänge 126 und der Teil 170 bilden dadurch einen im Wesentlichen U-förmigen Bypass für den zumindest einen anderen Teil 172, der von dem Teil 170 fluidisch entkoppelt ist. Dadurch ist es ermöglicht, dass ein erstes Fluid durch den Teil 170 fließt, während unabhängig davon ein zweites Fluid durch den anderen Teil 172 fließt. Die zugehörigen fluidischen Kanäle sind auf engstem Raum untergebracht und erlauben ein kompaktes Design.
[00126] Der axial versetzte Teil 170 der Fluidstrukturen 166 kann sich in Radialrichtung der Rotoreinrichtung 102 erstrecken und begrenzt dennoch nicht die Designfreiheit dahingehend, den anderen Teil 172 der Fluidstrukturen 166 auf allen gewünschten Radien vorzusehen. Dadurch kann ungeachtet der Erstreckung des Teils 170 über einen großen radialen Bereich hinweg ein Vorsehen des anderen Teils 172 der Rotoreinrichtung 102 entlang im Wesentlichen beliebig wählbarer Raumbereiche erfolgen, ohne dass eine unerwünschte fluidische Kopplung zwischen den gezeigten Fluidstrukturen 166 und 168 erfolgt.
[00127] Zumindest ein Teil der Kontaktfläche 108 von zumindest einer der Rotoreinrichtung 102 und der Statoreinrichtung 104 kann auch gemäß Figur 13 und Figur 14 mit einer Beschichtung 1 10 versehen sein, wie bezugnehmend auf Figur 2 bis Figur 5 beschrieben.
[00128] Figur 13 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Rotoreinrichtung 102 eines Fluidventils 95 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 14 zeigt eine Draufsicht der Rotoreinrichtung 102 gemäß Figur 13.
[00129] Bei dem Fluidventil 95 gemäß Figur 13 und Figur 14 ist auch der andere Teil 172 den Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 zugehörig. Der andere Teil 172 ist ferner gegenüber dem Teil 170 der Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 in auf die Rotationsachse 162 bezogener Axialrichtung 164 gegenüber der Kontaktfläche 108 versetzt. Genauer gesagt ist der andere Teil 172 der Fluidstrukturen 166 an der Kontaktfläche 108 und in der Papierebene gemäß Figur 14 angeordnet. Der Teil 170 ist als radial verlaufender Abschnitt einer der Fluidstrukturen 166 ausgebildet, der unterhalb der Papierebene gemäß Figur 14 angeordnet ist. Der andere Teil 172 ist als Kreisringsegment einer anderen der Fluidstrukturen 166 ausgebildet. Genauer gesagt ist gemäß Figur 13 und Figur 14 der andere Teil 172 der Fluidstrukturen 166 eine Nut 1 18 der Rotoreinrichtung 102 an der Kontaktfläche 108. Die Fluidstrukturen 166 der Rotoreinrichtung 102 haben darüber hinaus zwei zueinander parallele und sich in Axialrichtung 164 erstreckende Durchgänge 126 durch die Rotoreinrichtung 102 von der Kontaktfläche 108 bis zu dem Teil 170. Die Durchgänge 126 und der Teil 170 bilden dadurch einen im Wesentlichen U-förmigen Bypass für den zumindest einen anderen Teil 172, der von dem Teil 170 fluidisch entkoppelt ist. Dadurch ist es ermöglicht, dass ein erstes Fluid durch den Teil 170 fließt, während unabhängig davon ein zweites Fluid durch den anderen Teil 172 fließt. Die zugehörigen fluidischen Kanäle sind auf engstem Raum untergebracht und erlauben ein kompaktes Design.
[00130] Der axial versetzte Teil 170 der Fluidstrukturen 166 kann sich in Radialrichtung der Rotoreinrichtung 102 erstrecken und begrenzt dennoch nicht die Designfreiheit dahingehend, den anderen Teil 172 der Fluidstrukturen 166 auf allen gewünschten Radien vorzusehen. Dadurch kann ungeachtet der Erstreckung des Teils 170 über einen großen radialen Bereich hinweg ein Vorsehen des anderen Teils 172 der Rotoreinrichtung 102 entlang im Wesentlichen beliebig wählbarer Raumbereiche erfolgen, ohne dass eine unerwünschte fluidische Kopplung zwischen den gezeigten Fluidstrukturen 166 und 168 erfolgt.
[00131 ] Zumindest ein Teil der Kontaktfläche 108 von zumindest einer der Rotoreinrichtung 102 und der Statoreinrichtung 104 kann auch gemäß Figur 13 und Figur 14 mit einer Beschichtung 1 10 versehen sein, wie bezugnehmend auf Figur 2 bis Figur 5 beschrieben.
[00132] 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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Fluidventil (95) für ein Probentrenngerät (10), wobei das Fluidventil (95) aufweist:
eine Rotoreinrichtung (102) mit mindestens einer Fluidstruktur (166);
eine Statoreinrichtung (104) mit mindestens einer Fluidstruktur (168);
wobei die Rotoreinrichtung (102) und die Statoreinrichtung (104) an einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (108) miteinander fluiddicht gekoppelt und um eine Rotationsachse (162) relativ zueinander rotierfähig sind, um zumindest in einem Rotationszustand mittels der Fluidstrukturen (166, 168) einen durch die Kontaktflächen (108) verlaufenden Fluidkanal (106) zu bilden;
wobei zumindest ein Teil (170) der mindestens einen Fluidstruktur (166) der Rotoreinrichtung (102) in auf die Rotationsachse (162) bezogener Axialrichtung (164) gegenüber den Kontaktflächen (108) versetzt ist, so dass in zumindest einem Rotationszustand des Fluidventils (95) dieser Teil (170) und zumindest ein anderer Teil (172) der mindestens einen Fluidstruktur (166, 168) der Rotoreinrichtung (102) und/oder der Statoreinrichtung (104) bei Blick entlang der Axialrichtung (164) zumindest teilweise überlappen.
2. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 1 , wobei in dem zumindest einen Rotationszustand, in dem die zumindest teilweise Überlappung auftritt, der zumindest eine Teil (170) und der zumindest eine andere Teil (172) voneinander fluidisch entkoppelt sind.
3. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine andere Teil (172) durch mindestens einen Fluidanschluss (120) der
Statoreinrichtung (104) gebildet ist.
4. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 3, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
wobei der zumindest eine andere Teil (172) durch mehrere Fluidanschlüsse
(120) der Statoreinrichtung (104) gebildet ist, die zumindest auf zwei
unterschiedlichen Radien der Statoreinrichtung (104) angeordnet sind;
wobei sich der zumindest eine Teil (170) von einem ersten Radius (R1 ) bis zu einem zweiten Radius (R2) der Rotoreinrichtung (102), insbesondere radial, erstreckt und der zumindest eine andere Teil (172) auf einem dritten Radius (R3) angeordnet ist, der größer als der erste Radius (R1 ) und kleiner als der zweite Radius (R2) ist, wobei die Radien (R1 , R2, R3) auf die Rotationsachse (162) bezogen sind.
5. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine andere Teil (172) der mindestens einen Fluidstruktur (166) der Rotoreinrichtung (102) zugehörig ist und gegenüber dem zumindest einen Teil (170) der mindestens einen Fluidstruktur (166) der Rotoreinrichtung (102) in auf die Rotationsachse (162) bezogener Axialrichtung (164) versetzt ist.
6. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 5, wobei der zumindest eine andere Teil (172) der mindestens einen Fluidstruktur (166) an der Kontaktfläche (108) der Rotoreinrichtung (102) angeordnet ist, wobei insbesondere der zumindest eine andere Teil (172) der mindestens einen Fluidstruktur (166) eine Nut (1 18) an der Kontaktfläche (108) der Rotoreinrichtung (102) ist.
7. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 6 oder 5, wobei die mindestens eine Fluidstruktur (166) der Rotoreinrichtung (102) mindestens einen Durchgang (126) durch die Rotoreinrichtung (102) von deren Kontaktfläche (108) bis zu dem zumindest einen Teil (170) aufweist.
8. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 7, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
wobei der mindestens eine Durchgang (126) und der zumindest eine Teil (170) einen Bypass für den zumindest einen anderen Teil (172) bilden;
wobei zwei Durchgänge (126) und ein dieser verbindende Teil (170) vorgesehen sind, die gemeinsam im Querschnitt eine im Wesentlichen U-förmige Struktur bilden.
9. Das Fluidventil (95) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
wobei der zumindest eine Teil (170) durch eine Nut (1 18) in einem ersten Rotorelement (122) der Rotoreinrichtung (102) gebildet ist, welche Nut (1 18) durch ein zweites Rotorelement (124) der Rotoreinrichtung (102) abgedeckt ist;
wobei sich der zumindest eine Teil (170) in Radialrichtung der
Rotoreinrichtung (102) erstreckt.
10. Das Fluidventil (95) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der
Kontaktfläche (108) von zumindest einer der Rotoreinrichtung (102) und der
Statoreinrichtung (104) eine insbesondere zu dieser Kontaktfläche (108) parallele Gegenfläche (183) mit mindestens einer der Fluidstrukturen (166, 168)
gegenüberliegt.
1 1 . Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 10, wobei zumindest ein Teil der Gegenfläche (183) mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung (1 10) versehen ist.
12. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 1 1 , wobei die Gegenfläche (183) an der Beschichtung (1 10) mit einem Abdeckkörper (124) gebondet ist.
13. Das Fluidventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest ein Teil einer Oberfläche, insbesondere zumindest ein Teil von zumindest einer der
Kontaktflächen (108), von zumindest einer der Rotoreinrichtung (102) und der Statoreinrichtung (104) mit einer goldhaltigen und/oder platinhaltigen Beschichtung (1 10) versehen ist. 14. Das Fluidventil (95) gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei zumindest ein Teil der Beschichtung (1 10) Hartgold aufweist oder daraus besteht.
15. Das Fluidventil (95) gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei zumindest ein Teil der Beschichtung (1 10) Kobalt in einem Bereich zwischen 0,05
Gewichtprozent und 1 Gewichtprozent, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,2 Gewichtprozent und 0,3 Gewichtprozent, und ansonsten Gold aufweist.
16. Das Fluidventil (95) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei zumindest ein Teil der Kontaktfläche (108) der Rotoreinrichtung (102) und zumindest ein Teil der Kontaktfläche (108) der Statoreinrichtung (104) mit Beschichtungen (1 10) aus unterschiedlichen Materialien versehen sind.
17. Das Fluidventil (95) gemäß Anspruch 16, wobei die andere Beschichtung (1 10) aus dem anderen Material eine höhere Härte als die Beschichtung (1 10) hat, insbesondere Diamant oder Diamond-Like Carbon aufweist oder daraus besteht.
18. Probentrenngerät (10) zum Trennen einer fluidischen Probe, wobei das Probentrenngerät (10) aufweist:
einen Fluidantrieb (20) zum Antreiben der in einer mobilen Phase
befindlichen fluidischen Probe;
ein Fluidventil (95) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Einleiten der fluidischen Probe in die mobile Phase;
eine Probentrenneinrichtung (30) zum Trennen der in der mobilen Phase befindlichen fluidischen Probe.
19. Das Probentrenngerät (10) gemäß Anspruch 18, ferner aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
die Probentrenneinrichtung (30) ist als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet;
das Probentrenngerät (10) ist zum Analysieren von zumindest einem physikalischen, chemischen und/oder biologischen Parameter von zumindest einer Fraktion der fluidischen Probe konfiguriert;
das Probentrenngerät (10) weist zumindest eines aus der Gruppe auf, die besteht aus einem Detektorgerät, einem Gerät zur chemischen, biologischen und/oder pharmazeutischen Analyse, einem Flüssigchromatografiegerät und einem HPLC-Gerät;
der Fluidantrieb (20) ist zum Antreiben der mobilen Phase mit einem hohen Druck konfiguriert;
der Fluidantrieb (20) ist zum Antreiben der mobilen Phase mit einem Druck von mindestens 100 bar, insbesondere von mindestens 500 bar, weiter
insbesondere von mindestens 1000 bar, konfiguriert;
das Probentrenngerät (10) ist als mikrofluidisches Gerät konfiguriert;
das Probentrenngerät (10) ist als nanofluidisches Gerät konfiguriert; das Probentrenngerät (10) ist als präparatives Gerät konfiguriert; das Probentrenngerät (10) weist eine Injektoreinrichtung (40) mit dem
Fluidventil (95) zum Einleiten der fluidischen Probe in einen fluidischen Pfad zwischen dem Fluidantrieb (20) und der Probentrenneinrichtung (30) auf;
das Probentrenngerät (10) weist einen Detektor (50), insbesondere einen
Fluoreszenzdetektor oder UV-Absorptionsdetektor, zum Detektieren der getrennten fluidischen Probe auf;
das Probentrenngerät (10) weist einen Probenfraktionierer oder einen
Abflussbehälter (60) zum Fraktionieren der getrennten fluidischen Probe auf.
20. Verfahren zum Herstellen eines Fluidventils (95) für ein Probentrenngerät (10), wobei das Verfahren aufweist:
Bereitstellen einer Rotoreinrichtung (102) mit mindestens einer Fluidstruktur
(166);
Bereitstellen einer Statoreinrichtung (104) mit mindestens einer Fluidstruktur
(168);
Anordnen der Rotoreinrichtung (102) und der Statoreinrichtung (104) derart, dass diese an einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (108) miteinander fluiddicht gekoppelt und um eine Rotationsachse (162) relativ zueinander rotierfähig sind, um zumindest in einem Rotationszustand mittels der Fluidstrukturen (166, 168) einen durch die Kontaktflächen (108) verlaufenden Fluidkanal (106) zu bilden;
wobei die Rotoreinrichtung (102) und die Statoreinrichtung (104) derart ausgebildet und angeordnet werden, dass zumindest ein Teil (170) der mindestens einen Fluidstruktur (166) der Rotoreinrichtung (102) in auf die Rotationsachse (162) bezogener Axialrichtung (164) gegenüber den Kontaktflächen (108) versetzt ist, so dass in zumindest einem Rotationszustand des Fluidventils (95) dieser Teil (170) und zumindest ein anderer Teil (172) der mindestens einen Fluidstruktur (166, 168) der Rotoreinrichtung (102) und/oder der Statoreinrichtung (104) bei Blick entlang der Axialrichtung (164) zumindest teilweise überlappen.
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