具有轴向角补偿件的阀的制作方法

本发明涉及一种阀、尤其用于hplc的阀。

背景技术：

1、在高效液相色谱(high performance liquid chromatographie-hplc)中，液体必须在通常非常严格控制的流速(例如在每分钟纳升至毫升范围中)下以及在可感知到液体可压缩性的高压(通常20-100mpa、200-1000bar并且更高直至目前例如200mpa、2000bar)下被输送。关于在hplc系统中的液体分开，在操作中具有包括待分开的组分的样本液体的流动相被驱动通过固定相(如色谱柱)，以这种方式分开样本的不同组分。流动相的组成部分在此可随时间保持恒定(等度模式)或可随时间改变(例如在所谓的梯度模式中)。

2、在多种hplc应用中的问题可能是流动路径的流体密封，尤其在流动相的高压下流动路径的流体密封。这尤其在流动路径可至少暂时分开的部位处适用，例如在用于不同流体元件的机械连接的阀或所谓的配件中。

3、阀通常应用在hplc应用中以建立或中断一条或多条流动路径。对此通常合适的是旋转阀，其中通过转子相对于定子的相对运动可影响相应的流动路径。在此尤其对于这种剪切阀的密封性以及对于使用寿命关键的可能是，尤其在转子和定子之间的轴向偏移。

技术实现思路

1、本发明的目的是对阀在彼此共同作用的元件的可能的角错位方面进行改进、尤其用于hplc应用。该目的通过独立权利要求的特征实现。有利的实施方式在从属权利要求中提及。

2、一种实施方式涉及阀，优选在高效色谱系统中用于分开引入流动相中的试样液体的组分。该阀具有第一阀元件和第二阀元件，其中通过第一阀元件相对于第二阀元件的相对运动使第一阀元件的作用面与第二阀元件的作用面连接并且可建立或断开流动路径。第二阀元件具有弹性区域，以补偿第一阀元件和第二阀元件之间的轴向角，使得第一作用面和第二作用面可彼此平行。这允许补偿第一和第二阀元件之间、即例如转子和定子之间的轴向角，由此可有利地影响阀的流体密封性和/或长期使用寿命。阀元件的相对作用面的平行定向实现沿着该作用面的均匀的或至少更均匀的力分布，因此可避免或至少降低加强的机械载荷以及尤其阀元件之间的更高的磨损。

3、在一种实施方式中，第二阀元件具有外部区域和内部区域。内部区域具有第二作用面并且外部区域经由弹性区域与内部区域连接，通过弹性区域使得内部区域相对于外部区域弹性运动。该结构允许内部区域和外部区域之间的弹性相对运动并且可通过这种弹性相对运动尤其反作用于第一和第二阀元件之间的轴向错位。

4、在一种实施方式中外部区域相对于第一阀元件固定地布置并且内部区域可相对于第一阀元件弹性对齐。

5、在一种实施例中，弹性区域具有一个或多个连接片，连接片分别在一侧与外部区域连接并且在相反的一侧与内部区域连接，使得内部区域可相对于外部区域倾斜。

6、在一种实施例中第一阀元件是转子并且第二阀元件是定子，其中转子相对于定子可旋转。

7、阀的一种实施例具有密封结构，该密封结构配置成，使得在流体的压力的影响下至少部分地增大密封结构的体积，由此为了对流动路径流体密封使得第一阀元件和第二阀元件相对压在一起。

8、在一种实施例中密封结构具有如液压垫可弹性变形一样的区域，使得在第一作用面和第二作用面彼此平行且相对压紧时，第一阀元件和第二阀元件之间的轴向角引起密封结构的厚度的变化。

9、在一种实施例中，阀具有流动元件。流动元件具有用于运输流动相的流动路径。密封结构(其优选可为压力结构)与流动相连接或可与其连接，以便在流动相的压力的影响下引起流动路径的流体密封。密封结构配置成，使得在流动相的压力的影响下至少部分地增大密封结构(优选在密封结构的流动路径内)的体积，并且至少部分的体积增大引起对流动路径的流体密封。

10、流动元件优选具有进入口和排出口，其中流动路径与进入口和排出口流体连接或可与其连接。

11、根据本发明的流动元件允许对流动路径的动态和/或自适应的流体密封，方式是待流体密封的流动相本身用于流体密封并且实现或至少增强流体密封。流动相的相应地要求较低的力来流体密封流动相的低压可引起较低的密封力，该密封力用于流体密封。相反地，流动相的要求较高的力对流动相流体密封的较高压力引起用于流体密封的较高的密封力。

12、根据本发明的流动元件可使密封力自适应地并且动态地匹配相应的需求(在用于保证充分流体密封的密封所需的密封力中)。这可避免过高的密封力，尤其在根本不需要密封力用于充分流体密封时，因此降低了待密封部件的磨损和/或延长了使用寿命。

13、此外根据本发明的流动元件允许仅微小地、即仅以小的力静态地加载待流体密封的连接，以便例如机械地固定待密封的连接(但是例如在此还无需流体密封)。然后通过流动元件动态地且自适应地有助于用于所需的流体密封的力。这可尤其在流体连接中是有利的，其中例如两个流体部件(例如毛细管和毛细管需要连接的设备)彼此机械耦联并且应流体连接。根据本发明的流动元件在此允许，该连接以机械方式首先“用手拧紧地”(即用小的力，如例如可通过手实现的耦联或闭合)耦联，即例如旋拧，由此首先仅略微地、甚至没有流体密封。在运行中、即在施加流动相时，流动相的压力动态地引起密封力的提高并且由此可自适应地引起连接的流体密封。通过降低“用手拧紧的”连接上的静态力的力，可将静态力保持得低，因此延长了参与部件的使用寿命。同样由此实现了“无需工具”建立高压固定的连接。

14、在一种实施例中密封结构配置成，使得在流动相的压力的影响下至少部分地增大密封结构的体积(例如隆起)，该体积增大引起流动路径的流体密封，优选地通过压紧相对的面。这种体积增大在技术上可相应于海绵体的功能，即体积至少部分地在流过主体的介质的压力的影响下膨胀的主体。如果密封结构贴靠到另一面上，则增大密封结构的体积可将力施加到另一面上，而在另一面无法避开该压紧力时，该力又引起密封结构相对于另一面的压紧力。通过密封结构的合适造型，使得体积增大仅局部地限定到彼此相对面的部分区域上，此外相对的面的密封作用还可进一步增大。

15、在一种实施例中流动元件具有第一表面并且密封结构具有第二表面，其中第一表面与第二表面相对。至少部分地增大密封结构的体积在第一表面中进行，优选地通过使第一表面至少部分地隆起，使得体积增大引起第一表面相对于第二表面压紧，优选地通过使隆起贴靠和压紧第二表面，由此引起对流动路径的流体密封。

16、在一种实施例中，密封结构具有密封通道，该密封通道与流动相连接或可连接，以便在流动相的压力的影响下引起对流动路径的流体密封。代替流动相，密封通道也可被压力下的另一流体穿流，但是这会需要单独的泵。在这种情况下密封通道与流动通道分开并且与其流体分开。

17、在一种实施例中，第一阀元件具有密封结构，其中至少为了对流动路径流体密封使得第一阀元件的密封结构压到第二阀元件上。

18、在一种实施例中第二阀元件具有密封结构，其中至少为了对流动路径流体密封使得第二阀元件的密封结构压到第一阀元件上。

19、在一种实施例中密封结构与第一阀元件和第二阀元件分离，其中至少为了对流动路径流体密封密封结构使得第一阀元件和第二阀元件相互压靠。

20、在一种实施例中阀是旋转阀，其中第一(优选可运动的)阀元件是转子并且第二(优选固定的)阀元件是定子，并且通过使转子相对于定子旋转可流体地建立或断开流动路径(例如在进入口和排出口之间)。

21、在一种实施例中阀是平移阀，其中通过第一阀元件相对于第二阀元件平移，可流体地建立或断开流动路径(例如在进入口和排出口之间)。

22、在阀的一种实施例中密封结构相对于第一阀元件和/或第二阀元件布置或作用到其上，使得补偿或至少减小第一阀元件和第二阀元件之间的轴向角错位。优选地，第一阀元件轴向固定地布置在阀中并且第二阀元件或其至少一个区域可弹性地相对于第一阀元件的轴向布置对齐，其中密封结构相对于第二阀元件布置且作用到其上，使得第二阀元件匹配第一阀元件的轴向布置。

23、在阀的一种实施例中，密封结构还允许动态地匹配阀的切换过程和/或切换行为。例如在相互作用的阀元件、如转子和定子之间的压紧力可与切换过程相关地控制，使得例如在相互作用的阀元件的相对运动之前和/或期间降低压紧力，以便由此简化切换过程或降低、甚至避免磨损和/或磨蚀。替代地或额外地，可以在相互作用的阀元件的相对运动之后也提高压紧力，以便由此改进阀的流体密封。当然可以其他方式动态地匹配或控制压紧力，尤其合适地辅助阀的应用。

24、在一种实施例中，流动元件具有多个层，具有至少一个微流体通道，该微流体通道通过多个层中的至少一个层中的一个或多个凹部形成。多个层优选可彼此通过键合过程(例如扩散键合)连接。例如在边缘处的其他的连接方法，例如传统的焊接也可应用。替代地或额外地也可使用增材制造方法，例如3d打印、微压制结构等。优选地，其中至少一个层具有来自如下组的材料或由其形成：金属，尤其不锈钢，优选高品质的不锈钢(例如316l、mp35n、304)、陶瓷，尤其氧化铝、氧化镁、氧化锆、钛酸铝、聚合物、尤其peek、ultem、peak、pekk、pei等。

25、在一种实施例中，密封结构具有多个结构。

26、在一种实施例中密封结构具有多个结构，其中密封结构配置成，在流动相的压力的影响下至少一个微流体通道可至少在部分区域中扩展，以引起对流动路径的流体密封。

27、在一种实施例中，至少一个微流体通道形成流动路径的至少一部分。

28、在一种实施例中，至少在流动元件的流动路径的需要通过密封结构密封的区域中密封结构与流动路径空间分开。

29、在一种实施例中，密封结构不是流动路径的需要通过密封结构密封的部分。

30、在一种实施例中，流动路径、至少流动路径的需要通过密封结构密封的部分具有外壁，在外壁中流动相可流动。优选地，密封结构与外壁空间分开并且密封结构位于流动路径和其外壁之外。

31、在一种实施例中密封结构是流动路径的一部分并且被流过流动路径的流动相穿流。对流动路径的密封可通过流动路径的部分区域的由流动相的压力引起的隆起和该隆起对另一面的贴靠和压紧实现。优选地，该另一面在空间上保持不变或可至少在隆起的方向上比隆起本身偏转更小地运动，由此隆起可相对于面压紧。

32、优选的实施例涉及具有用于使流动相和静止相运动的泵的高效色谱系统，以分开引入流动相中的试样液体的组分。高效色谱系统还具有阀，如前面所述，优选用于控制、建立和/或断开运输流动相的流动路径的阀。

33、在一种实施例中流动元件配置成，使得可根据作用到密封结构上的流动相合适地调节和/或控制压力，优选地与使用流动相分开试样液体无关。例如可为流动元件分支流动相的一部分，其中流动相的另一部分用于分开试样液体。优选地，压力可根据作用到密封结构上的流动相改变，例如与用于分开试样液体的流动相压力无关。作用到密封结构上的流动相的压力变化可优选通过合适的泵实现，泵在高效色谱系统的情况下可为系统的一个或多个泵。代替泵也可相应地使用其他已知的生成压力的机构。通过合适的联接(例如借助阀)和控制可在不同的部位处不同地控制流动相的压力。

34、在一种实施例中流动元件可预配置成，使得例如根据给定的压力值设置作用到密封结构上的流动相。作用到密封结构上的流动相优选此时可与用于分开试样液体的流动相流体分开，至少在用于分开引入的试样液体的分析阶段分开。例如在流动元件是或具有阀或配件时，阀和/或配件可相应地被预紧并且以作用到密封结构上的流动相的期望压力设定。

35、在高效色谱系统的一种实施例中，流动元件配置成，使得可匹配高效色谱系统的延迟体积。延迟体积在此是流动相和静止相的混合点之间的体积。优选地，流动元件允许增大高效色谱系统的给定的延迟体积，例如通过加入被流动相穿流的体积的方式。通过合适的空间造型可合适地设定或预先选择流动元件的被流动相穿流的体积。例如被穿流的体积能选择性地或可设定地改变。替代地，可从分别具有给定的穿流体积的多个给定的流动元件中找出并且使用对相应应用合适的流动元件，例如通过合适的联接(例如借助阀或其他的联接元件)或通过将流动元件相应地流体接入系统中。借助对整个高效色谱系统的得出的延迟体积的这种设置或调节例如可模拟另一目标高效色谱系统的动态行为，使得使用的高效色谱系统通过调节延迟体积至少基本上与目标高效色谱系统表现相同。

36、根据本发明的高效色谱系统具有用于使流动相运动的泵、用于分开引入流动相中的试样液体的组分的静止相和阀，阀如上所述处于流动相的流动路径中。高效色谱系统还可具有用于将试样液体引入流动相中的试样注射器、用于探测试样液体的分离的组分的探测器和/或用于输出试样液体的分开的组分的分馏设备。

37、本发明的实施方式可基于已知的多种hplc系统实施，例如申请人安捷伦科技公司的agilent infinity系列1290、1260、1220和1200，参见www.agilent.com。

38、作为流动相(洗脱液)可使用纯溶剂或不同溶剂的混合物。流动相可选择为，使得感兴趣组分的保留和/或流动相的用于运行色谱的量最小。流动相可选择为，有效地分开特定组分。流动相可具有有机溶剂、流入甲醇或乙腈，其通常用水稀释。对于梯度运行，通常水和有机溶剂(或hplc中常见的其他溶剂)的混合比例随时间改变。

39、当软件在数据处理系统、如计算机或工作站上运行时，前述方法可通过软件完全地或部分地控制、辅助或实施。该软件在此可存储在数据载体上。