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Stellglied für eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung - Dokument DE102005024429A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005024429A1 30.11.2006
Titel Stellglied für eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung
Anmelder Dionex Softron GmbH, 82110 Germering, DE
Erfinder Ruegenberg, Gervin, 80689 München, DE;
Hochgräber, Hermann, 94560 Offenberg, DE
Vertreter Patentanwälte Eder & Schieschke, 80796 München
DE-Anmeldedatum 24.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024429
Offenlegungstag 30.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2006
IPC-Hauptklasse G01N 30/36(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Stellglied für eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung mit einem Ventilsitz und einem Schließelement, wobei der Ventilsitz aus einem harten Material und das Schließelement aus einem weicheren Material oder das Schließelement aus einem harten Material und der Ventilsitz aus einem weicheren Material besteht und das weichere Material im normalen Arbeitsbereich des Stellgliedes ein im Wesentlichen vollelastisches Verhalten aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stellglied für eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung, welches in der Analysetechnik, insbesondere in der Flüssigkeitschromatographie (HPLC, High Performance Liquid Chromatography), Anwendung findet.

Hierbei werden teilweise sehr geringe Flussraten von z.B. 300 nl/min benötigt, die man auf direktem Wege nur schwer mit der benötigten Genauigkeit von Flussrate und Lösungsmittelzusammensetzung erzeugen kann. Daher verwendet man häufig die Flussteilertechnik, besser bekannt als Flow Splitting, wie sie z.B. in der DE69120386 erwähnt wird. Dabei wird zunächst ein Gesamtfluss mit einer höheren Flussrate als benötigt erzeugt und dieser durch Parallelschaltung unterschiedlicher Flusswiderstände so aufgeteilt, dass sich der gewünschte niedrige Arbeitsfluss ergibt. Als Flusswiderstände werden meist Kapillaren oder Filterelemente verwendet, die einen zum Fluss proportionalen Gegendruck erzeugen.

Ein großes Problem bei der Flussteilertechnik allerdings besteht darin, dass die tatsächlich erzeugte Flussrate nicht nur durch die zur Flussteilung verwendeten Komponenten, sondern auch durch den Gegendruck der nachgeschalteten Komponenten, insbesondere der chromatographischen Trennsäule (kurz Säule genannt), bestimmt wird. Da dieser Gegendruck von der jeweiligen Lösungsmittelzusammensetzung, Temperatur und anderen Parametern abhängt, ergeben sich entsprechend große, unerwünschte Schwankungen des Flusses.

Daher verwendet man zunehmend geregelte Flussteiler, bei denen mindestens einer der beteiligten Flusswiderstände variabel ist und über eine elektronische Regelvorrichtung so eingestellt wird, dass sich der gewünschte, konstante Arbeitsfluss unabhängig vom Gegendruck der nachgeschalteten Komponenten ergibt. Eine solche Regeleinrichtung ist beispielsweise in der EP01248096 beschrieben. Zur Realisierung einer derartigen Regelvorrichtung wird ein Stellglied benötigt, das einen einstellbaren Gegendruck aufbauen kann.

Bei den heute gängigen Anwendungen muss das Stellglied in einem normalen Arbeitsbetrieb bei einer Flussrate zwischen etwa 50 und 2000 &mgr;l/min einen steuerbaren Gegendruck zwischen 0 und einigen 100 bar bis zu 500 bar aufbauen können. Dabei ist eine störungsfreie Betriebsdauer von mehreren Jahren gefordert. Weiterhin muss das Stellglied gegenüber dem breiten Spektrum der in der HPLC üblichen Lösungsmittel chemisch beständig sein.

Wegen der hohen Anforderungen an den Arbeitsdruck, die Lebensdauer und die Chemikalienbeständigkeit haben sich bei Ventilen im HPLC-Bereich harte Materialien, insbesondere Saphir, Rubin und Keramik durchgesetzt. Diese werden insbesondere bei Rückschlagventilen für HPLC-Pumpen verwendet.

Von der Fa. Agilent ist ein Stellglied bekannt, das aus ähnlichen Komponenten wie ein derartiges Rückschlagventil aufgebaut und nachfolgend anhand der 1 beschrieben ist. Man verwendet einen zylinderförmigen Sitz aus Saphir mit zentraler Bohrung, die durch eine passgenaue Kugel aus Rubin verschlossen wird. Durch diese Materialien, die eine sehr große Härte aufweisen, wird eine hohe Verschleißfestigkeit und sehr gute chemische Beständigkeit erzielt. Aufgrund des Aufbaus dieses Stellglieds und der Anforderungen im HPLC-Bereich bestehen Ventilsitz und Kugel aus extrem harten Materialien.

Nachteiligerweise wirkt sich bei dieser Anordnung allerdings deren Schmutzempfindlichkeit aus. In den Lösungsmitteln können sich trotz sorgfältiger Filterung kleine Partikel befinden. Zudem können auch durch die dem Ventil vorgeschalteten Einrichtungen, insbesondere durch die Pumpe, Partikel freigesetzt werden, z.B. Abrieb oder Produktionsrückstände. Solche Partikel können sich im Dichtspalt, der sich zwischen Kugel und Ventilsitz einstellt, hängen bleiben und das Schließen des Spalts behindern.

Da die Breite des Dichtspalts im Betrieb weit unter 1 &mgr;m liegt, können auch bereits sehr kleine Partikel (mit einem Durchmesser im nm-Bereich, beispielsweise von 50 bis 100 nm, natürlich aber auch bis über 1 &mgr;m hinaus) die Dichtwirkung beeinträchtigen. Die Folge ist, dass das Ventil nicht mehr richtig dichtet, da es nicht mehr möglich ist, die Breite des Dichtspalts hinreichend zu verringern.

Zudem ändert sich nachteiligerweise die Kennlinie (Zusammenhang zwischen Kraft und Druck) des Ventils, da ein Teil der Kraft benötigt wird, um die Schmutzpartikel platt zu drücken. Durch den dabei auftretenden extrem hohen Anpressdruck klebt der Schmutzpartikel außerdem auf der Oberfläche der Kugel oder des Sitzes fest.

Das Ventil funktioniert dann nur noch bei geringen Drücken und muss ausgewechselt bzw. demontiert und gereinigt werden.

Aufgabe der vorliegender Erfindung ist es daher, ein Stellglied für eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung zu schaffen, das ebenfalls für hohe Drücke geeignet ist, verschleißarm arbeitet und die geforderte chemische Beständigkeit aufweist, aber trotzdem weitgehend unempfindlich gegen kleine Schmutzpartikel ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stellglied mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine hart/weich-Materialpaarung für Ventilsitz und Schließelement des Stellglieds verwendet. Dazu wird entweder das Schließelement oder der Ventilsitz aus einem weicheren Material gefertigt, welches im normalen Arbeitsbereich des Stellgliedes im Wesentlichen voll elastisch verformbar ist. Die zweite Komponente besteht nach wie vor aus hartem Material, wie beispielsweise Rubin, Saphir, Metall oder entsprechend harten Keramik-Materialien. Bei einem Schließen des Stellgliedes werden hierbei die entsprechenden Kontaktflächen des Schließelements und des Ventilsitzes aneinandergepresst, wobei sich vorteilhafterweise das Element mit dem weicheren Material im normalen Arbeitsbereich des Stellglieds elastisch verformt. Auf diese Weise erfolgt statt einer geringeren Flächenberührung oder gar nur einer Linienberührung eine weit darüber hinaus gehende größere Flächenberührung zwischen Ventilsitz und Schließelement. In dieser im Schließzustand wirkenden Dichtfläche können nun eventuell auftretendende kleine Schmutzpartikel durch entsprechende Verformung des weicheren Materials mit eingeschlossen bzw. umschlossen werden, so dass die Dichtwirkung hierdurch nicht beeinträchtigt wird.

Da die Schmutzpartikel im Vergleich zur Dichtfläche bzw. Auflagefläche eine sehr geringe Größe haben, tritt hier ein Flächendruck auf, der um ein Vielfaches höher sein kann als im Normalfall. Bei größeren Druckänderungen kann es daher, je nach Art und Größe der Schmutzpartikel vorkommen, dass der elastische Verformungsbereich des weicheren Materials lokal überschritten wird. In diesem Fall kann das weichere Material permanent verformt werden und die Schmutzpartikel in das Material eindringen, so dass die Schmutzpartikel gewissermaßen in die Oberfläche eingebaut werden. Hierdurch ändert sich das Verhalten des erfindungsgemäßen Stellgliedes jedoch nicht nennenswert. Da die Auflagefläche bereits im Normalbetrieb elastisch verformt wird, hat die lokale Änderung der Oberflächenstruktur durch eingedrückte Schmutzpartikel nur minimalen Einfluss auf die wirksame Dichtfläche. Bei kleinen Schmutzpartikeln und/oder geringer Erhöhung des Drucks tritt dagegen nur eine geringfügige Materialverformung ein. Das Material bleibt dann im elastischen Verformungsbereich und nimmt bei Entlastung wieder seine alte Form ein.

Das erfindungsgemäße Stellglied ist daher wesentlich weniger schmutzempfindlich als die bisher verwendeten Stellglieder, da Schmutzpartikel, die sich etwa auf der Dichtfläche ablagern, in das weiche Material temporär oder permanent hineingedrückt werden und somit die Dichtwirkung nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen.

Bei der Herstellung von bekannten Stellgliedern für den HPLC-Bereich entstehen hohe Kosten für die Bearbeitung des Ventilsitzes. Bei den geforderten Drücken führen bereits Spaltbreiten im Sub-Mikrometerbereich zu einer unbrauchbaren Dichtwirkung. Daher werden extreme Anforderungen an die Genauigkeit von Kugel und Sitz gestellt, die sich bei derart harten Materialien nachteiligerweise nur mit hohem Aufwand erfüllen lassen.

Beim erfindungsgemäßen Stellglied sind dagegen die Genauigkeitsanforderungen vorteilhafterweise erheblich geringer, da sich der Ventilsitz in gewissen Grenzen selbsttätig an die Form des Schließelementes, beispielsweise der Kugel, bzw. umgekehrt anpasst. Abweichungen werden hierbei durch elastische Verformung des weicheren Materials ausgeglichen.

In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Stellglied in einem Arbeitsbereich bei einer Flussrate zwischen 50 und 2000 &mgr;l einen steuerbaren Gegendruck von bis zu 1000 bar (also über den normalen Arbeitsbereich hinaus) aufbauen, so dass auch höchsten Anforderungen entsprochen wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden als weicheres Material thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyetherkethone (PEEK) verwendet, welche vorzugsweise einen Elastizitätsmodul zwischen 1000 und 10000 MPa besitzen. Derartige Kunststoffe besitzen vorteilhafterweise eine für die auftretende Druckbelastung ausreichend hohe Festigkeit bei gleichzeitiger, zumindest im normalen Arbeitsbereich voll elastischer Verformbarkeit.

Bei einer höheren Materialbelastung (beispielsweise bei einem Vielfachen) als im normalen Arbeitsbereich kann das weichere Material statt plastisch verformbar ebenfalls wie im normalen Arbeitsbereich vollelastische Eigenschaft aufweisen. Hierdurch werden beliebige kleine Schmutzpartikel, welche sich innerhalb der im Schließzustand gebildeten Dichtfläche befinden, umschlossen. Bei Entlastung nimmt das weichere Material dann im Wesentlichen wieder seine alte Form ein ohne dass sich die Dichtwirkung des Stellglieds verringert.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind das Schließelement und der Ventilsitz im Profil derart geometrisch zueinander ausgebildet, dass im schließenden Zustand aufgrund der Geometrie und des weichen Materials außerhalb des Randbereiches um eine Durchflussöffnung eine Flächenberührung erfolgt. Hierdurch kann vorteilhafterweise die aufgrund der Elastizität des weicheren Materials entstehende wirksame Dichtfläche optimal genutzt werden ohne dass sie durch einen Rand oder eine Kante, beispielsweise des Bohrungsrandes der Durchflussöffnung, begrenzt wird. Besonders vorteilhaft ist gegenüber dem Stand der Technik die Verringerung der Materialbelastung, da aufgrund der Elastizität des weicheren Materials ein geringerer Flächendruck ausreicht, um eine entsprechende Dichtwirkung zu erzielen. Dagegen wird bei bekannten Stellgliedern eine hohe Materialbelastung bewusst in Kauf genommen, um durch hohen Flächendruck eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilsitz im Wesentlichen zylinderförmig und das Schließelement kugelförmig ausgebildet, wobei im schließenden Zustand in einem kegelförmigen Bereich um die Durchflussöffnung des Ventilsitzes das Schließelement mit seinem Außenumfang am kegelförmigen Bereich des Ventilsitz außerhalb des Randbereiches zur Durchflussöffnung anliegt. Aufgrund dieser geometrischen Ausbildung kann vorteilhafterweise ein möglichst einfacher Aufbau und damit eine einfache und kostengünstige Herstellung des Stellgliedes gewährleistet werden.

In der bevorzugten Ausgestaltung ist das Schließelement als separate Kugel aus hartem Material, welche durch einen Stößel betätigt wird, ausgebildet. Hierdurch entfällt vorteilhafterweise eine aufwändigere Fassung der Kugel am Stößel oder gar eine einstückige Ausbildung. Zudem besteht der Ventilsitz aus weicherem Material, insbesondere aus Kunststoff, so dass er erheblich einfacher bearbeitet werden kann. Bei entsprechenden Stückzahlen kann er sogar im Spritzgussverfahren hergestellt werden, so dass die Kosten im Vergleich zu den übrigen Komponenten nicht mehr ins Gewicht fallen. Somit ergibt sich neben den technischen Vorteilen auch noch ein Kostenvorteil durch das erfindungsgemäße Stellglied.

Selbstverständlich kann in einer anderen Ausführungsform auch die Kugel oder ein halbkugelförmiges Endstück eines Stößels aus weicherem Material und der Ventilsitz aus hartem Material bestehen. Hierdurch kann vorteilhafterweise bei einer zu starken Verschmutzung der Kugel oder des halbkugelförmigen Endstückes (beispielsweise durch permanenten Einbau von Schmutzpartikeln) das Stellglied durch einfachen Austausch der Kugel oder des Stößels in seiner vollen Funktionalität wiederhergestellt werden. Auch mit dieser Ausführungsform verringern sich vorteilhafterweise die Genauigkeitsanforderungen gegenüber üblichen Stellgliedern erheblich, da sich die Kugel oder ein halbkugelförmiges Endstück eines Stößels in gewissen Grenzen selbsttätig an die Form des Ventilsitzes anpasst. Abweichungen werden hierbei durch elastische Verformung des weicheren Materials ausgeglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Längsschnittansicht eines im Stand der Technik bekannten Stellglieds;

2 eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung und

3 eine schematische Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines üblichen Stellgliedes dargestellt. Das zentrale Element ist ein Ventilsitz 2, der in einem Röhrchen 3 befestigt ist. Die Befestigungs- und Dichtungsmittel für den Ventilsitz 2 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Ein Fluss 6 tritt von unten durch die zentrale Bohrung im Ventilsitz 2. Das obere Ende der Bohrung wird durch eine Kugel 1 verschlossen. Der Ventilsitz 2 besteht hierbei ebenso wie die Kugel 1 aus einem extrem harten Material. Die Kugel 1 liegt dabei in einer kegelförmigen Senkung. Die Auflagefläche der Kugel 1 auf dem Ventilsitz 2 befindet sich am Übergang (Kante) von der Bohrung zur Senkung. Um eine gute Dichtwirkung und einen hohen Flächendruck bei geringem Verschleiß zu erzielen, ist der Winkel der Senkung so ausgelegt, dass an dieser Stelle die Senkung etwa tangential zur Kugelfläche verläuft. Die Kugel 1 wird durch einen Andruckstößel 5 von oben in den Sitz 2 gedrückt. Das Ende des Andruckstößels 5 umschließt dabei die Kugel teilweise (gefasst), so dass die beiden Teile eine Einheit bilden. Die Betätigungsvorrichtung, die hier nicht näher dargestellt ist, bringt dabei eine einstellbare Kraft 8 auf. Da der Fluss 6 ständig neue Flüssigkeit nachliefert und die Kugel 1 den Durchtritt der Flüssigkeit durch den Ventilsitz 2 behindert, baut sich im unteren Teil des Röhrchens 3 ein Druck auf. Dieser drückt die Kugel 1 entgegen der Kraft 8 nach oben, so dass Flüssigkeit an der Kugel 1 vorbei in Richtung der Auslassöffnung 7 strömen kann. Dabei stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem Druck und der Kraft 8 ein.

Die Dichtung 4 verhindert, dass die Flüssigkeit entlang des Andruckstößels 5 in Richtung der Betätigungsvorrichtung gelangt. Stattdessen tritt die Flüssigkeit an der Austrittöffnung 7 aus.

Der im unteren Teil des Röhrchens 3 aufgebaute Gegendruck ist etwa proportional zu der durch die Betätigungsvorrichtung aufgebrachten Kraft 8. Somit kann der durch die Vorrichtung erzeugte Gegendruck in der gewünschten Weise durch Änderung der Kraft 8 gesteuert werden.

In 2 ist eine erste Ausführungsform eines Stellgliedes nach der Erfindung dargestellt. Hier ist der Ventilsitz 2 aus PEEK gefertigt, und die Kugel 1 besteht weiterhin aus einem extrem harten Material, beispielsweise Rubin. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich immer auf diese Lösung, gelten aber sinngemäß auch für die nachfolgend erläuterte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellgliedes.

Grundsätzlich sind bei den Stellgliedern nach 2 und 3 die gleichen Komponenten vorhanden wie in 1, der Ventilsitz 2 ist jedoch aus PEEK gefertigt. Die kegelförmige Vertiefung, welche die Kugel aufnimmt, weist jedoch eine andere Geometrie mit einer wesentlich größeren Fläche auf, so dass die Kugel 1 nicht mehr auf der Kante der kegelförmigen Fläche aufliegt, sondern auf der Kegelfläche. Dadurch wird eine geringere Materialbelastung erreicht.

Die Kugel 1 muss im Unterschied zum Stellglied nach 1 nicht im Andruckstößel 5 gefasst sein, wodurch der Andruckstößel mit geringerem Aufwand hergestellt werden kann.

Solange Kugel 1 und Ventilsitz 2 sauber sind, sitzt die Kugel rundum auf der Auflagefläche des Sitzes 2 und es ergibt sich eine etwa linienförmige Auflagefläche bzw. eine Dichtlinie, welche die obere Öffnung der Bohrung umschließt. Wird ein hoher Druck benötigt, erhöht die Betätigungsvorrichtung die Kraft 8 und die Kugel 1 wird fester in den Sitz 2 gedrückt. Dadurch wird der Sitz 2 im Bereich der Auflagefläche elastisch verformt, und die Auflagefläche bzw. Dichtlinie verbreitert sich zu einer wirksamen Dichtfläche. Der auftretende Flächendruck liegt dabei in der gleichen Größenordnung wie der Flüssigkeitsdruck (bei einer Größenordnung für die Dichtfläche von 0,1 mm2 liegt der Flächendruck beispielsweise bei einem 1,5 bis 2-fachen Arbeitsdruck).

Falls sich nun Schmutzpartikel in den Dichtspalt setzen, wirken diese zunächst wie bei dem bekannten Stellglied nach 1 dem Schließen des Dichtspalts entgegen. Sobald nun ein höherer Druck gefordert ist, erhöht die Regelvorrichtung die Kraft 8 auf die Kugel.

Die Schmutzpartikel haben im Vergleich zur Auflagefläche eine sehr geringe Größe. Da nahezu die gesamte zusätzlich aufgebrachte Kraft 8 am Ort der Schmutzpartikel wirksam wird, tritt hier ein Flächendruck auf, der um ein Vielfaches höher ist als im Normalfall.

Da der Ventilsitz 2 aus einem verformbaren Material besteht, gibt er unter diesem Druck nach, und die Schmutzpartikel werden in das Material hineingedrückt. Hierdurch kann sich der Dichtspalt so weit schließen, dass der geforderte höhere Druck erreicht wird. Bei kleinen Schmutzpartikeln und/oder geringer Erhöhung des Drucks tritt dabei nur eine geringfügige Materialverformung ein. Das Material bleibt dann im elastischen Verformungsbereich und nimmt bei Entlastung wieder seine alte Form ein. Bei größeren Druckänderungen kann es, je nach Art und Größe der Schmutzpartikel vorkommen, dass der elastische Verformungsbereich des Materials lokal überschritten wird. In diesem Fall können Schmutzpartikel permanent in das Material eindringen, so dass sie gewissermaßen in die Oberfläche eingebaut werden.

Hierdurch ändert sich das Verhalten des erfindungsgemäßen Stellgliedes jedoch nicht nennenswert. Da die Auflagefläche bereits im Normalbetrieb elastisch verformt wird, hat die lokale Änderung der Oberflächenstruktur durch eingedrückte Schmutzpartikel nur minimalen Einfluss auf die wirksame Dichtfläche.

Eine Beeinträchtigung des Verhaltens tritt erst dann ein, wenn ein großer Teil der Auflagefläche mit Schmutzpartikeln besetzt ist. Dann muss das Material des Ventilsitzes stark verformt werden, um die Zwischenräume zwischen den Schmutzpartikeln auszufüllen, so dass die erforderliche Andruckkraft 8 stark ansteigt. Erst in diesem Fall ist eine Wartung bzw. ein Austausch des erfindungsgemäßen Stellgliedes nötig.

In dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung besteht die Kugel aus weichem und der Ventilsitz 2 aus hartem Material. Die Kugel selber bildet mit dem Andruckstößel aber im Unterschied zum Stellglied nach 2 eine Einheit, d.h. es wird ein vorne abgerundeter Andruckstößel 5 verwendet. Dadurch wird keine zusätzliche Kugel mehr benötigt, gleichzeitig wird vermieden, dass sich in unbelastetem Zustand die Auflagefläche der Kugel gegenüber dem Sitz dreht.

Selbstverständlich ist die Nutzung der Erfindung nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellte Geometrie mit einem kegelförmigen Sitz und einer Kugel bzw. einem halbkugelförmig abgerundeten unteren Stößelende beschränkt. An Stelle einer Kugel und eines kegelförmigen Sitzes sind auch beliebige andere Geometrien (beispielsweise elliptisches, hyperbolisches Profil etc. von Kegelsitz und/oder Schließelement) denkbar, die im Schließfall im Zusammenwirken eine wirksame Dichtfläche entstehen lassen. Denkbar ist auch das Schließelement statt als Kugel als besonders einfach herstellbares zylinderförmiges Element mit einer Fase (als Kontaktfläche) auszubilden.

Das Stellglied nach dem Stand der Technik kann im Extremfall schon durch ein einziges Schmutzpartikelchen unbrauchbar werden. Im Unterschied hierzu beeinflussen beim erfindungsgemäßen Stellglied einzelne Schmutzpartikel das Verhalten praktisch gar nicht. Erst bei einer hohen Anzahl von Schmutzpartikeln kommt es zu einer Änderung des Verhaltens.

In der Praxis arbeitet ein Stellglied nach dem Stand der Technik selbst bei geringer Partikelbelastung in der Regel allenfalls einige Monate störungsfrei. Im Unterschied hierzu ergibt sich für das erfindungsgemäße Stellglied (hochgerechnet) eine störungsfreie Betriebsdauer von etlichen Jahren, die deutlich länger ist als die üblichen Wartungsintervalle der in Frage kommenden Analyseanlagen, insbesondere HPLC-Anlagen. Somit wird durch die Erfindung die Schmutzempfindlichkeit so weit verringert, dass diese in der Praxis kein Problem darstellt. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Stellgliedes für Anwendungen mit einer (im Unterschied zu manuellen Stellgliedern) hohen Anzahl von notwendigen störungsfreien Betätigungszyklen (beispielsweise einige 10000 Betätigungszyklen) wird hierdurch erst ermöglicht. So kann das erfindungsgemäße Stellglied in besonders vorteilhafter Anwendung als elektronisch geregeltes Stellglied eingesetzt werden.


Anspruch[de]
Stellglied für eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung mit einem Ventilsitz und einem Schließelement,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Ventilsitz aus einem harten Material und das Schließelement aus einem weicheren Material oder das Schließelement aus einem harten Material und der Ventilsitz aus einem weicheren Material besteht und,

dass das weichere Material im normalen Arbeitsbereich des Stellgliedes ein im Wesentlichen vollelastisches Verhalten aufweist.
Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied im normalen Arbeitsbereich bei einer Flussrate zwischen 50 und 2000 &mgr;l/min einen steuerbaren Gegendruck von bis zu 1000 bar aufbauen kann. Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem weicheren Material um einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyetherkethon handelt. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weichere Material einen Elastizitätsmodul zwischen 1000 und 10000 MPa besitzt. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weichere Material auch bei höherer Materialbelastung als im normalen Arbeitsbereich bis zu einem vorbestimmten Belastung vollelastisch verformbar ist. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement und der Ventilsitz im Profil derart geometrisch zueinander ausgebildet sind, dass im schließenden Zustand aufgrund der Geometrie und des weichen Materials außerhalb des Randbereiches um eine Durchflussöffnung eine Flächenberührung als wirksame Dichtfläche zwischen Ventilsitz und Schließelement erfolgt. Stellglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz im Wesentlichen zylinderförmig und das Schließelement kugelförmig ausgebildet ist, wobei im schließenden Zustand in einem kegelförmigen Bereich um die Durchflussöffnung des Ventilsitzes das Schließelement mit seinem Außenumfang am kegelförmigen Bereich des Ventilsitz außerhalb des Randbereiches zur Durchflussöffnung anliegt. Stellglied nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement als Kugel, welche durch einen Stößel betätigt wird, oder halbkugelförmiges Endstück eines Stößels ausgebildet ist.






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