DE2124999A1 - Plattenventil - Google Patents

Plattenventil

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Plattenventil, das i] der Weise programmiert werden kann, daß es in einem vorbestimmten! Ablauf oder Turnus die Ausführung von Schaltvorgängen für den Strj mungsdurchgang bewirkt, wenn ein bewegliches Organ verschoben ode] gedreht wird.
Dem Erfindungsgedanken lag das Erfordernis zugrunde, eii Ventil zu schaffen, wie es bei der Benutzung eines chromatography sehen Separators von bestimmter Art benötigt wird, nämlich eines
Zeitfolgeseparators, bei dem eine aus einer Anzahl gesonderter Lt
gen bestehende Säule mit einem Umschaltpunkt für den Strömungsdur^ gang zwischen jeder dieser Längen zur Herstellung von Verbindungen zwischen Einlaß-, Entnahme- und Überwachungsleitungen vorgesehen
ist, doch ist die Erfindung in ihren Anwendungsmöglichkeiten keineswegs auf diesen einen Zweck beschränkt. Vielmehr liegt gerade in der Vielfalt dieser Möglichkeiten ein Hauptmerkmal der Erfindung.
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Bei dem durch die Erfindung geschaffenen programmierbaren Plattenventil ist eine mit Eillen versehene "Programm"-Platte in der Vfeise zwischen zwei Platten montiert, daß sie zusammen mit der einen der beiden äußeren Platten in bezug auf die andere Platte bewegt werden kann; die einander zugekehrten Flächen der Platten greifen hierbei abdichtend aneinander an. In Bohrungsserien vorgesehene, miteinander fluchtende Bohrungen gestatten das Herstellen von Verbindungen durch die mittlere Platte hindurch und führen von den Innenflächen der äußeren platten nach außen, so daß Verbindungsmöglichkeiten mit und zwischen den Öffnungen der äußeren platten bestehen» jede Bohrung, für die im Rahmen eines bestimmten Programms kein Anschluß erforderlich ist, wird abgeschaltet. Die zwischengefügte Platte ist auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Billen versehen, so daß entsprechend einem vorbestimmten Programm Verbindungen zwischen den Bohrungen hergestellt werden können.
Dem besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende eingehende Beschreibung eines beispielartig herangezogenen erfindungsgemäßen programmierbaren Plattenventils, das in einen Zeitfolge separator eingebaut und in den beigegebenen Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine Explosionsansicht der Platten des Ventils in isometrischer Darstellung, wobei gleichzeitig in schematisierter Form auch die Verbindungen und die Programmrillenanordnung der mittleren Platte gezeigt sind»
Figur 2 eine Seitenansicht des Separators;
Figur 3 eine Oberansicht der für den zeitlichen Ablauf eines chromatographischen Trennungsgangs programmierten mittleren Platte ι und
Figur 4 einen in einem größeren Maßstab gehaltenen, der Figur 2 entsprechenden Vertikalschnitt.
Das in Figur 1 dargestellte Ventil besteht im wesentlichen aus drei kreisrunden Scheibenplatten 10, 12 und 14» wobei die beiden oberen Platten stationär angeordnet sind, während die untere Platte zu Drehbewegungen gelagert ist und abdichtend an der mittleren platte
angreift
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angreift. In jeder der platten sind Durchgangsbohrungen entlang zweier konzentrischer Kreislinien 16A und 16B, 1ΘΑ und 1ΘΒ beziehungsweise 2OA und 20B vorgesehen, wobei die Bohrungen einer jeden Serie mit den Bohrungen der entsprechenden Serien in den anderen Platten fluchten.
Bei einer chromatographischen oder ähnlichen Trennsäule, die aus einer Anzahl miteinander verbundener TJ-förmiger Rohre besteht, würden diese Rohre die in radialer Richtung paarweise nebeneinanderliegenden Bohrungen in der unteren Platte miteinander verbinden, so daß die Anordnung im Betrieb in dieser Form von der einen Stelle zur anderen verbracht werden kann. Biese Art der Ausbildung ist durch die Darstellung eines U-förmigen Rohres von relativ geringem Durchmesser bei 22 und eines Rohres 24 mit einem im Verhältnis größeren Durchmesser angedeutet, wobei diese beiden Rohre in der Praxis Bestandteil einer aus 20 Schleifen bestehenden Serie und in dieser Form die Trennsäule darstellenden Anordnung in dem mit dem Bezugszeichen 2OC versehenen Kreisbogenbereich auf der Platte 14 wären.
Die äußeren Anschlüsse sind an der oberen Fläche der oberen platte 10 vorgesehen. Verbindungen der Rohre mit einer bei 26 angedeuteten prozeßgekoppelten Überwachungseinrichtung sind bei A, B1 C, E, Ft ß und L dargestellt.
Die beiden Serien von Rohren können zwischen A und B beispieleweise über einen Kondensator miteinander verbunden sein, wobei das Kondensat dann bei C zurückgespeist wird.
Sie ohne Anschlüsse verbleibenden Bohrungen in der oberen und unteren Platte werden verpfropft.
Die vorbestimmte Folge der Rohrzuschaltung wird durch die Rillenanordnung in einer oder in beiden Flächen bestimmt. Bei der hier angedeuteten Anordnung dienen die Rillen 28C zwischen den «it dem Bezugszeichen 18C versehenen Bohrungen zum einfachen Hintereinanderechalten der U-förmigen Rohre mit kleinem Durchmesser ( beispielsweise also des Rohres 22). Für die Rohre mit größerem Durchmesser (beispielsweise also das Rohr 24) ist eine Verbindung nur zwischen jeden zweiten Bohrungspaar 18D, 2OD vorgesehen, wobei die
Rillen
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fiillen 18D die Hintereinanderschaltung vermitteln. Die Rille 28E dient zum Überbrücken einer Anzahl von Bohrungen und Rohren.
In der oberen Fläche der Platte 12 sind konzentrische Rillen 30 und 32 vorgesehen, und ähnliche Rillen sind auch in ihrer unteren Fläche ausgeformt, wobei die oberen und unteren Rillenpaare miteinander verbunden sind. Diese Rillen, die zu beiden Seiten der zwei Serien von Bohrungen 18A und 18B vorgesehen sind, dienen dazu, das fluide Medium in der erforderlichen Strömungsbahn zu halten. Der in diesen konzentrischen Rillen herrschende Druck kann in geeigneter Weise auf einen bestimmten Wert festgelegt sein, der entweder höher oder tiefer liegt als der Wert des in dem Säulensystem herrschenden Drucks, so daß die Rillen entweder dazu dienen können, alles eventuell über die Plattenfläche aussickernde Material abzusaugen oder aber einem auswärts gerichteten Weitersickern von den Schaltbohrungen der Säule vorzubeugen.
Die Außenplatten bestehen vorzugsweise aus Metall, wobei als typisches Material rostfreier Stahl in Betracht kommt, während die mittlere Platte aus einem Kunststoffmaterial besteht, vorzugsweise aus einem graphitbeschwerten Polytetrafluoräthylen, das sich insofern als besonders geeignet erwiesen hat, als es die erforderliche Wärmebeständigkeit und chemische Reaktionsträgheit mit guten Schmier- und Dichtungseigenschaften und mit einer guten Verschleißfestigkeit verbindet.
Die in Figur 1 dargestellten Verbindungen stellen kein praxisbezogenes Programm darj die Darstellung soll nur dazu dienen, einige der zahlreichen Möglichkeiten in der Anwendung der auswechselbaren "Programm"-Platten zu veranschaulichen.
Weitere Verbindungen können beispielsweise zum Zweck einer zeitweiligen Modifizierung eines Programms ohne Austauschen der Platte 12 in ganz ähnlicher Weise wie bei einer elektronischen Schalttafel durch Anbringung der jeweils erforderlichen Übergangsschleifen an der oberen platte 10 hergestellt werden, wobei eine Ablichtung durch die Bohrungen in der mittleren Platte 12 erfolgt.
Erwünschtenfalls kann das Programm in ein aus einem geeigneten Material bestehendes Laminat eingeschnitten sein, das zwischen
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die Platte 12 und die obere Platte eingepaßt werden kann.
Die Ge samt anordnung'kann in einer beliebigen räumlichen Lage in Betrieb genommen werden.
Die Zahl der konzentrischen Bohrungsringe oder Kreislinien von Bohrungen kann sich auf zwei oder auf ein beliebiges Vielfaches von zwei belaufen. Es kann also mehr als ein "Satz" von Säulenserien konzentrisch zu der gleichen Ventildrehachse angeordnet sein.
Die hier gegebene Beschreibung des Ventils betrifft seine Verwendung für Chromatographiezwecke, doch können die Trennröhrchen auch in anderer Form als in Säulenform ausgebildet sein, so beispielsweise etwa als Filterrohre oder Einleitungsrohre.
In den Figuren 3 und 4 sind die praktische Verwendung des in Figur 1 schaubildlich wiedergegebeneη Ventils in einem Separator und eine Ausbildungsmöglichkeit für einen Kompressionsturmaufbau dargestellt, der dazu dient, die drei platten in dem erforderlichen Dichtungseingriff zusammenzuhalten.
Der allgemeine Aufbau des Separators ist in Figur 2 gezeigt. Er besteht im wesentlichen aus einem Plattenventil lOO mit einer oberen Platte 110, einer mittleren platte 112 und einer unteren platte 114 sowie aus einer Säule 102 in Form von 20 Rohrschleifenlängen 122. Im Gebrauch kann die Säule in einem Thermostaten angeordnet sein, und es sind natürlich die für den jeweils vorzunehmenden Trennungsgang erforderlichen Regeleinrichtungen für die Zuführung des fluiden Mediums, die erforderlichen Kondensatoren, Ventile und Überwachungseinrichtungen hinzuzudenken, die hier fortgelassen sind, da Einzelheiten dieser Art nicht zum Erfindungsbestand gehören.
Die obere Platte 110 und die mittlere Platte 112 sind in ihrer Lage durch Befestigung an einem tragenden Aufbau festgelegt, von dem !Peile bei 103 angedeutet sind, während die untere Platte zusammen mit der Säule 102 zu Drehbewegungen in bezug auf diesen Aufbau angeordnet ist. Zu diesem Zweck trägt die untere Platte einen außenverzahnten Ring 104» der als Zahntrieb dient und in einem Ri t-
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zel 106 kämmt, das von einem (nicht dargestellten) Motor unter Steuerung durch, eine in geeigneter Weise verstellbare (ebenfalls nicht dargestellte) Taktgebereinrichtung in einer Reihe von Schaltschritten angetrieben wird, wie sie vom Programm des Trennungsganges diktiert werden.
Die drei Platten werden durch einen federbeaufschlagten Kompressionsturmaufbau 108, dessen bauliche Einzelheiten in Figur gezeigt sind, in der Stellung des erforderlichen abdichtenden Angreifens festgehalten.
Die Säule 102 ist durch einen als Bestandteil des Rotors auegebildeten Rahmenaufbau 109 geschützt, der für die Anordnung auch als Ständer dienen kann, wenn diese aus dem Gerät entnommen wird.
Diese Ausbildung des Separators ist zur Durchführung von Arbeitsgängen in der Sequenzchromatographie vorgesehen, das heißt zur Anwendung einer Fließbettmethode, bei der sich das mit einem Drehventil mit zahlreichen Durchlaßöffnungen verbundene Säulensystem in bezug auf den Durchfluß der mobilen Phase der Strömungsrichtung entgegenbewegt, wenn das Ventil entsprechend einem vorbestimmten Programm von einer Schaltstellung zur anderen fortgeschaltet wird.
Die für diesen bestimmten Prozeß vorgesehene Anordnung der Bohrungen 118A und 118B sowie der Rillen 128C, IJO und I32 in der mittleren Platte 112, die faktisch eine llProgrammll-Platte darstellt, ist in Figur 2 gezeigt, und auch die Anschlußstellen in der oberen Platte 110 für die Herstellung der verschiedenen Einlaß- und Auslaßverbindungen und deren jeweilige Funktionen sind hier kenntlich gemacht, wobei außerdem auch die Strömungsrichtung und die Richtung der Säulenbewegung angedeutet sind. Die drei Öffnungen in dem mit dem Wort 11Abstreifung" bezeichneten Kreisausschnitt stehen für die Zuführung von Abstreifflüssigkeiten zur Verfügung, um Materialreste aus den Säulenschleifen zu entfernen.
Es sind zahlreiche Abänderungen des in dem in Figur 3 dargestellten Rillenschema verkörperten einfachen Programme möglich, und zur Ausarbeitung des jeweils erforderlichen Schemas benutzt man zweokmäßigerweiee ein Blatt mit einer schaubildlichen Darstellung der "Programm"-Platte 112.
Mit
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Mit Hilfe des beschriebenen Separators können zahlreiche Trennungsgänge nach dem Prinzip der Fließbettextraktion vorgenommen werden. So kann beispielsweise die Säulenfortschalteinrichtung zur Programmierung des Betriebsablaufs in Gegenstromextraktionsrohren oder zur Stetigstromanreicherung durch negative Osmose benutzt werden. Das Säulensystem kann in einer solchen Lage angeordnet werden, daß die Säule während der Gesamtdauer eines Fortschaltzyklua unterschiedlichen Temperaturen und Drücken ausgesetzt werden kann. In Anwendung dieser Methoden können Gase aufgearbeitet oder Komponemtenbanden angereichert werden. Ein Produktkondensator kann an das tfberführungssystem angegliedert sein, damit die Produkte aus dem einen Trennsystem zur Vornahme weiterer Trennungsgänge in ein anderes überführt werden können. Es ist sogar möglich, sämtliche Säulenschleifen 122 im Parallelbetrieb arbeiten zu lassen, wobei dann an Jeder Stelle eine gesonderte Trägerflüssigkeitszuführung vorgesehen ist.
Weitere Einzelheiten dieser praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils sind in Figur 4 gezeigt.-Insbesondere zeigt diese Figur den Aufbau des Kompressionsturms 108, der dazu dient, an den Plattenventilaufbau zwischen einer bei 142 in einem selbsteinstellenden Achslager auf der unteren Hotorplatte 114 gelagerten Mittelnabe I40 und einer in die obere Rotorplatte 110 eingeführten koaxialen Buchse 144 vermittels einee Federpakets 134» bestehend aus einem Satz übereinandergeschichteter Scheibenfedern I36, die paarweise durch einfache Scheiben 138 voneinander getrennt sind, eine Kompressionskraft anzulegen. Das Federpaket 134 ist auf ein Gehäuse I46 aufmontiert und greift unter Zwischenschaltung eines Isolierblocks I48 an der Buchse 144 an, wobei der Isolierblock die Wärmeabführwirkung der Scheiben 138 unterstützt, so daß eine Überhitzung der Feder vermieden wird.
Die mittlere Platte 112 ist in der vorgesehenen Drehungsstellung in bezug auf die obere Platte 110 des stehenden ^eils unter Einhaltung eines entsprechenden Spielraums für die unterschiedliche Wärmeausdehnung durch 5 radiale Zapfen festgelegt, von denen einer bei 150 gezeigt ist.
Es sei bemerkt, daß die Bohrungen der BohrungsSerien 118A
und
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und 118B in der aus graphitbeschwertem Polytetrafluoräthylen bestehenden Platte 112 einen größeren Durchmesser haben als die damit fluchtenden Bohrungen der Bohrungsserien in der oberen und in der unteren Platte und daß sie in etwas kürzeren radialen Abständen angesetzt sind$ hierdurch wird der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Kunststoffmaterials der Platte 112 und des rostfreien Stahls der äußeren Platten Rechnung getragen.
Patentansprüche
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    Beim Verschieben oder Drehen eines beweglichen Organs zur programmierten Ausführung von Schaltvorgängen für den Strömungsdurchgang in einem vorbestimmten Ablauf oder Turnus betätigbares Plattenventil, gekennzeichnet durch eine zwischen zwei äußeren Platten (llO, 114) zu gemeinsamen Bewegungen mit der einen der äußeren Platten (llO, II4) in bezug auf die andere der äußeren Platten (llO, II4) angeordnete mittlere Platte (112), wobei die einander jeweils benachbarten Flächen der drei Platten (llO, 112, II4) in einer gegen ein fluides Medium abdichtenden Stellung gegenseitiger Anlage haltbar sind, wobei die Platten (llO, 112, II4) mit Serien durch die mittlere Platte (112) hinduranführender und von den Innenflächen der äußeren Platten (HO, 114) nach außen führender fluohtender Bohrungen (II6A, II6B; 118A, 118B; 120A, 120B) ausgebildet sind, wobei Verbindungsmöglichkeiten für äußere Anschlüsse für den Strömungsdurchgang an den Öffnungen in den äußeren Platten (llO, II4) vorgesehen sind und jede Bohrung, für die im Rahmen eines bestimmten Programms kein Anschluß erforderlich ist, verschließbar ist und wobei in den Oberflächen der mittleren Platte (112) auf einer Seite oder auf beiden Seiten Rillen (l28C, 128D, 128E) zum Herstellen von Verbindungen zwischen Bohrungen in der für ein vorbestimmtes Programm jeweils erforderlichen Weise vorgesehen sind.
  2. 2. Plattenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Platten (llO, II4) aus Metall bestehen, während die mittlere Platte (112) aus graphitbeschwertem Polytetrafluoräthylen besteht.
  3. 3· Plattenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen in ein aus einem geeigneten Material bestehendes dünnes Laminat eingeschnitten sind, das zwischen die mittlere Platte (112) und die äußere Platte (llO) eingefügt ist, mit der zusammen die mittlere Platte (112) bewegbar ist.
  4. 4· Plattenventil nach Anspruch 1 oder naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (II8A, 118B) in der mittleren Platte (112) größer sind als die in den äußeren Platten (HO, II4) ·
  5. 5. Plattenventil nach einem der voraufgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Platten (HO, 112, II4) um kreisrund^
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    runde Scheiben handelt, die zu Drehbewegungen der einen äußeren Platte (114) in bezug auf die mittlere Platte (112) und die andere äußere Platte (HO) in koaxialer Anordnung gelagert sind.
  6. 6. Plattenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (116a, 118A, 120Aj HOB, 118B, 120B) in konzentrischen Ringen angeordnet sind.
  7. 7· Plattenventil nach Anspruch 5 oder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der gegen die relativbewegliche äußere Platte (114) anliegenden Fläche der mittleren Platte (112) konzentrische Eillen (130, 132) vorgesehen sind, wobei diese Hillen (130, I32) in einer zum Einbehalten des fluiden Mediums in der erforderlichen Strömungsbahn geeigneten Anordnung zu beiden Seiten der Bohrungen (II8A, 118B) ausgeformt sind.
  8. 8. Plattenventil nach einem der Ansprüche 5 his 7» dadurch gekennzeichnet, daß an die Plattenventilanordnung (lOO) durch eine zwischen in koaxialer Anordnung an den betreffenden der äußeren Platten (HO > 114) befestigten Teilen (140, 144) angreifende Druckfeder (134) eine Kompressionskraft anlegbar ist.
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