DE1653397A1

DE1653397A1 - Verfahren und Einrichtung zum Foerdern von Fluessigkeiten in duennen Schlaeuchen

Info

Publication number: DE1653397A1
Application number: DE19671653397
Authority: DE
Inventors: Jiri Dr-Ing Hrdina
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1966-01-10
Filing date: 1967-01-07
Publication date: 1971-07-08
Also published as: SE328192B; BE692331A; GB1162961A; AT272843B; US3437050A

Description

-" Verfahren und Einrichtung zum Fördern van Flüssigkeiten in dünnen Schläuchen "

In der Laboratariumstechnik ergibt sich häufig die Notwendigkeit, in einer ader mehreren Röhren, gegebenenfalls auch in dUnnen Schläuchen, die im allgemeinen kleine Querschnitte aufweisen, Flüssigkeiten zu befördern« Bei mehreren Röhren geht es in der Regel darum, daß die Proportionalität des Durchflusses in den einzelnen Röhren sichergestellt ist* Im Prinzip sind zwei Arten sogenannter peristaltiscber Pumpen für diese Zwecke bekannt und in Verwendung.

Nach der einen Art drücken zwei, oder mehrere kleine Zylinder, bzw, kleine Rollen, die sich in erzwungener Bewegung auf eine-r Kreisbahn' bewegen, den dünnen Schlauch oder mehrere nebeneinander liegende Schläuche an die innere oder äußere kreisförmige Oberflä-r ehe des Grundkörpers, auf den sich der dünne Schlauch abstützt und auf ihm befestigt ist» Die Rollen,., die auf einem Mitnehmer be-

1853397

festigt sind, der um die Achse des Abdruckteils der zylindrischen Fläche des Grundkörpers zentrisch rotiert, bilden zwischen dem Umfang und der Oberfläche des Andruckkörpers einen so dimensionierten Zwischenraum, daß das innere Profil des elastischen dünnen Schlauches an der Stelle des Andruckes durch dessen Einfluß so deformiert wird, daß die inneren Flächen des dünnen Schlauches dicht aneinander liegen und so den inneren Raum des dünnen; Schlauches dicht vor der Andrucksteiie und nach ihr abteilen. Dieser abteilende Andruck und das Zusammendrücken des dünnen Schlauches beim Abwälzen P der Rolle auf dem Schlauch dauert so lange, bis die weitere ihm nachfolgende Rolle einen neuen Druck in der Weise ausübt, daß der erste Andruck aufhören kann, ohne daß es dazu kommt, daß auch nur für einen Augenblick die Durchgängigkeit in der ganzen Länge des elastischen Schlauches frei wird* Dadurch, daß der elastische, dünne Schlauch wenigstens an einer Stelle bis zur Undurchgäng;igkeit zusammengedrückt ist, wird sichergestellt, daß die Flüssigkeit im Inneren des dünnen Schlauches proportional der Abwälrgeschwindigkeit der Rolle in der angeführten Art weiter geschoben wird«

t Die zweite Art der Pumpen ist der eben angeführten ähnlich bis auf

■ - ■ _

die Tatsache, daß sich mehrere Rollen in ähnlicher Vfeise auf einem! - Schlauch oder auf einer größeren, nebeneinander liegenden Anzahl, die auf einer geraden Piatte liegen, bewegen, wobei d&& bewegung; der Rollen in den Funktioresiägen, bei denen der peristaltische Andruck auf die Schläuche stattfindet, dadurch gesichert: ist, daß die angeführten Rollen, zum Beispiel durch zwei Galische Ketten bewegt werden, van denen eine jede eine geschlossene, flache Schleife bildet, an deren beiden oberen Enden die beiden Ketten in Zahnrädern gelagert sind* von denen ein Paar angetrieben ist«

BAD ORIGINAL

- : : Ij

In beiden Fällen gilt als notwendige Bedingung zum Verschließen der einzelnen dünnen Schläuche, daß die Entfernung der peristaltisch wirkenden Rollen von der unbeweglichen Fläche/ auf die sich ein oder mehrere Schläuche abstützen, eine solche ist, daß bei der peristaltischen Deformation das innere Profil mit einer genügenden Reserve abgeschlossen wird, ohne das übermäßige Drücke entstehen, die zu einer allzu raschen Zerstörung der Schläuche durch Übermüdung führen, wenn diese übermäßigen Deformationen unterworfen werden. In" manchen Fällen, insbesondere wo es sich um einen oder nur wenige Schläuche handelt, besteht die Möglichkeit, daß die Andruckrollen mit angemessenem Druck sich elastisch auf den Schlauch anlegen oder im Gegenteil, daß gegen die unelastisch gelagerten Rollen die Feste Wand elastisch so anliegt, daß eine angemessene Deformation des Schlauches erzielt wird. Ein bedeutender Mangel liegt jedoch darin, daß die Forderung erfüllt sein muß, daß die Wandstärke aller Schläuche gleich sind«

Ein wesentlicher Mangel der beschriebenen bekannten Einrichtungen besteht darin, daß es sehr schwierig ist, eine genaue Regulierung der Größe des Durchflusses in den Schläuchen zu erreichen«, Im Wesen Λ ist lediglich eine sprunghafte Änderung des Durchflusses durch Auswechseln eines Schlauches durch einen anderen mit einem anderen Durchmesser und ungefähr gleicher Wandstärke möglich, um bei einem solchen Auswechseln des Schlauches ohne Änderung der»gegenseitigen Orientiereung der Entfernung der Druckrolle vom Festkörper eine angemessene Deformation des Schlauches für sein Verschließen an der Stelle des Druckes des peristaltiseh wirkenden Elements zu erreichen.

Eine Regulierung durch eine Geschwindigkeitsänderung des Abwälzens des peristaltisch wirkenden Elements ist aus konstruktiven Gründen

109828/0UB"''-

BAD ORIGINAL

ziemlich schwierig, wenn nicht unmöglich. Insbesondere bei solchen Einrichtungen, deren Vorteil darin besteht, daß mit dem gleichen Druckelement mehr als ein Schlauch peristaltisch deformiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der angeführten bekannten peristaltischen Fördereinrichtungen zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strom der Flüssigkeit in einem oder mehreren elastischen Schläuchen pro-P grammäßig in bestimmten, vorher festgelegten Längen durch die; peristaltische Wirkung des Abwälzens unter Andruck nur einer einzi-, gen Rolle für jeden Schlauch weitergeschoben wird, Dabei wird nach Beendigung des Abwälzens das Profil des dünnen Schlauches durch Druck an einer Stelle mit Hilfe eines besonderen Druckelementes für die Zeit geschlossen, während der Andruci der Rolle für die peristaltische Deformation nachläßt und die Rolle in die Ausgangsstellung der peristaltischen Bewegung für einen neuen Andruck zurückgebracht wird.

k Die Figur 1 zeigt als Beispiel das Schema der Wirkung der Einrichtung gemäß der Erfindung, die Figuren 2 bis 6 schematische Beispiele der konstruktiven Lösung der Einrichtung.

Die Figur 1 zeigt das schematische Prinzip des Verfahrens der Einrichtung gemäß der Erfindung. Der elastische dünne Schlauch 1,- der sich auf der ebenen Fläche 3 des Stützkörpers 4 abstützt, wird an der Stelle α abwechselnd in der Richtung des Doppelpfeiles h durch das Element 30 so zusammengedrückt, daß das lichte Profil des Schlauches und die Kommunikation in ihm unterbrochen ist. Außer der Stelle α wird der Schlauch abwechselnd zusammengedrückt

109828/0U8 - 5 -

/:^iVat&-". BADORiGlNAL-

unter gleichzeitigem Abwälzen der Rolle 2, deren Achse 6. eine Bahn beschreibt, die durch das Rechteck b vorteilhaft mit der verändern liehen Größe L gegeben ist. Das Zusammenspiel der beiden einschließenden Elemente 30 und 2 wird durch die äußere Einwirkung des Hechanismus realisiert, der von Nocken, Sollen und Hebeln gebildet ist und den Elementen 30 und 2 die notwendigen Bewegungen gibt. Hierdurch ergibt sieh/ daß in der ersten Pha.se des Arbeitszyklus der dünne Schlauch vom Element 30 abgeschlossen wird^ worauf die Rolle 2 sich aus der Andrucklasge in, der Richtung des Pfeiles c g hebt un,d sich in der Richtung des Pfeiles, d in die Ausgangissiieilung, bewegt, wo in der Richtung des Pfeiles e ein neuerlicher Druck entsteht, worauf sich der Druck des Druckeletttentes 30 !ackert und; die Rolle 2 in der Richtung; des Pfeiles f eiiae weitere pe.ris;t®lti.sGhe Pumpbewegung ausübt.

Die Figur 2 stellt schematiseh ein. Beispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung dox. Der elastische Schlauch 1, zum Beispiel aus Silikongummi,. Jygon und ähnl** wird durch die perisA/jltiseh; wirkende Rolle 2 gegen die gerade flache 3 des Stützkörpers: 4 gedrückt,' Pie Bewegung der peristaltisch wirkenden Rolle 2 wird durch deti Hebel- f

mechgnismus. gesichert, dessen Zugstange §■ an der Achse. & der Rolle eingreift und am zweiten Ende mit Hilfe d^s Bolzens 7 an· den» zweiarmigen Hebel β angelenkt ist, der um den festen· icil^en 9 schwingt. Die kleine Rolle 10 am anderen; Ende des zweio;rmigi@ni Hebels- 8 greift mit der Nocke TI ein, die gemeinsam mit weiteren Npcken; an= der Welle 12 befestigt ist, die sich durch die Wirkung; des Antriebsmotorsj Ub^r nicht eingezeichnete Getriebe dreht, Me kleine Rolle W wind? dlurch die von der Feder 13 übertragene Kraft in iingriff gehoilten;, s,o daß die waagerechte Bewegung der Rolle 2/ durch die Form der; Nqcke

BAD

"..'■;. -6- .·-.■■ ... ■ .-■ 1653337

gegeben ist. Die Achse 6 einer oder mehrerer Rollen 2 trogt an ihren Enden die weiteren Rollen 14, die sich auf der geraden Fläche 15 der Andruckplatte 16 abstützen, die mit Hilfe der Bolzen 17, 18 mit dem Arm 19, 20* der um die festen Bolzen 21, 22 drehbar ist, gelenkig verbunden ist. Hierbei ist der Arm \9 fest mit dem Arm 23 verbunden, der an seinem Ende die Rolle 24 trügt, die in dauerndem Eingriff mit der weiteren Nocke 25 ist_f die sich auf der Welle 12 befindet. Der, weitere Arm 26 trägt an seinem Ende die weitere Rolle 27, die mit der nicht eingezeichneten Nocke, die ebenfalls auf der Welle 12 befestigt ist, in* Eingriff ist« Der um die feste Achse 28 schwingende Arm 26 ist fest mit dem Arm 29- der angedeuteten Form verbunden, der mit seinem Ende 30 den dünnen Schlauch 1 so zusammendrücken kann, daß der Durchgang auf eine gewisse Zeit, die durch die Form einer nicht eingezeichneten, in die Rolle 27 eingreifenden Nocke gegeben ist, unterbrochen ist«. Der dauernde Eingriff der Rollen 24_f 27 in die Nocken ist durch den elastischen Druck von nicht eingezeichneten Federn gegeben.

Die Funktion der Einrichtung gemäß der Figur 2 ist folgendet Am Begins des Zyklus wird? der elastische dttnne Schlauch 1 durch das geformte Ende 30 des Hebels 29 zusammengedrückt und die peristarltische Rolle Z_t die bisher den Schlauch 1 noch nicht zusammengedruckt hat, wird zum Zusammendrücken des Schlauches dadurch geführt, daß sieh die bewegliche Stützplatte 16 infolge des Nachfolgens der Nooke 25 durch die Rolle 24 hebt und durch ihre obere Flache 15 mit Hilfe der Rolle 14 die Achse 6 in der Richtung: nach oben drückt, so daß; die peristaltische Rolle 2 auf dem Schlauch 1 aufsitzt, resp* dessen Paroffil durch einen genügend großen Druck gegen die Fläche 3 des SttJtz-kb/Epers 4 schließt* Hierauf löst sich der Druck des

BAD ORIGINAL

Schlauches 1 mit Hilfe des Endes 30 des Armes 29, worauf die eigentliche peristaltische Bewegung dadurch beginnt, daß sich die peristaltische Andruckrolle 2 auf dem Schlauch 1 unter einem angemessenen Druck zur Fläche 3 des Körpers 4 durch die Wirkung des Mechanismus 5, 8, dessen Rolle 10 der Nocke 11 folgt, abwälzt. Nach Beendigung der Waagerechten Bewegung der angedrückten Rolle 2 wird der Schlauch wiederum duroh den Andruck des Endes 30 des Armes 29 zusammengedrückt, worauf durch dos Absinken der Andruckplatte 16 der Druck der Rolle 2 aufhört und der Hebelmechanismus die j

Rolle 2 wiederum in die Ausgangsstellung zurück bringt.

Der Stützkörper 4 kann mit Vorteil um die in den Lagern 3S₄. 34 sitzenden Bolzen 31, 32 geklappt werden; die Lager sind fest mit der nicht eingezeichneten Grundplatte verbunden, in der auch alle festen Bolzen des Mechanismus eingespannt sind. Durch Umklappen des Körpers 4 um die Bolzen 31, 32 wird der Zugang zu den Stellen frei, wo der Schlauch 1 zusammengedrückt ist. Um die Bolzen 32, 31 kann auch der in der Figur 1 nicht eingezeichnete Rahmen, jedoch nur um seinen rechten Teil umgeklappt werden, in dem sich die Einschnitte 36 befinden, in welche der Schlauch 1 oder eine größere Anzahl solcher Schläuche eingelegt werden können, wobei ihre Befestigung zum Beispiel durch die hakenförmige Platte 37, die im Rahmen 35 durch die stellbare Schraube 38 befestigt ist, gesichert ist« Der Stützkörper 4 kann mit Vorteil aus durchsichtigem Material, zum Beispiel Plexiglas angefertigt sein, wodurch eine direkte Beobr achung der Deformation der einzelnen Schläuche 1 unter dem Druck der Andruckrolle 2 resp. des geformten Endes 30 des Armes 29 beobachtet werden kann.

1 0 98 2 8 / 0 4 4 8 bad original

- 8 - :.■ ]653-97

Die Figur 3 zeigt schematisch im Längsschnitt der Achse 6 die Möglichkeit des Ausgleichens der verschiedenen Wandstärken der einzelnen gleichzeitig deformierten Schläuche 1, I¹, 1" durch Abstufung des Durchmessers der Andruckrolle 6 oder durch Abstufung der Höhe der unteren Andruckfläche 3 des Stützkörpers oder der Kombination der beiden. Auf der gleichen Abbildung ist weiter angedeutet, daß die Rolle 14, die mit der Andruckplatte 15 im Eingriff steht und mit Vorteil in Form eines Kugellagers 70, das auf der Achse 6 sitzt, ausgeführt sein kann. In gleicher Weise " kann die Andruckrolle 6 an den Stellen des Andruckes der einzelnen Schläuche 1, I¹, 1" mit Kugellagern versehen sein. Auch die Zugstange 5 kann mit der Achse 6 mit Hilfe des Kugellagers 39 verbunden sein.

Die Figur 4 zeigt schematisch das Detail der Einrichtung gemäß der Figur 2 so eingerichtet, daß die Möglichkeit besteht, die Größe der peristaltischen Bewegung der Rolle 6 entlang des Schlauches 1 regeln zu können. Eine Pleuelstange oder mehrere hintereinander angeordnete Pleuelstangen 5 tragen auf ihrem Bolzen 6 fc einerseits die Andruckrolle 2, andererseits die Rolle 14, die sich auf der oberen Fläche 15 der Andruckplatte 16 abstützt. Jede dieser Pleuelstangen 5 ist an ihrem anderen Ende durch den Bolzen mit dem oberen Ende des Armes 40, der um die gemeinsame Achse schwingt, verbunden. Auf diese Achse ist schwingbar auch die schwingende Platte 41 befestigt, welche die Rolle 10 trägt, die in der oben beschriebenen Art, wie in der Figur 2 mit der Nocke eingreift. Wenn jeder Arm 40 sich am Stift 42 der Platte 41 anlehnt, an welche er durch die Kraft der Feder 43 gedrückt wird, wobei sich die Feder an-der auf der schwingenden Platte 41 befestigten"

109828/0A48

BAD ORIGINAL

Stütze 44 abstützt, vollführt jede Pleuelstange und damit auch jede Rolle eine mit der Bewegung der schwingenden Platte 41 übereinstimmende Bewegung, wie wenn sie mit ihr fest verbunden wäre. Wenn jedoch der Arm 40 mit seinem oberen Ende, der gegebenenfalls mit einer Begrenzungsschraube 45 versehen sein kann, ar\ den Anschlag 46, der an der Stellschraube 47 befestigt ist, anstößt, dann bleibt der Arm in der zugehörigen Stellung stehen und verfolgt weiter die Bewegung der schwingenden Platte 41, wobei die Feder 43 zusammengedrückt wird. Die Begrenzungsschraube ist mit Hilfe ihres Gewindes in der Mutter 48 befestigt, die mit Vorteil durchgeschnitten und '

mit der Schraube 49 angezogen werden kann. Jede Mutter ist auf dem gemeinsamen Bügel 50 befestigt, der auf der Grundplatte der ganzen Einrichtung (in der Figur 3 nicht eingezeichnet) befestigt ist, ebenso wie der feste Bolzen 9 und die Stütze 51 der Feder 52, welche den Andruck sicherstellt, der dazu nötig ist, daß die Rolle 10 und dadurch auch-der ganze mit ihr zusammenhänge Hebelmechänismus dauernd den Umfang der Necke 11 verfolgt. Durch Änderung der Lage der einzelnen Justierschrauben 47 kann die Länge der peristaltischen Bewegung, welche die Roli& 2 auf die einzelnen Schläuche ausübt, eingeschränkt werden. Hierdurch wird erreicht, daß die Förderleistung ä in den einzelnen Schläuchen individuell von einer maximalen Volumleistung bis. zu einem Nulldurchfluß geändert werden tann₀

Die Tatsache, daß das Fördern hier mit Unterbrechungen vor sich geht, muß bei einer Reihe von Fällen kein Nachteil im Vergleich zu den üblichen peristaltischen Pumpen sein, die wohl ziemlich gleichmäßig fördern, aber aucji mit bestimmten !Schwankungen, j,e nach dem die einzelnen Andruckrollen -zum, Andruck, an den Schlauch kommen oder sich entfernen, .pie; pulsierende ^irfcung des ,Verfahrens und; der Einrichtung

- TO BAD OBlGlNAL

gemäß der Erfindung kann im Gegenteil in solchen Fällen ^On^ Vorteil sein, bei denen die Notwendigkeit bestehtj in sehr regelmäßigen kurzen Unterbrechungen, zum Beispiel in den Flüssigkeiiisstrom Blasenkolben oder ähnl. einzudrücken.

Die Figur 5 zeigt schematίsch eine AusFü&kung", die es ermöglicht, daß die einzelnen elastischen Schläuche 1 durch einen elastischen regulierbaren Druck zusammengedrückt'werden können. Für diesen ^: Zweck sitzt der Arm 29 mit seinem geformten Ende 30 auf den Schlauch " 1 nicht direkt, sondern mit Hilfe eines weiteren Hebels 53, der um den festen Bolzen 54 schwingt. Der Hebel 53 drückt mit Hilfe seines geformten Endes 55 au F den dünnen Schlauch 1 mit einer Kraft, die durch die Spanni/rig "der flachen Feder 56 der angedeuteten Form bestimmt ist, die mit Hilfe der Schraube 57 am Hebel 53 befestigt ist und sich auf der Stütze 58 abstützt, deren Lage dadurch geändert werden kann, je nach dem, in welche Lage die Befestigungsschraube im Ausschnitt 60, in dessen Grenzen die Schraube in der Richtung des Doppelpfeiles 61 bewegt werden kann, angezogen wird.

Die Figur 6 zeigt schematisch ein Beispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung, durch die erreicht werden kann, daß der Andruck der Andruckrolle 2 auf den elastischen Schlauch 1 reguliert werden kann, und dies hinsichtlich der Ausdruckkraft, wie auch hinsichtlich des Hubs, wodurch beim Herabsinken der Stützplatte 16 der Andruck herabsinkt. Zu diesem Zweck hat die Pleuelstange 5 die Form gemäß der Figur 5 und ist mit Hilfe des weiteren Bolzens 62 mit dem Schwinghebel 63 der angedeuteten Form verbunden,, Er trägt an seinem Ende die Rolle 14, die mit der oberen Fläche 15 mit der Andruckplatte im Eingriff steht« Die Andruckkraft, welche die Rolle2 auf den

Schlauch 1 ausübt, ist durch die elastische Kraft der Feder 64 gegeben, die mit Hilfe der Befestigungsschraube 65 am Hebel 63 befestigt ist_o Die Spannung der Feder 64 ist durch die Stellschraube 66 mit Hilfe des in der Absetzung 67 des Hebels 5 befindlichen Gewindes regulierbar. Eine relative Bewegung der
Rolle 2 und 14, in deren Grenzen die Stärke der Feder 14 wirkt, ist durch die Stellschraube 68 regulierbar, deren Gewinde sich im Ausläufer 69 der Pleuelstange 5 befindet.

- 12 -

109 8 2 8/04 4.8

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Fördern von Flüssigkeiten in elastischen dünnen Schläuche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Flüssigkeit in einem oder mehreren elastischen Schläuchen programmäßig in Abständen, vorteilhaft in regulierbarer Länge, durch eine peristaltische Wirkung weiter geschoben wird, die durch Abwälzen immer nur einer peristaltischen Rolle auf dem Schlauch hervorgerufen wird, wobei nach dem Beendigen des Abwälzens das Profil des dünnen Schlauches mit Hilfe eines weiteren Durckelementes an einer Stelle für die Zeit abgeschlossen ist, während der der Andruck der peristaltischen Rolle aufhört und diese Rolle in die Ausgangsstelle ihrer peristaltischen Bewegung zurückgeführt wird, worauf ein erneuter Andruck der Rolle erfolgt.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem oder mehreren elastischen Schläuchen, die zu einer Deformation für die Unterbrechung des Durchflußprofils durch eine Andruckrolle resp» ein Druckelement fähig sind, dadurch g e k e η η ζ e ich η et , daß das Profil des dünnen Schlauches (1) wechselnd durch den Andruck einerseits einer einzigen peristaltischen Rolle (2), welche sich auf dem Schlauch (l) unter einem Andruck auf eine begrenzte Länge zwischen zwei Ruhestellungen abwälzt, und andererseits durch ein Druckelement (30) geschlossen wird«

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ze i c h η et , daß zur Regulierung der Länge (L) der Bahn der peristaltischen Rolle (2) ein verstellbarer Anschlag (46) vorgesehen ist.

J 0 9 8 2 8/044 8 - 13 -

- 13 - T653397

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Andrücken der peristaltischen Rolle (2) oder/und eines Druckelementes (30)ein ein elastisches Element vorgesehen ist,

5. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch ge k e η η zeichnet., daß für die Einstellbarkeit des Andruckes der peristaltischen Rolle (2) oder/und des Elementes (30) eine regulierbare Schraube {66) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet /daß zur Ausübung der peristaltischen Bewegung der Rolle (2) oder/und des Elementes (30) ein Nockenmechanismus (11, 25) vorgesehen ist, der gemeinsam mit dem Hebelgetriebe wirkt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et , daß der Nockenmechanismus (IT, 25), das Hebelgetriebe (26, 29, 8, 5) und gegebenenfalls auch die Rolle (2), bzw, das Element (30) für mehrere Förderschläuche (T) gemeinsam sind.

PATENTANWALT

BAD OHlGWAL

109828/OA48

Leers e ι te