DE2347717A1

DE2347717A1 - Pumpvorrichtung

Info

Publication number: DE2347717A1
Application number: DE19732347717
Authority: DE
Inventors: Maxwell John Dawkins; Dimiter Gunew; Ronald John Herniman
Original assignee: ICI Australia Ltd
Current assignee: Orica Ltd
Priority date: 1972-09-22
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1974-03-28
Also published as: IT993072B; FR2200905A5; NL7312955A; GB1450400A

Description

PATENTANWALTSBORC ^r TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

TEL. (OtII) UNEO-M TELEX: 834·« «pat CABLE ADDFCCC: Q«.i.tk.nlc.>atb!,t Mü.iuhen

800 0 München 2

Bavarlaring 4 ₂1. September 1973

Postfach 202403

B 5562

ICI Australia Limited Melbourne (Australien)

Pumpvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Pumpen und Pumpensysteme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Pumpvorrichtung, die ein Fluid mit im wesentlichen konstantem Durchsatz, d.h. konstanter Fördermenge je Zeiteinheit, pumpen kann.

Fluide werden seit langem durch Leitungssysteme mit Leitungen und Ventilen gepumpt. Es sind zahlreiche Versuche gemacht worden, eine Pumpvorrichtung so auszulegen, dass gasförmige oder flüssige Fluide durch ein System in der Weise gefördert werden können, dass das Fluid durch das System mit verhaltnismässig konstantem Druck gleichmässig strömt. Es hat sich bisher jedoch als schwierig erwiesen, eine Pumpvorrichtung zu schaffen, di· eine Fluidströmung in kontinuierlichem, gleichmassigem

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und konstantem Strom durch ein System fördert. Herkömmliche Pumpvorrichtungen haben bisher zu einer Fluidströmung geführt, die eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:

a) Schwankender Druck während jedes Zyklus bzw. jeder Folge von Zyklen;

b) Schwankungen im Durchsatz während jedes Zyklus bzw. jeder Folge von Zyklen? und

c) ungleichmässiger Durchsatz aufgrund der Notwendigkeit, die Pumpenkammer zwischen den Pumphüben nachzufüllen.

Trotz zahlreicher Versuche während vieler Jahre hat es sich bisher als schwierig erwiesen, eine Pumpvorrichtung zu schaffen, mit der eine konstante Fluidströmung gegen einen veränderlichen Gegendruck auf der Förderseite der Pumpe erzeugt werden kann. Dies ist insbesondere dann schwierig, wenn der Pumpbetrieb bei erhöhten Drücken stattfindet. Während begrenzte Erfolge im Hinblick auf einige der oben genannten Aspekte erreicht worden sind, sofern die Fluidströmung stark war, nimmt das Ausmass der Schwierigkeiten zu, wenn der Durchsatz des Fluids klein ist. Für bestiemtβ Anwendungefälle ist es höchst

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wünschenswert, dass das Fluid durch ein System mit im wesentlichen kontinuierlicher, konstanter und echwankungsloser Strömung geführt Wird. Eine solche Fluidströmung ist beispielsweise höchst wünschenswert für den Betrieb eines analytischen Gerätes nach Art eines Chromatographen, in dem die Fluidströmung, beispielsweise die Strömung einer Flüssigkeit, einen wesentlichen Bestandteil des Betriebes des Gerätes ausmacht.

Bs ist nun gefunden worden, dass die Schwierigkeiten bei den Vorrichtungen der herkömmlichen Art wesentlich verringert und die Schwankungen der Fluidströmung, insbesondere der Flüssigkeitsströmung, durch ein Mehrpumpensystem wesentlich verringert werden können, wenn eine zweite Pumpe bzw. mehrere zweite Pumpen nach Rückkehr in die Stellung, in der der Förderhub beginnt, unter konstantem Druck gegen ein geschlossenes Ventil fördern, während eine erste Pumpe Fluid mit konstanter Strömung fördert.

Erfindungsgemäss ist daher bei einer Pumpvorrichtung mit mindestens zwei Hubpumpen, von denen eine zweite Pumpe in ihre Anfangestellung zurückkehrt und dabei mit Fluid, vorzugsweise mit Flüssigkeit, nachgefüllt wird, während eine erste Pumpe ein Fluid mit konstanter Strömung

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einem System zuführt, eine Pumpeinrichtung vorgesehen, die bei konstanter Strömung arbeiten kann, wobei die eine Pumpe nach Rückkehr in ihre Anfangsstellung anfängt, bei konstantem Druck gegen ein geschlossenes Ventil zu fördern, während die andere Pumpe Fluid bei konstantem Durchsatz durch ein offenes Ventil fördert.

Die Art der Antriebe und Stellglieder für die Pumpen ist nicht von primärer Bedeutung. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Pumpeinrichtung, die ein Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, durch ein System pumpen kann, in Kombination;

a) Mindestens zwei einfach wirkende Kolbenpumpen mit Schraubenantrieb;

b) mindestens ein betätigbares Ventil für jede Kolbenpumpe;

c) mindestens eine Ablaufsteuerung; und

d) einen Antrieb zur Betätigung der Pumpen.

Die angegebenen Komponenten (a), (b), (c) und (d) sind jede für sich bekannt. So können die Pumpen gemäss

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Komponente (a) von beliebiger Grosse und beliebigem Fassungsvermögen sein, sofern sie nur für den bestimmtön Anwendungsfall geeignet sind. Bei den Ventilen gemäss Komponente (b) handelt es sich vorzugsweise um Drehventile oder Kolbenventile oder pneumatisch betätigte Ventile oder Solenoidventile. Die Ablaufsteuerung gemäse Komponente (c) umfasst vorzugsweise eine elektromagnetische Vorrichtung, die die Ventile der Pumpeinrichtung betätigen und die Bewegungsrichtung des Antriebs steuern kann. Wenn es gewünscht wird, kann die Ablaufsteuerung auch mechanische Einrichtungen, wie beispielsweise pneumatische oder hydraulische Einrichtungen, umfassen, durch die die Bewegung der Ventile und des Antriebs gesteuert werden können. Der Antrieb gemäss Komponente (d) wird in einfacher Weise von Elektromotoren geliefert, wobei beispielsweise ein sogenannter Schrittmotor geeignet ist. Die Merkmale der Komponenten sind nicht von entscheidender Bedeutung, und durch geeignete Auswahl dieser Komponenten kann die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung für einen bestimmten Anwendungsfall ausgelegt werden.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Pumpen eines Fluids, vorzugsweise einer Flüssigkeit, durch ein System. Zu diesem Verfahren gehört, dass das Fluid durch das System unter Verwendung der zuvor beschriebenen Pumpvorrichtung gepumpt wird. Eine bevorzugte Aueführungs-

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form dieser Pumpvorrichtung umfasst:

a) Mindestens zwei einfach wirkende Kolbenpumpen mit Schraubenantrieb:

b) mindestens ein mit jeder der Pumpen verbundenes, betätigbares Ventil;

c) mindestens eine Ablaufsteuerung: und

d) einen Antrieb zur Betätigung der Pumpen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein Kombinationsantrieb für die Pumpen vorgesehen sein. Beispielsweise während der Betriebsphase, während der die Pumpe mit konstantem Druck arbeitet, kann sie durch ein Fluid, d.h. hydraulisch oder pneumatisch, betätigt werden, und während der Betriebephase, während der die Pumpe mit konstantem Durchsatz fördert, kann sie durch eine Nooke mit konstantem Hub oder durch einen Schraubenantrieb betätigt werden. Während der Detriebephase mit konstantem Durchsatz wird die Pumpe vorzugsweise durch eine Kombination aus einem Nocken- oder Schraubenantrieb und pneumatischem Druck betätigt. Dies hat den Vorteil, dass sowohl der Verschleiss des mechanischen Antriebs

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als auch die vom mechanischen Antrieb aufzunehmende Belastung vermindert werden. Ein daraus folgender Vorteil besteht darin, dass der mechanische und hydraulische Nachlauf in den Pumpen vermindert wird. Dieser Gesichtspunkt ist bei den Anwendungsfällen von besonderer Bedeutung, bei denen kleine Pumpen für konstanten Durchsatz unter hohem Druck eingesetzt werden.

Ein typisches Beispiel für diese Ausfuhrungeform der Erfindung ist eine Pumpeinrichtung mit mindestens zwei nockenbetätigten Pumpeinrichtungen, von denen jede in Kombination eine mit jeweils mindestens einem Einwegventil auf der Saugseite und der Förderseite versehene Pumpe, vorzugsweise eine Kolbenpumpe oder eine Nockenpumpe oder eine Membranpumpe oder eine Balgenpumpe, eine mit einem Antrieb verbundene und von diesem antreibbare Nocke mit konstantem Hub und einen in einem Zylinder angeordneten Kolben, der durch ein Fluid verschiebbar ist, umfasst. Dabei wird die zur Betätigung der Pumpe erforderliche Kraft durch die vom Kolben abgeleitete Kraft in Verbindung mit der von der Nocke abgeleiteten Kraft geliefert.

Wie bei der zuvor beschriebenen Ausfuhrungsform der Erfindung sind die oben angegebenen Bestandteile Pumpe, Nocke sowie Kolben mit Zylinder jeweils für sich bekannt.

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So kann beispielsweise die Pumpe von beliebiger Art, Ab** messung und Leistung sein, sofern sie für einen bestimmten Anwendungsfall geeignet ist. Für bestimmte Zwecke haben sich einfach wirkende Kolbenpumpen als sehr nützlich erwiesen. Bei den der Pumpe zugeordneten Ventilen handelt es sich vorzugsweise um Drehventile oder Solenoidventile oder pneumatische Ventile oder hydraulische Ventile oder selbsttätige Ventile. Die Nocke ist vorzugsweise eine Stirnflächennocke oder eine Randnocke oder eine Spiralnocke, und ihre Abmessung sowie ihre Form können so gewählt werden, dass sie den gewünschten Zweck erfüllt.

Obwohl in der vorangehenden Beschreibung die Verwendung einer Nocke für jede Pumpe angegeben ist, liegt es im Rahmen dieser Erfindung, bei der Pumpvorrichtung eine einzelne Nocke in der Weise vorzusehen, dass die einzelne Nocke mehr als eine Pumpe der Pumpvorrichtung betätigen kann.

Abmessung und Form des Zylinders sowie des darin angeordneten Kolbens hängen ausschliesslich von dem Anwendungsfall ab, für den die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung verwendet wird. Die geeigneten Kennzeichen von Kolben und Zylinder können durch Rechnung oder durch einen Versuch bestimmt werden. Vorzugsweise wird der Kolben durch Luftdruck oder hydraulisch betätigt. Der

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Antrieb besteht vorzugsweise aus einem Elektromotor, wie er bereits erwähnt wurde.

Durch geeignete Einstellung der vom durch ein Fluid betätigten Kolben abgeleiteten Kraft und der von der angetriebenen Nocke abgeleiteten Kraft kann jede dieser Kräfte in gewünschter Weise verändert werden. So kann beispielsweise der Hauptanteil der für die Betätigung der Pumpe erforderlichen Kraft von der Nooke abgeleitet werden, während nur ein kleinerer Teil vom Kolben abgeleitet wird. Die erforderliche Gesamtkraft kann jedoch auch in ungefähr gleichen Teilen von beiden Kraftquellen abgeleitet werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Ausführungsform ist die erfindungsgeraässe Pumpvorrichtung so eingestellt, dass der Hauptanteil, beispielsweise 80 - 95 %, der gesamten Kraft vom Kolben abgeleitet wird und der Rest der gesamten Kraft von der Nocke abgeleitet wird. Durch eine solche Einstellung ist die Gefahr einer Verformung oder eines Bruchs der Nocke während des Betriebs der Pumpvorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Systemen vermindert, die allein durch einen Nockenantrieb betätigt wurden. Eine solche Verminderung der Gefahr von Verformung und Bruch ist besonders dann wünschenswert, wenn das Fluid bei verhältnismässig hohen Drücken gefördert wird.

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Die von der Nooke und dem Kolben abgeleitete Gesamtkraft kann auf die Pumpe durch geeignete harkömniliche Anordnung und Zuordnung der Komponenten innerhalb der erfindungsgemässen Pumpvorrichtung übertragen werden. So kann beispielsweise die Stange des Kolbens mit der Pumpe fest verbunden sein. Alternativ braucht die Stange des Kolbens nicht auf diese Weise mit der Pumpe verbunden zu sein; vielmehr kann sie so angeordnet sein, dass sie die Pumpe bei deren Vorwärtshub betätigt und dann in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt, während die Pumpe davon unabhängig durch eine Vorrichtung, wie beispielsweise eine Feder, in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht wird.

Zur Erfindung gehört ferner ein Verfahren zum Pumpen eines Fluids, vorzugsweise einer Flüssigkeit, durch ein System, wobei das Verfahren umfasst, das Fluid durch das System mittels einer Pumpvorrichtung nach der Erfindung zu fördern.

Die erfindungsgemasse Pumpvorrichtung ist zum Fördern von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten, von einem Punkt zu einem anderen Punkt durch eine Leitung oder ein Rohr oder durch eine Vielzahl von Leitungen oder Rohren geeignet. Die erfindungsgemasse Pumpvorrichtung

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ist besondere für wissenschaftliche und industrielle Verfahren geeignet, beispielsweise für chemische Verfahren oder verfahrenstechnische Anwendungen, bei denen es darauf ankommt, eine Flüssigkeit über längere Zeiträume oder kontinuierlich mit im wesentlichen konstantem Durchsatz zu fördern. Die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung ist beispielsweise dazu geeignet, einen Fluidstrom, wie beispielsweise eine chemische Lösung, gleichmässig einem anderen Strom zuzuführen. Dabei ist die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung besonders vorteilhaft, wenn der Pumpvorgang bei verhältnismässig hohen Drücken und/oder geringen Durchsätzen erfolgt. Es ist festgestellt worden, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung mit grossem Nutzen bei analytischen Verfahren und Trennverfahren einschliesslich der Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie angewendet werden kann. Herkömmliche Geräte zur Verwendung bei der Flussigkeitschromatographie umfassen ein Pumpsystem, durch das eine Flüssigkeit durch das Gerät gefördert wird. Es . ist nun festgestellt worden, dass dann, wenn bei einem solchen Flüssigkeitschromatographen das herkömmliche Pumpeystem durch eine erfindungsgemässe Pumpvorrichtung ersetzt worden ist, der abgewandelte Flussigkeitsehromatograph eine wesentlich bessere Leistung erbracht hat. Demzufolge gehört die Anwendung der erfindungsgemässen Pumpvorrichtung bei einem Hochdruck-Flüssigkeitschroraatographen zur Erfindung.

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Zur Erfindung gehört auch das Verf mren, eine Flüssigkeit durch einen Hochdruck-Flüssig■eitschromatographen zu pumpen, wobei zu dem Verfahren gehört, die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitschromatographeii unter Verwendung einer erfindungsgemässen PumpvorrichLung zu pumpen.

Die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung ist ferner von grossem Nutzen beim Pumpen von Flüssigkeiten bei erhöhten Drücken. Da die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung bis zu Drücken von ungefähr 350 kp/cm arbeitet, kann sie beispielsweise zum Zumessen von flüssigen Zusätzen in ein Hochdrucksystem verwendet werden. Bei diesem Hochdrucksystem kann es sich beispielsweise um einen geschmolzenen Polymerstrom beim Schmelzspinnen von synthetischen Fasern handeln. Ferner kann die Zumessung beispielsweise in eine chemische Reaktion erfolgen. Die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung hat sich auch dann als sehr wirkungsvoll erwiesen, wenn der Durchsatz der Flüssigkeit durch das /ystem verhältnismässig klein ist und beispielsweise im Bereich zwischen 0,2 und 10 ml/min liegt, obwohl au<£h grössere Durchsätze gefördert werden können, wenn dies erwünscht ist. Die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung stellt eine Vorrichtung dar, durch die Flussigkeitemengen mit im wesentlichen konstantem Durchsatz gegen einen veränderlichen Gegendruck gefördert werden können.

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In den Fällen, in denen für die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung Pumpen mit geringem Volumen verwendet werden, sind gewünschte Umschaltungen von einer FIuidquelie zur anderen Fluidquelle wesentlich erleichtert, wenn dieser Vorgang verglichen wird mit den Schwierigkeiten, die er bei herkömmlichen Pumpvorrichtungen mit grossem Volumen bzw. grosser Leistung macht.

Ausführungsbeispxele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Bs zeigen:

Fig. 1 einen Leitungsplan einer ersten

Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der

Vorrichtung nach Fig. 1- und

Fig. 3 einen Leitungsplan mit wesentlichen

Elementen einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung.

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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden erläutert wird. Fig. 1 ist ein Leitungsplan, der die wesentlichen Elemente der Erfindung zeigt. Zwei einfach wirkende Kolbenpumpen und 4 mit Schraubenantrieb werden von elektrischen Schrittmotoren 5 bzw. 6 angetrieben, von denen jeder mit einer Motordrehzahlsteuerung 7 verbunden ist. Jede Kolbenpumpe 3 und 4 liefert Flüssigkeit unter Druck über jeweils eines von zwei Drehventilen 1 und 2 und wird über diese.Drehventile 1 und 2 von einer gemeinsamen Saugleitung 9 nachgefüllt, die mit einer nichtdargestellten Flüssigkeitsquelle verbunden ist. Mit den Schrittmotoren 5 und 6, den Kolbenpumpen 3 und 4, den Drehventilen 1 und 2 und der Motordrehzahlsteuerung 7 ist eine elektromagnetische Ablaufsteuerung 8 verbunden. Fig. 2 zeigt einen Leitungsplan, in dem mehr Einzelheiten der Kolbenpumpen 3 und 4 sowie zur Ablaufsteuerung gehörende zusätzliche Bauelemente dargestellt sind. In der folgenden Beschreibung wird jeweils auf eine Pumpe Nr. 1 und eine Pumpe Nr. 2 Bezug genoaaen.Die Pumpe Nr. 1 umfasst die Teile 11, 13, 15, 17, 19 und 21 in Fig. 2, während die Pumpe Nr. 2 die ähnlichen Teile 14, 16, 18, 20 und 22 in Fig. 2 umfasst. Es folgt eine Beschreibung einer typischen Ausführungefora der erfindungege«Mssen Vorrichtung und ihrer Betriebeweise unter Bezug auf Fig. 2.

Fig. 2 zeigt Pump· Nr. 1 beim Pumpen eines Fluide, während

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Pumpe Nr. 2 gerade nicht pumpt, jedoch den Druck des Fluids gegen ein solenoidbetätigtes Drehventil 2 aufrechthält, das sich in seiner Schließstellung befindet. Eine kontinuierliche Förderung des Fluids wird duzch die Abfolge der im folgenden beschriebenen Schritte erreicht. Der elektrische Schrittmotor 5 treibt die Pumpe Nr. 1 mit einer Geschwindigkeit an, die durch geeignete Einstellung der Motordrehzahlsteuerung 7 gesteuert wird. Der Schrittmotor 5 dreht eine nichtdargeste Ute Mutter auf einem Schraubengewinde 19, wodurch das Schraubengewinde 19 vorwärts geschoben wird. Das Schraubengewinde ist mit dem Kolben 15 der Pumpe Nr. 1 verbunden. Die Vorwärtsbewegung des Kolbens 15 drückt in dem Pumpenzylinder 11 befindliches Fluid durch das Drehventil 1, das offen ist, wodurch Fluid an die Druckleitung 10 geliefert wird. Wenn der Kolben 15 sich dem Ende seines Förderhubes im Pumpenzylinder 11 nähert, betätigt ein Querhaupt 17 einen Grenzschalter 13, der mit der Ablaufsteuerung 8 verbunden ist. Daraufhin betätigt ein Ablaufschalter 23 sofort das Solenoid des Drehventils 1, so dass dieses in seine Schließstellung gedreht wird und bewirkt, dass die Pumpe Nr. 1 kein Fluid mehr auf die Druckleitung 10 fördern kann. Gleichzeitig mit dem Schliessen des Drehventils 1 betätigt ein Ablaufschalter 24 das Solenoid des Drehventils 2, so dass dieses in seine offene Stellung gedreht wird und dadurch der Pumpe Nr. 2,

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die bis dahin vom unter Drehmoment schlupfenden Schrittmotor 6 angetrieben Druck gegen das geschlossene Drehventil 2 erzeugt hat, ermöglicht, die Förderung von Fluid mit gleichem Durchsatz wie dem der Pumpe Nr. 1 über das Drehventil 2 auf die Druckleitung 10 zu beginnen. Diese Förderung erfolgt in der zuvor für Pumpe Nr. 1 beschriebenen Weise. Unmittelbar nach dem Schliessen des Drehventils 1 wird der Ablaufschalter 23 durch die Ablaufsteuerung 8 so betätigt, dass das Drehventil 1 in eine Stellung gedreht wird, in der die mit einer nichtdargestellten Fluidquelle verbundene Saugleitung 9 mit dem Pumpenzylinder 11 verbunden ist. Der Ablaufschalter 23 bewirkt dann, dass der Schrittmotor 5 seine Drehrichtung ändert und mit grösserer Drehzahl als der ursprünglichen Vorwärtsdrehzahl dreht, wodurch der Kolben 15 aus dem Pumpenzylinder 11 gezogen wird und aufgrund der resultierenden Saugwirkung des Kolbens 15 frisches Fluid in den Pumpenzylinder 11 gezogen wird. Am Ende dieses Saughubes betätigt das Querhaupt 17 einen Schalter 21, was zu einer weiteren Betätigung des Drehventils 1 durch die Ablaufsteuerung 8 in dem Sinne führt, dass das Drehventil 1 in seine Sperrstellung gebracht wird. Wenn das Drehventil 1 geschlossen ist, bewirkt der Ablaufschalter 23, dass die Drehrichtung des Schrittmotor« 5 umgekehrt wird, d.h. da·· dieser wieder die ursprüngliche Drehrichtung aufnimmt. Der Schrittmotor 15 versucht dann,

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den Kolben 15 vorwärts zu schieben, wodurch Druck auf das geschlossene Drehventil 1 aufgebaut wird. Dieser Druck wird durch den unter Drehmoment schlupfenden Schrittmotor 5 aufrechtgehälten, bis die Pumpe Nr. 2 ihren Förderhub beendet hat. Nach Beendigung des Förderhubes der Pumpe Nr. 2 führt diese einen Saughaub aus, wie er für Pumpe Nr. 1 beschrieben wurde, und ein weitere: Förderhub durch Pumpe Nr. 1 beginnt. Durch die abwechselnden Förderhübe beider Pumpen kann eine kontinuierliche Fluidströmung mit konstantem Durchsatz in der Druckleitung für jeden gewünschten Zeitraum erhalten werden.

Der durch die beiden Pumpen erzeugte Druck kann durch Veränderung der den Drehmotoren 5 und 6 zugeführten Energie genau und zuverlässig gesteuert werden. Die Genauigkeit der Konstanz der Fluidströmung wird durch die Steuerung der Drehzahlen der Stellmotoren mittels der Motordrehzahlsteuerung 7 sichergestellt. Diese Motordrehzahlen können nach Wunsch verändert werden, so dass jeder gewünschte konstante Durchsatz erreicht wird.

Eine weitere typische Ausführungsform wird in folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert, die einen Leitungsplan mit den wesentlichen Bestandteilen dieses Au*- fUhrungsbeispiels zeigt. Jede von zwei einfach wirkenden

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Kolbenpumpen 28 und 29 wird durch eine Nocke 26 bzw. 27 mit konstantem Hub über Rollen 30 bzw. 31 an den Stangen der Kolben 32 und 33 in den Zylindern 34 und 35 angetrieben. Doe Nocken 26 und 27 werden von einem einstellbaren Elektromotor 25 mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben. Der Elektromotor 25 dreht ferner eine Ablaufnocke 38, die Ventile 36 und 37 betätigt, die die Kolben

32 und 33 in den Zylindern 34 und 35 steuern. Die Pumpen und 29 liefern Flüssigkeit unter Druck über nicht dargestellte Einwegventile auf eine gemeinsame Druckleitung und werden über eine gemeinsame Saugleitung 9 nachgefüllt, die mit einer nicht dargestellten Flüssigkeitsquelle verbunden ist. In der folgenden Beschreibung wird auf eine Pumpe Nr. 3 und eine Pumpe Nr. 4 Bezug genommen. Die Pumpe Nr. 3 umfasst die Teile 26, 30, 34, 28 und 32, während die Pumpe Nr. 4 ähnliche Teile 27, 31, 35, 29 ur i

33 umfasst. Die Pumpe 28 ist mit der Stange des Kolbens

32 verbunden, während die Pumpe 29 mit der Stange des Kolben· 33 verbunden ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird im folgenden dieses weitere Ausführungsbeispiel der erf indungsgemässen Vorrichtung und eine mögliche Betriebsweise erläutert. In der folgenden Erläuterung bezieht sich der Ausdruck "rechts" auf den rechten Abschnitt von Fig. 3 und der Ausdruck "links" auf den linken Abschnitt von Fig. 3.

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Fig. 3 zeigt Pumpe Nr. 3 während des Pumpens von Flüssigkeit, wogegen Pumpe Nr. 4 soeben einen Förderhub beendet hat. Eine kontinuierliche Förderung von Flüssigkeit wird durch den im folgenden beschriebenen Ablauf von Vorgängen erreicht.

Aus einer nicht dargestellten Druckluftquelle wird Luft mit von einem nicht dargestellten Druckregler geregeltem Druck auf die linke Seite des Zylinders 34 über das Ventil 36 gegeben, das durch die Ablaufnocke 38 geöffnet ist, die vom Elektromotor 25 gedreht wird. Der Luftdruck ist auf einen solchen Wert eingeregelt, dass er etwas unter dem Druck liegt, der erforderlich ist, um den Kolben 32 und seine Kolbenstange gegen den Druck auf der Druckleitung 10 zu verschieben. Die mit konstantem Hub versehene Nocke 26 wird durch den Elektromotor gedreht, wodurch die Rolle 30 mit konstanter Geschwindigkeit nach rechts gedrückt wird und eine ausreichend starke zusätzliche Kraft auf die Stange des Kolbens 32 ausübt, um den Kolben 32 nach rechts zu verschieben und dadurch zu bewirken, dass die Pumpe 28 betätigt wird und Flüssigkeit mit konstantem Durchsatz auf die Druckleitung 10 liefert. Während die Pumpe 28 ihren Förderhub fortsetzt, hat eich die Nocke 27 weitergedreht und die Rolle 31 freigegeben. Die Ablaufnocke 38 betätigt nun

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das Ventil 37 in der Weise, dass die Luft aus dem linken Abschnitt des Zylinders 35 abgelassen wird und Luft in den rechten Abschnitt des Zylinders 35 eintreten kann. Dadurch bewegt sich der Kolben 33 im Zylinder 35 nach links und zieht neue Flüssigkeit von der nicht dargestellten Flüssigkeitsquelle über die Saugleitung 9 in die Pumpe Nunmehr betätigt die Ablaufnocke 38 das Ventil 37 in dem Sinne, dass erneut Luft in den linken Abschnitt des Zylinders 35 eingelassen wird und die Luft aus dem rechten Abschnitt des Zylinders 35 abgelassen wird. Dadurch bewegt sich der Kolben 33 des Zylinders 35 nach rechtajund führt dazu, dass der Druck der Flüssigkeit in der Pumpe auf einen Wert ansteigt, der durch den Druck im Zylinder bestimmt ist, jedoch unter dem der durch die Pumpe geförderten Flüssigkeit liegt. Auf diese Weise hat die Pumpe 29 den grössten Teil des hydraulischen und mechanischen Spiels bzw. Nachlaufs, der herkömmlichen kleinen Hochdruckpumpen anhaftet, aufgeholt und ist bereit, ihr Fördervolumen unter Druck abzugeben, sobald die Pumpe 28 ihren Förderhub vollendet hat. Der Nachlauf beider Pumpen ist so angepasst und ausgeglichen, dass die Förderschritte beider Pumpen sich im richtigen Ausmase überlappen, so dass im wesentlichen ein Betrieb ohne Schwankungen sichergestellt ist. Nach Vollendung ihre· Förderhub« führt die Pumpe Nr. 4 einen Saughub au·,

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wie er für Pumpe Nr. 3 beschrieben worden ist,und ein weiterer Förderhub durch Pumpe Nr. 3 wird begonnen. Durch die abwechselnden Förderhübe der Pumpen Nr. 3 und Nr. 4 kann auf der Druckleitung 10 eine kontinuierliche Fluidströxnung mit konstantem Durchsatz für eine beliebige Zeitspanne erzeugt werden.

Die Abmessungen für die erfindungsgeraässe Vorrichtung verwendeter Pumpen können so festgelegt werden, dass sie dem gewünschten Anwendungszweck angepasst sind. Für nur geringe Fördervolumina der Flüssigkeit haben sich beispielsweise Pumpen als sehr nützlich erwiesen, die einen Hubraum im Bereich von 0,6 ml bis 1,5 ml, einen Kolbendurchmesser von ungefähr 6 mm, einen Hub im Bereich von 20 bis 50 mm und eine Hubzeit im Bereich von 6 s bis lOO s je Hub haben. Bei Verwendung von zwei solchen Pumpen in einer erfindungsgemässen Vorrichtung ist festgestellt worden, dass sie ausgezeichnet dafür geeignet sind, eine konstante Flüssigkeitsströmung durch einen Hochdruck-Flüssigkeitschromatographen zu fördern. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist festgestellt worden, dass für die Ventile 1 und 2 mit grossem Vorteil Vierstellunge-Kugelventile verwendbar sind. Bei einem weiteren Auefuhrungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung mit zwei Pumpen wurden

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als Ventile 1 und 2 vier kleinvolumige, kurzhubige, solenoid- oder luftbetätigte Ventile verwendet, wobei für jede Pumpe jeweils eines auf der Saugseite und eines auf der Abgabeseite eingesetzt wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel waren die Ablaufschalter 23 und 24 durch ein anderes Ablaufsteuermittel ersetzt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist herkömmlichen Pumpvorrichtungen darin überlegen, dass die erfindungsgemässe Pumpvorrichtung eine Fluidströmung, insbesondere eine Flüssigkeitsströmung, durch ein System mit gleichförmigerem Durchsatz aufrechthält, als dies bisher möglich war. Das Ausmasa der Schwankungen in dieser Strömung ist auf einen Wert herabgesetzt, der weit unterhalb des entsprechenden Wertes bei herkömmlichen Vorrichtungen liegt. Die bei der ventilumschaltung am Ende jeden Förderhubes erzeugte Schwankung ist sehr klein und hat ein so vernachlässigbares Ausmass, dass sie leicht durch die Biegsamkeit des Rohrsystems, durch das Fluid gepumpt wird, aufgenommen wird. Die Vorteile der erfindungsgeraässen Pumpvorrichtung zeigen sich besonders dann, wenn sie mit herkömmlichen Pumpen für geringe Förderleistung verglichen wird. Bei herkömmlichen Pumpen ist der mechanische und insbesondere der hydraulische Nachlauf beim Anheben des Drucks vom Axis gangs druck auf den Ar-

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beitsdruck sehr gross und kann bis zu 25 % des Kolbenhubes betragen. Bei der erfindungsgemässen Pumpvorrichtung wird dieser Nachlauf weitgehend abgefangen, da die "wartende" Pumpe etwas früher betätigt wird, als dies bei den herkömmlichen Pumpen üblich ist. Ferner ist bei der erfindungsgemässen Pumpvorrichtung die Möglichkeit der Leckage von Hochdruckfluid aus dem Arbeitszylinder durch die Einwej*<gi&\\£* auf der Druckseite der wartenden Pumpe stark vermindert im Vergleich mit einer herkömmlichen Zweipumpenanordnung. Während beispielsweise bei einer herkömmlichen Pumpenanordnung die eine Pumpe bei einem Druck von 210 kp/cm arbeitet und die wartende Pumpe einen Druck von 0 kp/cm hat, unterscheiden sich die Drücke bei der erfindungsgemässen Pumpvorrichtung während eines Teils des Pumpzyklue nicht in so starkem Masse· Wenn beispielsweise die Pumpe 28 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels mit einem Druck von 2IO kp/cm arbeitet, hat die Pumpe 29 einen etwas geringeren Druck von beispielsweise 196 kp/cm² während eines wesentlichen Abschnittes des Pumpzyklus.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Pumpvorrichtung im Vergleich mit unter hohem Druck arbeitenden herkömmlichen Vorrichtungen besteht darin, dass bei der Aueführungeform, bei der Nocken mit konstantem Hub in

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Verbindung mit Hilfedruck verwendet werden, die mechanische Belastung der Nocken niedriger als bei herkömmlichen Vorrichtungen ist und daher das Ausmass des Verschleisses und der Verformung oder sogar die Bruchgefahr während
einer längeren Betriebszeit der Nocken vermindert ist. Durch geeignete Abwandlung der Vorrichtung, beispielsweise durch Austausch der Rollen 30 und 31 nach Fig. 3 gegen eine automatische Folgeanordnung, wie beispielsweise ein fluidisches, d.h. pneumatisches oder hydraulisches, System, ist es möglich, die mechanische Belastung der Nocken auf ein vernachlässigbares Mass zu vermindern, so dass die Gefahr eines Bruchs oder einer Verformung
der Nocken noch weiter vermindert ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Jj, Pumpvorrichtung mit mindestens zwei Hubpumpen, von

denen eine zweite Pumpe in ihre Anfangsstellung zurückkehrt und dabei mit Fluid nachgefüllt wird, während eine erste Pumpe ein Fluid mit konstanter Strömung einem System zuführt, gekennzeichnet durch eine Pumpeinrichtung, die bei konstanter Strömung arbeiten kann, wobei die eine Pumpe (3/28: 4,29) nach Rückkehr in ihre Anfangsstellung anfängt, bei konstantem Druck gegen ein geschlossenes Ventil (1; 2) zu fördern, während die andere Pumpe (4,29; 3,28) Fluid bei konstantem Durchsatz durch ein offenes Ventil (2; 1) fördert.

2. Pumpvorrichtung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung im Kombination umfasst:

a) mindestens zwei einfach wirkende Kolbenpumpen (3,4) mit Schraubenantrieb;

b) mindestens ein betätigbarea Ventil (1.2) für jede Kolbenpumpe;

c) mindestens ein« Ablaufsteuerung (8 ) und

. d) einen Antrieb (5,6) zur Betätigung der Pumpen.

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3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kombinationsantrieb für die Pumpen.

4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kombinationsantrieb einen Nockenantrieb (25,26,27) oder einen Schraubenantrieb in Verbindung mit einem pneumatischen Stellglied (32,34; 33,35) umfasst.

5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung mindestens zwei nockenbetätigte Pumpeinrichtungen umfasst, von denen jede in Kombination eine mit jeweils mindestens einem Einwegventil auf der Saugseite und der Förderseite versehene Pumpe (28,29), eine mit einem Antrieb (25) verbundene und von diesem antreibbare Nocke (26,27) mit konstantem Hub und einen in einem Zylinder (34,35) angeordneten Kolben (32,33) umfasst, der durch ein Fluid verschiebbar ist,und dass die zur Betätigung der Pumpe erforderliche Kraft durch die vom Kolben abgeleitete Kraft in Verbindung mit der von der Nocke abgeleiteten Kraft geliefert wird.

6. Pumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Kolbenpumpe (28,29)

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oder eine Nockenpumpe oder eine Membranpumpe oder eine Balgenpumpe ist.

7. Pumpvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine einfachwirkende Kolbenpumpe (28,29) ist.

8. Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptanteil der zur Betätigung der Pumpe erforderlichen Kraft durch die vom Kolben abgeleitete Kraft geliefert wird.

9. Anwendung der Pumpvorrichtung nach einem der An-

* Sprüche 1 bis 8 bei einem Hochdruck-Flüssigkeitschromatographen.

10. Anwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Hochdruck-Flüssigkeitachroraatographen zu pumpende Flüssigkeit mit einem Druck von nicht mehr als 350 kp/cm gepumpt wird.

11. Anwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch den Hochdruck-Flüasigkeitschroaatographen mit einem Durchsatz zwischen 0,2 und IO ml/min gepumpt wird.

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Anwendung der Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Schmelzspinnen von Fasern aus einem synthetischen Polymer, wobei ein flüssiger Zusatz in den geschmolzenen Polymerstrom mittels der Pumpvorrichtung eingepumpt und zugemessen wird.

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