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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft analytische und diagnostische Instrumente, in
denen eine Pumpe einen Fluss eines Fluids induziert. Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bestimmen das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Lecks, indem
ein Fluid mit Druck beaufschlagt wird, indem eine Pumpe betrieben
wird und der Druck in einer Leitung als Funktion der Zeit gemessen
wird. Der Abfall des Drucks als Funktion der Zeit wird mit einer vorbestimmten
Abfallrate verglichen. Eine Abfallrate, die größer als der Schwellenwert ist,
weist auf ein Leck in den hydraulischen Komponenten hin, die sich unter
Druck befinden, einschließlich
Leitungen, Anschlussstücken,
Dichtungen, Ventilen oder Pumpenkomponenten. Die Messung des Abfalls
als Funktion der Zeit kann mit dem Schwellenwert oder dynamischen
Schwellenwerten verglichen werden, wenn das Instrument betrieben
wird. Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung können
insbesondere bei Mehrkammerpumpen angewendet werden. Jede Pumpkammer
kann dazu verwendet werden, ein Fluid mit unterschiedlichen Leitungen,
Ventilen und Dichtungen mit Druck zu beaufschlagen bzw. unter Druck
zu setzen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
dieser Anmeldung werden die nachstehenden Begriffe mit der diesen
zugewiesenen Bedeutung verwendet.
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Der
Begriff „Komponentendefekt" bedeutet, dass die
Vorrichtung nicht einen normalen Sollwert erreichen oder beibehalten
kann. Im Zusammenhang mit einer Pumpe handelt es sich bei einem üblichen Komponentendefekt
oftmals um ein Leck, umfasst jedoch außerdem die Fehlfunktion von
Messvorrichtungen, wie bei spielsweise Druckwandlern oder Rechenvorrichtungen.
Der hierin verwendete Begriff „Leck" bezeichnet ein Loch,
einen Riss oder eine Öffnung,
durch die Fluid auf eine Art und Weise austritt, die nicht von dem
Benutzer erwünscht
wird. Das Leck kann vollständig
intern vorliegen. Das bedeutet, dass das Fluid aus einem Bereich
mit hohem Druck zu einem Bereich mit niedrigem Druck innerhalb der
Vorrichtung entweicht. Oder ein derartiges Leck kann extern sein,
wodurch Fluid ermöglicht
wird, aus dem hydraulischen Kreislauf zu entweichen. Leckende bzw. austretende
brennbare Fluide stellen ein Sicherheitsproblem dar, dessen Detektion
bzw. Behebung sehr nützlich
wäre.
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Der
Begriff „Lösungsfehlfunktion" wird verwendet,
um auf ein Nichtvorhandensein von Fluid, Gasen in Lösung oder
ein teilweises Füllen
der Pumpanordnung mit Fluid hinzuweisen.
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Eine „Pumpe" ist eine mechanische
Vorrichtung zum Bewegen von Fluiden. Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
insbesondere auf Hochdruckpumpen angewendet werden, die bei der Analyse
und Diagnose verwendet werden. Beispielsweise, jedoch nicht beschränkend sind
Pumpen, die bei der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (high
Performance liquid chromatography) verwendet werden, dazu geeignet,
ein Fluid mit einem Druck von bis zu 10000 psi (69000 kPa) zu beaufschlagen. Bei
derartigen Pumpen kann es sich um Pumpen mit einer einzelnen Kammer
oder um Pumpen mit mehreren Kammern handeln. Eine übliche Pumpe
mit mehreren Kammern ist eine serielle Pumpe bzw. in Reihe geschaltete
Pumpe (serial pump), bei der eine Vielzahl, üblicherweise zwei, Pumpkammern
in Reihe angeordnet sind. Mit anderen Worten: der Fluidfluss wird
zunächst
durch eine erste Pumpkammer und sodann durch eine zweite Pumpkammer
geführt. Eine
weitere übliche
Mehrkammerpumpe ist eine parallele Pumpe (parallel pump), in der
eine Vielzahl, üblicherweise
zwei, Pumpkammern parallel angeordnet sind. Mit anderen Worten:
Fluid wird zunächst von
einer ersten Kammer aufgenommen, wobei diese Kammer das Fluid mit
einem Druck beaufschlagt und das Fluid stromabwärts befördert, ohne dass eine weitere
Pumpkammer involviert wäre.
Wenn die erste Pumpkammer verbraucht ist, beginnt eine zweite Pumpkammer
damit, Fluid zu fördern.
Parallele Pumpen sind oftmals mit Rotationsventilen (rotary valves)
ausgestattet, die den Ausfluss der Vielzahl von Pumpkammern regeln.
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Der
hierin verwendete Begriff „Steuer-„ bzw. „Regelmittel" bezeichnet eine
Steuerschaltung und/oder eine Computer-programmierbare Einheit (computer
programmable unit; CPU).
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Der
hierin verwendete Begriff „Druckmessvorrichtung" umfasst jedwede
Vorrichtung zum Messen von Druck, einschließlich Dehnungsmessgeräten und
Druckwandlern.
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Bei
Ventilen handelt es sich um Vorrichtungen zum Verschließen, Öffnen oder
Führen
eines Fluidflusses. Typische Ventile umfassen mechanische Rückschlagventile
und aktive Ventile. Mechanische Rückschlagventile reagieren auf
Druck. Aktive Ventile empfangen ein Signal, das Antriebsmittel anweist,
wie beispielsweise Motoren, Spulen und dergleichen, das Ventil zu öffnen oder
zu schließen.
Rotationsventile bzw. zyklierende Ventile (cycling valves) sind
dazu geeignet, selektiv den Fluidfluss von einer oder mehreren Quellen
zu öffnen
und zu schließen
oder den Fluss zu einem oder mehreren Zielen zu lenken. Rotationsventile
bzw. zyklierende Ventile werden in parallelen Pumpen verwendet,
um dem Auslassfluss von mehreren Pumpkammern zu alternieren.
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Herkömmliche
Techniken erfordern ein manuelles Eingreifen, um die Integrität eines
hydraulischen Systems zu prüfen.
Es wäre
wünschenswert, Verfahren
und Vorrichtungen zu haben, die dazu geeignet sind, Arbeitsschritte
durchzuführen,
die das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Lecks in
einem mit Druck beaufschlagten hydraulischen System bestimmen. Derartige
Verfahren und Vorrichtungen wären
dazu geeignet, ein Problem in einem System aufzufinden und den Benutzer
zu alarmieren oder den Betrieb zu stoppen, bis das Problem gelöst werden
kann.
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Die
US-Patentschrift 5,336,053 beschreibt ein
Verfahren zum Testen eines Pumpsystems. Eine Pumpkassette bewirkt
die Druckbeaufschlagung des Systems mit einer anschließenden Überwachung jedweden
Druckabfalls in dem System. Druckmessungen werden vor und nach einem
spezifizierten Zeitintervall vorgenommen, wobei jedweder signifikante
Druckabfall auf eine Systemleckage hinweist. Ferner wird in der
US-Patentschrift 4,927,411 eine Einwegfluidinfusionspumpkammerkassette
beschrieben, die für
eine Überwachung
der Leckdetektion ausgestaltet ist.
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Die
vorstehenden Dokumente des Stands der Technik beschreiben Pumpen
mit einer einzelnen Kammer, die dazu verwendet werden, intravenöse Beutel
für medizinische
Anwendungen aufzubereiten. Folglich werden diese herkömmlichen
Pumpen bei sehr viel geringeren Drücken als chromatographische
Pumpen betrieben und sind nicht dafür geeignet, einen kontinuierlichen
konstanten Fluss von mit Druck beaufschlagtem Fluid für chromatographische Anwendungen
bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren und Vorrichtungen,
die die Detektion von Lecks, Lösungsfehlfunktionen
und einer mangelhaften Leistung zahlreicher Komponenten einer Pumpe
erleichtern. Eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpvorrichtung zum Pumpen von
Fluid gemäß Anspruch
1.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen der Leistung
einer Pumpvorrichtung zum Pumpen von Fluid. Das Verfahren umfasst
die Schritte des Bereitstellens einer Pumpvorrichtung mit wenigstens
zwei Pumpkammern, die einen Einlass und einen Auslass aufweisen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand
der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen,
die nachstehend kurz zusammengefasst sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Pumpvorrichtung mit einer einzelnen Kammer, die jedoch nicht
Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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2 zeigt
eine serielle Pumpvorrichtung mit zwei Kammern, die Merkmale der
vorliegenden Erfindung verkörpert.
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3 zeigt
eine parallele Pumpvorrichtung mit zwei Kammern, die jedoch nicht
Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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4 zeigt
grafisch einen Druckverlauf einer Druckmessvorrichtung als Funktion
der Zeit und einen Schwellenwert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren und Vorrichtungen,
die die Detektion von Lecks und einer mangelhaften Leistung von
zahlreichen Komponenten einer Pumpe erleichtern. Eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpvorrichtung zum Pumpen von Fluid.
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
jedoch in allen Fluidanwendungen angewendet werden, bei denen Informationen
hinsichtlich der Integrität
von Dichtungen und Anschlussstücken
und dergleichen wünschenswert
ist. Somit sollte die vorliegende detaillierte Beschreibung als
eine beispielhafte Beschreibung der Erfindung verstanden werden,
die die Erfindung nicht auf die nachstehenden Details beschränkt.
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1 zeigt
eine Pumpvorrichtung (die nicht Teil der vorliegenden Erfindung
ist), die im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet
ist. Bei der Pumpvorrichtung handelt es sich um einen Typ, der üblicherweise
bei chromatographischen Anwendungen eingesetzt wird. Die Pumpvorrichtung 11 weist
eine Pumpkammer 15 mit einem Einlass 17 und einem
Auslass 19 auf. Die Pumpkammer 15 weist einen
Kolben 21 für
die Bewegung in der Kammer 15 auf. Der Kolben 21 fördert das
Fluid aus der Kammer. Der Einlass 17 ist für die Aufnahme
von Fluid von einer Fluidzufuhr 23 über Leitungen 25a und 25b ausgestaltet.
Der Auslass 19 ist für
die Abgabe des Fluids aus der Kammer an stromabwärts gelegene Komponenten ausgestaltet,
und zwar eine chromatographische Säule 27, einen Detektor 29 und
ein Abfallbehältnis 31 über Leitungen 33a, 33b, 33c, 33d und 33e.
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Ein
Motor 35 treibt den Kolben 21 in der Pumpkammer 15 mittels
irgendeiner Vorrichtung einer Vielzahl von mechanischen Vorrichtungen
an, wie beispielsweise einem Nockenantrieb oder einem Spindelantrieb
(nicht dargestellt), die wohlbekannt sind. Der Motor 35 wird
nach dem Empfang eines Pumpsignals in einem Pumpmodus betrieben.
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Das
Einlassventil 37 steht in fluider Kommunikation mit dem
Einlass 17 der Pumpkammer 15 über eine geeignete Leitung 25a oder
durch eine Einbindung in den Pumpkopf (nicht dargestellt). Das Einlassventil 37 weist
eine geöffnete
bzw. offene Position und eine geschlossene Position auf. Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung 11 ferner ein Rückschlagventil 39 in
fluider Kommunikation mit der Pumpkammer 15, und zwar stromabwärts von
der Pumpkammer 15. Das Einlassventil 37 und das
Rückschlagventil 39 können eine
herkömmliche
Ausgestaltung und herkömmliche
Merkmale aufweisen und können von
einer Vielzahl von Firmen erworben werden.
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Ein
Schaltventil 41 steht in fluider Kommunikation mit dem
Auslass 19 der Pumpkammer 15. Das Schaltventil 41 weist
eine geschlossene Position und eine offene Position auf. Das Schaltventil 41 nimmt beim
Empfang eines Schließsignals
eine geschlossene Position ein. Das Schaltventil 41 kann über Spulen
gesteuert werden oder es kann sich um ein angetriebenes Rotationsventil
handeln. Ein geeignetes Ventil ist ein Multipositionsventil, das
von der Firma Valco Instruments Co. Inc. (Houston, Texas, USA) vertrieben
wird.
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Eine
Druckmessvorrichtung 45 steht in fluider Kommunikation
mit der Pumpkammer 15 zwischen dem Einlassventil 37 und
dem Schaltventil 41. Die Druckmessvorrichtung 45 ist
vorzugsweise ein Druckwandler, der in Reaktion auf einen Druck ein Drucksignal
erzeugt. Ein geeigneter Druckwandler ist ein Wandler, der von der
Firma DJ Instruments (Billerica, Massachusetts, USA) vertrieben
wird.
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Die
Vorrichtung 11 umfasst ferner Steuer- bzw. Regelmittel 51 zum
Empfangen des Drucksignals über
die Leitung 61, zum Senden eines Schließsignals an das Schaltventil 41 über die
Leitung 63 und zum Senden eines Pumpsignals in den Motor 35 über die
Leitung 65. Die Steuermittel 51 sind vorzugsweise
ein Computer, der mit einer Bedienoberfläche, wie beispielsweise einem
Monitor oder einem Display 53, ausgestattet ist. Geeignete
Computer sind von einer Vielzahl von Firmen erhältlich und umfassen beispielsweise
PCs, die ein Betriebsystem des IBM-Formats oder Apple-Formats aufweisen.
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Die
Vorrichtung 11 weist einen Testmodus auf, in dem die Steuermittel 51 ein
Pumpsignal an den Motor 35 senden, ein Schließsignal
an das Schaltventil 41 senden, um zu bewirken, dass das Fluid
in der Pumpkammer 15 unter Druck gesetzt wird bzw. mit
einem Druck beaufschlagt wird. Die Druckmessvorrichtung 45 bestimmt
wenigstens einen Minimaldruck und sendet ein Minimaldrucksignal an
die Steuermittel 51. Vorzugsweise vergleichen die Steuermittel 51 den
Minimaldruck mit einem akzeptablen Minimalwert. Der akzeptable Minimalwert
stellt einen Wert dar, der einer akzeptablen Pumpenleistung entspricht.
Wenn dieser akzeptable Minimalwert nicht erreicht wird, dann weist
dies auf einen Defekt in der Pumpe hin. Bei einer chromatographischen Pumpe
können
derartige akzeptable Minimalwerte einen Wert zwischen 50 psig bis
5000 psig (345 bis 34500 kPa) oder einen anderen Wert aufweisen,
der für
die Anwendung geeignet ist, für
die die Pumpe eingesetzt wird. Ein bevorzugter Wert liegt zwischen 200
und 500 psig (1380 bis 3450 kPa). Der Zeitpunkt, zu dem der Minimaldruck
bestimmt werden kann, entspricht einer vorbestimmten Kolbenposition
bzw. Hubposition, wobei im Normalbetrieb ein Wert geliefert wird,
der gleich dem akzeptablen Minimalwert ist oder über diesem liegt.
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Die
Druckmessvorrichtung 45 bestimmt wenigstens einen ersten
Schwellenwertdruck zu einem ersten Zeitpunkt und wenigstens einen
zweiten Druck zu einem zweiten Zeitpunkt. Der erste und der zweite
Zeitpunkt sind für
eine Zeitdauer ausgewählt, während der
die normale Druckabfallrate ungefähr linear ist. Mit anderen
Worten: der Druckabfall in einer normalen Pumpe ist üblicherweise
exponentiell, wobei der größte Verlust
von Druck unmittelbar nach dem Maximaldruck erreicht wird und dieser
anschließend
weniger stark abfällt.
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Die
Druckmessvorrichtung 45 sendet ein erstes Schwellenwertdrucksignal
und ein zweites Schwellenwertdrucksignal an die Steuermittel 51.
Die Steuermittel 51 berechnen die Steigung bzw. Neigung
einer Linie bzw. Geraden, die den Unterschied des ersten Drucksignals
und des zweiten Drucksignals als Funktion der Zeit darstellt, und
vergleichen die Steigung mit einem Abfallschwellenwert. Der Abfallschwellenwert
repräsentiert
einen Defekt in der Pumpvorrichtung 11, der höchstwahrscheinlich
einem Leck zugeschrieben werden kann. Der Abfallschwellenwert wird
vorzugsweise auf der Grundlage von Werten und Zeitpunkten empirisch
bestimmt, von denen bekannt ist, dass diese charakteristisch für eine Pumpvorrichtung 11 mit
einer akzeptablen Leistung sind. Bei einer parallelen Pumpe, die
bei präparativen
Chromatographieanwendungen verwendet wird, wird ein Abfallschwellenwert
zwischen 100 bis 400 psig (690 bis 2760 kPa) bevorzugt. Die Zeitdauer zwischen
dem ersten und dem zweiten Drucksignal beträgt vorzugsweise zwischen 0,05
bis 3,0 Minuten und weiter bevorzugt 0,2 bis 1 Minute. Bei einer
parallelen Pumpe wird die Zeitdauer nach dem Maximaldruck erhalten
und der erste Schwellenwertdruck wird ungefähr bei 0,5 bis 1,5 Minuten
gemessen.
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Die
Steuermittel 51 senden eine oder mehrere Fehlermeldungen
an das Display 53 an den Benutzer in Reaktion darauf, dass
die Steigung den Abfallschwellenwert übersteigt. Alternativ hierzu
oder zusätzlich
hierzu können
die Steuermittel 51 die Vorrichtung ausschalten oder in
einen Ruhezustand versetzen, bis die Steuermittel 51 zurückgesetzt
werden oder die Vorrichtung 11 repariert worden ist.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung 11 einen Hochfahrmodus (start up
mode) auf, in dem die Steuermittel 51 eingeschaltet werden
und die Steuermittel 51 den Testmodus durchführen, um
nach Lecks zu suchen. Softwaresteuerungen, um die Vergleiche zwischen
Testwerten und vorbestimmten Werten zu bewirken, um Fehlermeldungen
zu liefern und/oder Ausrüstungsfunktionen
zu stoppen, sind ausgestaltet, um konsistent mit der Steuerschaltung
und der zugrunde liegenden Software der Ausrüstung zu sein. Diese Softwaresteuerungen,
wie diese hierin beschrieben werden, sind Teil des allgemeinen Fachwissens
kompetenter Softwareingenieure.
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Die
Vorrichtung 11 führt
im Testmodus vorzugsweise eine dynamische Auswertung des Lecks durch.
Die Kontrollmittel 51 weisen den Motor 35 an, Fluid
mit einem konstanten Druck zu pumpen. In dem Fall, dass es sich
bei dem Motor 35 um einen Schrittmotor handelt oder der
Kolben 21 mit einem Positionssensor (nicht dargestellt)
ausgestattet ist, werden die Schritte oder die Position als Funktion
der Zeit verfolgt bzw. aufgezeichnet und das Volumen des Lecks wird
durch die Steuermittel 51 bestimmt.
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Im
Betrieb startet der Benutzer die Vorrichtung, indem ein Einschalter
aktiviert wird oder die Steuermittel 51 gebootet werden.
Beim Hochfahren leiten die Steuermittel 51 einen Testmodus
ein. Die Steuermittel 51 senden ein Pumpsignal an den Motor 35,
senden ein Schließsignal
an das Schaltventil 41, um zu bewirken, dass das Fluid
in der Kammer unter Druck gesetzt wird. Die Druckmessvorrichtung 45 bestimmt
einen Minimaldruck zu einem ersten Zeitpunkt und sendet ein Minimaldrucksignal
an die Steuermittel 51. Vorzugsweise vergleichen die Steuermittel 51 den
Minimaldruck mit einem akzeptablen Minimalwert. Der akzeptable Minimalwert
stellt einen Wert dar, der einer akzeptablen Pumpenleistung entspricht.
Wenn ein derartiger akzeptabler Minimalwert nicht erreicht wird,
dann weist dies auf einen Defekt in der Pumpe oder eine Lösungsfehlfunktion
hin.
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Die
Druckmessvorrichtung 45 bestimmt wenigstens einen ersten
Schwellenwertdruck zu einem ersten Zeitpunkt und einen zweiten Schwellenwertdruck
zu einem zweiten Zeitpunkt. Die Druckmessvorrichtung sendet ein
erstes Schwellenwertdrucksignal und ein zweites Schwellenwertdrucksignal
an die Steuermittel 51. Die Steuermittel 51 berechnen die
Steigung bzw. Neigung einer Linie bzw. Geraden, die die Differenz
des ersten Schwellenwertdrucksignals und des zweiten Schwellenwertdrucksignals
im Laufe der Zeit darstellt, und vergleichen die Steigung mit ei nem
Abfallschwellenwert, der einen Defekt in der Vorrichtung 11 darstellt,
der höchstwahrscheinlich
mit einem Leck im Zusammenhang steht. Die Steuermittel 51 senden
eine oder mehrere Fehlermeldungen an den Benutzer in Reaktion darauf,
dass die Steigung den Abfallschwellenwert übersteigt. Der Defekt oder
das Leck können
ferner durch Steuermittel charakterisiert werden, die den Motor 35 auf
eine Art und Weise antreiben, die einen konstanten Druck sicherstellt,
indem der Druck über
einen Regelkreis mittels der Druckmessvorrichtung 45 überwacht
wird.
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Ausführungsformen
der Vorrichtung, wie diese Teil der vorliegenden Erfindung sind,
können
mehr als eine Pumpkammer aufweisen. Eine der Vorrichtungen umfasst
ferner zwei Pumpkammern, und zwar eine erste Pumpkammer und eine
zweite Pumpkammer in Reihe. Eine derartige Reihenpumpvorrichtung
bzw. serielle Pumpvorrichtung ist allgemein in 2 dargestellt
und mit dem Bezugszeichen 111 gekennzeichnet. Die serielle
Vorrichtung 111 weist eine erste Pumpkammer 115a mit
einem Einlass 117a und einem Auslass 119a auf.
Die erste Pumpkammer 115a empfangt Fluid von einer Fluidzufuhr 123 über Leitungen 125a und 125b durch
ein Einlassrückschlagventil 137.
Die serielle Pumpe 111 weist eine zweite Pumpkammer 115b mit
einem Einlass 117b und einem Auslass 119b auf.
Die erste Pumpkammer 115a befindet sich in fluider Kommunikation
mit der zweiten Pumpkammer 115b über Leitungen 171a, 171b und 171c.
Das Rückschlagventil 173 befindet
sich in fluider Kommunikation mit der ersten Pumpkammer 115a und
der zweiten Pumpkammer 115b.
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Die
zweite Pumpkammer 115b gibt Fluid an das Schaltventil 141 über Leitungen 133a und 133b ab.
Die Leitungen 133c, 133d und 133e verbinden das
Schaltventil 141 mit der Chromatographiesäule 127,
dem Detektor 129 und dem Abfallbehältnis 131.
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Eine
erste Druckmessvorrichtung 139a befindet sich in fluider
Kommunikation mit der ersten Pumpkammer 115a, die zwischen
der Kammer und dem Rückschlagventil 173 angeordnet
ist. Eine zweite Druckmessvorrichtung 139b befindet sich
in fluider Kommunikation mit der zweiten Pumpkammer 115b, die
zwischen der Kammer und dem Schaltventil 141 angeordnet
ist.
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Die
Vorrichtung 111 weist zwei Motoren auf, und zwar einen
ersten Motor 135a, der mechanisch mit der ersten Pumpkammer 115a verbunden
ist, und einen zweiten Motor 135b, der mechanisch mit der zweiten
Pumpkammer 115b verbunden ist.
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Die
Vorrichtung 111 umfasst ferner Steuermittel 151 zum
Empfangen der Drucksignale über
die Leitungen 161a und 161b, zum Senden eines Schließsignals
an das Schaltventil 141 über die Leitung 163 und
zum Senden eines Pumpsignals an die Motoren 135a und 135b über die
Leitungen 165a und 165b. Die Steuermittel 151 sind
vorzugsweise ein Computer, der mit einem Monitor oder einem Display 153 ausgestattet
ist. In dem Testmodus senden die Steuermittel 151 ein Signal
an den ersten Motor 135a und den zweiten Motor 135b.
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In
dem Testmodus senden die Steuermittel 151 ein Pumpsignal
an den zweiten Motor 135b, senden ein Schließsignal
an das Schaltventil 141, um zu bewirken, dass das Fluid
in der zweiten Pumpkammer 115b unter Druck gesetzt wird.
Die zweite Druckmessvorrichtung 139b bestimmt einen Minimaldruck und
sendet ein Minimaldrucksignal an die Steuermittel. Vorzugsweise
vergleichen die Steuermittel 151 den Minimaldruck mit einem
akzeptablen Minimalwert. Der akzeptable Minimalwert stellt einen
Wert dar, der einer akzeptablen Pumpenleistung entspricht. Wenn
ein derartiger akzeptabler Minimalwert nicht erreicht wird, dann
weist dies auf einen Defekt in der Pumpe 111 oder eine
Lösungsfehlfunktion
hin.
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Vorzugsweise
bestimmt die zweite Druckmessvorrichtung 139b wenigstens
einen ersten Schwellenwertdruck zu einem ersten Zeitpunkt und wenigstens
einen zweiten Schwellenwertdruck zu einem zweiten Zeitpunkt. Die
zweite Druckmessvorrichtung 139b sendet ein erstes Schwellenwertdrucksignal
und ein zweites Schwellenwertdrucksignal an die Steuermittel 151.
Die Steuermittel 151 berechnen die Steigung bzw. Neigung
einer Linie bzw. Geraden, die die Differenz des ersten Schwellenwertdrucksignals
und des zweiten Schwellenwertdrucksignals als Funktion der Zeit
darstellt, und vergleichen die Steigung mit einem Abfallschwellenwert,
wobei der Abfallschwellenwert einen Defekt darstellt, der höchstwahrscheinlich
mit einem Leck in der Pumpe 111 im Zusammenhang steht.
Die Steuermittel 151 senden eine oder mehrere Fehlermeldungen
an den Benutzer in Reaktion darauf, dass die Steigung den Abfallschwellenwert übersteigt
oder dass der akzeptable Minimalwert nicht erreicht wird, was auf
einen oder mehrere Defekte in der Pumpe 111 hinweist, wie
beispielsweise Lecks in dem Rückschlagventil 171b oder
der Pumpvorrichtung 111 in fluider Kommunikation mit der
zweiten Pumpkammer 115b unter Druck.
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Alternativ
oder zusätzlich
senden im Testmodus die Steuermittel 151 ein Pumpsignal
an den ersten Motor 135a, senden ein Schließsignal
an das Schaltventil 141, um zu bewirken, dass das Fluid
in der ersten Pumpkammer 115a unter Druck ge setzt wird.
Die erste Druckmessvorrichtung 139a bestimmt einen Minimaldruck
und sendet ein erstes Minimaldrucksignal an die Steuermittel 151.
Vorzugsweise vergleichen die Steuermittel 151 den Minimaldruck mit
einem akzeptablen Minimalwert. Der akzeptable Minimalwert stellt
einen Wert dar, der mit einer akzeptablen Pumpenleistung im Zusammenhang
steht. Wenn ein derartiger akzeptabler Minimalwert nicht erreicht
wird, dann weist dies auf einen Defekt in der Pumpe oder eine Lösungsfehlfunktion
hin.
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Die
erste Druckmessvorrichtung 139a bestimmt wenigstens einen
zweiten Druck zu einem zweiten Zeitpunkt und sendet ein zweites
Drucksignal an die Steuermittel 151. Die Steuermittel 151 berechnen
die Neigung bzw. Steigung einer Linie bzw. Geraden, die die Differenz
des ersten Drucksignals und des zweiten Drucksignals als Funktion
der Zeit darstellt, und vergleichen die Steigung mit einem Abfallschwellenwert.
Der Abfallschwellenwert stellt einen Defekt dar, der höchstwahrscheinlich
mit einem Leck in der Pumpe 111 im Zusammenhang steht.
Die Steuermittel 151 senden eine oder mehrere Fehlermeldungen
an den Benutzer in Reaktion darauf, dass die Steigung den Abfallschwellenwert übersteigt,
was auf einen oder mehrere Defekte in der Pumpe 111 hinweist,
wie beispielsweise Lecks in dem Einlassventil 127 oder
der Pumpvorrichtung 111 in fluider Kommunikation mit der
ersten Pumpkammer 115a unter Druck.
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Vorzugsweise
empfangen die Steuermittel 151 einen ersten Satz von Druckwerten
von der ersten Druckmessvorrichtung 139a sowie einen zweiten Satz
von Druckwerten von der zweiten Druckmessvorrichtung 139b und
vergleichen die Werte, um Fehler bei der Leistung der Druckmessvorrichtungen oder
Lecks in der Vorrichtung 111 zu bestimmen.
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Im
Betrieb senden im Testmodus die Steuermittel 151 ein Pumpsignal
an den zweiten Motor 135b, senden ein Schließsignal
an das Schaltventil 141, um zu bewirken, dass das Fluid
in der zweiten Kammer 115b unter Druck gesetzt wird. Die
zweite Druckmessvorrichtung 139b bestimmt einen Minimaldruck
und sendet ein erstes Drucksignal an die Steuermittel 151.
Vorzugsweise vergleichen die Steuermittel 151 den Minimaldruck
mit einem akzeptablen Minimalwert. Der akzeptable Minimalwert stellt einen
Wert dar, der einer akzeptablen Pumpenleistung entspricht. Wenn
ein derartiger akzeptabler Minimalwert nicht erreicht wird, dann
weist dies auf einen Defekt in der Pumpe hin.
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Vorzugsweise
bestimmt die zweite Druckmessvorrichtung 139b wenigstens
einen ersten Schwellenwertdruck zu einem ersten Zeitpunkt und wenigstens
einen zweiten Schwellenwertdruck zu einem zweiten Zeitpunkt. Die
erste Druckmessvorrichtung 139b sendet ein erstes Schwellenwertdrucksignal
und ein zweites Schwellenwertdrucksignal an die Steuermittel 151.
Die Steuermittel 151 berechnen die Neigung bzw. Steigung
einer Linie bzw. Geraden, die die Differenz des ersten Drucksignals
und des zweiten Drucksignals als Funktion der Zeit darstellt, und vergleichen
die Steigung mit einem Abfallschwellenwert, der einen Defekt darstellt,
der höchstwahrscheinlich
mit einem Leck in der Pumpe 111 im Zusammenhang steht.
Die Steuermittel 151 senden eine oder mehrere Fehlermeldungen
an den Benutzer in Reaktion darauf, dass die Steigung den Schwellenwert übersteigt,
was auf ein oder mehrere Lecks in dem Rückschlagventil 171b oder
der Pumpvorrichtung 111 in fluider Kommunikation mit der zweiten
Pumpkammer 115b unter Druck hinweist.
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Vorzugsweise
senden in dem Testmodus die Steuermittel 151 ein Pumpsignal
an den ersten Motor 135a und senden ein Schließsignal
an das Schaltventil 141, um zu bewirken, dass das Fluid
in der ersten Kammer 115a unter Druck gesetzt wird. Die
erste Druckmessvorrichtung 139a bestimmt einen Minimaldruck
und sendet ein Minimaldrucksignal an die Steuermittel 151.
Vorzugsweise vergleichen die Steuermittel 151 den ersten
Druck mit einem akzeptablen Minimalwert. Der akzeptable Minimalwert
stellt einen Wert dar, der einer akzeptablen Pumpenleistung entspricht.
Wenn ein derartiger akzeptabler Minimalwert nicht erreicht wird,
dann weist dies auf einen Defekt in der Pumpe oder eine Lösungsfehlfunktion
hin.
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Vorzugsweise
bestimmt die erste Druckmessvorrichtung 139a wenigstens
einen ersten Schwellenwertdruck zu einem ersten Zeitpunkt und wenigstens
einen zweiten Schwellenwertdruck zu einem zweiten Zeitpunkt. Die
erste Druckmessvorrichtung 139a sendet ein erstes Schwellenwertdrucksignal
und ein zweites Schwellenwertdrucksignal an die Steuermittel 151.
Die Steuermittel 151 berechnen die Neigung bzw. Steigung
einer Linie bzw. Geraden, die die Differenz des ersten Drucksignals
und des zweiten Drucksignals als Funktion der Zeit darstellt, und vergleichen
die Steigung mit einem Abfallschwellenwert, der einen Defekt darstellt,
der höchstwahrscheinlich
mit einem Leck in der Pumpe im Zusammenhang steht. Die Steuermittel 151 senden
eine oder mehrere Fehlermeldungen an den Benutzer in Reaktion darauf,
dass die Steigung den Schwellenwert übersteigt oder der akzeptable
Minimalwert nicht erreicht wird, was auf einen oder mehrere Defekte
in der Pumpe 111 hinweist, wie beispielsweise Lecks in
dem Einlassventil 127 oder der Pumpvorrichtung 111 in
fluider Kommunikation mit der ersten Pumpkammer 115a unter
Druck.
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Vorzugsweise
empfangen die Steuermittel 151 einen ersten Satz von Druckwerten
von der ersten Druckmessvorrichtung 139a und einen zweiten Satz
von Druckwerten von der zweiten Druckmessvorrichtung 139b und
vergleichen die Werte, um Fehler bei der Leistung der Druckmessvorrichtungen 139a und 139b oder
Lecks in der Vorrichtung 111 zu bestimmen.
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Ausführungsformen,
die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, sind bei Pumpen
mit einer parallelen Ausgestaltung nützlich. 3 zeigt
eine Pumpvorrichtung mit paralleler Ausgestaltung, die im Allgemeinen
mit der Bezugsziffer 211 gekennzeichnet ist. Die Pumpvorrichtung 211 weist
zwei Pumpkammern in paralleler Anordnung auf, und zwar eine erste
Pumpkammer 215a und eine zweite Pumpkammer 215b.
Die erste Pumpkammer 215a empfängt Fluid von einer Fluidzufuhr 223 über ein
erstes Einlassventil 237a sowie Leitungen 225a, 225b und 225c.
Die zweite Pumpkammer 215b empfangt Fluid von einer Fluidzufuhr 223 über ein
zweites Einlassventil 273b über Leitungen 225a, 225b und 225d.
Die erste Pumpkammer 215a gibt Fluid über ein erstes Auslassrückschlagventil 239a und über Leitung 233a ab.
Die zweite Pumpkammer 215b gibt Fluid über ein zweites Auslassrückschlagventil 239b über Leitung 233b ab.
Das erste Auslassrückschlagventil 239a und
das zweite Auslassrückschlagventil 239b befinden
sich in fluider Kommunikation mit dem Schaltventil 241 über Leitungen 271,
die ein T-Stück
ausbilden. Von dem Schaltventil fließt Fluid durch eine chromatographische
Säule 227,
einen Detektor 229 und ein Abfallbehältnis 231 über Leitungen 233a, 233b und 233c.
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Wie
sich dies der Darstellung entnehmen lässt, umfasst die Vorrichtung 211 ferner
zwei Druckmessvorrichtungen 251a und 251b sowie
zwei Motoren 235a und 235b. Die Motoren umfassen
einen ersten Motor 235a, der mechanisch mit der ersten Pumpkammer 215a verbunden
ist, sowie einen zweiten Motor 235b, der mechanisch mit
der zweiten Pumpkammer 215b verbunden ist. Die zwei Druckmessvorrichtungen
umfassen eine erste Druckmessvorrichtung 25la sowie eine
zweite Druckmessvorrichtung 251b. Die erste Druckmessvorrichtung 251a ist
in fluider Kommunikation zwischen der ersten Pumpkammer 215a und
dem ersten Rückschlagventil 239a angeordnet.
Die zweite Druckmessvorrichtung 251b ist in fluider Kommunikation
zwischen der zweiten Pumpkammer 215b und dem zweiten Rückschlagventil 239b angeordnet.
Die zwei Druckmessvorrichtungen 25la und 251b ermöglichen
es, dass die erste Pumpkammer 215a und die zweite Pumpkammer 215b unabhängig voneinander
in einen Testmodus gesetzt werden können.
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Die
Vorrichtung 211 umfasst ferner Steuermittel 261,
um die Drucksignale über
Leitungen 271a und 271b zu empfangen, ein Schließsignal
an das Schaltventil 241 über die Leitung 281 zu
senden, und ein Pumpsignal an die Motoren 235a und 235b über Leitungen 285a und 285b zu
senden. Die Steuermittel 261 sind vorzugsweise ein Computer,
der mit einem Monitor oder einem Display 263 ausgestattet
ist.
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Im
Testmodus weisen die Steuermittel 261 einen der Motoren 235a oder 235b an,
in den Pumpmodus zu wechseln, wodurch die erste oder die zweite
Pumpkammer 215a oder 215b unter Druck gesetzt wird
und die Vorrichtungen in fluider Kommunikation mit der Pumpkammer
unter Druck gesetzt werden, und zwar durch das gegenüberliegende
Rückschlagventil 239a oder 239b.
Auf diese Art und Weise kann das Auslassrückschlagventil der gegenüberliegenden
Pumpkammer in einer parallelen Pumpe getestet werden. Selbstverständlich wird
in dem Testmodus zunächst
ein Motor einer Pumpkammer in den Pumpmodus gesetzt und sodann der
gegenüberliegende Motor
der gegenüberliegenden
Pumpkammer in den Pumpmodus gesetzt, um ein Testen beider Auslassrückschlagventile 239a und 239b zu
ermöglichen.
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Vorzugsweise
erhalten die Steuermittel einen ersten Satz von Druckwerten von
der ersten Druckmessvorrichtung 25la und einen zweiten
Satz von Druckwerten von der zweiten Druckmessvorrichtung 251b und
vergleichen die Werte. Unterschiede in den Werten weisen auf Fehler
bei der Leistung bzw. dem Betrieb der Druckmessvorrichtungen, der ersten
oder der zweiten Pumpkammer 215a oder 215b, des
ersten und des zweiten Einlassventils 273a oder 273b oder
der Auslassrückschlagventile 239a oder 239b hin.
Diese Werte können
außerdem mit
vorbestimmten akzeptablen Minimalwerten verglichen werden. Für den Fall,
dass die Testwerte eine erste Druckablesung und eine zweite Druckablesung bei
unterschiedlichen Zeiten aufweisen, werden die Testwerte mit Abfallschwellenwerten
verglichen, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.
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Im
Betrieb weisen im Testmodus die Steuermittel 261 einen
der Motoren 235a oder 235b an, in den Pumpmodus
einzutreten, wodurch die erste oder die zweite Pumpkammer 215a oder 215b unter
Druck gesetzt wird und die Vorrichtungen in fluider Kommunikation
mit der Pumpkammer unter Druck gesetzt werden, und zwar über das
gegenüberliegende Rückschlagventil 239a oder 239b.
Der Testmodus ermöglicht
ein Testen des Auslassrückschlagventils
der gegenüberliegenden
Pumpkammer. In dem Testmodus wird zunächst ein Motor einer Pumpkammer
in den Pumpmodus gesetzt und sodann wird der gegenüberliegende
Motor der gegenüberliegenden Pumpkammer
in den Pumpmodus gesetzt, um ein Testen von beiden Auslassrückschlagventilen
zu ermöglichen.
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Wendet
man sich nun 4 zu, so erkennt man, dass diese
Figur das funktionale Verhalten eines Testmodus eines halben hydraulischen
Kreislaufs einer parallelen Pumpe darstellt, wobei Druck als Funktion
der Zeit gemessen wird. Während
des Zeitraums T0 bis T1 weisen
die Steuermittel 261 das Schaltventil 141 an,
sich zu schließen,
weisen einen der Motoren 235a oder 235b an, in
den Pumpmodus einzutreten, wodurch die erste oder die zweite Pumpkammer 215a oder 215b unter
Druck gesetzt wird und Vorrichtungen in fluider Kommunikation mit
der Pumpkammer unter Druck gesetzt werden, und zwar über das
gegenüberliegende
Rückschlagventil 239a oder 239b.
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Der
Zeitraum T0 bis T1 ist
eine Periode der Grobkompression. Der Zweck der Grobkompression besteht
darin, den hydraulischen Kreislauf rasch auf ungefähr den Druck
zu bringen, bei dem die Pumpe betrieben werden soll, oder den akzeptablen
Minimaldruck. Nach der Grobkompression weisen die Steuermittel 261 den
Motor an, in einen Pumpmodus einzutreten, der strenger gesteuert
wird. Der Zeitraum zwischen T1 und T2, eine Periode der Feinkompression, ist
dazu gedacht, das System wenigstens auf einen akzeptablen Minimaldruck
zu bringen. Ein Druckwert von der ersten Druckmessvorrichtung 251a oder
von der zweiten Druckmessvorrichtung 251b wird bei dem
Zeitpunkt T2 oder um diesen herum erhalten.
Die Steuermittel 261 vergleichen den Wert mit einem akzeptablen
Minimalwert. Wenn dieser Wert während
des Zeitraums T1 und T2 nicht
erreicht wird, dann weist dies auf einen Defekt in der Pumpe 111 hin.
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Während des
Zeitraums T2 bis T4 weisen
die Steuermittel 261 die Motoren 235a oder 235b an,
ruhig zu bleiben. Üblicherweise
beträgt
dieser Zeitraum ungefähr
0,1 bis 5 Minuten und weiter bevorzugt 0,2 bis 1 Minute. Beim Zeitpunkt
T3 wird ein weiterer Schwellenwertdruck
von der ersten Druckmessvorrichtung 251a oder von der zweiten
Druckmessvorrichtung 251b erhalten. Und beim Zeitpunkt
T4 wird ein weiterer Schwellenwertdruck
erhalten. Die Steuermittel 261 berechnen die Neigung bzw.
Steigung einer Linie bzw. Geraden zwischen den Druckwerten, die
zu den Zeitpunkten T3 und T4 erhalten
worden sind. Wenn die Druckwerte kontinuierlich über einen derartigen Zeitraum
gewonnen werden, dann bilden die Werte eine Kurve, die nach unten
geneigt ist, was einen üblichen
Abfall des Druckes als Funktion der Zeit repräsentiert. Falls ein Leck vorhanden
ist, nimmt die Kurve eine deutlichere Abwärtsneigung an. Die Werte bei
T3 und T4 wären bedeutend
niedriger, als diese dargestellt sind. Die Steigung der berechneten
Linie wird mit dem Abfallschwellenwert verglichen, der durch die
gepunktete Linie repräsentiert
wird, die sich zwischen T2 und T4 erstreckt. Diese Steigung ist zum Zweck
der Beschreibung dargestellt, wobei der tatsächliche Wert empirisch bestimmt
wird. Wenn die Steigung der berechneten Linie größer als der Schwellenwert ist,
dann senden die Steuermittel 261 eine Fehlermeldung aus.
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Nachdem
der Test durchgeführt
worden ist, kann die Pumpe 111, wenn akzeptable Werte erreicht werden,
mit dem normalen Pumpbetrieb beginnen. Um in den Pumpmodus einzutreten,
bewirken die Steuermittel 261 während des Zeitraums T3 bis T4 einen Druckabfall
im hydraulischen Kreislauf, indem die Kolben zurückgezogen werden oder das Schaltventil 141 geöffnet wird.
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Das
in 4 dargestellte Profil entspricht einer Pumpe,
die eine Pumpkammer mit einer Kapazität von 1200 μl aufweist. Wie dies in 4 dargestellt ist,
beträgt
der Druck, der während
der Grobkompression erreicht wird, 250 psig (1725 kPa). Die normale
Flussrate für
die Pumpe, wenn die Ventile geöffnet
wären,
was sie in diesem Fall nicht sind, würde 3,0 ml/Minute betragen.
Der Zeitraum, in dem die Steigung bzw. Neigung der Abfallrate berechnet
wird, beträgt
0,5 Minuten. Das Abfallratenlimit beträgt 300 psig pro Minute (2070
kPa/Minute).
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Somit
sind Merkmale der vorliegenden Erfindung mit dem Verständnis beschrieben
worden, dass die Beschreibung ein Beispiel der Erfindung betrifft, und
die Erfindung nicht derart beschränkt werden sollte. Die Erfindung
wird eingehender durch die nachstehenden Ansprüche definiert.