Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe zur impulslosen Flüssigkeitsbeförderung.
Solche Pumpen können am erfolgreichsten zur Förderung der Flüssigkeit in geringer Menge in Laboranlagen und Pilotanlagen von chemischen Forschungslaboratorien sowie in gleichem Masse in analytischen Geräten für die Zuführung von Trägerflüssigkeiten und verschiedensten Reagenzien zur Anwendung gelangen sowie auch für andere Zwecke verwendet werden, wenn eine genaue impulslose Zumessung von Flüssigkeiten mit allmählicher Leistungsregelung erforderlich ist.
Zurzeit sind Anlagen zur impulslosen Dosierung der Flüssigkeit bekannt, die aus zwei Dosier-Plungerpumpen und Steuernocken bestehen, welche die Bewegung zu den Plungern der Pumpen übertragen und von einem Elektromotor über ein stufenlos regelbares Getriebe oder ein Stufenwechselgetriebe in Umdrehung gesetzt werden.
Die Profile der Steuernocken sind derart ausgebildet, dass in jedem Augenblick einer der Plunger der Anlagenpumpen, indem er sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, die Flüssigkeit aus dem Pumpenzylinder in den Drucksammler verdrängt. Nachdem dieser Plunger das Ende des Druckhubes erreicht hat, schaltet sich momentan der zweite Plunger ein, während der erste den Saughub vollführt.
Jede der Pumpen der Anlage enthält je zwei Ventile - ein Saug- und ein Druckventil - oder je eine Einrichtung mit zwangsweiser Umschaltung der Kanäle.
Ein Nachteil dieser Anlagen ist das Vorhandensein einer grossen Anzahl von Ventilen, wodurch die Zuverlässigkeit der Anlage wesentlich herabgesetzt wird. Ausserdem ruft der bei der Umschaltung der Ventile vorhandene Übergangsprozess eine kurzzeitige Verminderung oder gar Einstellung der Flüssigkeitsförderung hervor.
Es wurden Versuche unternommen, die Anzahl der Ventile bis auf zwei zu reduzieren und den Einfluss der Übergangsprozesse bei deren Arbeit durch Verwendung von Einrichtungen (Pumpen) zur impulslosen Flüssigkeitsförderung zu eliminieren welche zwei oder mehr Kolben enthalten, die sich in Zylindern befinden, die hintereinander geschaltet sind und über mittels einer Vorrichtung absperrbare Kanäle in Verbindung stehen, wobei mindestens einer der Kolben sich immer in Richtung der Flüssigeitsförderung gleichmässig bewegt und dessen Kanal abgesperrt ist. Bei dieser Einrichtung sind die Kolben in einem gemeinsamen Zylinder oder in einzelnen Zylindern untergebracht, welche übereinander waagerecht angeordnet und durch Kanäle verbunden sind.
In jedem der Kolben befindet sich je ein Ventil, wobei zum Antrieb der Kolben Stangen verwendet werden, die je eine auf jeder Kolbenseite angebracht sind. Auch wird in dem vorgenannten Patent eine Ausführungsvariante beschrieben, bei der die Ventile an den Stirnflächen der Kolben angebracht sind und je eine Stange für jeden Kolben zu dessen Verbindung mit dem Antrieb verwendet ist.
Jedoch besitzt diese Einrichtung eine Reihe von Nachteilen.
So besteht einer der Nachteile darin, dass eine grosse Anzahl von reibenden Dichtungen vorhanden sind: jeder Kolben besitzt jeweils drei Dichtungen und zwar eine am Kolben selbst und je eine an der linken und an der rechten Stange. Also gibt es bei drei Kolben bereits neun Dichtungen, von denen drei innere Dichtungen sind und sechs für den hermetischen Abschluss der Pumpe sorgen. Eine solche Anzahl von Dichtungen, die weniger betriebssicher als die Ventile sind, ist in diesem Falle unannehmbar.
Faktisch erweist es sich als unmöglich, die Pumpe für kleine Durchflussmenge auszulegen, da die innerhalb der Kolben untergebrachten Ventile die Verminderung der Kolbendurchmesser beschränken.
Darüberhinaus ist der Antrieb der Kolben sehr erschwert, da der Zugang zu diesen praktisch versperrt ist.
Die Anordnung der Ventile an den Stirnflächen der Kolben, um deren Durchmesser und folglich auch die Durchlaufmenge der Flüssigkeit vermindern zu können, sowie die Verwendung einer Stange für jeden Kolben führen zur erheblichen Pulsung bei der Förderung der Flüssigkeit infolge Verdrängens derselben aus dem Zylinder durch das Volumen der Stange.
Bei kleinen Kolbendurchmessern, die sich zur Gewährleistung geringer Förderleistungen der Pumpe erforderlich machen, wird der Durchmesser der Stange gegenüber dem Kolbendurchmesser so beträchtlich, dass diese Konstruktion wegen der grossen Pulsung überhaupt unannehmbar wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der vorerwähnten Nachteile.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemässe Pumpe gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Verdrängerkammern mit je zwei relativ zueinander bewegbaren Wandungen aufweist, dass die Wandungen aufeinanderfolgende Paare bilden, die so verbunden sind, dass eine der Wandungen des ersten Paares unbeweglich angeordnet ist, dass die zweite der Wandungen dieses Paares beweglich und mit einer der Wandungen des nachfolgenden Paares starr verbunden ist, dessen zweite Wandung ebenfalls beweglich ist, und dass alle beweglichen Wandungen mit einem Profilnocken kinematisch verbunden sind, welcher ihnen die Bewegung erteilt, während der Dosierraum des abschliessenden Paares mittels einer Umschaltvorrichtung mit dem Raum des vorhergehenden Paares oder mit dem Eintrittskanal der Verdrängerkammern über ein flexibles Rohr periodisch in Verbindung gesetzt wird.
Diese konstruktive Lösung ermöglicht es, die Stangen, die sich im Inneren der Dosierräume befinden, auszuschliessen, die Anzahl der reibenden Dichtungen, welche für den hermetischen Abschluss der Kammern sorgen, auf zwei zu reduzieren oder überhaupt zu eliminieren sowie einen freien Zugang für den Anschluss des Antriebes an die beweglichen Elemente sicherzustellen. Die Hintereinanderschaltung der beweglichen Elemente erlaubt es, eine kontinuierliche Fortbewegung der Flüssigkeit in Richtung des Austrittskanals unter Überdeckung der Arbeitshübe dieser Elemente zu verwirklichen.
Um die Förderleistung der Pumpe stetig verändern zu kön nen, wird der Profilnocken zweckmässigerweise mit jedem beweglichen Element mit Hilfe von aneinander angelenkten Zugstange und Schwinghebel verbunden, welcher Schwinghebel an seinem freien Ende eine Rolle trägt die sich auf dem Profilnocken abwälzt, wobei alle Schwinghebel eine gemeinsame Auflage haben, die an den Schwinghebeln entlang zwecks Veränderung des Hebelverhältnisses verschiebbar ist.
Zur Überdeckung der Arbeitshübe der sich bewegenden Wandungen ist es erforderlich, das Profil des Nockens unsym metrisch auszubilden, derart, dass der dem Druckhub der beweglichen Wandungen der Paare entsprechende Schwenk winkel grösser als der Schwenkwinkel ist, welcher der Rück kehr dieser Wandungen entspricht.
Die Konstruktion der Pumpe wird bedeutend einfacher, wenn - bei Verwendung von zwei Paaren in derselben - die
Umschaltvorrichtung am Pumpengehäuse derart angeordnet ist, dass eine hydraulische Parallelschaltung der Dosierräume der besagten Paare gewährleistet wird, wobei einer der Dosier räume stets mit dem Austrittskanal der Pumpe verbunden ist.
Dies bietet die Möglichkeit, Kanäle in den Kolben zu elimi nieren, was es wiederum erlaubt, diese Kolben mit beliebig kleinen Durchmessern zur Gewährleistung geringer Förderlei stungen der Pumpe auszuführen.
Ausserdem wird dadurch der Zugang zu der Umschaltvor richtung verbessert, wobei letztere ohne Ventile ausgeführt werden kann.
Die Konstruktion der Pumpe wird auch vereinfacht, wenn beim Verwenden von zwei Paaren in dieser die Umschaltvor richtung ohne Ventile ausgeführt, an einem der beweglichen Elemente angebracht ist und infolge der Bewegung dieses Element relativ zur unbeweglichen Wandung in Tätigkeit tritt.
Bei Verwendung von zwei Paaren ist es zweckmässig, eines der beweglichen Elemente des abschliessenden Paares drehbar um die eigene Achse anzuordnen und an seiner Erzeugenden eine Abschrägung auszuführen, welche beim Drehen des Elementes den Dosierraum des abschliessenden Paares abwechselnd mit dem Eintrittskanal der Pumpe oder mit dem Dosierraum des vorhergehenden Paares verbindet. Hierdurch wird die Vereinfachung der Konstruktion der ventillosen Pumpe unter Beibehaltung der kontinuierlichen Flüssigkeitsförderung sichergestellt.
Um reibende Dichtungen völlig auszuschalten, werden statt Kolben-Zylinder-Paare zweckmässigerweise elastische Elemente in Form von Drehbüchsen oder Membranen benutzt.
Diese konstruktive Lösung gewährleistet einen vollkommenen hermetischen Abschluss der Pumpe, was besonders bei deren Einsatz zur Förderung von giftigen und äusserst aggressiven Flüssigkeiten ins Gewicht fällt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend konkrete Ausführungsbeispiele derselben mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen betrachtet; es zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Getriebszug der erfindungsgemässen Pumpe;
Fig. 2 zwei in der Pumpe gemäss Fig. 1 eingesetzte Kolben Zylinder-Paare, im Schnitt, mit Bewegungsdiagramm der beweglichen Elemente dieser Paare;
Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Kolben-Zylinder Paare mit ventilloser Umschaltvorrichtung, im Schnitt;
Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Umschaltvorrichtung, im Schnitt;
Fig. 5 zwei Kolben-Zylinder-Paare mit einer anderen Variante der Anordnung in ihnen der ventillosen Umschaltvorrichtung, im Schnitt, mit Bewegungsdiagrammen der beweglichen Elemente der Paare und der Umschaltvorrichtung;
;
Fig. 6 noch eine Ausführungsvariante der Kolben-Zylinder Paare, im Schnitt, mit Bewegungsdiagramm der beweglichen Elemente der Paare;
Fig. 7 eine Variante der Ausführung der Kolben-Zylinder Paare in Form von Faltenbälgen;
Fig. 8 eine Variante der Ausführung der Kolben-Zylinder Paare in Form von Membranen.
Die nachstehend beschriebene Pumpe enthält zwei hintereinander geschaltete Kolben-Zylinder-Paare 1 und 2 (Fig. 1) und einen Profilnocken 3, der die Bewegung auf die beweglichen Elemente der erwähnten Paare überträgt.
Das erste Kolben-Zylinder-Paar 1 weist einen Austrittskanal 4 und das zweite Paar 2 einen durch einen Pfeil 5 bedingt gezeigten Eintrittskanal auf.
Das Paar 1 ist durch zwei Elemente gebildet, und zwar das unbewegliche Element 6 (Fig. 2) und das bewegliche Element 7 wobei das Element 6 ein Zylinder ist, während das Element 7 einen Kolben darstellt. Das Paar 2 besteht ebenfalls aus zwei Elementen: einem beweglichen Zylinder 8, der mit dem Kolben 7 starr verbunden ist, und einem beweglichen Kolben 9.
Der Dosierraum 10 des Paares 1 steht mit dem Dosierraum 11 des Paares 2 über einen Kanal 12 in Verbindung, in welchem ein Ventil 13 untergebracht ist.
Im Kolben 9 ist ein Kanal 14 vorhanden, in dem ein Ventil
15 untergebracht ist.
Die Anzahl der Kolben-Zylinder-Paare kann mehr als zwei sein. In diesem Fall wird der Kolben 9 mit dem beweglichen Element des nachfolgenden Paares ähnlich wie der Kolben 7 mit dem Zylinder 8 verbunden.
Bei einer solchen Verbindung steht der Dosierraum 11 des abschliessenden Paares mit dem Eintrittskanal 5 (Fig. 1) über ein flexibles Rohr 16 in Verbindung.
Der Nocken 3 ist mit jedem der beweglichen Elemente der Paare 1 und 2 über Schwinghebel 17 und 18 verbunden, an deren einen Enden Rollen 19 und 20 angebracht sind, welche mit dem Profil des Nockens 3 in Punkten Berührung haben, die um 180 voneinander abstehen. Die anderen Enden der Schwinghebel 17 und 18 sind an entsprechenden Zugstangen 21 bzw. 22 angelenkt. Die Zugstange 21 ist mit dem Gehäuse des Ventils 13 und die Zugstange 22 mit dem Gehäuse des Ventils 15 verbunden.
An den Zugstangen 21 und 22 sind Federn 23 und 24 vorgesehen, welche zur Rückführung der Schwinghebel 17 und 18 in die Ausgangsstellung nach deren Schwenkung durch den Nocken 3 dienen.
Die Schwinghebel 17 und 18 besitzen eine gemeinsame Auflage 25, die an den Schwinghebeln entlang verschiebbar angeordnet ist, um das Hebelverhältnis ändern zu können.
Das Profil des Nockens 3 ist unsymmetrisch ausgebildet, und zwar derart, dass der Schwenkwinkel, der dem Druckhub der beweglichen Elemente 7, 8 und 9 (Fig. 2) entspricht, grösser als der Schwenkwinkel ist, welcher der Rückführung dieser Elemente entspricht. Die auf dieser Figur dargestellte Kurve I des Nockenprofils weist einen Abschnitt A-B, der dem Druckhub entspricht, und einen Abschnitt B-C, welcher der Rückführung der vorgenannten Elemente entspricht, auf.
Der Dosierraum 11 (Fig. 3) ist mit dem Dosierraum 10 über das flexible Rohr 16, die Umschaltvorrichtung 26 und den Austrittskanal 4 in Verbindung, wodurch die hydraulische Parallelschaltung der Dosierräume 10 und 11 in den Austrittskanal 4 sichergestellt wird.
Die Vorrichtung 26 ist am Pumpengehäuse unbeweglich befestigt und enthält einen beweglichen Umschalter 27 und Kanäle, von denen der eine mit dem Eintrittskanal 5, der zweite mit dem Rohr 16 und der dritte mit dem Austrittskanal 4 verbunden sind.
In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Umschaltvorrichtung 26 dargestellt, bei welcher zwei Ventile 28 und 29 vorhanden sind, von denen das eine 28 zur Absperrung des Kanals 30 bei Vergrösserung des Raumes 11 dient und das andere 29 zur Absperrung des Eintrittskanals 5 beim Drücken der Flüssigkeit aus dem Raum 11 bestimmt ist. Der Raum 10 ist dauernd mit dem Austrittskanal 4 verbunden.
Zur Vereinfachung der Pumpenkonstruktion und Steigerung der Betriebssicherheit der Umschaltvorrichtung wird diese ohne Ventile ausgeführt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, und an den miteinander fest verbundenen Elementen 7 und 8 derart angebracht, dass ihre Umschaltung infolge der Bewegung dieser Elemente relativ zum unbeweglichen Element 6 geschieht. Die Umschaltvorrichtung enthält einen Umschalter 31, welcher den Raum 11 mit dem Raum 10 mittels eines Kanals 32 oder den Raum 11 mit dem Eintrittskanal 5 über einen Kanal 33 und das flexible Rohr 16 verbindet. Die auf dieser Figur gezeigten Diagramme stellen dar: das obere I die Kurve des Profils des Nockens 3, die der obenbeschriebenen Kurve gemäss Fig. 2 analog ist, und das untere II die Lage des Umschalters 31.
Um das bewegliche Element der Paare zusätzlich als Umschalter der Kanäle zu benutzen, wird das bewegliche Element 34 (Fig. 6) des abschliessenden Paares, welches die Funktion des Kolbens ausübt, um die eigene Achse drehbar angeordnet. Die Drehung des Elementes 34 bewerkstelligt man auf eine beliebige bekannte Weise. Dieses Element weist auf der Erzeugenden eine Abschrägung 35 auf, die bei seiner Drehung den Dosierraum 11 mit dem Kanal 5 oder mit dem Raum 10 über einen Kanal 36 verbindet.
In diesem Fall ist das vorhergehende Paar durch ein unbewegliches Element 37, welches die Funktion des Kolbens erfüllt und den Austrittskanal 4 besitzt, und ein bewegliches Element 38 gebildet, das als gemeinsamer Zylinder dient und eine blinde Zwischenwand 39 besitzt. Auf dieser Figur ist die vorstehend beschriebene Kurve I des Nockenprofils gezeigt.
Um die reibenden Dichtungen zu eliminieren, sind in der Pumpe zum Zwecke ihres hermetischen Abschlusses als Kolben-Zylinder-Paare elastische Elemente - Faltenbälge 40 (Fig. 7) oder Membranen 41 (Fig. 8) - verwendet.
Wirkungsweise der Pumpe
In der Pumpe (Fig. 1) wird eine der geforderten Leistung entsprechende Lage der gemeinsamen Auflage 25 beispielsweise mit Hilfe einer Mikrometerschraube eingestellt (die Mikrometerschraube und die Skale der Förderleistung sind in den Figuren nicht abgebildet und werden nicht beschrieben).
Nach Einschalten des in Fig. 1 nicht dargestellten Antriebsmotors, der mit dem Nocken 3 verbunden ist, wird die durch sein Profil vorbestimmte Bewegung über Rollen 19 und 20, Schwinghebel 17 und 18 sowie Zugstangen 21 und 22 auf die beweglichen Elemente der Paare 1 und 2 übertragen. Die Federn 23 und 24 sorgen für das ständige Andrücken der Rollen 19 und 20 an das Profil des Nockens 3, wodurch ein genaues Wiederholen des Bewegungsgesetzes des Profils durch alle beweglichen Elemente sichergestellt wird. Bei Veränderung der Räume der Paare 1 und 2 wird die Flüssigkeit in den Kanal 5 eingesaugt und durch den Austrittskanal 4 gedrückt.
Bei Bewegung der beweglichen Elemente der Paare verschieben sich die beweglichen Elemente 7 und 8 (Fig. 2), da sie miteinander fest verbunden sind, gemeinsam, während das Element 9 dasselbe Bewegungsgesetz, jedoch um 180 verschoben, wiederholt. Hierbei läuft die Rolle 19 auf dem Profil des Nockens 3, welches dem Abschnitt (A-AI) der Kurve I (von 0 bis 90o) entspricht, während sich die Elemente 7-8 gleichmässig nach aufwärts bewegen. Das Ventil 13 ist geschlossen. Der Raum 10 verringert sich gleichmässig und gewährleistet die Förderung der Flüssigkeit durch den Kanal 4.
In dieser Zeit läuft die Rolle 20 (Fig. 1) auf dem Profil des Nockens 3, welches dem Abschnitt (Al-B) der Kurve I (1800- 270O) (Fig. 2) entspricht, während sich das Element 9 mit gleichmässiger Geschwindigkeit nach oben bewegt.
Hat die Rolle 20 den maximalen Punkt B der Kurve I erreicht, bleibt sie stehen und beginnt ihre Abwärtsbewegung infolge der Wechselwirkung derselben mit dem Profil des Nockens, welches dem Abschnitt B-C (2700-3600) dieser Kurve entspricht, was den Niedergang des Kolbens 9 bewirkt und den Raum 11 vergrössert. Das Ventil 15 öffnet sich dabei, und die Flüssigkeit wird durch den Eintrittskanal 5 eingesaugt.
Die Rolle 19 setzt ihre Bewegung auf dem Profil des Nockens 3 fort, welches dem Abschnitt (A-B) der Kurve I entspricht, d.h. die Elemente 7-8 fahren weiter nach oben, das Ventil 13 schliesst sich und der Raum 10 verringert sich gleichmässig, indem er die Flüssigkeitsförderung durch den Kanal 4 gewährleistet. Nach Erreichen des Punktes C auf der Kurve I durch die Rolle 20 nimmt sie die gleichmässige Aufwärtsbewegung wieder auf, da sie mit dem Profil des Nockens 3 zusammenwirkt, welches dem Abschnitt (A-AI) - 0-900 - dieser Kurve entspricht, während die Rolle 19 ihre Bewegung auf dem Profil des Nockens 3 fortsetzt, welches dem Abschnitt (Aii-B) - 180270 - entspricht, indem dadurch die Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Raum 10 sichergestellt wird.
Der Raum 11 bleibt dabei unverändert infolge der Bewegung der Elemente 7-8 und 9 mit gleicher Geschwindigkeit nach oben. Das Ventil
15 schliesst sich unter Einwirkung des Eigengewichtes.
Hat die Rolle 19 den Punkt B der Kurve I des Profils erreicht, bleibt sie stehen und sorgt dann, indem sie mit dem Nockenprofil zusammenwirkt, welches dem Abschnitt (B-C) der Kurve I - 270360 - entspricht, für die Rückführung der Elemente 7-8 nach unten. Das Ventil 13 öffnet sich und die Flüssigkeit strömt aus dem Raum 11 in den Raum 10 über.
Währenddessen setzt die Rolle 20 ihre gleichmässige Aufwärtsbewegung fort, wobei sie mit dem Nockenprofil zusammenwirkt, welche dem Abschnitt (Al-AIl) - 90r-180 - der Kurve 1 entspricht. In diesem Falle wird das Gesamtvolumen sich mit der früheren gleichbleibenden Geschwindigkeit bei dem geschlossenen Ventil verringern und für die ehemalige Flüssigkeitsforderung durch den Kanal 4 sorgen, wobei die Neuverteilung der Flüssigkeit zwischen den Räumen 10 und 11, welche infolge der Bewegung der Elemente 7 und 8 stattfindet, sich auf die Änderung des Gesamtvolumens nicht auswirkt.
Auf diese Weise wird die Überdeckung der die Kanäle umschaltenden Vorrichtungen (Ventile) während der Arbeit sichergestellt, was den Einfluss der Übergangsprozesse bei deren Umschaltung auf die Gleichmässigkeit der Flüssigkeitsförderung ausschaltet und die Betriebszuverlässigkeit dieser Umschaltvorrichtung erhöht.
Die auf Fig. 3 gezeigte Einrichtung funktioniert analog der oben beschriebenen, nur ist in diesem Fall die Vorrichtung 26 (Fig. 3) am unbeweglichen Pumpengehäuse angebracht, was die Konstruktion der Kolben vereinfacht und es erlaubt, diese Vorrichtung ohne Ventile auszuführen. In diesem Fall soll der Umschalter 27 beim Niedergang des Kolbens 3 und bei dem gemeinsamen Aufgang des Kolbens 7 und des Zylinders 8 sich in der (gemäss der Zeichnung) linken Stellung befinden und den Raum 11 mit dem Eintrittskanal 5 verbinden. Dabei wird die Flüssigkeit gleichmässig durch den Austrittskanal 4 verdrängt.
Beim Aufgang des Kolbens 9 und dem gemeinsamen Niedergang des Kolbens 7 und des Zylinders 8 soll sich der Umschalter (gemäss der Zeichnung) rechts befinden und den Raum 11 mit dem Austrittskanal 4 verbinden.
Die durch den Kolben 9 aus dem Gesamtraum 10 und 11 verdrängte Flüssigkeit bewegt sich durch den Kanal 4 aufwärts, während die aus dem Raum 11 dank der Abwärtsbewegung des Zylinders 8 verdrängte Flüssigkeit in gleichem Masse in den Raum 10 eintritt, der sich infolge der gemeinsamen Bewegung des Kolbens 7 mit dem Zylinder 8 vergrössert. Der Raum 10 funktioniert wie ein Speicher, der einen gleichmässigen Durchlauf der Flüssigkeit durch den Kanal 4 in Augenblicken der Abschaltung des Raumes 11 unterhält. Die Umschaltung des beweglichen Elementes 27 erfolgt in den Zeitaugenblikken, wenn der Raum 11 unveränderlich ist, was bei der gemeinsamen gleichmässigen Aufwärtsbewegung aller beweglichen Elemente 7, 8 und 9 der Fall ist.
Bei einer anderen in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 26 funktioniert die Pumpe analog der in Fig. 3 betrachteten Pumpe.
Bei der Vergrösserung des Raumes 11 öffnet sich das Ventil 29 und verbindet den genannten Raum 11 mit dem Eintrittskanal 5 zum Ansaugen der Flüssigkeit. Bei dem unveränderlichen Raum 11 schliesst sich das Ventil 29, während bei der Verringerung dieses Raumes 11 die Flüssigkeit das Ventil 28 öffnet und durch den Kanal 30 teilweise in den Austrittskanal 4 und teilweise in den Raum 10 bei dessen Vergrösserung strömt.
Bei der Anordnung der ventillosen Vorrichtung 26 an dem beweglichen Element 8 (Fig. 5), wodurch die Vereinfachung dieser Vorrichtung und deren Antriebs ermöglicht wird, verbindet der Umschalter 31 den Raum 11 bei dessen Verringerung mit dem Raum 10 über den Kanal 32 oder mit dem Eintrittskanal 5 über das flexible Rohr 16 und den Kanal 33.
Gemäss den auf Fig. 5 gezeigten Kurven I und II erfolgt die Bewegung der beweglichen Elemente 7, 8 und 9 analog wie in Fig. 2. Die Verschiebung des Umschalters 31 in die linke Stellung entspricht dem Abschnitt der Kurve II von 00 bis 90 , während seine Verschiebung in die rechte Stellung dem Abschnitt dieser Kurve von 1800 bis 2700 entspricht, wodurch eine gleichmässige impulslose Flüssigkeitsförderung sichergestellt wird.
Die auf Fig. 6 angeführte Konstruktion einer kontinuierlich arbeitenden ventillosen Pumpe kann mit Erfolg in verschiedensten hydraulischen Systemen als eine einfache und zuverlässige Quelle der gleichmässigen Bewegung der Flüssigkeit sowie auch in anderen Einrichtungen, wo die umgepumpte Flüssigkeit die Schmierung der zugeordneten Paare 37-38 und 38-34 gewährleisten kann.
Die Wirkungsweise der auf Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten Pumpen unterscheidet sich nicht von der Funktion der in Fig.
1 und 2 betrachteten Pumpe.
Der Vorteil der gegebenen Konstruktionen ist das vollständige Fehlen von reibenden Dichtungen, wobei ein zuverlässiger hermetischer Abschluss gewährleistet und bedeutend die Konstruktion der Pumpe vereinfacht wird.
Die Pumpen mit elastischen Elementen können mit verschiedenartigen Umschaltvorrichtungen, beispielsweise mit den auf Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 angeführten Vorrichtungen ausgeführt werden, was die Anwendungsmöglichkeiten der Pumpe im ganzen erheblich erweitert.
The present invention relates to a pump for impulse-free liquid delivery.
Such pumps can be most successfully used for pumping the liquid in small quantities in laboratory systems and pilot systems of chemical research laboratories and equally in analytical devices for the supply of carrier liquids and various reagents, as well as for other purposes, if precise impulse-free metering is required of fluids with gradual capacity regulation is required.
Systems for impulse-free dosing of the liquid are currently known, which consist of two dosing plunger pumps and control cams, which transmit the movement to the plungers of the pumps and are set in rotation by an electric motor via a continuously variable gear or a step change gear.
The profiles of the control cams are designed in such a way that at every moment one of the plungers of the system pumps, by moving at a constant speed, displaces the liquid from the pump cylinder into the pressure collector. After this plunger has reached the end of the pressure stroke, the second plunger is switched on momentarily while the first performs the suction stroke.
Each of the pumps in the system contains two valves - a suction and a pressure valve - or a device with forced switching of the channels.
A disadvantage of these systems is the presence of a large number of valves, as a result of which the reliability of the system is significantly reduced. In addition, the transition process that occurs when switching over the valves causes a short-term reduction or even cessation of the liquid delivery.
Attempts have been made to reduce the number of valves down to two and to eliminate the influence of the transition processes in their work by using devices (pumps) for impulse-free liquid delivery which contain two or more pistons which are located in cylinders that are connected in series and are connected via channels that can be shut off by means of a device, with at least one of the pistons always moving uniformly in the direction of the liquid conveying and its channel being blocked. In this device, the pistons are accommodated in a common cylinder or in individual cylinders which are arranged horizontally one above the other and connected by channels.
In each of the pistons there is a valve, whereby rods are used to drive the pistons, one on each piston side. The aforementioned patent also describes an embodiment variant in which the valves are attached to the end faces of the pistons and a rod is used for each piston to connect it to the drive.
However, this device has a number of disadvantages.
One of the disadvantages is that there are a large number of friction seals: each piston has three seals, one on the piston itself and one on the left and one on the right rod. So with three pistons there are already nine seals, three of which are internal seals and six ensure the hermetic seal of the pump. Such a number of seals, which are less reliable than the valves, is unacceptable in this case.
In fact, it turns out to be impossible to design the pump for small flow rates, since the valves housed within the pistons limit the reduction in piston diameter.
In addition, it is very difficult to drive the pistons because access to them is practically blocked.
The arrangement of the valves on the end faces of the pistons in order to be able to reduce their diameter and consequently also the flow rate of the liquid, as well as the use of a rod for each piston lead to considerable pulsation in the delivery of the liquid as a result of it being displaced from the cylinder through the volume the pole.
With small piston diameters, which are necessary to ensure low delivery rates of the pump, the diameter of the rod compared to the piston diameter is so considerable that this construction is unacceptable at all because of the large pulsation.
The object of the present invention is to eliminate the disadvantages mentioned above.
The object is achieved by a pump according to the invention, which is characterized in that it has displacement chambers each with two walls that can be moved relative to one another, that the walls form successive pairs which are connected in such a way that one of the walls of the first pair is immovable, that the second of the walls of this pair is movable and rigidly connected to one of the walls of the following pair, the second wall of which is also movable, and that all movable walls are kinematically connected to a profile cam which gives them the movement during the dosing space of the final one Pair by means of a switching device with the space of the previous pair or with the inlet channel of the displacement chambers is periodically connected via a flexible tube.
This constructive solution makes it possible to exclude the rods that are located inside the metering chambers, to reduce the number of rubbing seals, which ensure the hermetic sealing of the chambers, to two or to eliminate them at all, as well as free access for connecting the Ensure drive to the moving elements. The series connection of the movable elements makes it possible to realize a continuous movement of the liquid in the direction of the outlet channel while overlapping the working strokes of these elements.
In order to be able to constantly change the delivery rate of the pump, the profile cam is conveniently connected to each movable element with the help of hinged pull rod and rocker arm, which rocker arm carries a role at its free end that rolls on the profile cam, with all rocker arm one common Have support that can be moved along the rocker arms for the purpose of changing the lever ratio.
To cover the working strokes of the moving walls, it is necessary to design the profile of the cam asymmetrically, so that the pivot angle corresponding to the pressure stroke of the movable walls of the pairs is greater than the pivot angle which corresponds to the return of these walls.
The construction of the pump becomes significantly simpler if - when using two pairs in the same - the
Switching device is arranged on the pump housing in such a way that a hydraulic parallel connection of the metering chambers of the said pairs is ensured, one of the metering chambers always being connected to the outlet channel of the pump.
This offers the possibility of eliminating channels in the piston, which in turn allows these pistons to be designed with any small diameter to ensure low delivery rates of the pump.
In addition, this improves access to the Umschaltvor direction, the latter can be carried out without valves.
The construction of the pump is also simplified if, when using two pairs in this, the Umschaltvor device is executed without valves, is attached to one of the movable elements and, as a result of the movement of this element, comes into action relative to the immovable wall.
When using two pairs, it is advisable to arrange one of the movable elements of the final pair rotatable around its own axis and to make a bevel on its generatrix, which when the element is rotated alternately with the inlet channel of the pump or with the metering chamber of the previous pair connects. This ensures the simplification of the construction of the valveless pump while maintaining the continuous delivery of liquid.
In order to completely eliminate rubbing seals, elastic elements in the form of rotary sleeves or membranes are expediently used instead of piston-cylinder pairs.
This constructive solution ensures that the pump is completely hermetically sealed, which is particularly important when it is used to pump toxic and extremely aggressive liquids.
For a better understanding of the invention, specific exemplary embodiments thereof are considered below with reference to the accompanying drawings; show it
1 shows a schematic representation of the gear train of the pump according to the invention;
2 shows two piston and cylinder pairs used in the pump according to FIG. 1, in section, with a movement diagram of the movable elements of these pairs;
3 shows another embodiment of the piston-cylinder pairs with valveless switching device, in section;
4 shows another embodiment of the switching device, in section;
5 shows two piston-cylinder pairs with another variant of the arrangement in them of the valveless switchover device, in section, with movement diagrams of the movable elements of the pairs and the switchover device;
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6 shows another embodiment variant of the piston-cylinder pairs, in section, with a movement diagram of the movable elements of the pairs;
7 shows a variant of the embodiment of the piston-cylinder pairs in the form of bellows;
8 shows a variant of the embodiment of the piston-cylinder pairs in the form of membranes.
The pump described below contains two piston-cylinder pairs 1 and 2 connected in series (FIG. 1) and a profile cam 3 which transmits the movement to the movable elements of the pairs mentioned.
The first piston-cylinder pair 1 has an outlet channel 4 and the second pair 2 has an inlet channel shown as a result of an arrow 5.
The pair 1 is formed by two elements, namely the immovable element 6 (FIG. 2) and the movable element 7, the element 6 being a cylinder, while the element 7 is a piston. The pair 2 also consists of two elements: a movable cylinder 8, which is rigidly connected to the piston 7, and a movable piston 9.
The metering chamber 10 of the pair 1 communicates with the metering chamber 11 of the pair 2 via a channel 12 in which a valve 13 is accommodated.
In the piston 9 there is a channel 14 in which a valve
15 is housed.
The number of piston-cylinder pairs can be more than two. In this case, the piston 9 is connected to the movable element of the following pair in a manner similar to that of the piston 7 to the cylinder 8.
With such a connection, the metering chamber 11 of the closing pair is connected to the inlet channel 5 (FIG. 1) via a flexible pipe 16.
The cam 3 is connected to each of the movable elements of the pairs 1 and 2 via rocker arms 17 and 18, at one end of which rollers 19 and 20 are attached which are in contact with the profile of the cam 3 at points which are 180 apart. The other ends of the rocker arms 17 and 18 are hinged to corresponding tie rods 21 and 22, respectively. The pull rod 21 is connected to the housing of the valve 13 and the pull rod 22 is connected to the housing of the valve 15.
On the tie rods 21 and 22 springs 23 and 24 are provided, which serve to return the rocking levers 17 and 18 to the starting position after they have been pivoted by the cam 3.
The rocker arms 17 and 18 have a common support 25 which is arranged to be displaceable along the rocker arms in order to be able to change the lever ratio.
The profile of the cam 3 is asymmetrical in such a way that the pivot angle corresponding to the pressure stroke of the movable elements 7, 8 and 9 (FIG. 2) is greater than the pivot angle which corresponds to the return of these elements. The curve I of the cam profile shown in this figure has a section A-B, which corresponds to the pressure stroke, and a section B-C, which corresponds to the return of the aforementioned elements.
The metering chamber 11 (Fig. 3) is connected to the metering chamber 10 via the flexible pipe 16, the switching device 26 and the outlet channel 4, whereby the hydraulic parallel connection of the metering chambers 10 and 11 in the outlet channel 4 is ensured.
The device 26 is immovably attached to the pump housing and contains a movable switch 27 and channels, one of which is connected to the inlet channel 5, the second to the pipe 16 and the third to the outlet channel 4.
In Fig. 4 another embodiment of the switching device 26 is shown, in which two valves 28 and 29 are present, one of which 28 is used to shut off the channel 30 when the space 11 is enlarged and the other 29 to shut off the inlet channel 5 when pressing the liquid from the space 11 is determined. The space 10 is permanently connected to the outlet channel 4.
To simplify the pump construction and increase the operational reliability of the switching device, it is designed without valves, as shown in Fig. 5, and attached to the elements 7 and 8 firmly connected to one another in such a way that their switching due to the movement of these elements relative to the immovable element 6 happens. The changeover device contains a changeover switch 31 which connects the space 11 with the space 10 by means of a channel 32 or the space 11 with the inlet channel 5 via a channel 33 and the flexible pipe 16. The diagrams shown in this figure show: the upper I the curve of the profile of the cam 3, which is analogous to the curve described above according to FIG. 2, and the lower II the position of the switch 31.
In order to additionally use the movable element of the pairs as a switch for the channels, the movable element 34 (FIG. 6) of the final pair, which performs the function of the piston, is arranged to be rotatable about its own axis. Rotation of member 34 is accomplished in any known manner. This element has a bevel 35 on the generatrix which, when rotated, connects the metering chamber 11 with the channel 5 or with the chamber 10 via a channel 36.
In this case, the previous pair is formed by an immovable element 37, which fulfills the function of the piston and has the outlet channel 4, and a movable element 38, which serves as a common cylinder and has a blind partition 39. This figure shows the curve I of the cam profile described above.
In order to eliminate the rubbing seals, elastic elements - bellows 40 (FIG. 7) or diaphragms 41 (FIG. 8) - are used in the pump as piston-cylinder pairs for the purpose of hermetically sealing them.
How the pump works
In the pump (FIG. 1), a position of the common support 25 corresponding to the required output is set, for example with the aid of a micrometer screw (the micrometer screw and the scale of the delivery rate are not shown in the figures and are not described).
After switching on the drive motor, not shown in Fig. 1, which is connected to the cam 3, the movement predetermined by its profile is applied to the movable elements of pairs 1 and 2 via rollers 19 and 20, rocker arms 17 and 18 and tie rods 21 and 22 transfer. The springs 23 and 24 ensure that the rollers 19 and 20 are constantly pressed against the profile of the cam 3, whereby an exact repetition of the law of motion of the profile is ensured by all movable elements. When the spaces of pairs 1 and 2 change, the liquid is sucked into the channel 5 and pressed through the outlet channel 4.
When the movable elements of the pairs move, the movable elements 7 and 8 (FIG. 2) move together, since they are firmly connected to one another, while the element 9 repeats the same law of motion, but shifted by 180. The roller 19 runs on the profile of the cam 3, which corresponds to the section (A-AI) of the curve I (from 0 to 90o), while the elements 7-8 move evenly upwards. The valve 13 is closed. The space 10 is evenly reduced and ensures that the liquid is conveyed through the channel 4.
During this time the roller 20 (Fig. 1) runs on the profile of the cam 3, which corresponds to the section (A1-B) of the curve I (1800-270O) (Fig. 2), while the element 9 moves at a constant speed moved up.
When the roller 20 has reached the maximum point B of the curve I, it stops and begins its downward movement as a result of its interaction with the profile of the cam which corresponds to the section BC (2700-3600) of this curve, which causes the piston 9 to descend and room 11 is enlarged. The valve 15 opens and the liquid is sucked in through the inlet channel 5.
The roller 19 continues its movement on the profile of the cam 3 which corresponds to the section (A-B) of the curve I, i. the elements 7-8 move further upwards, the valve 13 closes and the space 10 is evenly reduced by ensuring that the liquid is conveyed through the channel 4. After reaching point C on the curve I by the roller 20, it resumes the steady upward movement because it interacts with the profile of the cam 3, which corresponds to the section (A-AI) - 0-900 - of this curve, while the Roller 19 continues its movement on the profile of the cam 3, which corresponds to the section (Aii-B) - 180270 - thereby ensuring the displacement of the liquid from the space 10.
The space 11 remains unchanged due to the movement of the elements 7-8 and 9 at the same speed upwards. The valve
15 closes under the effect of its own weight.
When the roller 19 has reached point B of the curve I of the profile, it stops and then, by interacting with the cam profile which corresponds to the section (BC) of the curve I - 270360 -, ensures the return of the elements 7-8 downward. The valve 13 opens and the liquid flows out of the space 11 into the space 10.
Meanwhile, the roller 20 continues its uniform upward movement, cooperating with the cam profile which corresponds to the section (Al-AIl) - 90r-180 - of curve 1. In this case, the total volume will decrease with the previous constant speed with the valve closed and provide for the former liquid demand through the channel 4, the redistribution of the liquid between the spaces 10 and 11 which takes place as a result of the movement of the elements 7 and 8 does not affect the change in the total volume.
In this way, the overlap of the devices (valves) switching the channels is ensured during work, which eliminates the influence of the transition processes when they are switched on the evenness of the liquid delivery and increases the operational reliability of this switching device.
The device shown in FIG. 3 functions analogously to that described above, only in this case the device 26 (FIG. 3) is attached to the immovable pump housing, which simplifies the construction of the pistons and allows this device to be implemented without valves. In this case, the switch 27 should be in the left position (according to the drawing) when the piston 3 descends and when the piston 7 and the cylinder 8 rise together and connect the space 11 to the inlet channel 5. The liquid is displaced evenly through the outlet channel 4.
At the rise of the piston 9 and the common fall of the piston 7 and the cylinder 8, the changeover switch (according to the drawing) should be on the right and connect the space 11 with the outlet channel 4.
The liquid displaced by the piston 9 from the total space 10 and 11 moves upwards through the channel 4, while the liquid displaced from the space 11 thanks to the downward movement of the cylinder 8 enters the space 10 in equal measure, which is due to the joint movement of the piston 7 with the cylinder 8 is enlarged. The room 10 functions like a reservoir, which maintains an even flow of the liquid through the channel 4 when the room 11 is switched off. The switching of the movable element 27 takes place in the instant when the space 11 is unchangeable, which is the case with the common uniform upward movement of all movable elements 7, 8 and 9.
In another embodiment of the device 26 shown in FIG. 4, the pump functions analogously to the pump considered in FIG. 3.
When the space 11 is enlarged, the valve 29 opens and connects the named space 11 with the inlet channel 5 for sucking in the liquid. In the case of the unchangeable space 11, the valve 29 closes, while when this space 11 is reduced, the liquid opens the valve 28 and flows through the channel 30 partially into the outlet channel 4 and partially into the space 10 when it is enlarged.
When arranging the valveless device 26 on the movable element 8 (Fig. 5), whereby the simplification of this device and its drive is made possible, the changeover switch 31 connects the space 11 with its reduction with the space 10 via the channel 32 or with the Entry channel 5 via flexible tube 16 and channel 33.
According to the curves I and II shown in FIG. 5, the movement of the movable elements 7, 8 and 9 takes place analogously to FIG. 2. The shift of the switch 31 into the left position corresponds to the section of the curve II from 00 to 90, while its shift to the right position corresponds to the section of this curve from 1800 to 2700, whereby a uniform impulse-free liquid pumping is ensured.
The construction of a continuously operating valveless pump shown in FIG. 6 can be used successfully in a wide variety of hydraulic systems as a simple and reliable source of uniform movement of the liquid, as well as in other facilities where the pumped liquid provides the lubrication of the associated pairs 37-38 and 38 -34 can guarantee.
The mode of operation of the pumps shown in FIGS. 7 and 8 does not differ from the function of the pumps shown in FIG.
1 and 2 considered pump.
The advantage of the given designs is the complete absence of friction seals, whereby a reliable hermetic seal is ensured and the design of the pump is significantly simplified.
The pumps with elastic elements can be designed with various types of switching devices, for example with the devices listed in FIGS. 3, 4 and 5, which considerably expands the possible uses of the pump as a whole.