DD221506A1 - Doppelkolbenpumpe mit geringen foerderstromschwankungen - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemaesse Doppelkolbenpumpe mit verringerten Foerderstromschwankungen ist vorzugsweise fuer Chromatografieanlagen bestimmt. Wesentlich bei der erfindungsgemaessen Doppelkolbenpumpe ist die spezielle Ausbildung von zwei um 180 gegeneinander versetzt angeordneten Kurvenscheiben. Die Gestaltung der Kurvenscheiben hat zur Folge, dass zwischen dem Hub zur Vorkompression und dem Foerderhub mit einem Rastpunkt ueber einen Drehwinkel der Kurvenscheiben von mindestens 5 und zwischen dem Foerderhub und dem Saughub mit einem Rastpunkt, der bis in den linearen Foerderhub des anderen Kolbens reicht, der Verlauf der Kolben gesteuert wird. Ausserdem ist ein Anschlag fuer die Antriebsmittel beider Kolben vorgesehen, der auf eine Achse gelagert ist, die senkrecht zu den Mitten der Kolben verlaeuft und der Lager mittels einer Exzenterbuchse an einem ihrer beiden Lagerpunkte verstellbar ist und fuer dessen Bewegung eine zentrale Spindel angebracht ist.

Description

Erfinder: Dr. Wolf-Eberhard Heyer Uwe Schulze

Doppelkolbenpumpe mit geringen Förderstromschwankungen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Doppelkolbenpumpe mit verringerten FörderStromschwankungen, die insbesondere in Chromatogräfieanlagen eingesetzt wird»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind'Doppelkolbenpumpen für Ghromatografieanlanlagen bekannt, bei denen die Kolben zur Erzielung geringer Förders tromschwankungen über zwei Kurvenscheiben, die fest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, angetrieben werden.

Die Kurvenscheiben derartiger Pumpen sind so ausgebildet, daß die zu fördernde Flüssigkeit während eines Vorkompressionshubes auf den Druck in der Anlage verdichtet wird und während eines anschließenden Förderhubes durch'die Anlage gepumpt wird.

Bei dem darauffolgenden Rückhub des Kolbens wird die Flüssigkeit angesaugt, die bei dem nächsten Hub gefördert wird. Das Bewegungsgesetz des Förderhubes beider Kurvenscheiben ist so aufeinander abgestimmt, daß der von der Pumpe geförderte Volumenstrom annähernd konstant ist. Es ist üblich, die Kurvenscheiben so zu dimensionieren, daß sich die Kolben nach dem Förderhub während eines Dreh-

Winkels der Kurvenscheiben von ca. 5 ° und nach dem Saug-.Jaüb während eines Drehwinkels der Kurvenscheiben von etwa 15 ° in Ruhe befinden, um ein einwandfreies Entleeren und Pullen der Zylinder zu sichern.

Die Antriebsmittel der Kolben v/erden über Federn ständig gegen die Kurvenscheiben gedrückt. Um zu verhindern, daß durch die Wirkung dieser Federn.die Kurvenscheiben angetrieben werden, so daß Spiel in die Getriebe zum Antrieb der Kurvenscheiben einläuft und damit das gewünschte Bewegungsgesetz der Kolben und der daraus resultierende konstante Förderstrom der Pumpe gestört wird, wird die Welle, auf der die Kurvenscheiben befestigt sind, gebremst. Die Bremsung erfordert eine erhöhte Antriebsleistung und bedingt starken Verschluß.

Der Vorkompressionshub jedes Kolbens wird über Anschläge eingestellt, die das Ende des Saughubes der Antriebsmittel der Kurvenscheiben begrenzen. Die Anschläge müssen ." für jeden Kolben einzeln eingestellt werden. Dies ist sehr aufwendig und erschwert die Automatisierung

Beim Übergang, vom Vorkompressions- zum Förderhub ist nur ein kurzer Rastpunkt .des Kolbens vorgesehen. Dies erschwert die genaue Einstellung des Vorkompressionshubes, der zur Realisierung eines Förderstromes mit geringen Schwankungen erforderlich ist.

Ziel der Erfindung

Diese Nachteile der bekannten Lösungen sollen durch die vorliegende Erfindung behoben werden. Ziel der Erfindung ist es, die Kurvenscheiben zum Antrieb der Kolben so auszubilden, daß die Kurvenscheiben von den Federn, die die Antriebsmittel der Kolben gegen die Kurvenscheiben drücken, nicht angetrieben werden, und daß der erforderliche Vorkompressionshub mit geringem Aufwand einstellbar ist.

Weiterhin "soll der Anschlag zum Einstellen des Vorkompressionshubes so ausgebildet v/erden, daß er nach einmaliger Justierung der Pumpe mittels eines zentralen Elementes

gleichzeitig für beide Kolben eingestellt werden kann. Darlegung des Wesens der Erfindung

Bei Doppelkolbenpurnpen mit geringen FörderStromschwankungen, deren Pumpenkolben (4) von Kurvenscheiben (3) über Antriebsmittel, bestehend aus Kurvenrolle (5), Lagerbolzen (6), Lager (7), Schubstange (8), Druckstück (9), Feder (10), und Lager (11), so angetrieben werden, daß die Pumpenkolben (4) zunächst einen Vorkompressionshub, danach einen Förderhub und anschließend einen Saughub ausführen, werden erfindungsgemäß zwei um 180 ° gegeneinander versetzte Kurvenscheiben verwendet, deren Radius sich von einem minimalen Wert zunächst auf einen größeren Radius erhöht, wobei dieser Radius dann über einen Zentriwinkel der Kurvenscheibe von etwa 5 ° konstant bleibt und sich anschließend nach einer linearen Beziehung und kurzen Übergangsstücken am Anfang und Ende des linearen Bereiches auf einen maximalen Radius erhöht, dieser maximale Radius bleibt" über einen Zentriwinkel der Kurvenscheiben (3) von mehr als 180 °, gerechnet vom Beginn der linearen Vergrößerung des Radius, konstant, und"geht anschließend auf den minimalen Radius zurück, außerdem ist ein Anschlag (26) für die Antriebsmittel beider Kolben (4) vorgesehen, der auf einer Achse (27) gelagert ist, die senkrecht zu den Mitten der Kolben (4) verläuft und deren Lage mittels einer Exzenterbuchse (3) an einem ihrer beiden Lagerpunkte verstellbar und für dessen Bewegung eine zentrale Spindel (37) angebracht ist.

Die Kurvenscheiben treiben über Antriebsmittel die Pumpenkolbeno Hierbei wird währnd des Wirkens der Erhöhung des Kurvenscheibenradius von dem minimalen Wert auf dem größeren Wert der Vorkompressionshub realisiert, während der Erhöhung des Kurvenscheibenradius von dem größeren auf den maximalen Radius der Förderhub und während der Rückbewegung vom maximalen Radius auf den minimalen Radius der Saughub. Solange der Kurvenscheiben radius konstant ist,

verbleibt der zugehörige Pumpenkolben in Ruhe.

Der Rastpunkt zwischen dem Vorkompressions- und dem Förderhub sichert eine leichte Einstellbarkeit der Pumpe. Außerdem wird durch diesen Rastpunkt gesichert, daß bei geringen Fehleinstellungen der Pumpe keine starken Druckschwankungen auftreten können.

Durch den Rastpunkt zwischen dem Förder- und Saughub wird erreicht, d<aß die Feder, die die Antriebsmittel des ansaugenden Kolbens gegen die Kurvenscheibe drückt, diese Kurvenscheibe erst antreibt, wenn die andere Kurvenscheibe über den zweiten Kolben im linearen Hubbereich Flüssigkeit fördert. Da bereits bei geringen Förderdrücken das Drehmoment, das zum Antrieb der fördernden Kurvenscheibe erforderlich ist, wesentlich größer ist als das Drehmoment, das über die Feder, die die Antriebsmittel des saugenden Kolbens gegen die dazugehörige Kurvenscheibe drückt, ausgeübt wird, ist zu jedem Zeitpunkt ein Antriebsdrehmoment für die Kurvenscheiben erforderlich und es bedarf keiner zusätzlichen Bremsung der Kurvenscheiben.

Mt dem Exzenter kann einer der beiden Lagerpunkte der Achse, auf der der gemeinsame Anschlag zur Begrenzung des Vorkompressionshubes beider Kolben angeordnet ist, -so verstellt werden, daß die Pumpe symmetrisch arbeitet. Die Anpassung der Pumpe an die speziellen Arbeitsbedingungen, unter denen sie eingestzt wird, erfolgt dann nur noch durch Verstellen der zentralen Stellschraube.

Die Beschreibung der Erfindung erfolgt im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch die Pumpe, Fig. 2 eine Ansicht der Pumpe in Richtung des Pfeiles C in der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linien B-B in der Fig. 3

und Fig. 5 die schematische Darstellung des Bewegungsgesetzes der Kurvenscheiben.

Ausführungsbeispiel

Die Pumpe ist in einem Gehäuse 1 angeordnet. In diesem Gehäuse ist eine Antriebswelle 2, die mit einem nicht dargestellten Motor über ein Getriebe verbunden ist, gelagert. Auf der Antriebswelle 2 sind Kurvenscheiben 3 zum Antrieb von Pumpenkolben 4 so befestigt, daß bei der Drehung der Kurvenscheiben das in der Fig. 5 dargestellte Bewegungsgesetz verwirklicht wird. Mit den Kurvenscheiben sind Antriebsmittel für die Pumpenkolben 4 im Eingriff, die au3 den Elementen Kurvenrolle 5, Lagerbolzen 6, Lager 7, Schubstange 8 und Druckstück 9 bestehen. Diese Antriebsmittel für die Pumpenkolben 4 werden von einer Feder 10, die sich an dem Gehäuse 1 abstützt, über ein Lager 11, das fest mit der Schubstange 8 verbunden ist, gegen die Kurvenscheibe 3 gedrückt. Die Kraftübertragung von dem Druckstück 9 auf den Pumpenkolben 4 erfolgt in der einen Richtung von einer Fläche 13 an dem Druckstück 9 direkt auf den Pumpenkolben und in entgegengesetzter Richtung' über eine Scheibe 14, die in dem Druckstück 9 befestigt ist, auf einen Ring 12, der fest mit dem Pumpenkolben 4 verbunden ist.

Die Pumpenkolben bewegen sich in Zylindern 15, die über Schrauben 16 mit dem Gehäuse 1 fest verbunden sind. Der Pumpenkolben 4 ist in dem Zylinder 15 in Scheiben 17 und 18 gelagert, zwischen denen eine Dichtung 19, die von einem Stopfbuchsdrücker 20 vorgespannt wird, vorgesehen. Der Zylinderinnenraum wird von einem Saugventil 22 und einem Druckventil 21 abgeschlossen. Die Druckventile 21 beider Zylinder stehen über Kapillaren 23 (Fig. 2) mit einem Verteiler 24 in Verbindung, von dem aus eine Kapillare 25 zu der Ghromatografieanlage führt.

In dem Gehäuse 1 ist auf einer Achse 27 ein Anschlag 26 gelagert (Fig. 3)· Der Anschlag 26 trägt Stifte 28, 29, 30 und 31, die an einer Fläche 32 des Druckstückes 9 zur Anlage kommen können. Die Achse 27 ist an der einen Seite

direkt in einer Bohrung des Gehäuses 1 gelagert. Auf der anderen Seite ist sie in einer Exzenterbuchse 33, die mit einer Mutter 34 in einer Bohrung des Gehäuses 1 befestigt werden kann, einstellbar gelagert»

Der Anschlag 26 ist über einen Stift 35 mit einer Mutter 36 (Figo 4) verbunden, die auf eine Spindel 37 so aufgeschraubt ist, daß sie durch Drehen der Spindel in Richtung der Achse der Spindel bewegt werden kann. Zwischen dem Anschlag 26 und dem Gehäuse 1 ist eine Druckfeder 38 vorgesehen.

Die Kurvenscheiben 3 werden von dem Antriebsmotor über das zwischengeschaltete Getriebe gleichförmig angetrieben. Hierbei werden die Pumpenkolben 4 über die jeweiligen Antriebsmittel, die aus der Kurvenrolle 5, dem Lagerbolzen 6, dem Lager 7, der Schubstange 8, dem Druckstück 9» der Feder 10 und dem Lager 11 bestehen, entsprechend dem auf Fig. 5 dargestellten Bewegungsgestz angetrieben. Die Bewegung des einen Pumpenkolbens ist auf Pig» 5 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt und die Bewegung des anderen Pumpenkolbens mit einer gestrichelten Linie.»

Bei der Bewegung des Pumpenkolbens aus der linken Totlage der Pig. 1 wird die Flüssigkeit, die sich in dem Zylinder befindet, zunächst bis auf den Arbeitsdruck der Chromatografieanlage vorkomprimiert (Drehwinkel der Kurvenscheibe 5 bis 55 °). Anschließend verbleibt der Pumpenkolben 4 über einen Drehwinkel der Kurvenscheibe von 10 in Ruhe. Hierbei bleibt der Druck in dem betrachteten Zylinder konstant. Bei der v/eiteren Drehung der Kurvenscheibe drückt der Pumpenkolben 4 über das Druckventil 21 Flüssigkeit in die Chromatografieanlage (Drehwinkel der Kurvenscheibe 65 bis 255 °)· Während der ersten 10° dieses Kurvenscheibenabschnittes wird der Hub des Pumpenkolbens 4 von Null nach einem quadratischen Bewegungsgesetz bis auf einen linearen Hub erhöht und dann während der" letzten 10 ° dieses Abschnittes (Drehwinkel der Kurvenscheibe 245 ° bis 255 °) ebenfalls nach einem quadratischen Bewegungsgesetz wieder auf Null zurückgeführt. Die zweite Kurvenscheibe ist so auf

der Antriebswelle 2 befestigt, daß sie während der letzten 10 ° des Förderhubes des ersten Pumpenkolbens 4 den zweiten Pumpenkolben so antreibt, daß dieser zu fördern beginnt. Die Förderströme beider Zylinder gelangen über die Kapillaren 23 in den Verteiler 24· Dadurch ist gesichert, daß bei konstanter Antriebsdrehzahl der Antriebswelle 2 ein konstanter Volumenstrom über den Verteiler 24 in die Kapillare -25 gepumpt wird.

Der Anschlag 26 begrenzt den Rückhub beider Pumpenkolben und damit die Größe des Vorkompressionshubes. Dieser Anschlag 26 wird durch Verstellen der Exzenterbuchse 33 so eingestellt, daß die Pumpe mit symmetrischem Förderstrom- bzw. Druckschwankungen beim Wechsel der Förderung von dem einen Zylinder 15 auf den anderen Zylinder 15 arbeitet. Anschließend wird durch Drehen der Spindel 37 die Mutter 36 und damit unter der Wirkung der Druckfeder 38 der Anschlag 26 so verstellt, daß die Förder strom- bzw. Druckschwankungen beim Wechsel der Förderung von dem einen Zylinder 15 auf den anderen Zylinder 15 minimal werden. Bei Änderung der Arbeitsbedingungen ist dann lediglich ein Nachstellen der Spindel 37 erforderlich.

Claims (1)

1. 8 Erfindungsanspruch

   1. Doppelkolt)enpumpe mit geringen ForderStromschwankungen, deren Pumpenkolben (4) von Kurvenscheiben (3) über Antriebsmittel, bestehend aus Kurvenrolle (5), Lagerbolzen (6), Lager (7), Schubstange(8), Druckstück (9), Feder (10), und Lager (11), so angetrieben werden, daß die Pumpenkolben (4) zunächst einen Vorkompressionshub, danach einen Förderhub .und anschließend einen Saughub ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 180 ° gegeneinander versetzte Kurvenscheiben (3) verwendet werden, deren Radius sich von einem minimalen Wert zunächst auf einen größeren Radius erhöht, wobei dieser Radius dann über einen Zentriwinkel der Kurvenscheibe (3) von etwa 5 ° konstant bleibt und sich anschließend nach einer linearen Beziehung -und kurzen Übergangsstücken am Anfang und Ende des linearen Bereiches auf einen maximalen Radius erhöht, dieser maximale Radius . über einen Zentriwinkel der Kurvenscheiben (3) von mehr als 180 °, gerechnet vom Beginn der linearen Vergrößerung des Radius, konstant bleibt, und anschließend 'auf den minimalen Radius zurückgeht und, daß außerdem ein Anschlag (26) für die Antriebsmittel beider Kolben (4) vorgesehen ist, der auf eine Achse (27) gelagert ist, die senkrecht zu den Mitten der Kolben (4) verläuft und deren Lage mittels einer Exzenterbuchse (3) an einem ihrer beiden Lagerpunkte verstellbar ist und für dessen Bewegung eine zentrale Spindel (37) angebracht ist.

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