DD249307A1 - Universelle laborschlauchpumpe und verfahren zu ihrer ansteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine universelle Schlauchpumpe und ein Verfahren zu ihrer Ansteuerung. Sie bezieht sich auf das Gebiet des pulsionsarmen Fluessigkeitstransportes fuer biochemische Messungen und medizinische Diagnostik im Labormassstab. Das Ziel ist eine universelle Schlauchpumpe, deren Pumpgeschwindigkeit moeglichst stabil und in weiten Grenzen elektronisch regelbar ist. Die Aufgabe ist es, durch den mechanischen Aufbau und die Ansteuerung kleine, variable, pulsionsarme Fluessigkeitsstroeme zu erreichen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass mehrere Schlaeuche und Pumpenrollen in Fig. 1 beschriebener Anordnung verwendet werden und bei der Ansteuerung eines Quasischrittmotors ein Verfahren mit Taktgenerator benutzt wird. Die Anwendungsgebiete sind Laborarbeiten in Forschung und Entwicklung und der Einbau in Geraete der medizinischen und chemisch-analytischen Diagnostik.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine universelle Laborschlauchpumpe, die in Labors der medizinischen und biologischen Forschung sowie im Bereich der chemischen und pharmakologischen Industrieforschung angewendet wird. Die Schlauchpumpe wird besonders an Durchflußapparaturen mit Mikromeßzellen der medizinischen Labordiagnostik angewendet. Die universelle Laborschlauchpumpe ist weiterhin allgemein zum Pumpen von Flüssigkeiten und Gasen mit konstanten Fließgeschwindigkeiten, die in weiten Grenzen variierbar sind, einsetzbar.

Charakteristik der bekannnten technischen Lösungen

In der Patentschrift (GB) 1595901 vom 10.2.77 ist eine Schlauchpumpe für den Einsatz in der Landwirtschaft dargestellt, die für große Flüssigkeitsmengen konzipiert ist und zum Pumpen von geringen Flüssigkeitsmengen einige Nachteile aufweist. Die dort beschriebene Schlauchpumpe läßt sich für kleine Ausführungen als Laborschlauchpumpe und für den Einbau in Geräten schlecht realisieren, da dort für jeden Pumpkanal ein gesonderter Rotor und ein gesondertes Gehäuse erforderlich ist. Bei einseitiger Anordnung der Pumpschläuche, was den Vorteil der günstigeren Verbindungsanordnungen von Ein- und Ausgängen mit sich bringt, müssen die getrennten Rotoren mit ihren jeweils drei Rollen zusätzlich um einen Betrag zueinander versetzt gesteuert sein. Ein weiterer Nachteil in der dargestellten Anordnung besteht darin, daß die Pumpschläuche nicht entlastet werden können, da hier ein geschlossenes Pumpengehäuse verwendet wird. Die Anwendung von nur drei Rollen pro Pumpsystem birgt den Nachteil in sich, daß die Pumpschläuche nicht definiert in dem Gehäuse anliegen. Weiterhin entstehen dadurch größere Zug- und Walkbelastungen an den Pumpschläuchen, wodurch eine kräftige Befestigung der Pumpschläuche an ihren Anschlußenden unbedingt erforderlich ist, was das Auswechseln und Einlegen der Pumpschläuche erschwert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit geringem technischen Aufwand kleine Substanzmengen mit konstanter Fließgeschwindigkeit durch Durchflußapparaturen mit Durchflußmeßzellen oder Durchflußküvetten pulsionsarm pumpen zu können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die universelle Laborschlauchpumpe in Geräte der medizinischen Labordiagnostik einzubauen, was durch eine einfache und kleine Ausführung der Pumpe mit geringem Gewicht erreicht wird.

Als drittes Ziel ist die Änderung der Fließgeschwindigkeiten in weiten Grenzen durch Variation der Drehzahl des Antriebsmotors bei gleichbleibender Stabilität, geringer Geräuschbelästigung und ohne elektrische Störeinflüsse der Pumpe auf andere Baugruppen zu erhalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine universelle Laborschlauchpumpe derart zu gestalten, daß eine Minimierung des Pulsierens des zu pumpenden Mediums mit der Zusatzbedingung des geringsten technischen Aufwandes, kleiner und einfacher Ausführung, geringem Gewicht, geringer Geräuschbelästigung und der elektronisch gesteuerten Variation der Fließgeschwindigkeit unter Beibehaltung der Stabilität für eine ausgewählte Geschwindigkeit für den Einbau in Geräten der medizinischen Labordiagnostik erreicht wird. Durch den Einsatz von Halbschalen mit im Durchmesser unterschiedlichen Pumpschläuchen können unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten mit ein und demselben Rollenkopf erreicht werden."

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem speziellen Aufbau der Laborschlauchpumpe und mit einem Verfahren zur Ansteuerung des Motors derselben. Die erfindungsgemäße Laborschlauchpumpe besteht aus einem mit Rollen, z. B. aus Teflonrollen, bestückten Rollenkopf, um welchen zwei Halbschalen, die zur Aufnahme der Pumpenschläuche dienen, angeordnet sind. Weiterhin besteht die Laborschlauchpumpe aus einem Einphasen-Wechselspannungs-Induktionsmotor mit Getriebe und der Taktsteuerung zur Ansteuerung des Motors.

Die Rollen des Kopfes haben eine Achse mit geringem Durchmesser zur Minimierung der Achsreibung und einen Rollendurchmesser, der der Art und dem Durchmesser der Pumpschläuche optimal angepaßt ist. Die Rollen können auch in einem Rollenlager (ohne Rollenachse) untergebracht sein. Die zwei Halbschalen, welche um den Rollenkopf angeordnet sind, nehmen jeweils zwei oder mehr Pumpschläuche auf, deren Ein- bzw. Ausgänge um gleiche Abstände versetzt angeordnet sind. Die gleichen Abstände werden aus der Division des Auflageabstandes der Rollen durch die Anzahl der in einer Halbschale verwendeten Schläuche berechnet. Die hier beschriebene Anordnung der Schläuche kann bei fast jeder Schlauchpumpe angewendet werden und erzeugt die gewünschte geringe Pulsation. Die Zu- und Abflüsse der in den jeweiligen Halbschalen liegenden Pumpschläuche werden geeignet miteinander verbunden, wodurch die Pulsation minimiert wird. Bei der Anwendung von drei Pumpschläuchen in jeder Halbschale transportieren mindestens jeweils zwei Schläuche das Medium, wenn der dritte Schlauch gerade nicht transportiert, was eine größere Verringerung der Pulsation gegenüber der Anwendung von jeweils zwei Pumpschläuchen zur Folge hat. Die Pumpschläuche sind derart in den Halbschalen angeordnet, daß sie in einer, in Abhängigkeit vom Schlauchdurchmesser, definierten Vertiefung liegen, so daß die Rollen auf einer Lauffläche abrollen und die Pumpschläuche nur soweit abquetschen, daß sie gerade geschlossen und somit am geringsten mechanisch belastet werden, wodurch auch das Wandern der Pumpschläuche vermindert wird. Der Antriebsmotor ist mit einem Getriebe ausgestattet, welches die maximale Drehgeschwindigkeit des Rollenkopfes bestimmt. Die Variation der Geschwindigkeit zu niedrigeren Drehzahlen erfolgt durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Einphasen-Wechselspannungs-Induktionsmotors.

Dieses Verfahren mit einer Taktsteuerung zur Ansteuerung ist derart gestaltet, daß über einen in der Frequenz variierbaren Rechteck-Taktgenerator die Leistungsendstufe der Taktsteuerung abwechselnd für gegebenenfalls aus der Netzfrequenz gewonnene 10O-Hzpositive und -negative Halbwellen durchgesteuert wird. Dadurch wird der Motor in Abhängigkeit von der zeitlichen Dauer des Steuertaktes in der einen Phase mit 100-Hz-positiven Halbwellen und in der anderen Phase mit 100-Hz-negativen Halbwellen abwechselnd angesteuert, wodurch sich ein quasi Schrittmotorbetrieb ergibt. Zum Weiterschreiten des Motors genügt jeweils eine Halbwelle der 10O-Hz-Frequenz. Alle weiteren Halbwellen der gleichen Polarität haben keinen weiteren Schritt zur Folge, sondern sie halten den Motor stabil in seiner Position fest, bis die Umschaltung durch den Rechteck-Taktgenerator auf die andere Polarität der 100-Hz-Halbwellen erfolgt und der gleiche Vorgang sich wiederholt. Die positiven und negativen 10OHz-Halbwellen können z. B. über einen Netztrafo mit zwei getrennten Wicklungen und den entsprechenden Greatzgleichrichtungen gewonnen werden. Zum Abbau der Gegeninduktion der Motorwicklung wird jede Gleichrichtung mit einem entsprechenden Kondensator versehen. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß ein 50-Hz-Wechselspannungsmotor mit einer 100-Hz-Halbwelle seine doppelte Nenndrehzahl erlangt

Die gesteuerte Motordrehzahl ergibt sich aus

2x Nenndrehzahl

Anzahl der Halbwellen pro Rechteck-Takt

Ausführungsbeispiel

Fig. 1: Draufsicht der Anordnung der universellen Schlauchpumpe mit 8 Rollen am Rollenkopf und 3 Schläuchen in den Halbschalen

Fig.2: Schnittdarstellung der Pumpenanordnung

Fig.3: Abwicklungsdarstellung einer Halbschale mit 3 Pumpenschläuchen Fig.4: Schaltungsanordnung der Taktsteuerung

In Fig. 1 sind um den Rollenkopf 6 mit den 8 Rollen 7 die beiden Halbschalen 1 mit den 3 Pumpenschläuchen 2, 3 und 4 angeordnet.

An den Eingängen und Ausgängen der Pumpschläuche 2, 3 und 4 sind jeweils die Anschlußstücke 5 zur Verbindung der Pumpschläuche angebracht. In den Halbschalen 1 sind die Ein- und Ausgänge 8, 9 und 10 der Schläuche, die jeweils um ein Drittel des Auflageabstandes der Rollen zueinander versetzt sind, eingearbeitet.

In Fig.2 ist die Pumpanordnung im Schnitt dargestellt, wo um den Rollenkopf 6 mit seiner Rollenkopfachse 13 und den Rollen 7 mit ihren Rollenachsen 12 die Halbschalen 1 mit den Pumpschläuchen 2,3 und 4, welche in dem Schlauchbett 11 liegen, angeordnet sind.

Die Rollen 7 liegen auf den Rollenlaufflächen 14 der Halbschalen 1 auf.

Weiterhin ist in Fig.2 der Antriebsmotor 16 mit seinem Getriebe 15 und seiner Taktsteuerung 17 dargestellt.

In Fig.3, der in Abwicklung dargestellten Halbschale 1, werden die um ein Drittel des Rollenauflageabstandes 26 zueinander versetzten Schlauch-ein- oder -ausgänge 8, 9 und 10 dargestellt. In den Schlauch-ein- oder- ausgängen 8, 9 und 10 sind die 3 Pumpschläuche 2, 3 und 4 mit ihren sich an den Schlauchenden befindlichen Anschlußstücken 5 angeordnet.

laufen die Rollen 7 auf den Rollenlaufflächen 14 der Halbschalen 1 und transportieren das zu pumpende Medium durch die Pumpschläuche 2, 3 und 4 derart, daß eine Rolle auf die um ein Drittel des Rollenauflageabstandes 26 zueinander versetzten Pumpschläuche 2, 3 und 4 zu verschiedenen Zeiten aufläuft und die Schläuche über ihre Länge bis zu den zueinander im gleichen Verhältnis wie am Anfang versetzten Enden schließt.

Beim Auflaufen einer Rolle auf einen Schlauch entsteht ein Mediumüberschuß, welcher sich nur entgegegesetzt der Pumprichtung ausbreiten kann, da in Pumprichtung die vorlaufenden Rollen den Schlauch verschließen. Dadurch entsteht in Abhängigkeit des Rollendurchmessers zum Schlauchdurchmesser eine mehr oder weniger große Haltephase des zu pumpenden Mediums. Beim Runterlaufen einer Rolle von einem Schlauch entsteht ein Zurückziehen des Mediums durch das Öffnen des Schlauches, was ebenfalls eine Haltephase zur Folge hat.

Werden die Eingänge und Ausgänge der drei Pumpschläuche 2,3 und 4 mit den Anschlußstücken 5 miteinander verbunden, so erreicht man dadurch ein ständiges gleichmäßiges Pumpen zweier Schläuche, mit einer kurzzeitigne Haltephase des dritten Schlauches.

Die Pulsation des zu pumpenden Mediums kann durch Einsatz mehrerer Pumpschläuche weiter verringert werden.

Die Anwendung der beschriebenen Schlauchpumpe in der analytischen Meßtechnik besitzt die Vorteile großer Pulsationsarmut bei kleinen, fast bis Null gehenden Fließgeschwindigkeiten, Geräuscharmut durch kleine Motordrehzahlen und die Möglichkeit der Ausführung mit kleinen Abmessungen und geringem Gewicht.

In Fig.4 ist die Schaltungsanordnung für das Verfahren zur Ansteuerung eines Einphasen-Wechselspannungs-Induktionsmotors schematisch dargestellt.

Die Ausgangssignale eines Rechteckwellen-Taktgenerators 18, dessen Taktfrequenz mit dem Takt-Potentiometer 21 in weiten Grenzen variiert werden kann, werden einer Steuerstufe 19 zugeführt, welche die Leistungsendstufe 20 abwechselnd zum Übertragen der 100-Hz-positiven und -negativen Halbwellen auf den Antriebsmotor 16 durchsteuert.

Die Versorgungsspannungen für den Antriebsmotor 16 werden über den Netztransformator 22, den Greatzgleichrichter 23 für negative und den Greatzgleichrichter 24 für positive Halbwellen erzeugt. Die Kondensatoren 25 bewirken den Abbau der Gegeninduktion des Antriebsmotors 16.

Claims (6)

1. Universelle Schlauchpumpe, bestehend aus einem motorgetriebenen Rollenkopf, an dem ein oder zwei Halbschalen mit Pumpenschläuchen angeordnet sind, und einer Taktsteuerung, welche die Motordrehzahl bestimmt, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem Rollenkopf mehrere, mindestens 6, Rollen in gleichmäßigem Winkelabstand angeordnet sind und jede Halbschale 2 oder mehr, in den Halbschalen gegebenenfalls unterschiedliche, Pumpenschläuche in einem Schlauchbett enthält, deren Ein- bzw. Ausgänge jeweils um einen gleichen Abstand zueinander versetzt sind, der sich aus der Division des Auflageabstandes benachbarter Rollen in der Halbschale durch die Anzahl der Pumpschläuche ergibt.

2. Universelle Schlauchpumpe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nur eine Halbschale am Rollenkopf angeordnet ist.

3. Universelle Schlauchpumpe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in den beiden Halbschalen unterschiedliche, insbesondere im Durchmesser verschiedene Pumpenschläuche gleichzeitig zur Anwendung kommen.

4. Universelle Schlauchpumpe nach Punkt 1,2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Ein- und Ausgänge der Pumpenschläuche mit Anschlußstücken, je nach Anwendungsfall, miteinander verbunden sind.

5. Verfahren zur Ansteuerung der universellen Schlauchpumpe nach Punkt 1 mit Einphaseninduktionsmotor und einem Getriebe zum Rollenkopfbetrieb und Taktsteuerung, gekennzeichnet dadurch, daß der Einphaseninduktionsmotor in Abhängigkeit von der Taktphase der Taktsteuerung abwechselnd durch eine positive oder negative Halbwelle einer 100-Hz-Frequenz weitergedreht wird und die Drehgeschwindigkeit durch die Taktfrequenz bestimmt wird.

6. Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß bei fixierter Getriebeuntersetzung und nach Anspruch 1 ausgewählter Pumpenkonstruktion die Taktgeneratorfrequenz um den Faktor bis 1000

___j/arnert_wird und die Fließgeschwindigkeit sich damit ebenfalls um den Faktor bis 1000 ändert.