DE1503400A1 - Pumpe mit veraenderlichem Druck fuer manometrische Messvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere die Regelung des von Pumpen kleiner Leistung einer manometrischen Meßvorrichtung zugeführten Druckes oder Vakuums. Die Regelung geschieht dadurch, dass das wirksame Volumen der Pumpe in der nachstehend beschriebenen Weise verändert wird.

In dem USA-Patent 2.869.078 ist eine manometrische Meßvorrichtung beschrieben, die zur Meßung der Strömung einer elektrolytischen Suspension von Teilchen durch ein Loch bestimmt ist, wobei Signale als Folge von Veränderungen in der elektrischen Impedanz des wirksamen Volumens der elek- trolytischen Suspension im Loch erzeugt werden. Diese Veränderungen in der elektrischen Impedanz werden durch das Vorhandensein der hindurchtretenden Teilchen verursacht. Das Grundprinzip der Zählung und Größenmessung von Teilchen in dieser Weise ist in dem deutschen Patent 964.810 beschrieben.

Eine Leitung, welche die übliche manometrische Gestaltung hat, mit einer Messzone und einer Krümmung ist mit einem geschlossenen Flüssigkeitssystem verbunden, wie es für die manometrische Messvorrichtung nach Coulter verwendet wird. Das geschlossene Flüssigkeitssystem umfasst ein erstes Gefäß, in welches die elektrolytische Suspension durch eine Öffnung in der Seite dieses Gefäßes aus einem zweiten Gefäß gezogen werden soll, in welchem das erste Gefäß eingetaucht ist. Das zweite Ende der erwähnten Leitung ist zur Außenluft offen.

In diesem geschlossenen Flüssigkeitssystem befindet sich ein Auslaß aus dem ersten Gefäß, der mit einer Vakuumquelle über ein von Hand bedienbares Ventil od. dgl. verbunden ist. Die manometrische Flüssigkeit wird durch eine Säule aus Quecksilber gebildet, das schwerer als der die zu untersuchenden Teilchen enthaltende Elektrolyt und gewöhnlich schwerer als die im ersten Gefäß enthaltene Flüssigkeit ist.

Wenn die Bedienungsperson die manometrische Messvorrichtung benutzen will, öffnet sie das Ventil zur äußeren Vakuumquelle und zieht das Quecksilber um einen kurzen Betrag von dem offenen oder Außenluftende der Leitung weg. Hierdurch wird die Quecksilbersäule im Manometer aus ihrem Gleichgewicht gebracht, da das Loch im ersten Gefäß einen viel kleineren Querschnitt hat als der Querschnitt der Quecksilbersäule beträgt. Die Strömungsgeschwindigkeit durch das Loch im ersten Gefäß ist kleiner als die Leistung der Pumpe. Der größte Teil des auf das geschlossene Flüssigkeitssystem ausgeübten Außenluftdruckes wird durch das offene Ende der manometrischen Vorrichtung ausgeübt, wodurch diese Bewegung des Quecksilbers verursacht wird.

Das Manometer ist so ausgebildet, dass das Quecksilber während seiner Bewegung aus seiner anfänglichen Gleichgewichtsstellung in seine nachfolgende Gleichgewichtsstellung ausreichend weit bewegt wird, um zwei Elektroden freizulegen. Diese Elektroden werden als Stop- und Startelektroden bezeichnet und sind innerhalb der Messzone angeordnet. Diese Zone ist hinsichtlich ihres Volumens sorgfältig kalibriert. Eine dritte Elektrode befindet sich in ständigem Kontakt mit dem Quecksilber als gemeinsame oder Masseelektrode.

Das Quecksilber wird, wenn die Bedienungsperson das zur Vakuumquelle führende Ventil öffnet, infolge des Druckunter- schiedes in seinem Gleichgewicht gestört. Die Bedienungsperson schließt dann das zur Vakuumquelle führende Ventil, so dass das Quecksilber in seine Gleichgewichtsstellung abfallen kann. Wenn das Quecksilber langsam abfällt, da es sich in Flüssigkeitsdruckontakt mit dem geschlossenen Flüssigkeitssystem befindet, erzeugt es ein Vakuum, so dass die Suspension im zweiten Gefäß in das erste Gefäß durch das Loch im letzteren gezogen wird. Elektroden im ersten Gefäß und im äußeren zweiten Gefäß, in welches das erste Gefäß eingetaucht ist, erzeugen die elektrischen Signale in der in den genannten Patenten beschriebenen Weise.

Wenn sich das Quecksilber an den beiden die Messzone begrenzenden Elektroden vorbeibewegt, bewirkt es elektrisch das Starten und nachfolgend das Stoppen der Zählvorrichtung, so dass eine genaue numerische Zählung der Teilchen in einem Volumen der durch das Loch gezogenen elektrolytischen Suspension erhalten wird.

Das Hauptproblem der bisherigen Vorrichtungen bestand in der genauen Regelung der Höhe der Quecksilbersäule während der Bewegung aus dem Gleichgewichtszustand derselben unter der Wirkung des durch die Vakuumpumpe erzeugten Vakuums. Wenn die Höhe der Quecksilbersäule nicht ausreichend ist, werden die Elektroden in der Messzone des Manometers nicht freigegeben. Wenn die Höhe der Quecksilbersäule zu groß ist, kann das Quecksilber in eine der Flüssigkeitsgefäße verspritzen und das Gerät verunreinigen.

Außerdem geht, wenn das Quecksilber zu rasch durch die Messzone gesaugt wird, beträchtliche Zeit verloren, während welcher keine Zählung erfolgt, so lange das Quecksilber durch die Leitung auf seinem Weg in die Messzone zurück hindurchtritt. Ein weiteres bisher bei der Regelung des Quecksilbers aufgetretenes Problem besteht in dem Vorhandensein von Luftblasen im Quecksilber. Die bisherigen Versuche zur Lösung dieser Probleme durch die Verwendung von Membran-Vakuumreglern und Zusammenflusskolben in der unteren Krümmung des Manometers haben sich im praktischen Betrieb nicht als erfolgreich erwiesen.

Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer einfachen und wirksamen Art zur Regelung des Drucks bzw. des Vakuums, das aus einer herkömmlichen Vakuumpumpe erhalten wird in der Weise, dass der Betrag der Bewegung des Quecksilbers innerhalb der Messzone des Manometers auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird. Diese neuartige Druckregelungsanordnung verhindert, dass sich Luftblasen im Quecksilber bilden, ergibt eine genaue Regelung der Höhe der Quecksilbersäule und setzt die zeitliche Nacheilung im Betrieb der Zähl- vorrichtung, wenn sich das Quecksilber in seine Gleichgewichtsstellung im Manometer bewegt, auf ein Mindestmaß herab.

Weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von drei beispielsweisen Ausführungsformen und zwar zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Gesamtansichten von erfindungsgemäßen Ausführungsformen;

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Messvorrichtung für eine Pumpe nach Fig. 1, 2 oder 4;

Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht, welche die Anwendung der Erfindung auf eine Balgpumpe zeigt.

Eine Pumpenbauart, die häufig mit dem Coulter-Gerät verwendet wird, besteht aus einem kleinen Elektromotor, der einen Kolben in einem Pumpenzylinder antreibt. Dieser Pumpenzylinder ist zur schwingenden Bewegung auf einem mit Öffnungen versehenen Block gelagert. Diese Steueröffnungen am Block werden durch den schwingenden Zylinder geöffnet bzw. geschlossen und eine kleine Leitung bzw. ein Rohrstück verbindet den Block mit dem Ventil des geschlossenen Flüssigkeitsystems. Erfindungsgemäß ist eine volumetrische Erweiterung des Zylinders vorgesehen, die sich außerhalb des Zylinders befindet, jedoch mit diesem verbunden ist, und die durch die Bedienungsperson leicht eingestellt werden kann.

Fig. 3 zeigt ein System für die Anwendung der Erfindung. Das Manometer 11 wird durch ein Kapillarrohr gebildet, das eine Messzone 13 von genauem Volumen aufweist, welche zwischen einer Startelektrode 15 und einer Stopelektrode 17 begrenzt wird. Die Elektroden arbeiten über geeignete Schaltungen 19 und 21 zum Starten oder Stopen der Zähler eines herkömmlichen Gerätes 23. Das Gerät 23 besitzt Verstärker, Impulsformer, Darstellungsvorrichtungen, Zähler u. dgl.. Die dritte oder Masseelektrode ist bei 25 gezeigt und hat Kontakt mit einer Quecksilbersäule 27.

Das eine Ende 29 des Manometers 11 ist zur Außenluft offen, während das andere Ende des Manometers 11 mit dem geschlossenen Flüssigkeitssystem 31 durch das erste Gefäß 33 verbunden ist, welches in ein zweites Gefäß 35 eingetaucht ist. Für das erste Gefäß ist die Bezeichnung Coulter-Lochröhre bekannt geworden. Die Probensuspension 37 tritt durch ein Loch 39 in das erste Gefäß 33 ein, so dass Signale über Elektroden 41 und 43 erzeugt werden, welch letztere mit dem Detektor 23 in herkömmlicher Weise gekoppelt sind. In der Leitung oberhalb der Messzone 13 befindet sich ein Reservoir 45. Ein Ventil 47 verbindet das geschlossene Flüssigkeitssystem im Coulter-Gerät über die Leitung 24 mit der Vakuumpumpe 10.

Durch das Öffnen des Ventils 47 wird die Säule 27 von der Elektrode 17 nach rechts aus der Messzone 13 herausbewegt, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn das Ventil 47 geschlossen wird, kann das Quecksilber wieder nach links zurückkehren, wobei die Messzone gefüllt wird, die Flüssigkeit 37 durch das Loch 39 gezogen wird und die Zähler 23 während der Bewegung des Quecksilbers gestartet und gestoppt werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird die Pumpe 10 von einer geeigneten Stromquelle aus über Leitungen 12 gespeist. Die Pumpe 10 ist mit einer Welle 14 versehen, welche einen Exzenter 16 antreibt, der einen Kolben 18 innerhalb eines Zylinders 20 an einem Lagerblock 22 hin- und herbewegt. Der Block 22 ist mit Steueröffnungen versehen, welche durch die schwingende Bewegung des Zylinders bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens geöffnet und geschlossen werden. Diese Anordnung ist üblich und an sich bekannt. Die Leitung 24, welche mit der Auslaßöffnung im Steuerblock verbunden ist, ist zu einem geschlossenen Flüssigkeitssystem weitergeführt, beispielsweise zu dem beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten

System, und enthält das von Hand bedienbare Ventil 47.

Fig. 2 ist, soweit beschrieben, der Fig. 1 identisch, so dass die gleichen Bezugsziffern zur Kennzeichnung gleicher Bauelemente verwendet worden sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein kleines Metallrohrstück 26 am Zylinder an einem Teil desselben befestigt, der vom Hub des Kolbens 18 frei bleibt. Dieser Teil des Zylinders wird als Zylinderverdichtungsraum bezeichnet. Eine Leitung 28 aus Kunststoff, Gummi oder aus einem gummiartigen Material führt von dem Rohr 26 zu einer Quetschklemme 30, die hinsichtlich ihrer Anordnung auf der Leitung 28 verstellt werden kann. Da der Zylinderverdichtungsraum durch das Rohr 26 und die Länge der Leitung bzw. des Schlauches 28 erweitert ist, und da die Klemme zu irgendeiner Stelle über die Länge des Schlauches 28 bewegt werden kann, kann das Gesamt- bzw. wirksame Volumen der Pumpe verändert werden, wodurch das Vakuum bzw. der Druck, das bzw. der über die Leitung 24 ausgeübt wird, verändert werden kann.

Dieses Verhalten ergibt sich aus dem Umstand, dass während einer adiabatischen Ausdehnung oder Verdichtung eines Gases in der Pumpe das Produkt aus Druck und Volumen potenziert mit einer Konstanten eine Konstante ist. Mit anderen Worten:

P[tief]1 (V[tief]1) [hoch]K = P[tief]2 (V[tief]2) [hoch]K oder wobei P[tief]1 und P[tief]2 die Drücke vor und nach der Ausdehnung sind; V[tief]1 und V[tief]2 die Volumina vor und nach der Ausdehnung sind und K eine Konstante ist, die etwa 1,3 bei Gaspumpen ist. Daher ist es, wenn nämlich das Verdichtungsverhältnis, geregelt wird, möglich, das Druckverhältnis zwischen der Einlaß- und der Auslassöffnung der Pumpe zu regeln.

Die Anordnung ist aus den Zeichnungen ersichtlich. Die Länge der Leitung 28 kann entweder aus einem steifen oder aus einem biegsamen Material hergestellt werden. Selbst wenn eine Länge der Leitung 28 während der Hübe des Kolbens zusammengedrückt wird, lässt sie trotzdem eine Regelung oder Verstellung des erzeugten Vakuums zu. Wenn die Leitung ausreichend steif ist, so dass sie nicht zusammengedrückt wird, vergrößert sie den Verdichtungsraum des Zylinders, so dass sich der Mechanismus in einer voraussagbaren Weise entsprechend den Gasausdehnungsgesetzen verhält. Die Klemme 30 ist mit einer Flügel- schraube versehen, um die erforderliche Verstellung vornehmen zu können.

Die Anordnung nach Fig. 2 weicht von der in Fig. 1 dargestellten nur hinsichtlich der Erweiterung des Zylinderverdichtungsraumes ab. Das Rohr 26, das mit dem Zylinder 20 verbunden ist, ist über eine Leitung 40 zu einem metallischen Behälter 32 geführt, dessen Volumen mittels eines geeigneten Schraubstopfens 34 eingestellt werden kann. Eine druckdichte Rohrschäftung ist an der Stelle 38 vorgesehen, an welcher das Rohr 26 in die Leitung 40 eingeführt ist. Da der Zylinder 20 während des Betriebs der Vorrichtung hin- und herschwingt, wird die Relativbewegung zwischen der Leitung 40 und dem Rohr 26 dadurch aufgenommen, dass die Leitung 40 so angeordnet wird, dass sie gleichachsig zum Schwingungsmittelpunkt des Zylinders 20 ist. Die Schwingungsachse des Zylinders 20 ist durch die gebrochene Linie 36 angegeben.

Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine weitere herkömmliche Pumpe, die für ein Coulter-Gerät verwendet werden kann. Die Pumpe 50 weist einen elektromagnetischen Motor 52 vom Vibratortyp auf, der einen Anker 54 entgegen der Belastung einer Feder 56 antreibt, welche an einem Rahmen 58 befestigt ist. Der Motor 52 wird von einer Wechselspannungs- quelle über elektrische Leitungen 12 gespeist. Das freie Ende des Ankers 54 ist bei 60 an einem Balg 62 befestigt. Der Balg 62 arbeitet in ein Pumpengehäuse 64. In der Einlassleitung 24 und in der Auslassleitung 66 befinden sich Rückschlagventile, wie bei 68 dargestellt, damit der Balg 62 beim Ausdehnungshub gefüllt werden und beim Verdichtungshub durch den Auslaß fördern kann, wodurch eine Pumpwirkung und dadurch ein Vakuum in der Leitung 24 entsteht.

Die Regelung des Druckes wird durch eine Leitung 26 erreicht, welche mit dem Pumpengehäuse 64 zwischen den Rückschlagventilen 68 in Verbindung steht und zu einem äußeren Gefäß 32 von veränderlichem Volumen führt. Die Leitung 40 kann biegsam sein und erstreckt sich zu dem mit einem verstellbaren Stopfen 34 versehenen Gefäß 32.

Die Stellung der Quecksilbersäule 24 kann, nachdem das Ventil 47 geöffnet worden ist, das während des Betriebs der Coulter-Vorrichtung offen bleibt, durch die Anordnung der Quetschklemme 30 oder durch den Betrag eingestellt werden, mit dem der Stopfen 34 in den Behälter 32 eingeschraubt wird.

Claims (3)

1. Vakuumpumpengerät mit einer Pumpe in Form eines Kolbens, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, welch letzterer einen Verdichtungsraum sowie eine Auslassleitung an seinem einen Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (24) mit einem äußeren Behälter (2, 32) von veränderlichem Volumen verbunden ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Behälter eine Schlauchlänge (28, Fig. 1) ist und das Volumen des Schlauches durch die Verstellung einer Klemme (30) verändert werden kann.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Behälter ein hohler Zylinder (32, Fig. 2) ist und das Volumen dieses Zylinders dadurch verändert werden kann, dass ein Stopfen (34) in den hohlen Zylinder (32) eingeschraubt ist.