DE1548997A1

DE1548997A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Zweikomponentenstromes

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Publication number: DE1548997A1
Application number: DE19661548997
Authority: DE
Inventors: Allington Robert W
Original assignee: Instrumentation Specialties Co
Current assignee: Instrumentation Specialties Co
Priority date: 1966-01-05
Filing date: 1966-06-02
Publication date: 1970-11-19
Also published as: US3398689A; GB1088076A

Description

Vorrichtung zur Erzeugung eines Zweikomponentenstromes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Zweikomponentenstromes konstanter Strömungsgeschwindigkeit, Dabei sollen die diesen Strom erzeugenden Pumpen eine programmierte Änderung des Konzentrationsverhältnisses der beiden Komponenten des Stromes bewirken. Diese Programmierung vereinfacht den Betrieb der Vorrichtung, wobei diese sowohl für kurz dauernde als auch zeitlich ausgedehntere Programme bei großen oder kleinen Strömungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden kann.

Ein Beispiel für den Stand der Technik auf diesem Gebiet ist eine Anzahl von in Reihe miteinander verbundenen, mit Flüssigkeit gefüllten Kammern, von denen die letzte mit einer Pumpe konstanter Verdrängung verbunden ist. Jede der Kammern kann mit einer bestimmten Anfangskonzentration einer Zweikomponentenmischung beschickt werden. Wenn die mit der Pumpe verbundene Kammer mit einer fast reinen Lösung einer ersten Komponente gefüllt ist, dann werden die folgenden Kammern

Unterlage ί.ν.75. .■ _s._2r , . , , ,

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nacheinander mit niedrigeren Konzentrationen der ersten Komponente und höheren Konzentrationen der zweiten Komponente gefüllt, während die letzte Kammer in der Reihe mit einer im wesentlichen reinen Lösung der zweiten Komponente beschickt wird, so daß mit dieser Vorrichtung ein Strom konstanter Strömungsgeschwindigkeit erzeugt werden kann, dessen Konzentration sich in vorbestimmter Weise ändert, und zwar von einer überwiegend aus der ersten Komponente bestehenden Lösung bis zu einer überwiegend aus der zweiten Komponente bestehenden Lösung. Diese Art von Vorrichtung ist jedoch unbefriedigend, weil es äußerst schwierig ist, die Anfangskonzentrationen für die Mischungen in den einzelnen hintereinander geschalteten Kammern zu berechnen, um eine bestimmte Änderung der relativen Konzentration in Abhängigkeit von der abgepumpten Flüssigkeitsmenge zu erhalten.

Ein anderer bekannter Vorschlag besteht darin, zwei Pumpen vorzusehen, welche aus zwei Vorratsbehältern die entsprechenden Komponenten abpumpen. Die die beiden Pumpen verlassenden Ströme werden vereinigt u#d die Zusammensetzung des sich ergebenden Zweikomponentenstromes wird auf geeignete Weise, z.B. durch Photometrie, elektrische Leitfähigkeits- oder pH-Wert-Messung bestimmt. Die Ausgangsspannung des Analysenmeßgerätes wird mit der Ausgangsspannung einer Programmiervorrichtung verglichen; der Unterschied zwischen dem Programmsignal und dem die relative Konzentration angebenden

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Signal wird; ,zur VerSns&ermg; -ä&s lla^ersehiedes eter Lauf geschwindigkeit en üer ixeldem Pampen ^erwencLet* Die Gesamt geschwimilfjkeit cter beiden Pumpen wird dabei üurcti eine weitere Vorrichtung konstant gehalten, Ein« derartige Vorrichtung 1st kompliziert» auleriSem können nmr solche Substanzen ,gepumpt «erden* für die eine bequeme, im. allgejnelnen elektrische Änalysenmethode zur Bestiinmung des Konzentrationsverhältnisses zur Verfügung steht»

Die vorliegende Erfindung vereinigt in sich die Vorteile einer verhältnlsmSBig einfachen Bauweise mit einfacher Bedienung durch den Benutzer der Vorrichtung, Die Vorrichtung ist insbesondere gedacht für das Aufgeben von Flüssigkeiten auf Säulen für Flüssigchromatograi.hie sowie zum Erzeugen von einem Dichtegefälle beim Zentrifugieren mittels eines solchen Dichtegefälles.

So kann die VDrrichtungz.B. bei der Flüssigchromatographie in einer Säule zum schrittweisen Eluieren dienen. Bei bestimmten Säulenchromatographieverfahren, insbesondere der Ionenaustauscherchromatographie, ist es erforderlich, daß das zugeführte Lösungsmittel zeltabhängig seine Zusammensetzung ändert. Z.B. kann ein senkrecht stehendes Rohr mit einem Ionenaustauscherharz beschickt werden, wobei das Rohr oben einen Einlaß und unten einen Auslaß aufweist. Die zu trennende chemische Mischung wird oben auf das Ionenaus-

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tauscherharz in der Säule aufgegeben, worauf ein Lösungsmittel in den Einlaß der Säule eingeleitet wird. Der pH-Wert oder irgendeine andere Eigenschaft der Flüssigkeit wird dabei so gewählt, daß sich ein chemisches Gleichgewicht zwischen deni zu trennenden Stoffgemisch und dem Ionenaustauscherharz einstellt und die zu trennenden Verbindungen von dem Harz ionisch gebunden werden. Das zu trennende Stoffgemisch ist somit zunächst stationär in der Säule.

Wenn nun der pH-Wert oder eine andere Eigenschaft des Lösungsmittels auf geeignete Weise nach einer kurzen Anlaufzeit geändert wird, dann v/erden die ionischen Gleichgewichtsbedingungen derart verschoben, daß die Verbindungen der zu trennenden Mischung von dem Harz verschieden fest gebunden werden. D-^s Lösungsmittel wird deshalb eine bestimmte Verbindung eluieren und schließlich aus der Säule heraus in ein geeignetes Aufnahmegefäß spülen.

Wenn derpH-Wert des Lösungsmittels erneut geändert wird, kann eine weitere Verbindung wie oben beschrieben eluiert werden. Durch kontinuierliche Veränderung des pH-Wertes über eine bestimmte Zeitspanne ist es möglich, eine Verbindung nach der anderen aus der Säule zu eluieren und am Ausgang der Säule getrennt aufzufangen. Wenn bestimmte Verbindungen, bei dem gleichen bzw. ungefähr dem gleichen pH-Wert eluiert werden, dann besteht die Gefahr, daß sie in einer nicht

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aufgetrennten Gruppe aus der Säule austreten, falls der pH-Wert des in die Säule eingeleiteten Lösungsmittels in. größeren Schritten geändert wird oder die Geschwindigkeit der pH-Wert-^ Änderung zu groß ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, soll es deshalb ermöglicht werden, den pH-Wert oder irgendeine andere Eigenschaft der Flüssigkeit programmabhängig so zu ändern, daß die Geschwindigkeit der pH-Wert-Änderung in Abhängigkeit von der Zeit oder dem geförderten Flüssigkeitsvolumen in einem solchen kritischen pH-Wert-Bereich äußerst gering wird. Eine derartige Eluierungstechnik findet auch bei anderen Methoden der Säulenflüssigchromatographie neben der Ionenaustauscherchromatographie Anwendung. Der physikalisch-chemische Mechanismus ist dabei etwas anders, doch ist das Gesamtergebnis ähnlich.

Die Technik des Zentrifugierens mit Dichtegefälle ist ausführlich in der USA-Patentschrift 3 I5I 659 anhand eines Dichtegefälle-Fraktioniergerätes beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann bei dieser Technik dazu dienen, das Dichtegefälle in dem Zentrifugengefäß herzustellen, bevor das zu trennende Gemisch als oberste Schicht auf die Säule mit dem Dichtegefälle aufgebracht und das Zentrifugengefäß in die Ultrazentrifuge eingesetzt wird. Dies kann auf die Weise geschehen, daß man die Mündung der Förderleitung von oben bis zum Boden des Zentrifugenglases einführt. Die Pumpen der vorliegenden Erfindung könnten mit zwei Vorratsgefäßen mit

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zwei mischbaren Flüssigkeiten hoher bzw. niedriger Dichte verbunden sein. Die Pumpen müssen dann so programmiert werden, daß zunächst ein Strom niederer Dichte erhalten wird, dessen Dichte fortlaufend ansteigt. Beim Anstellen der Vorrichtung wird zunächst die Flüssigkeit niederer Dichte in das Zentrifugengefäß gepumpt, wobei die zunehmend dichtere Flüssigkeit die leichtere in dem Zentrifugengefäß verdrängt, so daß diese im Zentrifugenglas langsam hochsteigt.

Gemäß Erfindung werden zwei Pumpen verwendet, deren Verdrängung der Geschwindigkeit proportional ist, mit welcher sie durch Elektromotoren oder einen anderen Antrieb betrieben werden. Die Elektromotoren sind dabei mit einer Steuervorrichtung versehen, welche auf ein Steuersignal anspricht. Die Steuervorrichtung für die Pumpe und den Motor zum Fördern der ersten Komponente soll dabei die Pumpe mit Höchstgeschwindigkeit laufen lassen, wenn das Steuersignal einen Höchstwert erreicht, während die Laufgeschwindigkeit der Pumpe auf Null absinken soll, wenn das Steuersignal den Wert Null erreicht. Dabei soll für die Zwischenwerte des Steuersignals im wesentlichen eine lineare Abhängigkeit bestehen.

Die Steuervorrichtung des Antriebsmotors und der Pumpe für die zweite Komponente soll demgegenüber beim Höchstwert des Steuersignals die Pumpe in Ruhestellung belassen und die Pumpe mit einer der ersten Pumpe entsprechenden Höchstge-

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schwindigkeit laufen lassen, wenn das Steuersignal auf den Viert Null absinkt. Auch in diesem Fall soll für Zwischenwerte des Steuersignals eine im wesentlichen lineare Abhängigkeit bestehen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Summe der Fördermengen der beiden Pumpen unabhängig von dem Wert des Steuersignals stets einen konstanten Viert besitzt. Eine konstante Strömungsgeschwindigkeit erzeugt eine konstante Flüssigkeitsströmung sowie konstante dynamische Bedingungen in der chromatographischen Säule, so daß die Säule zuverlässiger arbeitet.

Das Steuersignal wird mit Hilfe einer Programmiervorrichtung erhalten. Ein elektrisches Steuersignal kann von der Äusgangsspannung des Mittelabgriffs eines Potentiometers erhalten werden, der mechanisch durch Verbindung mit einem auf bestimmte Weise zugeschnittenen Nocken betätigt wird. Dieser Nocken kann so ausgebildet sein, daß seine Forir. der zeitabhängigen gewünschten Konzentrationsänderung entspricht. Da die Summe der Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Pumpen einen konstanten Wert bes itzt, ist eine solche Abhängigkeit der Konzentration von der Zeit gleichbedeutend mit einer Abhängigkeit der Konzentration von der geförderten Flüssigkeitsmenge. Die Dauer des Pumpprograrnms kann dabei durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des programmierten Nockens festgelegt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher ein Zweikomponentenstrom konstanter Strömungsgeschwindigkeit erzeugt werden kann. Diese Vorrichtung soll aus zwei Pumpen bestehen, von welchen die erste abhängig von einer Steuervorrichtung schneller läuft, wenn die zweite

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gleichzeitig verzögert wird, wobei die von den beiden Pumpen geförderten Strömfc einen einzigen Strom konstanter Strömungsgeschwindigkeit bilden« Die Programmiervorrichtung besteht dabei aus einer Anzahl von veränderlichen Potentiometern sowie einem Schrittschalter zum naoheinanderfolgenden Abgreifen von Spannungen an hintereinander liegenden Kontakten. Weiterhin werdeil iiir die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignete Pumpen vorgeschlagen.

Zur näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung sollen die beiliegenden Zeichnungen dienen,- welche Ausführungsbeispiele veranschaulichen; es zeigen:

Pig. 1 - eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung;
Fig. 2 - einen waagerechten Schnitt durch eine bevorzugte Ausbildung einer Pumpe für die erfindungsgemäße

Vorrichtung;
Fig. 3 - einen Nocken im Aufriß, welcher als Teil der Pumpe gemäß Fig. 2 Verwendung finden kann;

Fig. 4 - eine Schaltungsanordnung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Servoverstärkern.

Gemäß Erfindung fördern zwei Pumpen mit konstanter Verdrängung einen Strom, normalerweise einen Flüssigkeitsstrom, zu einem Hauptrohr. Dabei wird von einer ersten Pumpe 12 Flüssigkeit durch ein Rohr 11 aus einem Vorratsbehälter 13 abgepumpt, während eine zweite Pumpe I5 durch eine Leitung 14 mit einem Vorratsbehälter 16 verbunden ist, wobei die beiden Ströme sich in der Rohrleitung 11 vereinigen und durch eine weitere Leitung 18 zu dem gewünschten Punkt fließen. Die jeweils als erste und zweite Pumpe bezeichneten Pumpen 12 und I5 werden

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durch Motoren 19 und 21 angetrieben, wobei es sich bei der gezeigten Ausführungsform um Elektromotoren handelt.

Die Motoren 19 und 21 werden gesteuert und mit Strom versorgt über die allgemein mit der Bezugsziffer 25 versehene Programmiervorrichtung, wobei ein Schrittschalter 26, ein spannungsgesteuerter Impulsoszillator 27 sowie ein Verstärker 28 zwischengeschaltet sind. Die Pumpen 12 und 15 haben vorzugsweise eine konstante Verdrängung, damit ein nicht pulsierender Flüssigkeitsstrom erhalten wird. Der Motor der Pumpen ist jeweils mit einem Antriebsnoeken 78 versehen (vergl. Fig. 2 und J>), welcher sich jeweils um ein bestimmtes Winkelinkrement weiter dreht, wenn der Motor von der Steuervorrichtung einen elektrischen Impuls erhält.

Der spannungsabhängige Impulsoszillator 27 für den ersten Motor 19 ist so ausgeführt, daß beim Höchstpegel des Steuersignals von z.B. 5 V eine maximale Impulsfolgefrequenz erreicht wird, während die Impulsfolgefrequenz beim Erreichen einer Steuerspannung von 0 V ebenfalls 0 erreicht; der Oszillator 27' für den zweiten Motor arbeitet dagegen umgekehrt.

Unter der Annahme, daß die Steuerspannung zwischen 0 und 5 V liegt, daß W₁ und Wgdie Winkelgeschwindigkeiten der Antriebsmotoren für die erste und die zweite Pumpe sind (die Winkelgeschwindigkeit des Motors ist proportional der Strömungsgeschwindigkeit der zugehörigen Pumpe und dem Wert der Steuerspannung), daß V die Steuerspannung ausdrückt in Volt, K eine Proportionalitätskonstante und R ein durch die unten zu beschreibende Programmiervorrichtung bestimmter Verhältniswert<^"l ist, dann ist

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1 ⁼ ) wegen der linearen Beziehung zwischen

_γ\ \ der Steuerspannung und der Pumpenge-

' schwindigkeit V = 5R ^

5-V = 5 .(1-R)

und dann ist ferner:

W₁ = 5 KR

W₂ = 5 K .(1-R)
und: * " *"^y ""'^" ' ■""

W-, + W₂ = 5K = konstant,
so daß

^Wl R

Daraus geht somit hervor, daß die Summe der Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Pumpen einen konstanten Wert besitzt, während das Verhältnis der zwei Komponenten zueinander von der Einstellung der Programmiervorrichtung abhängt, Obwohl nun zwar die Gesamtströmungsgeschwindigkeit während des Ablaufs eines bestimmten Programms konstant sein soll, soll der Benutzer der Vorrichtung doch in der Lage sein, die Gesamtströmungsgeschwindigkeit zwischen den einzelnen Programmen zu verändern. Dies wird mit Hilfe eines Wechselgetriebes zwischen den Antriebsmotoren und den zugehörigen Pumpen oder durch Verändern der Verdrängung der Pumpen oder durch Ändern der Proportionalitätskonstante K eines spannungsabhängigen Oszillators eines weiter unten beschriebenen Servoverstärkers oder auf andere be-

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kannte Weise ..erreicht«

Die Programmiervorrichtung 25 gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besteht aus elf kalibrierten Potentiometern, welche mit 29 bis 39 bezeichnet sind sowie einem motorisch angetriebenen, magnetischen Schrittschalter 26* Die Potentiometer können so ab^eg^i^cb^en . ,.„„_Γ/ werden, daß zehn praktisch auf einer Geraden liegende Annäherungen der gewünschten Beziehung zwischen dem Konzentrationsverhältnis einer Flüssigkeit und der Fördermenge erhalten werden. Der Schrittschalter mit einer Anzahl von Kontakten 41, welche mit den Potentiometern 29 bis 39 wie in der Zeichnung dargestellt verbunden sind, ermöglicht darüber hinaus eine Annäherung in drei Schritten an jedes der drei gradlinigen Segmente der einzelnen Potentiometer.

Der Schrittschalter 26 wird mit einem impulsgeber 42 betrieben und vollendet sein Programm von dreißig Stellungswechseln, z.B. in 10 Minuten« Die Einstellung kann selbstverständlich durch Verschieben des Steuerschalters 43 aus der gezeigten Stellung in irgendeine andere Stellung, welche durch die drei Reihen X2, X4, X6 und X 12 und bei der vorliegenden AusfUhrungsform schließlich durch einen"12 Tage" - Kontakt dargestellt sind, verändert werden. Die 12 Tage-Stellung erzeugt eine Impulsgeschwindigkeit, welche wesentlich langsamer ist als die Impulsgeschwindigkeit des Impulsgebers und welche den Antriebsmagneten 44 des Schrittschalters 26 betätigt.

Die veränderliche Impulsfolgefrequenz, welche von der Kombination des Impulsgebers 42 mit dem Wahlschalter 43 erzeugt wird, wird zum Betätigen des Elektromagneten

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und einer Einrastvorriehtung verwendet, welche den elektrischen Kontakt des Schrittschalters von der Stellung 0 fortlaufend bis zu der Stellung Jl verschiebt, wodurch eine Anzahl von Potentialen ausgewählt wird, welche durch die Stellung des Schrittschalters 26 inbezug auf die Programmpotentiometer 29 bis bestimmt wird. Jedes Mal, wenn die Impulsgeber- und Teilerschaltung 42 einen Impuls abgibt, dann schaltet der Schrittschalter 26 um eine Stellung weiter. Ein geeigneter Impulsgeber kann ein Nocken mit einer einzigen Überhöhung sein, welcher auf einer Achse beispielsweise alle 20 Sekunden eine Umdrehung vollendet und einen Mikroschalter herunterdrückt, welcher alle 20 Sekunden einen Kontakt schließt.

Das erste Element der Teilerkette ist eine zusätzliche Gruppe von Mikroschaltern, welche von der Achse des oben erwähnten Nockens mit Überhöhung durch ein 12:1-Übersetzungsgetriebe angetrieben wird. Diese Achse geringerer Geschwindigkeit kann Nocken mit einer verschiedenen Anzahl von Überhöhungen aufweisen, um Schalter mit.bestimmten Intervallen in verschiedenen Frequenzen zu betreiben. Der Nocken mit der höheren Geschwindigkeit schließt alle 20 Sekunden einen Kontakt, während die geringere Geschwindigkeit der weiteren Nocken zu einem Schließen 'von Kontakten mit größeren Intervallen führt, und zwar z.B. einmal je gewähltem Intervall. Diese Zeitintervalle können 40 Sekunden, 80 Sekunden, 120 Sekunden und 240 Sekunden betragen. Der Impulsgeber mit 1 Kontaktbewegung je 24-0 Sekunden betreibt ein anderes Schrittschaltrelais mit 12 Stellungen.

Dieses S.-hrittschaltrelais ist mit Kontakten versehen,

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welche es ermöglichen,fortlaufend weniger häufig Schaltkreisschließungen zu erhalten. Der Kontakt für eine Schließung je 12 Schritte des Schrittschaltrelais betätigt ein zweites ähnliches Schrittschaltrelais, welches 1/12 der Geschwindigkeit des ersten besitzt. Die Stellung des Wahlschalters auf der Position "10 Minuten", zeigt an, daß diese Zeitspanne erforderlich ist, um den mit den Programmpotentiometern verbundenen Schrittschalter 26 von der Position 0 zu der Position 30 zu bewegen. Auf ähnliche Weise zeigt die Stellung Ϊ12 Tage" an, daß ein Durchlauf von der Stellung 0 zu der Stellung 30 des Schrittschalters 12 Tage in Anspruch nimmt. Zwischenstellungen des Wahlschalters sind mit "20 Minuten", "40 Minuten" usw. bezeichnet.

Wenn der Schrittschalter 26 sich weiter in die Stellung bewegt, dann öffnet der Nocken 52 die Kontakte des Schalters 51. Dadurch wird der Stromzufluß zu dem Pulsgeber 42 unterbrochen und dieProgrammiervorrichtung 25 bleibt stehen. Hiermit wird erreicht, daß ein zweiter Programmzyklus nicht anläuft, bevor das erste Programm vollständig durchgelaufen ist. Um den Programmzyklus erneut anlaufen zu lassen, wird der Schalter 45 "Lauf wiederholen" sofort umgeschaltet, um die Verbindung mit dem Kontakt 46 herzustellen. Falls Schalter 47 in der gezeigten Stellung für die Endkonzentration steht, dann wird die Pumpe I5 weiter die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 16 mit der Endkonzentration entsprechend dem mit der Stellung 30 des Schrittschalters verbundenen Programmpotentiometer fördern. Falls jedoch der Schalter 47 auf der Stellung für die Anfangskonzentration steht, dann wird die Pumpe 12 beginnen, aus dem Vorratsbehälter 13 entsprechend dem Programmpotentiometer, welches mit der Stellung 0 des Schrittschalters

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-verbunden 1st, Flüssigkeit der Anfangskonzentration zu fördern.

UnterUmständen ist es wünschenswert, daß die Pumpe 12 nach Ablauf des Programms nochmals die Flüssigkeit mit der Anfangskonzentration fördert, um hiermit beispielsweise eine chromatographische Säule zu regenieren oder equilibrieren. Wenn der Schalter 48 auf die Stellung A gestellt wird, dann laufen die Pumpen 12 und 15 am Ende eines eingestellten Programmes weiter, wobei sie über den Kontakt 49 an der Spannungsquelle 23 (im vorliegenden Fall 24 V) liegen. Wenn der Schalter 48 sich in der Stellung B befindet, dann arbeiten die Pumpen noch für eine bestimmte Zeit, nachdem der Programmzyklus vollständig abgelaufen ist.

Die Ruhekontakte der einstellbaren Zeitschaltung 50, die in der Zeichnung mit der Stellung C des Schalters 53 verbunden ist, lassen den Strom zu den Pumpenmotoren so lange fließen, bis die eingestellte Zeitspanne abgelaufen ist. Diese Zeitspanne beginnt, wenn der Schalter 51 am Ende des Programmzyklus durch den Nocken 52 geöffnet wird. Eine zusätzliche Ausgangsklemme 54, welche mit der Spannungsquelle für die Motoren verbunden ist, erzeugt ein Steuersignal zum Betreiben einer weiteren Pumpe, welche nicht gezeigt ist, über ein äußeres, normalerweise geschlossenes Relais.

Eine solche zusätzliche Pumpe kann entweder eine herkömmliche Pumpe oder eine weitere Pumpe gemäß Erfindung sein. Sie kann beispielsweise dazu dienen, der chromatographischen Säule oder einem sonstigen System Flüssigkeit zuzuführen, nach dem der Programmzyklus abgelaufen

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und die erste Pumpe abgeschaltet ist. Diese Maßnahme kann verschiedenen Zwecken dienen, so z.B. der Erzeugung eines Stromflusses mit einem gesteuerten Gefälle, welches mehr als zwei Flüssigkeitsvorratsbehälter erfordert, wie z.B. eir. ternäres oder quaternäres Gemisch. Die herkömmliche Pumpe kann für einen analogen Zweck dienen oder auch dazu, eine chromatographische Säule mit einer Flüssigkeit zu regenerieren, welche andere Eigenschaften als die beiden in den Vorratsbehältern befindlichen Flüssigkeiten besitzt.

Anstelle der Verwendung einer Vorrichtung mit einem Impulsoszillator 27 können die Motoren 19 und 20 auch durch Servoverstärker 84 und 84' gesteuert werden (Fig. 4). Jeder Motor kann durch Geschwindigkeitsrückkopplung mit dem zugehörigen Servoverstärker gekoppelt werden, so daß sichergestellt ist, daß die Winkeldrehgeschwindigkeit des Motors der Größe des Steuersignals proportional ist. Die GeschwindigkeitsrUckkopplung kann von einem Tachometer abgeleitet werden, welcher mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Der Servoverstärker vergleicht die Eingangsspannung von der Programmiervorrichtung mit der Spannung des Tachometers, verstärkt die Spannungsdifferenz und gibt sie an den Antriebsmotor weiter. Dadurch läuft der Antriebsmotor mit einer solchen Geschwindigkeit, daß die Tachomet ei' spannung genau der Programmspannung entspricht. Unter diesen Bedingungen arbeitet, der Motor stets mit einer Geschwindigkeit, welche der Programmsρannung direkt proportional ist.

Der Schrittschalter 26 ist vorzugsweise mit Mitteln zum Zurückschalten auf die Anfangsstellung (Schalter ONS) sowie mit einem Unterbrecherschalter (Schalter INT) versehen.

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Die in einer AusfUhrungsform in den Pig. 2 und 3 gezeigten Pumpen 12 und 15 können eine Zwischenwand oder Membran aufweisen, welche aus einem mit Plastik überzogenen Gewebe oder dergleichen besteht. Eine Schraube 56 dient zum Befestigen der Membran an der Schubstange 57, welche mit der mit der Bezugsziffer 58 bezeichneten Antriebsvorrichtung verbunden ist. Die Membran 55 ist eingelegt zwischen dem ventilhaltenden Teil 59 und dem Kopfführungsteil 61 der Pumpe. Die Flüssigkeit tritt in die Ausgieichskarnmer 62 durch ein Einlaßventil 63 ein und wird durch ein Auslaßventil 64 wieder ausgestoßen.

Das Einlaßventil 63 besteht aus einer Kugel 65, welche durch eine Feder 67 gegen einen Ventilsitz 66 gepreßt wird. Das Auslaßventil 64 weist eine Kugel 68 auf, welche durch eine Feder 7¹ auf ihren Sitz 69 gepreßt wird. Die weiteren Merkmale der Ventile und der Schubstange 57 sind aus der Zeichnung erkennbar. Wenn der Pumpenkopf 72 durch Zurückziehen der Feder 73 nach rechts gezogen wird, dann fließt die jeweilige Flüssigkeit durch das Einlaßventil 63 in Richtung des Pfeiles 60 in die Ausgleichskammer 62. Beim Zurückkehren der Schubstange 57 mit dem Kopf 72, d.h. bei dessen Bewegung nach links gegen die Wirkung der Feder 73* schließt die Kugel 65 mit dem Ventilsitz ab, während die Kugel 68 angehoben wird, so daß die Flüssigkeit durch das Ventil 64 in Richtung des Pfeiles 70 ausströmen kann.

Die Antriebsvorrichtung der Pumpe 12 besteht aus einem Elektromotor 19, dessen Achse 74 wie gezeigt verlängert ist und ein Zahnrad 75 trägt, welches in ein auf der Achse 7? angeordnetes Zahnrad 76 eingreift. Die Achse

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trägt einen Nocken 78 mit linearem Anstieg, welcher sich aufgrund des Untersetzungsgetriebes langsamer dreht als die Achse des Motors 19. Der Nocken 78 steht in Eingriff mit einer Mitnehmerwalze 79» welcher über die Befestigung 82 an einem Nockenmitnehmer 81 angelenkt ist. Der Nockenmitnehmer 81 ist in beiden Richtungen gegabelt, so daß er sowohl den Nocken 78 als auch die Nockenachse 77 aufnehmen kann, ohne deren Drehbewegung*zu behindern.

Der Nocken 78 ist in der Fig. 5 dargestellt; der größte Teil desselben nimmt bei der vorliegenden AusfUhrungsform im Uhrzeigersinn bei 83 beginnend und allmählich ansteigend bis 84 im Radius zu, wo der Nockenradius scharf auf den Minimalwert abfällt. Hierdurch wird erreicht, daß ein Drehen des Nockens 78 die Membran während fast einer vollständigen Umdrehung, d.h. während des Ausstoßens der Flüssigkeit, gleichmäßig bewegt, während der Kopf 72 dann plötzlich zurückgezogen wird. Der Flüssigkeitsstrom durch das Ventil 64 stoppt dadurch kurzzeitig und die Flüssigkeit strömt durch das Einlaßventil 63 in die Pumpe ein, so daß der Pumpzyklus sich wiederholen kann. Hierdurch wird erreicht, daß der Flüssigkeitsstrom aus der Pumpe bei gleichmäßiger Motorgeschwindigkeit praktisch konstant ist, abgesehen von dem allerletzten Teil der Nockenumdrehung, wo der Strom für einen Augenblick unterbrochen wird, bevor erneut Flüssigkeit ausgestoßen wird.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung so arbeitet, daß der Wahlschalter auf die gewünschte Zeit eingestellt wird, während derer das vollständige Programm ablaufen soll.

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Die eingestellte Impulsgeschwindigkeit des Wahlschalters schaltet entsprechend dem Schrittschalter, welcher seinerseits die einzelnen elektrischen Potentiale abgreift, welche von den Programmpotentiometern bestimmt werden. Diese können durch den Benutzer der Vorrichtung so abgeglichen werden, daß sie einer linearen Funktion mit dem gewünschten Konzentrations/Volumenverhältnis entsprechen. Die Ausgangsspannung des Schrittschalters wird zur Steuerung von zwei Pumpen mit konstanter Verdrängung verwendet; beim Ansteigen der Steuerspannung läuft die eine der Pumpen zunehmend schneller und die andere langsamer, während die Gesamtfördermenge konstant bleibt.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Zweikomponentenstromes von im wesentlichen konstanter Strömungsgeschwindigkeit mit sich änderndem Verhältnis der Komponenten zueinander, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Pumpe für die beiden Komponenten, wobei die Energiezufuhr für die Antriebsmotoren der Pumpen in Abhängigkeit von einem Programm regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pumpe (12) mit Höchstgeschwindigkeit läuft, wenn die zweite Pumpe (15) still steht und die zweite Pumpe (15) mit Höchstgeschwindigkeit arbeitet, wenn die erste Pumpe (12) still steht und die Pumpen (12, 15) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zwischen der Ruhestellung und der Höchstgeschwindigkeit so arbeiten, daß die Geschwindigkeit der ersten Pumpe (12) abnimmt (zunimmt), wenn die der zweiten Pumpe (15) zunimmt (abnimmt).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (12, I5) positive Verdrängungspumpen mit veränderlicher Geschwindigkeit sind, deren Antrieb jeweils Über einen Nocken (78) mit einem langsam linear ansteigenden Teil und einem scharf abfallenden Teil erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der beiden einzelnen Ströme von einem eingestellten Programm und die Dauer des Programms von einem dazugehörigen Zeitgeber bestimmt sind.

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4. Vorrichtung nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung aus einem spannungsabhängigen Oszillator (27, 27') besteht, dessen Impulsfolgefrequenz mit ansteigendem Steuersignal bei der ersten Pumpe (12) ansteigt und bei der zweiten Pumpe (15) abfällt, wobei die Pumpenlaufgeschwindigkeiten den Impulsfrequenzen ihrer entsprechenden Steuerorgane proportional sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel mit den Pumpen (12, I5) ge koppelte Elektromotoren (19* 21) und die Steuerorgane die Pumpen betreibende Servoverstärker sind, wobei die Antriebsmotoren (19, 21) mit den Servoverstärkern durch Geschwindigkeitsrückkopplung verbunden sind, so daß die Geschwindigkeit des jeweiligen Antriebsmotors die gewünschte lineare Abhängigkeit von der Höhe seines Steuersignals hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ansteigen des Steuersignals die Geschwindigkeit der ersten Pumpe (12) zunimmt und die der zweiten Pumpe (15) abnimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuerungsvorrichtung die Proportionalitätskonstante zwischen den Pumpgeschwindigkeiten und dem Steuersignalpegel und damit die Größe der Summe der beiden einzelnen Ströme veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Programniiervorrichtung (25) das Steuersignal gibt.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmiervorrichtung (25) aus einer Anzahl von veränderlichen Potentiometern (30 bis 39) und einem Schrittschalter (26) mit einem Impulsgeber (42) veränderlicher Geschwindigkeit zum nacheinanderfolgenden Abgreifen der Spannungen an den einzelnen Potentiometern (30 bis 39) besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittschalter (26) Zwischenwerte zwischen den Potentiometern (30 bis 39) interpoliert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß ein Wählschalter (48) vorgesehen ist, durch welchen bei Unterbrechen des Programmzyklus zu einer bestimmten Zeit die erste und zweite Pumpe (12, I5) wieder in Betrieb gesetzt oder nach vollständigem Ablauf des Programms entweder sofort oder mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung angehalten werden können.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Pumpe mit dem Wahlschalter (48) verbunden ist und daß diese in Gang gesetzt wird, sobald die erste und zweite Pumpe abgeschaltet werden.

13· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Beendigung des Programms bei einem bestimmten Endpunkt vorgesehen sind und daß ein Wahlschalter (4,7) zum Verbinden der Steuervorrichtung mit der Programmierνorrichtung vorgesehen ist, so daß die Pumpen (12, I5) entweder einen bestimmten Endstrom oder einen bestimmten Anfangsstrom fördern.

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L e e r s e i t e