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Titel: Verfahren und Einrichtung zum periodischen-Umleiten genauest
programmierter Volumina in zwei oder mehreren Leitungen.
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In der Laboratoriumstechnik, insbesondere bei modernen automatisierten
analytischen Apparaten ergibt sich die Notwendigkeit, daß aus zwei oder mehreren,
in der Regel kapillaren Leitungen fortlaufend flüssige oder gasförmige Medien in
genau gleichen periodischen oder programmäßig sich wiederholenden Mengen abg-esaugt
werden oder daß diese in genau gleichen oder programmäßig sich wiederholenden Mengen
aus zwei oder mehreren oder in zwei oder mehrere Leitungen- in chromatographische
Kolonnen führende Leitungen eingedrückt werden, die in- vorher defi-nierten und
vergleichbaren Bedingungen oder
ähnlichen arbeiten sollen Bei sehr
empfindlichen Durchflussanalysatoren müssen fortlaufend von bestimmten Stellen der
Apparatur, zum Beispiel aus der photometrisch-en Küvette und aus dem Abscheider
genaue Mengen einerseits einer Flüssigkeit , andererseits eines Gas. es abgesaugt
werden, das in die kapillare Leitung vorher in einzelnen losen so eingedrückt wurde,
daß sich Blasenkolben bilden, die den Plüssigkeitsstrom in der kapillaren Leitung
in voneinander getrennte Abschnitte aufteilen, um eine Vermischung der Flüssigkeit
zwischen den einzelnen Abschnitten beim Durchleiten der Blüssigkeit durch eine längere
Leitung, zuia Beispiel durch einen ka pillaren Reaktor zu vermeiden.
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Es sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, bei denen für diesen
Zweck zwei oder mehrere Pumpen Verwendung finden. Als Pumpen werden einfache peristaltische
Pumpen benutzt, die nur mit beschränkter Genauigkeit arbeiten, die sich aus der
Elastizität ihres Arbeitsraumes5 also aus Abhangigkeit vom veränderlichen Druck
ergibt und andererseits daraus, daß das Eindrücken der Blasen in den Flüssigkeits
strom in der Leitung durch spontanes Abreißen der Blasen von der Öffnung vor sich
geht, durch welche der mehr oder weniger gleichmäßige Strom der Gasmasse in den
mehr oder weniger gleichmäßigen Flüs
sigkeitsstrom gedrückt wird.
In ähnlicher Weise wird in bekannten Fällen ein Gas zum Beispiel vor dem Photometer
aus dem Abscheideraum abgesaugt.
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Sollen die oben angezeigten Funktionen mit maximal erreichbarer Genauigkeit
erreicht werden, wie dieses bei hocheffektiven modernen Analysatoren derFaI1 ist,
dann müssen für die angeführten Zwecke Kolbenpumpen verwendet werden, die mit Unterbrechungen
mit einem hohen Grad von Genauigkeit so arbeiten, daß die Parameter der Pumpe möglichst
gut definiert sind und dieses sowohl hinsichtlich der -geförderten Flüssigkeit als
auch hinsichtlich der Dauer der Förderung.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine; 3inrich- -tung fur
die Beförderung von Flüssigkeiten oder basen in mehreren Leitungen, die fortlaufend
mittels einer einzigen Fördereinrichtung, vorteilhaft unter Zwischenschaltung eines
Schiebers, an die Leitungen angeschlossen werden, weIcher abwechselnd in den Ruhezeiten
des Kolbens den Raum über dem Kolben im ArbeItszylinder an die einzelnen Leitungen
- anschließt, in denen die Förderung in den Arbeitszeiten vor sich-geht, in denen
der Kolben seine genau programmierte Funktion, Ansaugen oder Drücken, ausführt.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwei oder mehrere LeL-tungen abwechselnd
mit einem Schieber beziehungsweise
einem rotierenden Verteiler an
den gleichen Arbeitsraum über dem programmäßig in Zeitabständen sich im hydraulischen
Zylinder bewegenden Kolben angeschlossen werden, wobei in den Zeiten-zwischen diesen
Zeitabständen der Kolben in Ruhe ist und in diesen Ruhezeiten fortschreitend die
hydraulische Verbindung des Arbeitsraumes über dem Kolben an die einzelnen Leitungen
durchg@führt wird.
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Ein ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgendem näher beschrieben.
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Es zeigen: Sig. 1. ein Querschnitt durch die Vorrichtung Fig.2: ein
Querschnitt durch die Variante der Ausführung des Hahnes Fig.3: ein Querschnitt
nach Fig.2 mit mehreren Saug- und Druckleitungen Sig. 4 : ein Querschnitt einer-anderen
Ausgestaltung nach Fig.3 und Fig.5: ein Längsschnitt nach Fig.3 mit Anordnung der
Kanäle in verschiedenen Ebenen.
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Die Flüssigkeit wird in Form von sich abwechselnden Abschnitten der
zugeteilten Plüssigkeit und des Trennmediums in den Arbeitsraum 1 der Küvette 2
durch die Eintrittsleitung - zugeführt. Durch den Arbeitsraum 1 der Küvette -2 läuft
di. von Blasenkolben befreite Flüssigkeit. Die Blasen werden im Abscheidungsraum
4 ausgeschieden,
aus dem mit Hilfe der Leitung 5 bei jedem Arbeitszyklus
ein Tolum, das um ein Geringeres größer ist als das Volum des auf, einen ArbeitszyklUs
entfallenden Blasen kolbens, abgesaugt wirdO Durch die Leitung 6 wird aus dem Àrbeitsraum
1 die durchgemessene Flüssigkeit abgesaugte Das Absaugen der genau programmierten
Volumina der Medien in der Leitung 5 und 6 geschieht durch eine genaue Kolbenpumpe,
deren Arbeitsraum 7 im Zylinder 8 über demKolben 9 abwechselnd mit dem Küken des
Hahns 10 so verbunden ist, daß er abwechselnd entweder mit der Leitung 5 oder mit
der Leitung 6 oder mit der Austrittsleitung 11 an den Arbeitsraum 7 mit Hilfe von
quer durch das Küken des Hahns 10 gebohrten Kanälen und mit Hilfe des Verbindungskanals
12 der zur höchsten Stelle des Arbeitsraumes 7 führt, angeschlossen ist0 Die Kanäle
im Kern des Hahns 10-haben eine gegenseitige Ablenkung von 90° beziehungsweise 45°,
An einer nicht eingezeichneten -Stelle vollzieht sich das Ansaugen aus der Leitung
5, die an den Arbeitsraum 7 durch die Wi-rkung des Kolbens 9 in der Richtung nach
unten angeschlossen ist. Nach Beendigung dieser Bewegung -verschiebt sich der Kernodes
Hahns 10 um 45° nach rechts, wodurch an den Arbeitsraum 7 der Kanal 6 :angeÜhlpssen
wird, von dem aus das Ansaugen bei der nachfolgenden Bewegung des Kolbens 9 wiederum
in der Richtung nach unten vor sich geht. Nach dem Stillstand des Kolbens schiebt
sich wiederum das Küken um 135Q-nach links, das : heißt in eine Lage, die um 90°
nach rechts gegen die angezeigte
Lage verschoben ist, wodurch die
Verbindung der Druckleitung 11 mit dem Arbeitsraum 7 hergestellt wird. Bei der anschließenden
Bewegung des Kolbens 9 in der Richtung nadh oben wird die ganze-Einrichtung in die
Ausgangastellung, das heißt, in die Lage gemäß der Fig. 1 gebracht.
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Figur 2 zeigt schematisch eine Variante der Ausführung des Hahns 10
wo anstelle von- zwei oder mehreren radialen Kanälen nur ein radialer Kanal vorgesehen
ist, der mit der Umfangsrille 13 zusammenhängt.
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In ähnlicher Weise können abwechselnd mehr als zwei Saugleitungen
oder mehr als zwei Druckleitungen, zum Beispiel drei, vier oder mehr angeschlossen
werden, wie es beispielsweise schematisch in der Figur 3 für jeden Saugkanal und
drei Druckkanäle gezeigt ist. Im Prinzip kann Jeder Kanal ein Saug-oder Druckkanal
sein, Je nachdem; in welcher Richtung sice der Kolben in der Zeit des Anschließens
des Kanals 12 mit irgendeinem der Um fangskanäle im Küken des Hahns 10 bewegt.
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Die Winkelverteilung der Kanäle beziehungsweise die Winkelbreite der
Umfangsrille 13 ebenso wie die Winkelverteilung der Zuleitung zum Hahn 10 ist aus
Figur 3 zu ersehen, die den Fall betrifft, wo an Kanal 12, der zu dem über dem Kolben
9 sich befindenden Raum 7 führt, nacheinander und abwechselnd der Kanal 6 für das
Saugen
oder das Drücken und drei Kanäle lia, 11b, 11c für des Saugen
oder Drücken angeschlossen sind. Wenn der Winkel zwischen zwei unmittelbar benachbarten
Kanälen von den Kanälen 11a, lib, und 11c im äußeren Körper des Hahns 10α
ist und # die minimale Winkelbreite der Ablenkung zwischen der Mündung des Kanals
im äußeren Körper des Hahns 10 vom Kanal im Kern des Hahns 10 für Fälle, daß eine
dichte Abtrennung genügend gesichert ist, ohne da# die Mündung der Kanäle im Kern
des Hahns 10 in Zwischenstellungen übergeht, dann gilt die Beziehung 1, wobei n
die Zahl der Winkelschritte, die der Hahn lo zum fortschreitenden Einschalten der
Kanäle lla, 11b, 11c mit dem Kanal 12 ausführen mu#, wobei die, Gesamtzahl der Kanäle
für das Saugen oder Drücken k = n + 2 : 4nα + 3# = 360° (I) woraus sich für
den Fall, daß # 90° 90° α = α = 3 5 n + - k- -4 4 ergibt.
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Hierbei darf die Umfangswinkelbreite der lichten Weite des Kanals
sowohl im äußeren Körper, wie auch im Kern des Hahns 10 selbst maximal nur so gro#
sein, da# zum Überdecken genug Sicherheit bleibt, daß bei der Bewegung des Hahns
in keinem Augenblick zwei benachbarte Kanäle miteinander verbunden sind. In jedem
Fall mu#
eine gendgende Reserveüberdeckung für eine- genügende Abdichtung
beim Durchlauf unter erhöhten Drücken verbleiben Wie schon erwähnt, kann~die Einrichtung
gemäß den schematischen Figuren 1 beziehungsweise 3 nicht nur bei -den in den Beispielen
beschriebenen Verfahren, sondern auch bei abgeanderten Verfahren verwendet werden,
wobei jeder Kanal sowohl als Saug- wie auch als Druckkanal verwendet Werden kann,
je nachdem, ob bei seiner Verbindung mit dem Kanal 12 eine Verkleinerung oder Vergrößerung
des Raumes 7 über dem Kolben 9 eintritt.
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Die Figur 4 zeigt schematisch das Beispiel eines ähnlichen Falles
wie in der Figur 3, lediglich mit dem-Unterschied, daß der Kanal 6 entfällt und
seine Funktion von einem Kanal auf der rechten Seite der Figur übernommen wird.
Es wird wie im vorhergehenden Fall vorausgesetzt, daß die Kanäle wie auch die Umfangsrille
im Kern 10, weiter die Kanäle in dem den Kern 10 des Hahns umschließenden Körper
zum Unterschied von dem weiter beschriebenen Fall sich in einer Ebene befinden.
Für den Fall gemäß der Darstellung in Figur 4 gilt allerdings, da# die Zehl der
Kanäle k = m..+ 1 ist.
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Für den Fall gemäß der figur 4 gilt die Beziehung nach Formel II
3
(k-1) ß ß + 2 # # 360° 3 m ß + 2g # 3600 beziehungsweise für # = ß 120° 120° ß =
oder ß = m+ 2/3 k= 1/3 In der Figur 4 ist weiter dargestellt, daß der Kanal im Küken
des Hahns 10 nicht in die äußerste Stelle der Umfangrille 13, sondern in irgendeine
beliebige Stelle einmünden kanne In vielen Fällen kann eine geeignete Ausführung
gemäß der Figur 5, die sich von der Auaführurg gemäß der Darstellung in Figur 3
unterscheidet, darin bestehen, daß der Kanal 6 in; einer anderen Ebene als die Ebene
des Kanals 12 bzw. d er Kanäle lla, llb un-d llc angeordnet ist, wobei die Kommunikation
mit diesem aus der Grundebene herausgeschobenen-Kanal 6 durch einen besonderen.
Kanal erreicht wird, dessen Mündungen in beiden angefUhrten Ebenen liegen, wie ies
in der Figur 5 dargestellt ist, die einen Längs--schnitt des Kükens 10 des Hahns
und des ihn einschlie#enden Körpers darstellt. In einem solchen Fall kann der Kanal
in einer praktisch -beliebigen Winkelorientierung gegen die übrigen Kandle angeordnet
sein, wobei die Lage des. Kanals 15 eine solche gin muß, daß sie in der Stellung,
in der der Schieber keinen der Kanäle lla, llb, llc verbindet, den Kanal 6 in die
Verbindung mit dem Kanal 12 mit Hilfe des Kanals 15 bringt.
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Für den Fall gemäß Figur 5, wo k = p + 2, gilt die Gleichung III 3
(k-2) # + 3 # #, 360° III 3 p# + 3## 360° 120° 120° bzw. für # = # p # oder # #
p + 1 k - 1 Die weiter angeführte Tabelle zeigt einen Vergleich der maximalen Werte
der Winkel α,ß,# zwischen den benachbarten Kanälen für die angeführten drei
Fälle I,II,III unter der. Voraussetzung, daß der ganze Umfang des Schiebers ausgenUtzt
wird und der Winkel # = α bzw. ß bzw. # ist.
| I II III |
| k |
| n α m ß p # |
| 2 0 120 1 72 0 120 |
| 3 1 1 51,3 2 45 1 60 |
| 4 2 32,7 3 32,7 2 40 |
| -5 3 24,0 4 25,7 3 30 |
| 6 4 18,9 3 21,2 4 24 |