DE1653486A1

DE1653486A1 - Niederdruckpumpe fuer druckempfindliche Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1653486A1
Application number: DE19671653486
Authority: DE
Inventors: Schomburg John Francis
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-11-07
Filing date: 1967-11-07
Publication date: 1971-08-12
Also published as: GB1170827A; US3406633A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

703 BOBLINGEN/WDRTT. . SINDELFI.VGBR STRASSE 49 ~

FERNSPRECHER (07031) 613040

Böblingen, 3, November 1967 wi-oc

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10

Amtliches Aktenzeichen: ' Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket 15 272

Niederdruckpumpe für druckempfindliche Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Niederdruckpumpe für druckempfindliche Flüssigkeiten, mit einem Pumpkörper aus elastischem Werkstoff, der periodisch hydraulisch zusammengedrückt wird und an dessen Druckseite ein Rückschlagventil nachgeschaltet ist.

Das Pumpen von Flüssigkeiten, die gegen die Anwendung von größerem Überdruck und Druckstößen empfindlich sind, stellt besondere Anforderungen an die Konstruktion derartiger Pumpen, Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet dieser Pumpenart ist die Förderung von Blut, bei dem es darauf ankommt, daß keine zu hohen Druckkräfte wirksam werden, da sonst die Blutzellen zerstört werden können. Außerdem muß die Sterilität des Fördergutes erhalten bleiben.

Eine Pumpe für diese Anwendung ist durch die USA-Patentschrift 3 192 &63

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bekannt. Bei dieser sogenanntem peristaltischen Pumpe- wälzen sich zwei Rollen wechselweise über einen rohrförmigen flexiblen Pump körper;, und durch das fortschreitende Zusammendrücken des Pumpkörpers wird die im Innern desselben vor der Rolle befindliche Flüssigkeit zum Auslaß ge" fördert, während hinter der Rolle ein Unterdruck entsteh!., unter dessen Wirkung durch den Einlaß weitere Flüssigkeit angesaugt wird,

A Bei einer anderen, in der USA-Pa tent schrift 3 148 624 beschriebenen

Pumpenart befindet sich ein elastischer Pumpkörper· in einer Druckkammer und ist von einer Arbeitsflüssigkeit umgeben, die periodisch einem wechselnden Druck ausgesetzt wird, unter dessen Wirkung der Pumpkörper zusammengedrückt wird und sich dann wieder ausdehnt. Am EIin~ und Aus« laß des Pumpkörpers sind Rückschlagventile angeordnet, so daß die Flüssigkeit in der gewünschten Richtung gefördert wird.

^ Die Erfindung geht von/lieser Pümpenart aus und kombiniert deren Wirkungsprinzip mit demjenigen der peristaltischen Pumpe, indem der Pumpkörper rohrförmig ausgebildet ist und periodisch hydraulisch zusammengedrückt wird. Die Erfindung vermeidet mechanisch bewegte Antriebs glieder zum Zusammendrücken des Pumpkörpers, indem der Pumpkörper einen über seine Länge veränderten Widerstand gegen Zusammendrücken aufweist. Der Pumpkörper ist also so ausgebildet, daß er bei ansteigendem Umgebungsdruck zuerst an seinem einen, nämlich dem Einlaßende zusammengedrückt wird, da hier der Verformungswiderstand am geringsten ist,

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und daß sodann bei weiterer Drucksteigerung der Arbeitsflüssigkeit das Zusammendrücken längs des Pumpkörpers zum entgegengesetzten, nämlich dem Ausgangsende hin fortschreitet. Dadurch wird die im Pumpkörper ent™ haltene Flüssigkeit in diese Richtung gefördert.

Sobald der Pumpkörper nach der Erfindung vollständig zusammengedrückt ist und der Druck in der ihn umgebenden Arbeitsflüssigkeit abzufallen be«, ginnt, schließt das in der Druckleitung eingebaute Rückschlagventil, und mit dem weiteren Absinken des Umgebungsdruckes beginnt sich der Pump«, körper unter der Wirkung seiner eigenen Elastizität wieder auszudehnen, bis er schließlich seine ursprüngliche Form erreicht hat. Durch den hierbei im Innern des Pumpkörpers entstehenden Unterdruck wird neue Flüssigkeit angesaugt und der nächste Pumpenhub vorbereitet.

Bei der Pumpe nach der Erfindung wirkt der Pumpkörper an seinem Einlaß selbst als Einlaßventil. Außerdem wird, da der Pumpkörper vollständig von Arbeitsflüssigkeit umgeben ist, der Pumpendruck nicht durch die Festigkeit der Druckkammer begrenzt, wie es bei der vorher beschriebenen peristaltischen Pumpe der Fall ist. Ein weiterer Vorteil der Pumpe nach der Erfindung ist, daß wegen des fortschreitenden Zusammendrückens des Pumpkörpers das Ausströmen der Flüssigkeit aus der Pumpe wirbelfrei und im wesentlichen frei von Druckwellen vor sich geht. Die plötzliche Dehnung des Pumpkörpers beim Einlassen neuer Flüssigkeit erzeugt einen selbstreinigenden Vorgang, der insbesondere dann von Vorteil ist, wenn es sich um

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die Förderung von Blutanalysen handelt, bei denen aufeinanderfolgende Blutproben keine Berührung miteinander erhalten dürfen. Schließlich ist durch die Pumpe nach der Erfindung die Gefahr der Zerstörung von Blutzellen vollständig ausgeschaltet, da die hydraulische Betätigung des Pumpkörpers wesentlich sanfter ist als die Betätigung des Pumpkörpers durch mechanische Teile.

A Der in einer erfindungs gemäßen Pumpe verwendete Pumpkörper kann so

ausgebildet sein, daß der Wandquerschnitt von der Saug- zur Druckseite kontinuierlich zunimmt. Dabei kann die Außenfläche des Pumpkörpers konisch geformt werden, während die Bohrung zylindrisch ist.

Eine andere Möglichkeit zur Gestaltung des für die erfindungsgemäße Pumpe verwendeten Pumpkörpers besteht darin, daß der Pumpkörper axis mehreren, teleskopartig übereinandergeschobenen Einzelabschnitten zusammengesetzt ist, die ihrerseits unterschiedliche Länge aufweisen. Die einzelnen Abschnitte sind durch Pressen oder Kleben fest miteinander verbunden.

Man kann aber für die erfindungsgemäße Pumpe auch einen Pumpkörper verwenden, der über seine gesamte Länge einheitlichen Querschnitt auf» weist, dessen Elastizitätsmodul sich aber über seine Länge kontinuierlich verändert. Der Bereich mit dem kleinsten Elastizitätsmodul befindet sich an der Einlaßseite, und zur Auslaßseite hin wächst der Elastizitätsmodul

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allmählich an, so daß auch hier « in Übereinstimmung mit dem Wirkungs«. prinzip der übrigen Ausführungsformen - das Zusammendrücken des Pumpkörpers von der Einlaßseite allmählich zur Auslaßseite hin fortschreitet.

Eine weitere mögliche Ausführungsform, der Pumpe nach der Erfindung besteht darin, daß der Pumpkörper bei an sich einheitlichem Querschnitt mittels perforierter konischer Hülsenkörper eine über seine Länge veränderte Anfangs deformation aufweist. Diese Ausbildung des Pumpkörpers hat den Vorteil, daß er aus einem flexiblen und homogenen Schlauch herge-. stellt werden kann, dessen Eigenschaft des veränderten Widerstandes gegen Zusammendrücken über seine Länge sodann durch das Anlegen der Hülsenkörper erreicht wird. Diese sind konisch ausgebildet und bewirken, daß der Pumpkörper an seiner Einlaßseite die größte Anfangsdeformierung erhält, während er an seiner Auslaßseite nicht oder nahezu nicht verformt wird. Die Perforationen in den Hülsenkörpern ermöglichen den freien Zutritt der den Pumpkörper umgebenden Arbeitsflüssigkeit.

Die Kennwerte einer gemäß der Erfindung gestalteten Pumpe sind auf einfache Weise festlegbar. Durch entsprechende Wahl des Volumeninhaltes des Pumpkörpers kann die Fördermenge pro Hub festgelegt werden, während die Förderleistung durch die Hubfrequenz hestimmtist. Eine Pumpe kann auch mehrere Pumpkörper enthalten, die von einer gemeinsamen Druck» kammer umschlossen sind; bei dieser Ausführung können die einzelnen Pumpkörper mit unterschiedlichen Volumina ausgeführt sein, so daß man

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entsprechend verschiedene Ausflußgeschwindigkeiten des zu fördernden Gutes erhält. .

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einigen Aus« führungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittdarstellung einer Nieder

druckpumpe mit periodisch hydraulisch zusammendrück, barem Pumpkörper,

Fig. 2 einen Pumpkörper in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform für den Pumpkörper,

Fig. 4 eine weitere mögliche Gestaltung des Pumpkörpers,

Fig. 5 einen Schnitt in der Linie 5~5 der Fig. 4 und

Fig. 6 einen Schnitt in der Linie 6«6 der Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 enthält die Pumpe einen Pumpkörper 10 aus elastischem Werkstoff mit einer Bohrung 1OA von über die gesamte Länge des Pump» körpers 10 gleichmäßigem Querschnitt und einer konisch verlaufenden Außenfläche 1OB. Die Wandstärke des Pumpkörpers 10 vergrößert sich

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somit von links nach rechts kontinuierlich, so daß die Widerstandsfähigkeit gegen das Zusammendrücken links am geringsten und rechts am größten ist.

Der Pumpkörper 10' befindet sich in einer Druckkammer 12 und ist an seinem linken Ende mit einer Saugleitung 14 und an seinem rechten Ende mit einer Druckleitung 16 mediumdicht verbunden. Die Leitungen 14 und 16 sind jeweils durch die Wand der Druckkammer 12 hindurchgeführt und an (nicht gezeigte) Systeme angeschlossen. In der Druckleitung 16 ist ein als Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil 18 angeordnet, das den Durchfluß von Flüssigkeit nur in der durch die Pfeile 26 bezeichneten Forder·= richtung von links nach rechts erlaubt, einen Rückfluß in der entgegengesetzten Richtung jedoch verhindert.

In der Druckkammer 12 befindet sich eine den Pumpkörper 10 umgebende Arbeitsflüssigkeit 20, die mittels der hin- und hergehenden Hubbewegung eines Kolbens 22 in dem zylindrischen Teil 12A der Druckkammer 12 periodisch unter Druck gesetzt wird. Die Bewegung des Kolbens 22 wird über einen Kurbelantrieb 24 erzeugt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung steht die Arbeitsflüssigkeit 20 unter Atmosphärendruck, wobei der Pumpkörper 10 infolge seiner eigenen Elastizität im entspannten, also ausgedehnten Zustand ist, wobei seine Bohrung 1OA durch die Saugleitung 14 mit der zu fördernden Flüssigkeit gefüllt ist. Während des Füllvorganges bleibt das Rückschlagventil 18 geschlossen, wodurch ein Rückfließen von Flüssigkeit aus der Druckleitung

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16 in den Pumpkörper 10 verhindert ist. Sobald der Kurbelantrieb 24 betätigt und der Kolben 26 nach unten geschoben wird, erhöht sich der Druck der Ärbeitsflüssigkei·. 20 in der Druckkammer 12 und das

Zusammendrücken des Pumpkörpers 10 beginnt an dessen linkem Ende durch entsprechendes Abflachen der Bohrung 1OA. Hierbei wird zunächst das linke Ende des Pumpkörpers 10 abgedichtet, und diese Abdichtung schreitet bei der Erhöhung des zugeführten Druckes von links nach rechts fort, so daß die in der Bohrung 1OA befindliche Flüssigkeit nach rechts durch das Rückschlagventil 18 in die Druckleitung 16 gedrängt wird.

Wenn der Pumpkörper 10 unter der Wirkung des wachsenden Druckes der Arbeitsflüssigkeit 20 völlig zusammengedrückt ist und der Kolben seinen Rückhub beginnt, verringert sich der Druck in der Druckkammer 12, und infolge des Druckunterschiedes in der Druckleitung 16 und der Bohrung 1OA schließt sich das Rückschlagventil 18; nun versucht der Pumpkörper 10, sich unter der Wirkung seiner eigenen Elastizität auszudehnen, jedoch wird dies durch den Unterdruck verhindert, der sich infolge des noch immer geschlossenen Rückschlagventils 18 und der noch zusammenge« drückten Einlaßseite des Pumpkörpers 10 bildet. Sobald aber der Druck in der Arbeitsflüssigkeit 20 weiter abnimmt, wird die Eigenelastizität des Pumpkörpers 10 in seinem linken Bereich wirksam und die dort bisher wirksame Abdichtung aufgehoben, so daß nunmehr neue Flüssigkeit durch die Saugleitung 14 einströmen kann. Diese Entspannungswirkung des Pumpkörpers 10 setzt sich nun kontinuierlich von links nach rechts, und zwar entsprechend der Abnahme des Druckes in der Arbeitsgeschwindigkeit 20,

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fort, bis der Pumpkörper 10 seine ursprüngliche, dargestellte Lage erreicht und erneut mit der zu fördernden Flüssigkeit gefüllt ist.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß zu dem Zeitpunkt, in dem der Pumpkörper 10 völlig zusammengedrückt ist und der Kolben 22 seine Aufwärtsbewegung gerade beginnt, der Pumpkörper 10 wegen der Abdichtung seiner Bohrung 1OA an beiden Enden noch in seiner zusammen« gedrückten Lage bleibt. Da die Arbeitsflüssigkeit 20 inkompressibel ist, ergibt jede Vergrößerung des Volumens der Druckkammer 12 einen gleich» zeitigen entsprechenden Druckabfall, wodurc-h in der beschriebenen Weise die Abdichtung am linken Ende der Bohrung 1OA unterbrochen wird. Die Zunahme des Volumens in der Druckkammer 12 entsprechend dem Rückhub des Kolbens 22 ermöglicht sodann die entsprechende Ausdehnung des Pumpkörpers 10.

Anstelle der Ausbildung des Pumpkörpers 10 mit einer Bohrung 1OA von gleichmäßigem Durchmesser und einer kegelförmigen Außenfläche 1OB kann statt dessen zur Erzielung einer gleichförmigen Vergrößerung der Wandstärke von links nach rechts auch die innere Kammer des Pumpkörpers 10 kegelig ausgebildet und die Außenfläche zylindrisch gestaltet sein.

Eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung des Pumpkörpers zeigt Fig. 2, wo der Pumpkörper 30 aus mehreren teleskopartig übereinandergeschobenen Abschnitten 3OA bis 30E von unterschiedlicher Länge und unterschiedlichem

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Durchmesser gebildet ist.

Gemäß Fig. 3 kann der Pumpkörper 40 aber auch mit gleichbleibendem Querschnitt, jedoch über seine Länge verändertem Elastizitätsmodul ausgebildet werden. Der in der Zeichnung von links nach'rechts ansteigende Elastizitätsmodul ist durch eine zunehmend stärkere Schraffierung darge- ' stellt. Eine solche sich kontinuierlich verändernde Elastizität kann dadurch erreicht werden, daß der Pumpkörper 40 zunächst mit gleichmäßiger Plasti. zität erzeugt und dann in eine den Weichmacher auslaugende Lösung getaucht und allmählich parallel zu seiner Achse in vertikaler Richtung aus dieser herausgezogen wird. Bei entsprechender Wahl der Geschwindigkeit des Herausziehens kann jeder Abschnitt des Pumpkörpers einem verschiedenen Grad der Auslaugung unterworfen werden, so daß eine gleichmäßige Änderung des Elastizitätsmoduls über die gesamte Länge des Pumpkörpers erzielt wird. Es wird bemerkt, daß mit einem ähnlichen Verfahren auch die Ausbildung des Pumpkörpers 10 gemäß Fig. 1 erreichbar ist.

Eine weitere Möglichkeit, einen über die Länge des Pumpkörpers kontinuierlich zunehmenden Widerstand gegen Zusammendrücken zu erzielen, ist in Fig. 4 gezeigt. Hier erhält der Pumpkörper 50 mittels zweier entsprechend konisch geformter Hülsenkörper 51 und 52 eine Deformierung, und zwar derart, daß die stärkste Deformierung am linken Ende des Pumpkörpers wirksam ist, so daß er hier am meisten flachgedrückt ist. Die beiden Hülsenkörper 51 und 52 sind, wie die Zeichnung zeigt, perforiert

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ausgebildet, so daß die Arbeit silüs si gkeit freien Zutritt zur Außenwand des Pumpkörpers 50 hat. Der Konus der Hülsenkörper 51 und 52 ist so gewählt, daß der Pumpkörper 50 an seinem rechten Ende im entspannten Zustand ohne nennenswerte Deformierung bleibt.

Wird bei dieser Ausführungsform in der beschriebenen Weise der Druck der den Pumpkörper 50 umgebenden Arbeitsflüssigkeit allmählich erhöht, so verursacht er in Verbindung mit der von den Hülsenkörpern 51 und 52

bewirkten Anfangsdeformierung das von links nach rechts fortschreitende Zusammendrücken des Pumpkörpers 50. Die Querschnittsform des Pumpkörpers 50 an seinem linken und an seinem rechten Ende bei unwirksamem Außendruck zeigen die Fig. 5 und 6.

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ORIGINAL

Claims

„ 12 - 3. November 1967 PATENTANSPRÜCHE

1. Niederdruckpumpe für druckempfindliche Flüssigkeiten, mit einem Pumpkörper aus elastischem Werkstoff, der periodisch hydraulisch = zusammengedrückt wird und an dessen Druckseite ein Rückschlagventil nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in an sieh

" bekannter Weise rohrförmig ausgebildete Pumpkörper (10; 30; 40; 50)

einen über seine Länge veränderten Widerstand gegen Zusammen«= drücken aufweist.

2. Niederdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandquerschnitt des Pumpkörpers (10) von der Saug« zur Druck«, seite kontinuierlich zunimmt, *

3,: Niederdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ™ die Außenfläche (10B) des Pumpkörpers (10) konisch ausgebildet ist,

während die Bohrung (10A) zylindrisch ist.

4. Niederdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkörper (30) aus mehreren, teleskopartig übereinandergescho«= benen Einzelabschnitten (30A bis 30D) abgestufter Länge zusammengesetzt ist..

T0.9i-8.33/ 043-4

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5. Niederdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkörper (40) bei einheitlichem Querschnitt einen über seine Länge kontinuierlich veränderten Elastizitätsmodul aufweist.

6. Niederdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkörper (50) bei an sich einheitlichem Querschnitt mittels perforierter konischer Hülsenkörper (51, 52) eine über seine Länge veränderte Anfangs deformation aufweist.

BAD ORIGINAL
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Le ers e i t e