DE1951347C3 - Vorrichtung zum pulsationsfreien Fördern einer Flüssigkeit oder eines Gases - Google Patents

Description

L =

<pe — φα

ic

J W(fp)a<p

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Innenquerschnittes ein am Schlauchabschnitt anliegender Stempel (3) vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (3) über eine mit dem Antrieb der Schlauchpumpe gekoppelte Kurvenscheibe gesteuert wird.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum pulsationsfreien Fördern einer Flüssigkeit oder eines Gases mittels einer Schlauchpumpe mit mindestens einer Quetschrolle oder mehreren Quetschstempeln, wobei die Durchsatzschwankungen, die durch das Abheben der Quetschrolle oder der Quetschstempel verursacht sind, gemindert werden.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 8 97 202 bekannt, wobei, ebenso wie bei einer im DE-GM 68 12 582 beschriebenen Schlauchpumpe, zur Verminderung der Durchsatzschwankungen der Abstand des Schlauchbettes von der Bahn der vom Schlauch abhebenden Quetschrollen allmählich vergrößert wird. Da das Abheben der Quetschrollen vom Schlauch stets das Entstehen von Innenvolumen des Schlauches bedeutet, zu dessen Ausfüllung die geförderte Substanz eine Strömungsveriangsamung erfährt, kann auf diese Weise, d. h. auch durch Vergrößern des besagten Abstandes längs eines längeren Abschnittes des Schlauches, trotz der erreichbaren Verminderung der Durchsatzschwankungen nicht deren vollständige Beseitigung erreicht werden.

In der US-PS 28 11931 wird zur Beseitigung der periodischen Durchsatzschwankungen einer Pumpe es eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aus einem an der Ausgangsleitung der Pumpe angeschlossenen Zylinder mit Kolben besteht. Dieser Kolben, von einem mit dem Antrieb der Pumpe gekoppelten Nockenscheibenmechanismus gesteuert, saugt, speichert oder pumpt die Substanz in Abhängigkeit davon, ob die Strömungsgeschwindigkeit in der Ausgangsleitung vor der Anschlußstelle größer, gleich oder kleiner als die gewünschte Durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit ist Diese Vorrichtung ermöglicht zwar die Beseitigung der Durchsatzschwankungen, jedoch läßt es sich hiermit nicht vermeiden, daß eine erhebliche Umverteilung der Substanzauteile in der Leitung stattfindet, so daß diese Pumpe beispielsweise für chromatographische Aufgabe völlig ungeeignet ist

Die US-PS 29 09 125 zeigt eine Schlauchpumpe mit zwei Rollen, bei der den Durchsatzschwankungen in der Ausgangsleitung dadurch begegnet wird, daß die nachlaufende Rolle kurz vor dem Abheben der vorlaufenden Rolle, über eine Stufe ein Stück radial auswärts laufend, die zwischen den beiden Rollen eingeschlossene Flüssigkeitssäule verkürzt und damit den Druck erhöht Im Augenblick des Abhebens der vorauslaufenden Rolle erfolgt durch Druckausgleich ein verstärktes Nachschieben von Flüssigkeit in die Ausgangsleitung, wodurch ein Ausgleich für den durch die abhebende Rolle verursachten Strömungsverlust erzielt wei den soll. Aus zwei Gründen läßt sich mit einer solchermaßen ausgestalteten Schlauchpumpe kein genauer Ausgleich der Durchsatzschwankungen erreichen: Zum einen wird der nicht genau gemäß dem Stufenverlauf anliegende Schlauch in eine andere Richtung gedrückt, wenn die jeweilige Rolle ihn in diesem Stufenabschnitt überläuft, wodurch, wie bei jeder plötzlichen Lageänderung des Schlauches, unkontrollierbare Strömungsverschiebungen hervorgerufen werden, zum anderen führt der Ausgleich des erhöhten Druckes im Schlauch im Augenblick des Abhebens der vorauslaufenden Rolle zu einem schlagartigen Stoß von Flüssigkeit in die Ausgangsleitung, während diese Rolle, auch eine merkliche Zeitdauer nach diesem Stoß, noch weiterhin im Abheben begriffen ist und somit wegen des dadurch entstehenden Schlauchinnenvolumens eine Strömungsveriangsamung zu verzeichnen ist. Erst nach Abschluß des Abhebevorganges erreicht die Strömungsgeschwindigkeit wieder den von der nachlaufenden Rolle bestimmten Wert

Nach der gleichen, mit ähnlichen Mitteln erreichten Wirkungsweise arbeitet eine in der CH-PS 4 17 338 dargestellte Schlauchpumpe. Bei diesem Gerät ist der Schlauch geradlinig auf dem Schlauchbett ausgelegt und in Strömungsrichtung nach einer abfallenden Stufe weiterhin in derselben geraden Linie freihängend ausgespannt. Durch einen Hebelmechanismus, mit dem die Rollen an einem Rotor schwenkbar befestigt sind, wird ein periodisches Abklemmen und Überrollen des Schlauches durch jeweils zwei Rollen unter gleichzeitigem schnelleren Nachrücken der nachlaufenden Rolle bewirkt. Nach dem Überlaufen der Stufe durch die vorlaufende Rolle drückt diese den frei ausgespannten Schlauch nach unten und entfernt sich allmählich von ihm, wobei sich im Augenblick des Überlaufens der Stufe der durch die nachfolgende Rolle überzeugte Überdruck in den freihängenden Schlauchabschnitt entlädt Auch bei dieser Pumpe entstehen durch das Herausdrücken des Schlauches und durch den stoßartigen Druckausgleich erhebliche Strömungsschwankungen.

Bei einer in der US-PS 34 37 050 beschriebenen Schlauchpumpe klemmt ein Abdrückstempel, von einer mit dem Antrieb gekoppelten Nockenscheibe gesteuert,

den Schlauch am Ausgang der Pumpe ab, bevor die den Schlauch in Vorwärtsrichtung überlaufende Rolle abhebt und in einer nach rückwärts gerichteten ßewegung in ihre Ausgangsstellung geführt wird. Sobald die Rolle erneut an den Schlauch herangedrückt ist und vorwärts zu rollen beginnt, öifnet der Abdrückstempel, und die FörderströmuDg setzt wieder ein. In jeder Arbeitsperiode dieser Pumpe tritt also ein Strömungsstillstand ein, ein pulsationsfreies Fördern ist nicht beabsichtigt

Ein durch das DE-GM 19 70 357 bekanntgewordene Schlauchpumpe weist mehrere Rollen und ein in Form eines elastisch nachgiebigen, vorgespannten Bandes gestaltetes Widerlager für den Schlauch auf. Bei dieser Anordnung erfahren der Schlauch und das Widerlager erhebliche Lageänderungen bei Rotation der Rollen, wenn diese den Schlauch gegen das Band drücken und ihn damit während des Überrollens zu einer schwingenden Bewegung zwingen. Dies hat eine ungleichmäßige Strömung der geförderten Substanz zur Fol.ee. Durch eine Strömungsdrosselung mittels am Ausgang der Pumpe dem Schlauch zugeordneter Drosselventile soll die Fördermenge der Pumpe geregelt werden, jedoch wird durch diese Maßnahme keine Beseitigung der Durchsatzschwankungen erreichbar.

Eine andere Ausführungsform einer Schlauchpumpe ist in der US-PS 28 77 714 beschrieben. Bei dieser Pumpe drücken zwölf Stempel in raupenartiger Bewegung periodisch von der Seite her gegen den an einem geraden Widerlager anliegenden Schlauch. Auch bei dieser Schlauchpumpe wird keine pulsationsfreie Förderung erreicht, da es während jeder Arbeitsperiode in dem Aufgenblick, wenn der am Ausgang wirkende letzte Stempel den Schlauch vollständig abklemmt, zu einem Stillstand der Substanz im stromabwärts befindlichen Schlauchabschnitt kommt.

Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum pulsationsfreien Fördern einer Flüssigkeit oder eines Gases der vorausgesetzten Gattung so weiterzubilden, daß ein über den Arbeitsgang der Quetschrollen oder der Quetschstempel gleichmäßiger, mittlerer Durchsatz gewährleistet ist, wobei die örtliche Zusammensetzung der geförderten Flüssigkeit bzw. des Gases erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Innenquerschnittes ein am Schlauchabschnitt anliegender Stempel vorgesehen ist. Eine besondere Ausführungsform weist einen Stempel auf, der über eine mit dem Antrieb der Schlauchpumpe gekoppelte Kurvenscheibe gesteuert wird.

Folgende Überlegungen erläutern den Erfindungsgedanken: Stellt man sich das von der Schlauchpumpe zwischen der Anfangsstellung g>a und der Endstellung <pe, also während des Arbeitsganges einer Quetschrolle oder eines Quetschstempels, mit dem schwankenden Durchsatzwert W(cp) geförderte Volumen VaIs Produkt des Intervalls (cpe—cpä) mit dem angenommenen eo pulsationsfreien Durchsatz L vor, so gilt

-J

Nun werde eine Vorrichtung am Ausgang der Schlauchpumpe außerhalb des Wirkungsbereiches der Quetschrollen oder der Quetschstempel vorgesehen, die durch Verändern des innenquerschnittes dieses Schlauchabschnittes einen eigenen Durchsatz H<p) erzeugen kann, der folgenden Bedingungen unterworfen ist:

J(₉) = L- W(_q)
für alle ψ aus dem Intervall (ψβ — ψα) und

J/(_?)d₉ =0.

1"

Da sich L durch Messung des in jedem Arbeitsgang q>a bis <pe geförderten Volumens V und Division des Wertes von Vdurch den Wert ((pe— cpa) bestimmten läßt und de? von der jeweiligen Stellung der Quetschrollen oder Quetschstempel abhängige, schwankende Wert W[g>) durch die jeweilige Pumpe charakteristisch vorgegeben und feststellbar ist, läßt sich gemäß den obigen Bedingungen der jeweilige Durchsatzwert J(<p) des erweiterten oder verengten Schlauchabschnittes ermitteln. Somit läßt sich auf einfache Art, z. B. schrittweise statisch, die Kontur der erwähnten Kurvenscheibe für die Steuerung des Stempels festlegen, der die ermittelten Durchsatzwerte J(<p) im ganzen Intervall «a bis q>e erbringen soll.

Alle bei Schlauchpumpen vorkommenden, nicht pulsationsfreien Durchsätze \\{φ) lassen sich also durch die Erfindung in einen von der Stellung φ der Quetschrollen oder Quetschstempel unabhängigen Durchsatz L verwandeln, der stets zur Bewegungsgeschwindigkeit des Pumpenantriebes proportional ist. Somit ist bei zeitlich konstantem Antrieb ein konstantes, pulsationsfreies Fördern der Substanz gewährleistet, ebenso bei einer beispielsweise programmgesteuerten Variation des Antriebes eine völlig gleichartige Variation der Förderleistung.

Mit Hilfe der Figuren wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. la bis Id die Arbeitsweise einer schematisch dargestellten Schlauchpumpe mit zwei Quetschrollen und dem erfindungsgemäßen Stempel (dabei sind alle für das Verständnis unwesentlichen Teile wie Quetschrollenträger, Gehäuse und Kurvenscheibensteuerung für den Stempel nicht eingezeichnet),

F i g. 2a bis 2c den Verlauf der einzelnen Durchsätze als Funktion der Winkelstellung φ der Quetschrollen.

Die erfindungsgemäße Schlauchpumpe weist zwei Quetschrollen 1 und 2 und einen vor dem Pumpenausgang 6 auf den Schlauch 4 einwirkenden Stempel 3 auf. Dieser Stempel 3 wurde zunächst als feststehend, etwa in der in der F i g. la erkennbaren Lage, betrachtet. Aus der Anfangsstellung cpa heraus wird die Substanz vom Pumpeneingang 5 her durch die Bewegung der Quetschrolle 1 in die Halbkreiszone des Schlauches 4 gesaugt, gleichzeitig schiebt die Quetschrolle 1 Substanz vor sich her (F i g. 1 a). Dies geschieht mit dem Durchsatz W(<p) gemäß F i g. 2a. Sobald die Quetschrolle 1 die in der F i g. Ib dargestellte Winkelstellung <pb erreicht hat, beginnt sie den Schlauch freizugeben, zugleich übernimmt diametral gegenüber die Rolle 2 das Fördern. Nunmehr vermindert sich jedoch der Durchsatz W[fp) am Pumpenausgang 6, da einerseits zwar die Quetschrolle Z gerade beginnt, gleichmäßig zu fördern, andererseits das durch die Quetschrolle 1 allmählich freigegebene Schlauchstück sich ausdehnt und dadurch Substanz aus dem Stromabwärts befindlichen Schlauch-

innenraum zurücksaugt (Fig. te). Erst in dem Augenblick, in dem die Quetschrolle 1 den Schlauch 4 verläßt (Winkelstellung (pd gemäß Fig. Id), nimmt der jetzt allein durch die Bewegung der Quetschrolle 2 bestimmte Durchsatz Wftp) wieder den ursprünglichen Wert an, woraufhin der beschriebene Vorgang mit vertauschten Quetschrollen erneut beginnt.

Die Aufgabe des Stempels 3 besteht nun zunächst darin, während der Zeil des gleichmäßigen Förderns der Rollen 1 und 2, also während ihres Durchlaufens von Winkelstellung q>d über q>a nach φύ, von einer den Schlauchabschnitt teilweise eindrückenden Stellung aus (wie in Fig. la) in so gearteter Bewegung den Schlauchabschnitt allmählich freizugeben, daß dadurch lediglich eine kieine, ebenfalls gleichmäßige Verminderung des Durchsatzes W{q>) verursacht wird. Beginnt die bisher fördernde Quetschrolle 1 nun abzuheben (Fig. Ib), so muß der Stempel 3 den Schlauchabschnitt wieder in geeigneter Bewegung eindrücken, damit der

Durchsatz am Pumpenausgang 6 unverändert erhalten bleibt (F i g. Ic). Dieses Eindrücken des Stempels 3 muß zum Stillstand kommen, wenn die Quetschrolle 1 in der Winkelstellung φα den Schlauch 4 verläßt (Fig. Id). Nun kehrt der Stempel 3 um und gibt den Schlauchabschnitt langsam frei. Der Ablauf wiederholt sich im Zusammenwirken mit der Quetschrolle 2.

In Fig. 2a ist der Verlauf des Durchsatzes Wt<p) wiedergegeben, wie er am Pumpenausgang 6 bei feststehendem Stempel 3 gemessen würde, in Fig. 2b der bei feststehenden Quetschrollen 1 und 2 in gleicher Weise gemessene Verlauf des vom Stempel 3 hervorgerufenen Durchsatzes \φ). In Fig. 2c ist schließlich die Überlagerung der Durchsätze ν^φ) und /(φ) zu dem von der Winkelstellung φ unabhängigen Durchsatz /.dargestellt.

Durch Richtungsumkehr des Pumpenantriebes wird bei den erfindungsgemäßen Schlauchpumpen ein pulsationsfreier Saugdurchsatz erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum pulsationsfreien Fördern einer Flüssigkeit oder eines Gases mittels einer Schlauchpumpe mit mindestens einer Quetschrolle oder mehreren Quetschstempeln, wobei die Durchsatzschwankungen, die durch das Abheben der Quetschrolle oder der Quetschstempel verursacht sind, gemindert werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Druckseite der Schlauchpumpe außerhalb des Wirkungsbereiches der Quetschrollen (1,2) oder der Quetschstempel ein Schlauchabschnitt vorgesehen ist, dessen Innenquerschnitt veränderbar ist und während der Dauer eines durch die Anfangsstellung <pa und die Endstellung <pe festgelegten Arbeitsganges einer Quetschrolle (1 bzw. 2) oder eines Quötschstempels derari erweitert oder verengt wird, daß der momentane durch den Schlauchabschnitt hervorgerufene Durchsatzwert i(g>) gleich der negativen Abweichung des momentanen Durchsatzwertes W{cp) der Schlauchpumpe von dem über einen Arbeitsgang gemittelten Durchsatz