DE1960369A1

DE1960369A1 - Vorrichtung zur Daempfung der Pulsation einer stroemenden Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1960369A1
Application number: DE19691960369
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Ecker; Helmut Dipl-Phys Oster
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-12-02
Filing date: 1969-12-02
Publication date: 1971-06-09
Also published as: JPS5133284B1

Description

Vorrichtung zur Dämpfung der Pulsation einer strömenden Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung der Pulsation einer strömenden Flüssigkeit mittels einer hydraulischen Kapazität und eines hydraulischen Widerstandes, insbesondere in der Flüssigkeits-Chromatographie.
Die von einer Pumpe geförderte Flüssigkeit zeigt keinen zeitlich konstanten, sondern einen um einen Mittelwert schwankenden Druck. Es ist bekannt, zur Glättung und Dämpfung der Pulsation der Flüssigkeit eine hydraulische Kapazität und einen hydraulischen Widerstand heranzuziehen. Das elektrische Analogon zu einer solchen Dämpfungsvorrichtung ist ein Siebkreis, der aus einem Kondensator und aus einem ohm'schen Widerstand besteht.
In den bekannten Dämpfungsvorrichtungen für strömende Flüssigkeiten ist die Kapazität ausgebildet als gekrümmtes, federndes Rohr, wie es z. B. als Eourdon-Federrohr in Manometern benutzt wird. Durch Verformung fängt das Federrohr die Stoßenergie bei jedem Druckstoß auf und gibt sie anschließend an einen nachgeschalteten, angepaßten hydraulischen Wicterstand weiter. Dieser Widerstand ist ein Leitungsrohr mit verengtem Querschnitt (Kapillare). Die elastische Konstante des Federrohres und der Querschnitt der Kapillare bestimmen in erster Linie den erzielten Grad der Dämpfung. Es war bisher üblich, das Federrohr in einem Seitenzweig vor der Kapillare anzuordnen, so daß es von der Flüssigkeit nicht direkt durchströmt wurde.
Eine solche Anordnung ist jedoch mit einem erheblichen Nachteil verbunden. Nach Wechsel der Flüssigkeit verbleibt ein Rest der vorangegangenen Flüssigkeit in dem Federrohr, der auch durch wiederholtes Spülen schwer zu beseitigen ist.
Besonders nachteilig macht sich das in der Flüssigkeits-Chromatographie bemerkbar. Hier ist es erforderlich, daß die Dämpfungsvorrichtung bei Wechsel des Lösungsmittels (mobile Phase) sofort mit dem neuen Lösungsmittel gefüllt ist, und daß alle Spuren des vorangegangenen IIösungsmittels restlos beseitigt werden können. Andernfalls würden die Rückstände noch nach langer Zeit auf die Elution der Trennsäule einwirken und zu Fehlsignalen im Detektor führen.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dämpfung der Pulsation einer strömenden Flüssigkeit so zu gestalten, daß sie leicht spülbar ist.
Diese Aufgabe wird bei der oben bezeichneten Erfindung dadurch gelöst, daß ein von der Flüssigkeit direkt durchflossener Druckspeicher mit dem hydraulischen Widerstand in Reihe geschaltet ist.
Eine Ausbildung der Brfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Druckspeicher ein Bourdon-Federrohr oder ein ähnliches federndes Rohr und der hydraulische Widerstand eine Kapillare ist.
Um den Grad der Dämpfung dem jeweiligen Druck in der strömenden Flüssigkeit anzupassen, ist eine weitere Ausbildung der Erfindung dadurch gegeben, daß die Steifigkeit der elastischen Komponente des Druckspeichers einstellbar ist. Nach einer Erweiterung der Erfindung besitzt der Druckspeicher einen Durchgangsraum, der von einem zweiten Raum durch eine federnde Membrane getrennt ist, wobei der zweite Raum eine Hydraulikflüssigkeit und einen in einer abgedichteten Führung beweglichen Kolben enthält, der wiederum über einen Hebel mit verstellbarem Drehpunkt mit einer Feder verbunden ist, und daß der Druckspeicher an eine Kapillare angeschlossen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Brfindung besteht die Membrane aus einem korrosionsfesten Material, z. B. einem Metall. Ferner kann der zweite Raum des Druckspeichers eine Einrichtung zum Nachfüllen und zum Ausgleich von verlorengegangener Hydraulikflüssigkeit enthalten. Dabei kann diese Ausgleichseinrichtung eine Verdrängungsschraube sein.
Um eine hohe Dämpfung und Glättung in der pulsierenden Flüssigkeit zu erzielen, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung mehrere Vorrichtungen mit identischen oder verschiedenen hydraulischen Kapazitäten und Widerständen hintereinandergeschaltet (Siebkette), wobei der Abschlußwiderstand auch die chromatographische Trennsäule selbst sein kann.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele mittels der Figuren 1 und 2 im folgenden näher erläutert.
In Figur 1 ist ein Bourdon-Federrohr mit angeschlossener Kapillare gezeigt. In Figur 2 wird ein weiterer Druckspeicher mit angeschlossener Kapillare gezeigt.
Figur 1 zeigt die Reihenschaltung eines an beiden Enden E und A durchgängigen Bourdon-Bederrohrs 3R als Druckspeicher mit einer Kapillare K als hydraulischer Widerstand. Der Innendurchmesser der Kapillare K wird so bemessen, daß für einen bestimmten Druck in der strömenden, pulsierenden Flüssigkeit FL die verlangte Dämpfung eintritt. Druckspeicher BR und Kapillare K sind direkt Bestandteil der die Flüssigkeit FS führenden Leitung Z. In der Flüssigkeits-Ohromatographie tritt bei Wechsel des Lösungsmittels FL im Druckspeicher BR keine Stauung des vorangegangenen Lösungsmittels mehr auf, da dieses sofort herausgespült wird. Diese Anordnung der Erfindung wird man so ausbilden, daß über einen weiten Druck- und Durchflußbereich die Dämpfung zufriedenstellend ist; beim Arbeiten außerhalb dieses Bereiches wird man das Schöpfvolumen und den Widerstand dem neuen Druck- und Durchflußbereich anpassen.
Figur 2 zeigt eine weitere leicht spülbare Vorrichtung zur Dämpfung der Pulsation einer strömenden Flüssigkeit FL, bei der der Grad der Dämpfung dem jeweiligen Druck in der strömenden Flüssigkeit angepaßt werden kann.
Die pulsierende, strömende Flüssigkeit FL tritt aus einer Zuleitung Z durch die Einlaß öffnung E in den 3ruckspeicher D und gelangt über eine Bohrung 31 in den Durchgangsraum DR, der einseitig durch eine federnde Membrane M abgeschlossen ist. Die Flüssigkeit verläßt den Durchgangsraum DR über eine weitere Bohrung 32 und tritt über die Austrittsöffnung A des Druckspeichers D in eine den hydrostatlschen Widerstand bildende Kapillare K. Druckspeicher D und Kapillare K sind, da sie wiederum in Serie geschaltet sind, leicht spürbar.
Der Druckspeicher D ist aus Gründen leichter Herstellbarkeit aus drei Teilen aufgebaut, die durch Schrauben S zusammengehalten werden. Jeder Teil ist durch Dichtungen DI nach außenhin abgedichtet.
Die federnde Membrane M überträgt die Pulsation der Flüssigkeit auf eine Hydraulikflüssigkeit HY in einem zweiten Raum. Dieser besteht-aus zwei Teilräumen NR und VR. Der Nebenraum NR ist über Kanäle C1,-C2, 03 mit dem Vorratsraum VR verbunden. Der Vorratsraum VR ist gleichfalls mit Hydraulikflüssigkeit HY gefüllt und enthalt einen Kolben XC, der nach Maßgabe der Druckschwankungen in einer abgedichteten Führung F bewegt wird.
Der Kolben KO ist über einen Hebel HE mit einer Feder BE von bekannter Federkonstante verbunden. Der Hebeldrehpunkt A läßt sich in Längsrichtung des Hebels HE einstellen. Hebel HE und Feder FE wirken zusammen so, als sei der Kolben KO mit einer virtuellen Feder verbunden, deren Federkonstante durch Verschieben des Hebeldrehpunktes A in weiten Grenzen einstellbar ist. Einer größeren Federkonstante entspricht bei konstantem Hub des Kolbens KO eine größere Kraft auf den Kolben KO und ein höherer Druck in der Hydraulikflüssigkeit HY und in der strömenden Flüssigkeit FL.
Mit Hilfe der veränderlichen Federkonstante läßt sich das Schöpfvolumen, das bei jedem Druckstoß in den Durchgangsraum DR gefördert wird, so einstellen, daß es für jeden Druck in der strömenden Flüssigkeit BB gleich groß wird.
Bei hohem Druck in der strömenden Flüssigkeit wird die Membrane M weiter in den Nebenraum NR gedrückt als bei niedrigem Druck, und es wird mehr Flüssigkeit BB gefördert. Um bei jedem Druck dasselbe Schöpfvolumen und dieselbe Durchbiegung der Membrane zu erzielen, muß die von der Feder' FE her auf den Kolben KO wirkende Gegenkraft immer so eingestellt werden, daß stets derselbe Hub des Kolbens KO entsteht. Auf diese Weise wird die Dämpfungskonstante von Druckspeicher D und Kapillare K für jeden Druck angepaßt.
Die Hydraulikflüssigkeit HX, z. B. ein Öl, wirkt in der Führung F selbstschmierend. Durch enge Anpassung des Kolbens KO an die Führung F können die auftretenden Leckverluste gering gehalten werden. Zum Ein- und Nachfüllen von Hydraulikflüssigkeit HY dient eine Gewindebohrung, in die eine Verdrängungsschraube VS zum Ausgleich von verlorengegangener Hydraulikflüssigkeit HY gesetzt ist. Diesem Zweck können auch ein nicht gezeichnetes Einlaßventil, das an ein Vorratsgefäß mit Hydraulikflüssigkeit angeschlossen ist, und ein nicht gezeichnetes#Entlüftungsventil dienen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Vorrichtung zur Dämpfung der Pulsation einer strömenden Flüssigkeit Bestandteil einer die Flüssigkeit führenden Leitung ist, daß sie gut spülbar ist, und daß nach einer Ausbildung der Erfindung das Schöpfvolumen unabhängig vom Druck der strömenden#Flüssigkeit eingestellt werden kann.
9 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur Dämpfung der Pulsation einer strömenden Flüssigkeit mittels einer hydraulischen Kapazität und eines hydraulischen Widerstandes, insbesondere in der Flüssigkeits-Ohromatographie, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Flüssigkeit (FL) direkt durchflossener Druckspeicher (D) mit dem hydraulischen Widerstand in Reihe geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher ein Bourdon-Federrohr (BR) oder ein ähnliches federndes Rohr und der hydraulische Widerstand eine Kapillare (K) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der elastischen Komponente des Druckspeichers (D) einstellbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (D) einen Durchgangsraum (DR) besitzt, der von einem zweiten Raum (NR) durch eine federnde Membrane getrennt ist, wobei der zweite Raum (NR) eine Hydraulikflüssigkeit (HY) und einen in einer abgedichteten Führung (F) beweglichen Kolben (EO) enthält, der wiederum über einen Hebel (HE) mit verstellbarem Drehpunkt (A) mit einer Feder (FE) verbunden ist, und daß der Druckspeicher (D) an eine Kapillare (X) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (M) aus einem korrosionsfesten Material besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Raum (NR) eine Einrichtung zum Nachfüllen und zum Ausgleich von verlorengegangener Hydraulikflüssigkeit (HY) enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung eine Verdrängungsschraube (VS) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorrichtungen mit identischen oder verschiedenen hydraulischen Kapazitäten und Widerständen hintereinandergeschaltet sind (Siebkette).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußwiderstand der Siebkette die chromatographische Trennsäule selbst ist.