DE2233320A1

DE2233320A1 - Dosierpumpe

Info

Publication number: DE2233320A1
Application number: DE2233320A
Authority: DE
Inventors: Paul Dr Sommer; Hansjoerg Tschirky
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2145289A5; SE369096B; US3869225A; GB1400601A; DD100882A5; CH541130A; NL7208182A

Description

DH. ING. Γ". WtTESTHOFF

DR. E. τ. PECH M AIV JV DH. ING. T). BEHRENS DIPI-. ING. R. GOETZ

8 M ti

1A-41 553

RAN 4090/30

F. HofFmann-La Roche & Co. Aktiengesellschaft, Basel/Schweifc

Dosierpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpe, die sich insbesondere zur Förderung' aggressiver Medien eignet. Diese Dosierpumpe weist einen Pumpenkörper auf, welcher mindestens eine Bohrung zur Aufnahme eines hin- und hergehend angetriebenen Förderkolbens besitzt, sowie mindestens eine zwangsläufig'in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung gesteuerte Saug- und Druckventilanordnung, wobei· der Kolben Über einen Kurbelmechanismus mit einem Steuerorgan verbunden ist, das bei seiner Rotation die Betatigungsorgane des Saug- und Druckventils steuert.

Derartige üosierpumpen, Vielehe im allgemeinen zur Dosierung von Flüssigkeiten im Mikroliterbereich Verwendung finden, lassen sich beispielsweise zur raschen und exakten Entnahme und üebertragung flüssiger Analysenproben und

209883/0857

223332Q

Reagenzlösungen einsetzen. Die -bestehenden Pumpen weisen jedoch den Nachteil auf, dass deren Metallteile bei der Berührung mit aggressiven Medien angegriffen werden und dass ferner Verschleppungsfehler beim Transferieren auftreten. Auch muss immer wieder festgestellt werden, dass die an den handelsüblichen Pumpen verwendeten Dichtungsmanschetten bei längerem Nichtgebrauch der Pumpe durch Verdunsten des Lösungsmittels und die dabei auftretende Kristallisation undicht werden.

Die vorliegende Erfindung behebt diese Nachteile dadurch, dass der Pumpenkörper als einteiliger Block aus chemisch inertem Material ausgebildet ist und drei in einer Ebene mündende Kanäle aufweist, welche an die Saugleitung bzw. an die Förderkolbenbohrung und an die Förderleitung angeschlossen sind, wobei die drei Kanalmündungen von einer biegsamen, chemikalienbeständigen Membran überdeckt sind, welche den Mündungsraum der drei Kanäle dicht abschliesst und · im Bereich der Mündungen des Saug- und Förderkanals durch je ein Betätigungsorgan gegen die entsprechende Kanalmündung gepresst werden kann, und mindestens das im Bereich der Saugkanalmündung angeordnete Betätigungsorgan fest mit der der Kanalmündung abgewandten Seite der Membran verbunden ist.

Der Pumpenkörper kann zweckmässigerweise als praktisch quaderförmiger Polytetrafluoräthylenblock ausgebildet und mit einem Glaskolben ausgerüstet sein.

Der Förderkolben ist vorzugsweise gegenüber der entsprechenden Bohrung des Pumpenkörpers durch eine biegsame Manschette abgedichtet, welche elastisch gegen die Kolbenfläche gepresst wird, wobei die genannte Manschette in einem flüssigkeitsdichten, mit einem Zulauf und einem Ablauf versehenen Gehäuse angeordnet ist, das eine Flüssigkeit enthält.

209883/0857

Zweckmässigerweise ist dabei die Membran aus Polytetrafluorathylen hergestellt und an ihrem Rand durch einen Aufsatz festgeklemmt ,· der im Bereich der drei Kanalmündungen eine Ausnehmung und in seiner oberen Wand zwei Bohrungen für die genannten Betätigungsorgane besitzt.

Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes·veranschaulicht.

Fig. 1 ist ein vereinfachter Vertikalschnitt einer zur Dosierung von Analysenproben und Reagenzlösungen verwendbaren Dosierpumpe und

Fig. 2 zeigt, ebenfalls im Vertikalschnitt, eine Ausfuhrungsform mit zwei Förderkolben, welche das Ansaugen einer Flüssigkeit mit nachfolgendem Äusstossen und Nachspülen mittels einer zweiten Flüssigkeit gestattet.

Die in Fig. 1 unter Verzieht auf unwesentliche Einzelheiten dargestellte Dosierpumpe weist einen Pumpenkörper 1 auf, der in Form eines quaderförmigen Blockes aus Polytetrafluorathylen (Teflon R) ausgebildet ist. Eine in diesem Block angeordnete Bohrung 2 bildet den Zylinderraum für einen gleitend in derselben gelagerten Glaskolben j5· Dei" zwischen dem Förderkolben 3 und dem Rand der Bohrung 2 bestehende Spalt wird mittels einer Manschette 4 aus Polytetrafluorathylen abgedichtet, Vielehe durch elastische O-Ringe 5 gegen die Kolbenoberfläche gedrückt wird. Eine mit der anzusaugenden und zu fördernden Flüssigkeit verbundene Saugleitung 6 setzt sich in einem den Pumpenkörper 1 durchquerenden Ansaugkanal 7 fort und mündet dann bei 8 an der oberen Begrenzungsfläche des Pumpenkörpers 1. In unmittelbarer Nähe der Austrittsstelle 8 mündet bei 9 ein zweiter Kanal 10, der seinen Ausgang vom unteren Abschnitt der Pumpenkolbenbohrung 2 nimmt. Auf gleicher Ebene mit den beiden Austrittsstellen 8 und 9 befindet sich

bei 11 eine dritte Kanalmündung, wobei der zugehörige Kanal 12 mit der Förderleitung 135 verbunden ist.

Di'e drei in einer Ebene liegenden Kanalmündungen 8, 9 und 11 werden von einer Membran l4 aus' Poly te traf luoräthylen überdeckt, deren peripherischer Randbereioh flüssigkeitsdicht durch einen Aufsatz 15 auf die Oberfläche des Pumpenkörpers 1 gepresst wird. Der Aufsatz 15* der beispielsweise aus Messing oder Acrylglas bestehen kann, besitzt in seinem unteren, der Membran 14 zugewandten Mittelbereich eine Ausfräsung 16.

Der Glaskolben j5 ist starr mit einer im Lager YJ vertikal gleitend geführten Kolbenstange 18 verbunden, an deren oberem Abschnitt das eine Ende einer Pleuelstange 19 angelenkt ist. Das gegenüberliegende Ende der Pleuelstange 19 ist drehbar mit einer Steuerscheibe 20 verbunden. Die auf der Welle 21 drehstarr befestigte und von letzterer gleichförmig angetriebenen Steuerscheibe 20 treibt somit den Kolben 3 über die Pleuelstange 19 und die Kolbenstange 18 an.

An der Oberfläche der Membran 14 ist im Bereich der Saugkanalmündung 8 eine Betätigungsstange 22 befestigt (beispielsweise angeklebt), welche ihrerseits gelenkig mit einem um eine Achse 2.J> schwenkbaren Hebel 24 verbunden ist. Durch eine Feder 25 wird eine am freien Ende.des Hebels 24 gelagerte Rolle in ständiger Berührung mit der speziell geformten Umfangsfläche der Steuerscheibe 20 gehalten.

Eine zweite Betätigungsstange 26 ragt ebenfalls durch den Aufsatz 15 in die Ausnehmung 16, wo sie oberhalb der Kanalmündung 11 lose auf der Membran aufliegt und diese - in der. gezeichneten Betriebsstellung - gegen die Kanalmündung 11 presst. Auch die Betätigungsstange 26 ist gelenkig mit einem um eine Achse 28 schwenkbaren Hebel 27 verbunden. Eine am

209883/0857

223332Q

Hebel 27 angreifende Feder 29 hält die an dem Hebel drehbar gelagerte Rolle 30 in ständiger Berührung mit der Umfangsfläche der Steuerscheibe 20..

Die beschriebene Dosierpumpe arbeitet folgendermassen:

Bei der Aufwärtsbewegung des Glaskolbens 3* welche der Rotation der Steuerscheibe 20 im Sinne des Pfeiles Jl entspricht, wird die Saugkanalmündung 8 durch die Betätigungsstange 22 offengehalten. Dadurch strömt die zu fördernde Flüssigkeit von der Saugleitung 6 durch den Saugkanal 7* die Mündungen 8 und 9 und den Kanal 10 in die Bohrung 2 des Pumpenkörpers. Sobald der Glaskolben 3 seinen oberen Totpunkt erreicht hat, stösst die Steuerkante 20a der Steuerscheibe 20 auf die Führungsrolle 30 und hebt die Stange 26 etwas an, wobei sich die Kanalmündung 9 öffnet, während die Führungsrolle 26 auf der Steuerkante 20b abrollt und dabei die Stange 22 etwas nach unten presst, so dass die Saugkanalmündung 8 verschlossen wird. Beim nun folgenden Abwärtshub des Kolbens 3 wird die in der Bohrung 2 enthaltene Flüssigkeit durch den abwärtsgleitenden Kolben aus dieser verdrängt und über den Kanal 10, die Kanalmündungen 9 und 11 sowie den Kanal 12 der Förderleitung 13 zugeführt.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass während des gesamten Pumpvorganges die zu fördernde Flüssigkeit ausschliesslich mit chemikalienbeständigem Material, d.h. Glas ■ und Polytetrafluoräthyien in Berührung kommt. Die beschriebene Dosierpumpe ist somit absolut korrosionsfrei und besitzt eine ausserordentliche geringe Störanfälligkeit.

Je nach der Zusammensetzung der zu fördernden Lösung könnte im Bereich der Dichtmanschette k an der benetzten Oberfläche des Kolbens eine Verdunstung des Lösungsmittels

209883/0857

223332Q

sowie eine ungewünschte Kristallisation stattfinden. Um dies zu vermeiden, ist die Dichtmanschette 4 von einem Gehäuse 32 umgeben, das mittels eines O-Ringes gegen den auf- und abbewegten Glaskolben 3 abgedichtet ist. Innerhalb des Gehäuses 32 befindet sich eine gewisse Menge Wasser. Das Gehäuse 32 ist mit zwei Leitungsanschlüssen, einem Zufluss 33 und einem Abfluss 34, versehen, so dass die Flüssigkeitsfüllung des Gehäuses je nach Bedarf von Zeit zu Zeit ersetzt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine starke Verdünnung der Lösung und die unerwünschte Kristallisation wird an den empfindlichen Gleitstellen des Kolbens verhindert.

Eine Variante der beschriebenen Dosierpumpe ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Für die gleichbleibenden Teile sind auch hier die in Fig. I gewählten Bezugszeichen, verwendet. Grundsätzlich unterscheidet sich die. Wirkungsweise dieser Pumpe nicht von der bereits beschriebenen Bauart, so dass alles bezüglich Fig. 1 Gesagte auch für die Ausführungsform nach Fig. 2 gilt. Dagegen weist die in Fig. 2 gezeigte Pumpe einen im Pumpenkörper 1 gelagerten zweiten Kolben 35 auf, der über eine im Lager 36 vertikal geführte Kolbenstange 37 und eine Pleuelstange 38 mit einer Kurbelscheibe 39 gekoppelt ist. \

Der Förderkanal 12 mündet in die Bohrung 40, während ein von derselben ausgehender Förderkanal 4l in einen spiralförmigen Schlauch 42 übergeht.

Diese Doppelkolbenpumpe ist für den Fall vorgesehen, dass zunächst eine erste Flüssigkeit angesaugt und befördert werden und anschliessend die entsprechende Leitung zwecks Vermeidung von Verschieppungsfehlern mit einer zweiten Flüssigkeit nachgespült werden soll. Zu diesem Zwecke wird die Förderleitung 6 an eine Spülmittelquelle angeschlossen,

209883/0857

■ - 7 -

während die Pipettierspitze 42a des Spiralschlauches 42 in die Flüssigkeitsprobe eintaucht. Beim Aufwärtsgang des Kolbens 55 wird eine gewisse Probemenge in die Pipettierspitze 22a eingezogen, während der Kolben j5 gleichzeitig Spülmittel in die Bohrung 2 ansaugt. Beim Abwärtsgang der beiden Kolben wird zunächst die Probe aus dem Spiralschlauch ausgestossen, worauf der Spiralschlauch einschliesslich der Pipettierspitze mit dem nachströmenden. Spülmittel ausgewaschen wird.

Die den Kolben J5 abdichtende Manschette 4 kann zusammen mit der Membran 14 in Form eines einzigen Teiles ausgebildet sein.

209883/0857

Claims

Patentansprüche

/lJ Dosierpumpe, insbesondere zur Förderung aggressiver Medien, mit einem Pumpenkörper (l), welcher mindestens eine Bohrung (2) zur Aufnahme eines hin- und hergehend angetriebenen Förderkolbens (3) sowie mindestens eine zwangsläufig in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung gesteuerte Saug- und Druckventllanordnung (l4/l5/l6) aufweist, wobei der Kolben (j5) über einen Uebertragungsmeciianismus (18, 19) mit einem Steuerorgan (20) verbunden ist, das bei seiner Rotation die Betätigungsorgane (22, 26) des Saug- und Druckventils (l4, 15, 16) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) als einteiliger Block aus chemisch inertem Material ausgebildet ist und drei in einer Ebene mündende Kanäle (7> 10, 12) aufweist, welche an die Saugleitung (6) bzw. an die Förderkolbenbohrung (2) und an die Förderleitungen (IJ) angeschlossen sind, wobei die drei Kanalmündungen (8, 9, 11) von einer biegsamen, chemikalienbeständigen Membran (l4) überdeckt sind, welche den Mündungsraurn (16) der drei Kanäle (J, 10, 12) dicht abschliesst und im Bereich der Mündungen (8, 11) des Saug- und Förderkanales (7* 12) durch je ein Betätigungsorgan (22, 26) gegen die entsprechende Kanalmündung (8, 11) gepresst werden kann, und mindestens das im Bereich der Saugkanalmündung (8) angeordnete Betätigungsorgan (22) fest mit der der Kanalmündung (8) abgewandten Fläche der Membran (l4) verbunden ist.

2. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (1) als praktisch quaderförmiger PoIytetrafluoräthylenblock ausgebildet und mit Glaskolben (^) ausgerüstet ist.

J>, Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsorgane der Membran (l4) als Gelenkhebel (22/23, 26/27) ausgebildet sind, welche durch

209883^0857

223332Q

Federkraft in Wirkungsverbindung mit der Umfangsfläche einer Steuerscheibe (20) gehalten sind.

4. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pörderkolben (3) gegenüber der entsprechenden Bohrung (2) des Punipenkörpers (I) durch eine biegsame Manschette (4) abgedichtet ist, welche elastisch gegen die Kolbenfläche gepresst wird und dass die genannte Manschette (4) in einem flüssigkeitsdichten, mit einem Zulauf und einem Ablauf versehenen und mit einer Flüssigkeit gefüllten Gehäuse (32) angeordnet ist.

5. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ■gekennzeichnet, dass die Membran (14) aus Polytetrafluoräthylen besteht und an ihrem Rand durch einen Aufsatz (15) auf dem Pumpenkörper (1) festgeklemmt ist, wobei der Aufsatz im Bereich der drei Kanalmündungen (8, 9» H) eine Ausnehmung (l6) und in seiner oberen Wand zwei Bohrungen für die genannten Betatigungsorgane (22, 26). besitzt.

6. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 4 und 5* dadurch gekennzeichnet, dass die den Kolben (3) abdichtende Manschette(4) mit der Membran (14) ein einziges Teil bildet.

7. Dosierpumpe mach.Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pumpenkörper (l) zwei Kolben (3, 35) angeordnet sind und die Förderleitung (12) von der im Bereich der Membran (l4) liegenden Mündung (11) aus über die Bohrung (l4) des zweiten Förderkolbens (35) zu einem spiralförmigen Proben-Aufnahme rohr (42) führt.

20988 3/0857