DE2346382A1 - Druckstoss-daempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckstoß-Dämpfer für hydraulische Systeme.

Bei Verwendung einer Kolbenpumpe zur Förderung einer Flüssigkeit durch eine Chromatographiesäule oder andere Instrumente können starke zyklische Druckgradienten entstehen, die der Pumpenfrequenz folgen und synchrone Änderungen des Flüssigkeitsdurchsatzes erzeugen. In vielen Fällen machen es diese periodischen Druck- und Durchsatzänderungen unmöglich, mit empfindlichen Instrumenten Versuchs- oder Analysedaten zu erhalten und aufzuzeichnen. In diesen Fällen ist die Anwendung eines Dämpfungssystems zu empfehlen.

Eines der einfachsten Dämpfungssysteme besteht aus einem Bourdon-Druckmeßgerät, das in der Nähe des Pumpenauslasses angeschlossen ist. Dieses Druck-Meßgerät darf nicht gedrosselt sein, um seine Zeigerbewegung zu vermindern. Zwischen Pumpenauslaß und das von dieser gespeiste Instrument"ist ein Kapillar·

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rohr geschaltet. Dieses Rohr dient als Widerstand, durch den ein Teil der bei jedem Pumpenhub geförderten Flüssigkeit zur Speicherung in das Druckmeßgerät gedruckt wird. Während des Saughubs des Pumpenkolbens wird das im Druck-Meßgerät gespeicherte Fluid dem Fluidstrom wieder zugeführt und trägt somit zur Ausfüllung der Totzeiten des Pumpenzyklus bei. Die Wirksamkeit dieser Anordnung ist auf sehr geringe StrÖmungsdurchsätze beschränkt, da das Druck-Meßgerät nicht in der Lage ist, das Fluid in beliebiger Menge und ohne beträchtliche Druckverluste dem System wieder zuzuführen. Die meisten Druck-Meßgeräte zeigen eine Änderung von wenigstens 700 kg/cm (1000 psi) Druckerhöhung oder -verlust für nur geringe Fluidmengen. .

Die regelmäßig auftretenden Druckstöße werden während des Vorwärtshubs des Pumpenkolbens erzeugt, wenn dieser die Flüssigkeit aus dem Pumpenkopf herausdrückt. Die Druckstoßfrequenz ist abhängig von der Pumpenfrequenz. So treten bei 30 Hüben/min 30 Druckstöße/min auf. Während der restlichen 30 see (Saughub) wird der Pumpenkopf während des Rückwärtshubs des Kolbens wieder aufgefüllt. Das analoge elektrische Äquivalent dieser Druckstöße ist eine pulsierende Gleichspannung. Die Amplitude der Druckstöße ist abhängig vom Widerstand im System, den die verschiedenen Rohre, Ventile und abgedichteten Säulen darstellen. Besteht kein Strömungswiderstand, so treten auch keine Druckstöße auf. Trotzdem ändert sich aber die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Daher treten auch dann starke Strömungsänderungen ein, wenn die Pumpe gegen einen minimalen Widerstand arbeitet. Die Dämpfung erfolgt dann, wenn während der Saughubperioden des Druckzyklus eine Füllung mit Druckfluid eintritt, so daß dieses gegen den Widerstand des Systems strömen kann. Eine der besten und billigsten Dämpfungsmöglichkeiten besteht in der Verwendung eines Teils des gleichen Fluids, das während

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des vorigen Zwangs- oder Druckhubs aus der Pumpe ausgestoßen wurde. Bei dieser Methode erübrigt sich eine zweite Pumpe bzw. ein zweiter Pumpenkopf. Zusätzlich zu einem zweiten Pumpenköpf würde im System zusätzlicher toter Raum entstehen und die Leckverluste im Ventilsystem der Pumpen würden vergrößert, so daß es schwierig wäre, eine konstante Strömung bei niedrigen Strömungsdurchsätzen zu erzielen. Um einen Teil des Fluids aus dem Druck-Kolbenhub verwenden zu können, muß es unter Druck gespeichert werden, bis der nächste Saughub erfolgt. Ein sehr wichtiges Kriterium, das erfüllt sein muß, um eine wirkungsvolle Dämpfung zu erreichen, besteht darin, das gespeicherte Fluid mit dem gleichen Druck zurückzuführen, mit dem das System arbeitet. Ein· einfaches Druck-Meßgerät ist hierfür ungeeignet, da sich, während das Fluid dem System zurückgeführt wird, der Druck schnell ändert", was den am Meßgerät abzulesenden starken Druckänderungen zu entnehmen ist. Dies bezieht sich natürlich auf ein Meßgerät, das nicht zur Verringerung der ZeigerSchwankungen gedrosselt ist. Ein gedrosseltes Meßgerät zeigt nur den mittleren Druck und trägt nicht zur Dämpfung des Systems bei. Da das gedrosselte Meßgerät nicht reagiert, können im System große Druck- und Strömungsdurchsatzänderungen eintreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckstoß-Dämpfer für hydraulische Flüssigkeitssysteme mit einer Zwangsverdrängungspumpe zu schaffen. Ferner soll der Dämpfer das Fluid bei jedem Druckhub der Pumpe speichern und es bei jedem Saughub zurückführen. Der Fluiddruck soll genau steuerbar sein und es soll eine im wesentlichen konstante Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten werden.

Der erfindungsgemäße Druckstoß-Dämpfer enthält einen Balgen, der eine zylindrische Kammer im wesentlichen ausfüllt. Die Kammer ist an den Pumpenauslaß und den Einlaß eines hydraulischen Systems, beispielsweise den Einlaß der Säule

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eines chromatographischen Flüssigkeitssystems angeschlossen. Eine Druckfeder dehnt den Balgen gegen den Flüssigkeitsdruck. Der Federdruck ist mittels einer Schraube einstellbar. Die mögliche Bewegungsstrecke der Balgenfläche wird durch zwei Anschläge begrenzt.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines cnromatographischen Flüssigkeitssystems mit einem erfindungsgemäßen Druckstoß-Dämpfer;

Fig* 2 den Querschnitt eines Druckstoß-Dämpfers; und Fig. 3 Teilansichten der wesentlichen Bestandteile des bis ο Dämpfers während verschiedener Betriebszustände.

Fig. 1 zeigt ein Chromatographie-Flüssigkeitssystem mit einem Lösungsmittelbehälter 10, der über eine Pumpe 12 an ein T-Stück 14 angeschlossen ist. Der eine Zweig des T-Stücks ist mit dem Einlaß einer Chromatographie-Säule 16 verbunden. Das Auslaßende der Säule 16 ist über einen Detektor 18 an ein Auslaßrohr 20 angeschlossen. Ein weiterer Zweig des T-Stücks 14 ist mit einer Meß-Einlaß öffnung 22 und einem Druck-Meßgerät 24 des Durchflußtyps· verbunden. Die zweite öffnung des Druck-Meßgeräts 24 ist über ein Ventil 26 mit einem Druck- etoß-Dämpfer 28 verbunden. Der Druckstoß-Dämpfer ist an eine Ablaßöffnung 30 angeschlossen. :A

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Druckstoß-Dämpfers 28. Er ent- - hält ein zylindrisches Gehäuse, das eine zylindrische Feder- kammer 34 umschließt, die an einem Ende in einer erweiterten Ausnehmung 36 endet. Die Ausnehmung 36 bildet eine als oberer Grenzanschlag dienende Schulter 33. Am gleichen Ende des Ge häuses 32 ist ein zylindrischer Balgentopf 40 mittels durch einen Flansch 44 hindurchgeführter Schrauben 42 sicher be-

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festigt. Am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 32 ist eine mit einem Innengewinde versehene Führung 46 befestigt, und zwar mittels einer Befestigungsplatte 48 und Schrauben 50. Die Befestigungsplatte umschließt eine ringförmige Ausnehmung 51, die mit einem Flansch 52 der Führung 46 in Eingriff steht.

Der Balgentopf 40 am Ende des Gehäuses 32 trägt eine ringförmige Endwand 54, an der eine fluiddichte Membran 56 befestigt ist, die den Topf 40 praktisch ausfüllt und eine Bodenwand 58 aufweist, Die Bodenwand 58 ist beispielsweise mittels einer Schraube 60 an einem Zapfen 62 befestigt, der durch die öffnung in der ringförmigen Wand 54 hindurchragt. Ein auf den Zapfen 62 gesetzter Ring 64 ist in der Ausnehmung 36 angeordnet. Ein stiftförmiger Teil 66 des Zapfens ragt axial in die Federkammer 34. In der Führung 46 ist eine Einstellspindel 70 befestigt, an deren äußeren Ende ein Handgriff 70 mittels eines Paßstifte^s 72 befestigt ist. Das in der Federkammer 34 befindliche Ende der Einstellspindel 68 trägt einen Ring 74 mit einem verdickten Kopf 76 und einem Stift 78. Innerhalb der Federkammer 34 ist eine Druckfeder 80 angeordnet. Sie liegt mit einem Ende gegen den Führungskopf 76 und mit dem anderen gegen den stiftförmigen Teil 66 des Zapfens 62 an. Der Balgentopf 40 ist über eine Speiseleitung 82, die durph seine äußere Endwand hindurchführt, an das Chromatographie-System angeschlossen. Ein wesentliches Merkmal de^Erfindung besteht darin, daß die Speiseleitung 82 zum Spalt zwischen der Membran 56 und dem Balgentopf 40 stets offen ist, und zwar auch dann, wenn der Ring 64 an dem durch die Endwand 54 gebildeten Grenzanschlag

anliegt. Eine Auslaß- oder Reinigungsleitung 84 ist durch die Seite des Balgentopfes 40 mit der Ablaßöffnung 30 verbunden.

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Fig. 3 "bis 6 zeigen verschiedene Betriebszustände des Dämpfers. Gemäß Fig. 3 arbeitet der Dämpfer im "Teildämpfungsbetrieb", der insbesondere bei niedrigeren Strömungsdurchsätzen angeweidet wird, jedoch auch bei beliebigen Durchsätzen angewendet werden kann, vorausgesetzt, daß die Druckschwankungen nicht zu hoch sind. Der Handgriff 70 wird im Uhrzeigersinn verdreht, bis die Feder 80 vollständig komprimiert ist. Hierdurch wird der Ring 64 stark gegen den durch die Endwand 54 gebildeten unteren Anschlag gedrückt.

Um die Druckschwankungen möglichst gering zu machen, wird der Handgriff 70 über einen Teil der möglichen Bewegungsstrecke im Gegenuhrzeigersinn verdreht. Hierdurch wird die Federkompression vermindert und der Ring 64 löst sich während eines Teils jedes Druckimpulses vom unteren Anschlag (Fig.4), so daß die Druckstoßamplitude vermindert wird. Wird der Handgriff 70 weiter im Gegenuhrzeigersinn verdreht, so vermindert sich die Federkompression ebenfalls weiter. Der Ring 64 ist nun gemäß Fig. 5 zwischen dem oberen und unteren Anschlag beweglich. Bei dieser Einstellung nimmt der Balgen die Druckänderungen des Systems voll auf und dämpft sie somit vollständig.

Es sei angenommen, daß der· Druck im System ansteigt, wenn sich der Handgriff 70 in der in Fig. 5 gezeigten Stellung befindet. Dann steigt auch die Federkompression und der Ring 64 bewegt sich in eine neue Null-Stellung und ist zwischen neuen Grenzen beweglich (Fig.6).

Innerhalb des Rahmens der Erfindung sind verschiedenerlei Änderungen und Abwandlungen möglich.

Patentansprüche

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Claims (6)

1. PAT E-N TANSPRÜCHE

   Druckstoß-Dämpfer für hydraulische Systeme, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (32), das eine erste und eine zweite im wesentlichen zylindrische Kammer (40, 34) umschließt, die axial aufeinander ausgerichtet sind, durch einen die erste Kammer (40) im wesentlichen füllenden Balgen (56), der mit der Kammer in sämtlichen Stellungen des Balgens einen Fluidbehälter bildet, durch Fluidkanäle (82,84) zur Verbindung des Fluidbehälters mit dem hydraulischen System, durch eine in der zweiten Kammer (34) angeordnete Kompressionsfeder (80), durch Einrichtungen (62) zur Übertragung der Kraft der Feder zur Dehnung des Balgens, durch einen Grenzanschlag (38), der die Bewegungsstrecke des Balgens begrenzt, und durch Einrichtungen (70,68,76) zur selektiven Einstellung der Kompression der Feder. '
2. 2. Druckstoß-Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die selektive Einstelleinrichtung eine Stange (68) enthält, die in die zweite Kammer (34) geschraubt ist.

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3. 3. Druckstoß-Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß an der Stange (68) ein Einstellgriff (70) befestigt ist.
4. 4'. Druckstoß-Dämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftübertragungseinrichtung einen am Balgen (56) und an der Feder (80) anliegenden Zapfen (62) enthält.
5. 5. Druckstoß-Dämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne.t , daß der Grenzanschlag eine durch die zweite Kammer (34) begrenzte Ausnehmung (36) und einen Ring (64) enthält, der mit dem Zapfen (62) verbunden und zwischen den Grenzen der Ausnehmung (36) beweglich ist.
6. 6. Druckstoß-Dämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er Bestand-

   .teil eines Chromatographiesystems mit einem ersten Flüssigkeitsbehälter (10), einer Chromatographie-Säule (16) mit einem Einlaß und einem Auslaß und einer Pumpe (12) zur Förderung der Flüssigkeit aus dem Behälter in den Einlaß der Chromatographie-Säule ist.

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