DE2508572C3

DE2508572C3 - Pumpvorrichtung und Verfahren zum Fördern einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2508572C3
Application number: DE2508572A
Authority: DE
Inventors: Dean M. Norcross Ball; Ronnie W. Duluth Camp; Warren P. Lawrenceville Hendrix; Clyde Dunwoody Orr Jun.
Original assignee: Micromeritics Instrument Corp
Current assignee: Micromeritics Instrument Corp
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1979-03-15
Also published as: US3932067A; DE2508572A1; DE2559481A1; CA1027826A; DE2559484A1; GB1505521A; DE2559485A1; JPS50119304A; FR2280900A1; DE2508572B2; GB1505522A; DE2559482A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpvorrichtung zum Fördern einer unter Druck stehenden Flüssigkeit mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit in einem Flüssigkeitschromatographie-System, mit ersten und zweiten Pumpen, die wiederholt eine bestimmte Menge einer Ausgangsflüssigkeit einem Chromatographiegerät zuführen, und mit einer Ablaufsteueranordnung, die den Betrieb der Pumpen steuert, sowie auf ein Verfahren zum Fördern einer Flüssigkeit.

Aus der US-PS 33 98 689 ist bereits eine solche Pumpvorrichtung bekannt. Bei dieser Pumpvorrichtung sind zwei Pumpen vorgesehen, die jeweils von einem eigenen Elektromotor so angetrit jen werden, daß bei maximaler Drehzahl der einen Pumpe die jeweils andere Pumpe stillsteht, wobei in den Zwischenbereichen zwischen diesen Grenzzuständen die Drehzahl einer Pumpe linear zunimmt während die Drehzahl der anderen Pumpe linear abnimmt Dies führt theoretisch dazu, daß die Summe der Fördermengen der beiden Pumpen konstant bleibt

Im Bereich der Grenzzustände treten jedoch in der Praxis Abweichungen auf, die sich daraus ergeben können, daß die langsam laufende Pumpe bereits zum Stillstand kommt während die andere Pumpe noch nicht ihre maximale Drehzahl erreicht hat oder auch noch weiterläuft während die andere Pumpe bereits mit maximaler Drehzahl arbeitet Dies führt zwangsläufig zu Druckschwankungen der von der Pumpe geförderten Ausgangsflüssigkeit und damit zu unerwünschten Strömungsverhältnissen in der von der Pumpvorrichtung gespeisten Chromatographiesäule.

Mit Hilfe der Erfindung sollen eine Pumpvorrichtung und ein Verfahren für die Verwendung in der Flüssigkeitschromatographie derart ausgestaltet werden, daß die unter Druck stehende Ausgangsflüssigkeit stets mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit frei von Druckstößen für eine unbegrenzte Zeitdauer gefördert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine hydraulische Pumpe zur Abgabe einer Arbeitsflüssigkeit mit konstanter Geschwindigkeit oder mit konstantem Druck an die Pumpen, eine Strömungssteuervorrichtung, die an die Arbeitsflüssigkeitsquelle angeschlossen ist und in auswählbarer Weise die Arbeitsflüssigkeit entweder der ersten Pumpe oder der zweiten Pumpe einzeln oder beiden Pumpen gemeinsam zuführt, einen Druckfühler zur Erzeugung eines Drucksignals in Abhängigkeit vom Druck der dem Chromatographiegerät zugeführten Ausgangsflüssigkeit und eine Ausbildung der Ablaufsteueranordnung, derart, daß sie die hydraulische Pumpe und die Strömungsvorrichtung so steuert, daß die Arbeitsflüssigkeit mit der konstanten Strömungsgeschwindigkeit der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe abwechselnd zugeführt wird, und daß die Strömungssteuervorrichtung die Umschaltung der Arbeitsflüssigkeitszufuhr zwischen den beiden Pumpen so vornimmt, daß ein Übergang von einer Arbeitsflüssigkeitszufuhr mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit zu einer Arbeitsflüssigkeitszufuhr mit einem vom Druckfühler während des vorangehenden Pumpbetriebs mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit bestimmten konstanten Druck erfolgt, während der Betrieb der zweiten Pumpe eingeleitet und der Betrieb der ersten Pumpe im Verlauf der Förderung mit konstantem Druck beendet wird.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung fördert zunächst eine der Pumpen die Ausgangsflüssigkeit mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit, und kurz vor Beendigung der Förderung durch die erste Pumpe beginnt auch die zweite Pumpe mit der Förderung der Ausgangsflüssigkeit. Dabei ist jedoch von entscheidender Bedeutung, daß beim Übergang von der Förderung durch eine der Pumpen auf die kurzzeitige Förderung durch beide Pumpen von der Strömungssteuervorrichtung eine solche Umschaltung vorgenommen wird, daß eine Förderung mit konstantem D.-jck erzielt wird, der vom gemessenen Druck der Ausgangsflüssigkeit bestimmt wird, der sich bei der vorangehenden Förderung durch nur eine Pumpe eingestellt hatte. Den beiden Pumpen wird also die Arbeitsflüssigkeit während der Übergangsperiode, in

der beide Pumpen in Betrieb sind, mit konstantem Druck zugeführt. Die Ablaufsteueranordnung sorgt auf Grund ihrer speziellen Ausgestaltung dafür, daß in der Übergangsphase von einer Pumpe auf die andere Pumpe im Arbeitsfiüssigkeitskreis gerade diejenigen Verhältnisse eingestellt werden, die für einen druckimfuisfreien Übergang eriorderlich sind, nämlich, daß eine Förderung der Arbeitsflüssigkeit mit konstantem Druck erfolgt. Bei einer Förderung der Arbeitsflüssigkeit mit konstantem Druck kann ohne weiteres die zweite Pumpe der ersten parallel geschaltet werden, ohne daß dadurch irgendwelche Druckstöße im Arbeitsflüssigkeitskreis auftreten; auch im Kreis der Ausgangsflüssigkeit treten daher zwangsläufig keine Druckstöße auf. Nach der kurzen Übergangsperiode, in deren Verlauf ein Arbeiten mit konstantem Druck erfolgt, bewirkt die Ablaufsteueranordnung dann wieder ein Arbeiten mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit, da dies die Betriebsart ist, die in der Chromatographiesäule vorliegen muß. Da angenommen werden kann, daß in der kurzzeitigen Übergangsperiode, in der mit konstantem Druck gearbeitet wird, keine Änderung des Strömungswiderstandes im Ausgangsflüssigkeitskreis eintritt, bleibt a-jch in der Übergangsphase, in der beide Pumpen Ausgangsflüssigkeit fördern, die konstante Strömungsgeschwindigkeit in der Chromatographiesäule erhalten.

Auch aus der US-PS 33 31 329 ist eine Pumpvorrichtung bekannt die eine Ausgangsflüssigkeit mit einer von der Strömungsgeschwindigkeit einer Arbeitsflüssigkeit abhängigen Strömungsgeschwindigkeit fördern kann. Dabei ist eine hydraulische Pumpe zur Abgabe der Arbeitsflüssigkeit an beide Pumpen vorgesehen, und an die Arbeitsflüssigkeitsquelle ist eine Strömungsvorrichtung angeschlossen, die das wahlweise Zuführen der Arbeitsflüssigkeit zur ersten oder zur zweiten Pumpe oder zu beiden Pumpen gemeinsam ermöglicht. Die beiden Pumpen werden dabei im Verlauf ihres abwechselnden Betriebs in der Übergangsphase von einer Pumpe auf die andere kurzzeitig parallel geschaltet, was den Zweck haben soll, Druckstöße in der Ausgangsflüssigkeit zu vermeiden. Die Kolben in den Pumpen werden dabei so bewegt, daß die Summe der Kolbengeschwindigkeiten konstant bleibt. Eine absolut konstante Strömungsgeschwindigkeit kann bei dieser bekannten Pumpvorrichtung jedoch nicht erreicht werden, da auf Grund der Kompressibilität der beteiligten Strömungsmittel und der Elastizität des Materials, aus dem die Pumpen und insbesondere die Verbindungsleitungen hergestellt sind, zwangsläufig ungleichmäßige Strömungsverhältnisse auftreten. Mit dieser Betriebsweise arbeitet die bekannte Pumpvorrichtung in der Flüssigkeitschromatographie wegen dieser Ungleichmäßigkeiten nicht zufriedenstellend.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Das Verfahren zum Fördern einer im wesentlichen pulsfreien Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitschromatographen ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet daß ein Anfangsteil einer ersten Flüssigkeitsmenge dem Chromatographen mit vorgewählter konstanter Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird, daß der Druck festgestellt wird, mit dem die erste Flüssigkeitsmenge dem Chromatographen zugeführt wird, daß dem Chromatographen dann der Restteil der ersten Flüssigkeitsmenge mit einem von dem festgestellten Druck abhängigen konstanten Druck zugeführt wird.

daß dann mit der Abgabe einer zweiten Flüssigkeitsmenge mit dem konstanten Druck während der Abgabe des Restieils der ersten Flüssigkeilsmenge begonnen wird und daß anschließend ein Restteil der zweiten Flüssigkeitsmenge mit der ausgewählten konstanten Strömungsgeschwindigkeit geliefert wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitschromatographie-Systems, bei dem die Pumpvorrichtung angewendet werden kann,

F i g. 2 eine Darstellung von Einzelheiten der Pumpvorrichtung,
F i g. 3 ein schematisches Schaltbild zur Steuerung des Betriebs der in Γ i g. 2 dargestellten Pumpvorrichtung,

F i g. 4 ein Priiizipschaltbild einer Ablaufsteueranordnung für die Pumpvorrichtung,

F i g. 5 Diagramme zur Veranschaulichung der Ar- _ beitsweise der Pumpvorrichtung,

:o Fig.6 ein Ausführungsbeispiel einer Unterbrecherschaltung zur Verwendung in der Ablaufsteueranordnung nach F i g. 4 und

F i g. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs von Signalen, wie sie während des Betriebs der Unterbrecherschaltung von F i g. 6 auftreten.

Die zu beschreibende Pumpvorrichtung 17 ist in F i g. 1 im Zusammenhang mit einem Flüssigkeitschromatographie-System dargestellt Das Flüssigkeitschromatographie-System enthält eine Chromatographiesäule IS, die in einem eine Ausgangsflüssigkeitsquelle 16 aufweisenden Flüssigkeits-Durchflußkreis liegt, so daß ihr ein geeignetes Lösungsmittel als Ausgangsflüssigkeit zugeführt werden kann, die Pumpvorrichtung 17, die noch eingehender beschrieben werden wird, ein Probeneinführungs-Absperrorgan 18 und eine geeignete Detektoreinrichtung 19, wie sie üblicherweise bei der Flüssigkeitschromatographie verwendet wird. Das Probeneinführungs-Absperrorgan 18 ist über die Leitung 20 mit einer geeigneten Probenquelle 21 und über eine Leitung 22 entweder mit einem zur Atmosphäre hin offenen Ablaß oder mit einer Absauganordnung verbunden. Die inneren Durchflußwege des Probeneinführungs-Absperrorgans 18 ergeben einen Flüssigkeits-Durchflußkreis für den Chromatographen, der von der Pumpvorrichtung 17 über die Leitung 23 durch das Absperrorgan 18 und weiter über die Leitung 24 und die Absperrorgane 25a, 25b zur Säule 15 führt.

Wie in F i g. 2 dargestellt ist enthält die Pumpvorrichtung 17 einen Hochdruck-Auslaßteil, der eine im wesentlichen druckstoßfreie und kontinuierliche Ausgangsflüssigkeitsströmung liefert, sowie einen Niederdruck-Einlaßteil, der einen gesteuerten hydraulischen Druck dazu ausnutzt den Auslaßteil der Pumpvorrichtung zu betreiben. Der Auslaßteil enthält eine erste, als Druckverstärker wirkende Pumpe 31 und eine zweite, ebenfalls als Druckverstärker wirkende Pumpe 32, die in der gleichen Weise wie die erste Pumpe aufgebaut sein kann. Jede der beiden Pumpen besitzt — wie beispielsweise in Zusammenhang mit der ersten Pumpe 31 beschrieben wird — einen Eingangskolben 33, der sich im Eingangszylinder 34 hin- und herbewegen kann, und so angeschlossen ist daß er auf einen, im Ausgangszylinder 36 angeordneten Ausgangskolben 35 eine Hin- und Herbewegung überträgt Die miteinander verbundenen Eingangs- und Ausgangskolben 33 bzw. 35 sind durch geeignete Vorspanneinrichtungen, beispielsweise durch die Feder 37, normalerweise in der in F i g. 2 dargestellten Stellung gehalten, in der das Flüssigkeits-

Aufnahmevolumen des Ausgangszylinders 36 am größten ist. Die Kolben jeder Pumpe können mit einem Anzeigeglied 38 versehen w?rden, das für die Hi:v und Herbewegung durch eine öffnung in der Seitenwand 39 des Ausgangszylinders nach außen ragt.

Der Ausgangszylinder 36 der der ersten Pumpe 31 ist über eine Leitung 44a mit der Verbindungsstelle von zwei Hinwegventilen 45a, 46a verbunden. In entsprechender Weise ist der Ausgangszylinder der zweiten Pumpe 32 über die Leitung 44b mit der Verbindungsstelle von zwei weiteren Einwegventilen 456, 46b verbunden. Jedes dieser Einwegventile 45a, 45b, 46a und 46b gestattet einen Durchfluß nur in der Richtung, die durch die seitlich an den Ventilsymbolen angezeichne- !en Pfeile dargestellt ist, während in die entgegengesetzte Richtung kein Durchfluß möglich ist. Die Eingangsseite jedes der Einwegventile 46a und 466 steht mit dem Behälter 16 in Verbindung und erhält von dort Ausgangsflüssigkeit zugeführt, und die Ausgangsseiten der Einwegventile 45a, 456 stehen in Parallelverbindung und leiten die gepumpte Ausgangsflüssigkeit über die Leitung 23 an das Proben-Absperrorgan 18.

Der Niederdruck-Eingangsteil der Pumpvorrichtung 17 weist eine Quelle hydraulischer Druckflüssigkeit auf, beispielsweise eine hydraulische Verdrängerpumpe 50 oder dergleichen. Beispielsweise kann eine übliche Zahnradpumpe oder irgendeine andere Pumpe verwendet werden, die derart arbeitet, daß sie ein Flüssigkeitsvolumen mit einer von der Eingangsgeschwindigkeit der Pumpe abhängigen Strömungsmenge liefert. Der Fachman weiß, daß die Viskosität typischer hydraulischer Druckflüssigkeiten es ermöglicht, daß solche hydraulischen Flüssigkeiten mit üblichen kontinuierlich arbeitenden hydraulischen Pumpen, beispielsweise mit Zahnradpumpen od. dgl, mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit (d. h. konstanter Durchflußmenge pro Zeiteinheit) gepumpt werden können. Solche üblichen kontinuierlich arbeitenden Pumpen können dagegen Flüssigkeiten mit relativ niederer Viskosität, wie sie für Ausgangsflüssigkeiten bei der Chromatographie verwendet werden, nicht mit dem Druck und mit dem Maß an stabilen Betriebsverhältnissen und Bedingungen pumpen, wie dies bei der Flüssigkeitschromatographie erforderlich ist.

Die hydraulische Pumpe 50 und ein Tachometer 52 werden von einem Motor 51 angetrieben. Da die hydraulische Pumpe 50 der dargestellten Ausführungsform bei jeder Umdrehung der Pumpen-Antriebswelle ein bestimmtes Volumen der hydraulischen Flüssigkeit pumpt, kann das Volumen der Flüssigkeit, die durch die hydraulische Pumpe gefördert wird, durch Zählen der Wellenumdrehungen bestimmt werden. Die Umdrehungen der Antriebswelle werden durch eine geeignete Einrichtung, beispielsweise durch eine auf der Welle befindliche, mit Löchern oder Einkerbungen versehene Scheibe 53 festgestellt Eine Lichtquelle 54 und ein Lichtfühler 55 sind bezüglich der Scheibe 53 so angeordnet, daß ein Lichtstrahl von der Lichtquelle 54 auf den Lichtfühler 55 nur dann auftrifft, wenn das Loch oder die Einkerbung 56 in der Scheibe 54 den Strahl durchläßt Der Lichtfühler 55 liefert daher bei jeder Umdrehung der Antriebsweile der hydraulischen Pumpe 50 einen bestimmten Signalzustand des Ausgangssignals.

Der Ausgang der hydraulischen Pumpe 50 ist mit einem sich verzweigenden Leitungspaar 60a und 60b verbunden, wobei in jeder Zweigleitung jeweils ein Einweg-Absperrorgan 61a und 6ib enthalten ist Die Zweigleitung 60a ist mit einem Zweiweg-Absperrorgan A des Typs verbunden, der entweder in eine Durchlaßoder in eine Sperrstellung schaltbar ist. Die weiter unten noch beschriebenen Absperrorgane A, B, C und D können spulengesteuert sein; sie sind in Fig.2 im ausgeschalteten oder nicht erregten Zustand dargestellt, wobei das Absperrorgan geschlossen ist und den Flüssigkeitsdurchfluß sperrt.
Das Absperrorgan A ist über eine Leitung 62a mit

ίο dem Eingangszylinder 34 der ersten Pumpe 31 verbunden. Die Zweigleitung 6Qb ist in entsprechender Weise mit dem normalerweise geschlossenen Absperrorgan C verbunden, das über die Leitung 62b mit dem (in der Zeichnung nicht mit Bezugszeichen versehenen) EingaPigszyünder der zweiten Pumpe 32 verbunden ist.

Zwischen der Ausgangs- und Eingangsleitung der hydraulischen Pumpe 50 ist ein Überdruckventil 65 angebracht. Das Überdruckventil 65 ist so eingestellt, daß es sich öffnet, wenn der hydraulische Druck einen vorgegebenen Betrag, der über dem Normalbereich des hydraulischen Betriebsdrucks liegt, übersteigt, so daß die hydraulische Flüssigkeit direkt von der Ausgangszur Eingangsleitung der hydraulischen Pumpe 50 umgeleitet wird und auf diese Weise der übrige hydraulische Kreis umgangen wird. Weiter unten wird der Zweck und die Funktion des Überdruckventils 65 im einzelnen erläutert.

Der Ausgang der hydraulischen Pumpe 50 ist über die Leitung 216 mit einer Druckglättungseinrichtung 215 verbunden. Die Druckglättungseinrichtung 215 weist einen mit einem Druckspeicher 218 in Reihe verbundenen Durchlaß 217 mit verringerter Durchflußmöglichkeit und ein Einwegventil 219 auf, das dem Durchlaß 217 und dem Druckspeicher parallel liegt. Das Einwegventil 219 ermöglicht eine im wesentlichen uneingeschränkte Flüssigkeitsströmung in der durch den nebengezeichneten Pfeil angedeuteten Richtung und verhindert, daß die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durch das Ventil fließt. Wenn die hydraulische Pumpe zu arbeiten

■»ο beginnt, so fließt die unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit mit relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 216 und durch den Durchlaß 217 und füllt den Druckspeicher 218. Der Flüssigkeitsstrom durch den Durchlaß 217 hält an, bis eine genügend große Menge an Arbeitsflüssigkeit im Druckspeicher 218 ist, um den Druck in der Leitung 216 auszugleichen. Wenn sich danach der Druck der Arbeitsflüssigkeit in der Auslaßleitung der hydraulischen Pumpe 50 verringert, so führt dies dazu, daß die Arbeitsflüssigkeit vom Druckspeicher 218 über das Einwegventil 219 und die Leitung 216 gedrückt wird, und zwar mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die in bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit durch den Durchlaß 217 nicht beschränkt ist, so daß die Druckglättungseinrich-

"" tung 215 dem Niederdruck-Eingangsteil der Pumpvorrichtung unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit zuleitet um Druckstörungen und -Schwankungen zu glätten, auszugleichen oder zu verringern, die anderenfalls die momentane Flüssigkeits-Förderkapazität der hydraulischen Pumpe 50 übersteigen würde.

Die soweit beschriebene hydraulische Pumpvorrichtung führt den Pumpen 31 und 32 wahlweise hydraulische Arbeitsflüssigkeit zu. Die Rück- oder Abflußleitungen, durch die hydraulische Arbeitsflüssigkeit von den Pumpen abfließen kann, enthalten die Absperrorgane B und D, wobei die Rückführleitung 63 zum Behälter 64 führt, der seinerseits mit dem Flüssigkeitseingang der hydraulischen Pumpe 50 ver-

bunden ist. Die Absperrorgane B und D sind aus dem nachfolgend beschriebenen Grund mit einer Auslöseschaltung 66 verbunden.

Wenn das Absperrorgan A offen ist, strömt die Flüssigkeit von der hydraulischen Pumpe 50 zum Eingangszylinder der ersten Pumpe 31. Eine im Ausgangszylinder 36 der ersten Pumpe enthaltene Ausgangsflüssigkeit wird vom Ausgangskolben 35 verdrängt und fließt über die Leitung 44a und das Einwegventil 35a in die Leitung 23. In entsprechender Weise arbeitet nach öffnen des Absperrorgans C die zweite Pumpe 32 und drückt Ausgangsflüssigkeit durch die Leitung und das Einwegventil A5b in die Leitung 23. Die Kolben bewegen sich in beiden Pumpen weiter nach rechts (die Richtungsangabe bezieht sich auf F i g. 2), entweder bis sie ihr Hubende erreichen oder bis die entsprechenden Absperrorgane A oder C geschlossen werden. Danach strömt die Arbeitsflüssigkeit auf Grund des wahlweisen öffnens der Absperrorgane B bzw. D aus den entsprechenden Eingangszylindern, so daß die Kolben sich auf Grund der Feder 37 nach links bewegt und die hydraulische Arbeitsflüssigkeit aus dem Eingangszylinder verdrängt und durch die Rückflußleitung 63 in den Behälter 64 drückt. Die zuvor beschriebenen Pump- und Rücklauf-Vorgänge in den Pumpen 31 und 32 treten in einer bestimmten Reihenfolge auf, wie dies im weiteren noch erklärt wird.

Wenn eier Kolben der ersten Pumpe 31 durch die Feder 37 nach links bewegt wird, wird neue Ausgangsflüssigkeit aus der Quelle 16 durch das Einweg-Ventil 46a in den Ausgangszylinder 36 gezogen. Der Ausgangszylinder der zweiten Pumpe 32 wird in entsprechender Weise über das Einwegventil 466 mit Ausgangsflüssigkeit gefüllt. Während des Arbeitsablaufes der Pumpvorrichtung für die Ausgangsflüssigkeit wird die Ausgangsflüssigkeit während eines Teils jedes Gesamt-Arbeitszyklus mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit gefördert, und sie wird während eines anderen Teils des Arbeitszyklus mit konstantem Druck gefördert. Die hydraulische Pumpe 50 wird mit einer Steuerschaltung gemäß F i g. 3 wahlweise so betrieben, daß sie einen Fluß der Ausgangsflüssigkeit entweder mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit oder mit konstantem Druck liefert Über einen Leistungsverstärker 68 wird dem Pumpen-Antriebsmotor 51 eine Betriebsspannung zugeführt, und der Tachometer 52 wird von der Antriebswelle der hydraulischen Pumpe 50 angetrieben und liefert ein Ausgangssignal, das von der Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors bzw. der hydraulischen Pumpe abhängt Das Tachometer-Ausgangssignal wird als Eingangssignal einem Differenzverstärker 69 zugeführt Dem Differenzverstärker 69 wird weiterhin ein Eingangssignal 70 zugeführt, das wahlweise einstellbar ist, damit es einer gewünschten vorgegebenen konstanten Strömungsgeschwindigkeit der Ausgangsflüssigkeit entspricht Das Ausgangssignal vom Differenzverstärker 69 liegt über die Leitung 71 an einem Kontakt des Schalters 72 an. Der Wählschalter 78a und 78/j für konstanten Druck bzw. konstante Durchflußgeschwindigkeit befindet sich, wie in F i g. 3 dargestellt, angenommenermaßen in der Stellung »Strömung«, so daß in diesem Falle eine Arbeitsweise mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit gewählt ist

Der Druck der in die Leitung 23 gepumpten Ausgangsflüssigkeit wird von einem Druckwandler 73 gemessen, und das druckabhängige Ausgangssignal des Wandlers 73 wird im Verstärker 74 verstärkt und dem Schalter 75 zugeführt Die Schalter 72 und 75 sind aneinandergekoppelt und werden vom Schalterauslöser gleichzeitig geschaltet. Wenn beide Schalter 72 und 75 vom Auslöser 76 in die untere Schaltstellung (also gerade in die der in der Figur dargestellten Schaltstel lung entgegengesetzte Lage) geschaltet werden, wird das verstärkte Signal vom Druckwandler 73 an einen Kondensator 77 gelegt, so daß sich dieser auflädt. Zur gleichen Zeit wird das Ausgangssignal vom Differenzverstärker 69 über die Leitung 71 und über den Schalter

ίο 72 als Eingangs-Regelsignal dem Leistungsverstärker 68 zugeführt.

Befinden sich die Schalter 72 und 75 in der zuvor genannten unteren Stellung, so unterliegt der Motor 51 der hydraulischen Pumpe 50 dem Einfluß eines

is Rückkopplungskreises, der die Drehgeschwindigkeit der hydraulischen Pumpe 50 auf einer konstanten Geschwindigkeit hält, die durch das am Eingang des Differenzverstärkers 69 anliegende Signal 70 festgelegt wird. Da die hydraulische Pumpe 50 die Arbeitsflüssig keit mit einer Strömungsgeschwindigkeit pumpt, die durch die Eingangsdrehgeschwindigkeit festgelegt ist wird die konstante Strömung der Arbeitsflüssigkeit natürlich nur an eine der Pumpen 31 und 32 geführt, und der mit dem Rückkopplungskreis auf einer konstanten Geschwindigkeit gehaltene Antrieb der hydraulischen Pumpe 50 bewirkt eine konstante Strömungsgeschwindigkeit der hydraulischen Arbeitsflüssigkeit zu einer der Pumpen 31 und 32, damit die Ausgangsflüssigkeit mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 23 gepumpt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit von der voreingestellten Geschwindigkeit des Motors 51 abhängt Der in der Leitung 23 während des geschwindigkeitskonstanten Strömens der Ausgangsflüssigkeit auftretende Druck wird vom Druckwandler 73 gemessen und das sich daraus ergebende, verstärkte Drucksignal wird dem Kondensator 77 zugeführt, der sich auf einen vom gemessenen Druck in der Leitung 23 abhängenden Wert auflädt Wenn die Schalter 72 und 75 vom Schalterauslöser 76 in die in Fig.3 dargestellte obere Schalterstellung geschaltet werden, wird das an der Leitung 71 liegende, tachometerabhängige Signal vom Eingang des Leistungsverstärkers 68 abgeschaltet; der Eingang des Leistungsverstärkers 68 steht dann mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 80 in Verbindung. Ein Eingang des Differenzverstärkers 80 ist über den Trennverstärker 81 mit dem Kondensator 77 verbunden, während der andere Eingang des Differenzverstärkers 80 das verstärkte Signal vom Druckwandler 73 zugeführt

so bekommt.

Sind die Schalter 72 und 75 in die vorgenannte obere Stellung geschaltet wird dem Leistungsverstärker 68 ein Retriebs-Regelsignal zugeführt das während des Betriebs der Pumpvorrichtung mit konstanter Strö mungsgeschwindigkeit von der druckabhängigen La dung abhängt, die zuvor am Kondensator 77 auftrat und der Motor 51 wird daher so geregelt daß er die hydraulische Pumpe 50 so antreibt, daß diese eine Flüssigkeitsmenge fördert die ausreicht den Druck der Ausgangsflüssigkeit in der Leitung 23 auf einem zuvor während der Betriebsweise mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit gemessenen Druck zu halten. Gleichzeitig gelangt das Drucksignal vom Wandler 73 über die Leitung 82 an den Differenzverstärker 80; an diesen Differenzverstärker gelangt also druckabhängiges Rückkoppelsignal. Dies führt dazu, daß der Leistungsverstärker 68 den Motor 51 so betreibt daß der Druck der Ausgangsflüssigkeit auf dem zuvor während des

Betriebs des Pumpensystems mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit aufgebauten Druck gehalten wird.

Der Trennverstärker 81 besitzt eine genügend hohe Eingangsimpedanz, damit der Kondensator 77 während der gewünschten Zeitperiode für den Betrieb bei konstantem Druck nicht wesentlich entladen wird. Dies wird im weiteren noch beschrieben. Bei einer praktischen Ausführungsform der Pumpvorrichtung wu.de ein Trennverstärker 81 verwendet, der die Ladung des Kondensators 77 über eine Zeildauer von 5 Minuten hinweg nur um 1% abnehmen ließ.

Ein Betrieb mit andauerndem konstanten Ausgangsflüssigkeitsdruck wird erhalten, wenn die Wählschalter 78a und 786 in die »P«-Stellung gebracht werden. Dadurch wird der Schalterauslöser 76 außer Funktion gesetzt, und die Schalter 72 und 75 bleiben in der in der Zeichnung dargestellten oberen Schalterstellung. Der Verstärker 80 erhält nun ein Eingangssignal vom Druckeinstell-Potentiometer 79 gemäß einem gewünschten Druck für die Ausgangsflüssigkeit zugeführt, und über die Leitung 82 wird dem anderer. Eingang des Verstärkers 80 ein Eingangssignal zugeleitet, das dem vom Druckwandler 73 gemessenen Druck der Ausgangsflüssigkeit entspricht. Der Verstärker 80 liefert ein Ausgangssignal an den Motor 51, so daß der Druck der Ausgangsflüssigkeit auf einem Wert gehalten wird, der durch Einstellung des Potentiometers 79 ausgewählt wurde.

Die Arbeitsfolge der Pumpvorrichtung für die Ausgangsflüssigkeit wird bei der beschriebenen Ausführungsform durch wahlweise Steuerung der Absperrorgane A - D für die hydraulische Arbeitsflüssigkeit und durch ihre Steuerung in der zuvor beschriebenen Arbeitsweise mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit JS bzw. mit konstantem Druck erreicht Die Betriebssteuerung wird durch die in F i g. 4 dargestellte Ablaufsteueranordnung erreicht.

Die Ablaufsteueranordnung gemäß F i g. 4 ermöglicht eine programmierte Folge von Arbeitsschritten, die mit « der Drehung der Antriebswelle der stetig fördernden hydraulischen Pumpe 50 starr verknüpft ist. Die Steuerschaltung für die Anordnung gemäß F i g. 4 kann dementsprechend auch als eine digitale Steuerschaltung für einen speziellen Zweck angesehen werden. Einem geübten Programmierer ist es jedoch ohne weiteres möglich, einen geeigneten digitalen Rechner, der auch allgemein eingesetzt werden kann, so zu programmieren, daß die gleichen oder entsprechende Folgen von Signalen für die Betriebssteuerfunktionen der hydraulisehen Pumpvorrichtung bereitgestellt werden.

Die vom Lichtfühler 55 bei jeder Umdrehung der Antriebswelle der hydraulischen Pumpe 50 erzeugten Steuersignale werden einer Teilerstufe 85 zugeführt, die auf der Leitung 86 für jeden zweiten vom Lichtfühler 55 kommenden Eingangsimpuls einen Ausgangsimpuls liefert Die Ausgangsimpulse von der Teilerstufe 85 werden als Taktimpuls-Eingangssignale an den Zähler 87 mit 20 Stellen gelegt Der Zähler 87 besitzt in der beschriebenen beispielsweisen Ausführungsform 20 ω Ausgangszustände; er zählt bei Auftreten eines Impulses an der Leitung 86, also bei Auftreten eines Taktimpuls-Eingangssignals einen digitalen Ausgangs-Signalzustand aufeinanderfolgend in aufsteigender Reihenfolge der Ausgänge schrittweise weiter. Wenn der Zähler 87 bis zur Zählerstellung »20« gelangt ist, so setzt der nächste Takt-Eingangsimpuls den Zähler in den Zustand »1« zurück. Natürlich kann ein Zähler mit 20 Stellen auch dadurch erhalten werden, daß man einen Zähler mit i0 Stellen und ein Flipflop in geeigneter Weise schaltungsmäßig verbindet, wobei das Flipflop als Verdoppler-Schaltung dient.

Weitere Einzelheiten des Arbeitsfolgen-Steuersystems werden in Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Arbeitsweise der Pumpvorrichtung für die Ausgangsflüssigkeit, soweit sie bis jetzt beschrieben worden ist, erläutert. Es sei angenommen, daß der Zähler 87 durch einen Taktimpuls gerade in die Stellung »1« rückgesetzt worden ist und durch die in Abhängigkeit von jeder zweiten Umdrehung der Antriebswelle der hydraulischen Pumpe 50 erzeugten Taklimpulse fortlaufend fortgeschaltet wird. Aus dem in Fig.5 dargestellten Steuerfolge-Diagramm geht hervor, daß das Absperrorgan A offen und das Absperrorgan B geschlossen ist, so daß die gesamte Ausgangsströmungsmenge der hydraulischen Pumpe 50 an die erste Pumpe 31 gelangt und diese in Tätigkeit setzt. Das »1 «-Ausgangssignal vom Zähler 87 gelangt über das ODER-Glied 88 an das Betriebsart-Flipflop 89 und bewirkt, daß an dessen (^-Ausgang ein Signal mit niederem Wert auftritt. Dieses Ausgangssignal wird in der Invertierschaltung 90 invertiert und als Eingangssignal dem Schalterauslöser (Fig.3) zugeführt Die Schalter 72 und 75 werden vom Schalterauslöser 76 bedient, so daß das Pumpen in die Betriebsart mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit übergeht. Daher erhält die erste Pumpe 31 in diesem Falle Arbeitsflüssigkeit zugeführt, die mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit gepumpt wird und eine konstante Strömungsgeschwindigkeit der Ausgangsflüssigkeit ergibt, wobei die genaue Strömungsgeschwindigkeit der Ausgangsflüssigkeit durch Einstellung des Signals 70 festgelegt wird. Dieser Arbeitsvorgang der ersten Pumpe 31 setzt sich fort, bis der Kolben der ersten Pumpe nahezu den gesamten, möglichen Hub zurückgelegt hat. Da die hydraulische Pumpe 50 ein bestimmtes, festes Flüssigkeitsvolumen bei jeder Umdrehung der Pumpenantriebswelle pumpt und da das Arbeitsvolumen des Eingangszylinders 34 genau festgelegt werden kann, kann auch die Zahl der Antriebswellen-Umdrehungen genau festgelegt werden, die nötig ist, damit der Kolben der Pumpe 31 eine vorgegebene Wegstrecke zurücklegt. Das Absperrorgan A wird nach 17 Umdrehungen der Pumpenantriebswelle geschlossen, entsprechend der Hinterflanke des Signals für den digitalen Zahlenwert »9« das den Flipflop F/FA der Arbeitsfolge-Steuerschaltung zugeführt wird.

Es scheint zwar wünschenswert, das hydraulische Absperrorgan C gleichzeitig mit dem Schließen des Zufluß-Absperrorgans A zu öffnen, so daß die zweite Pumpe 32 gleichzeitig mit dem Ende der ersten Pumpe 31 beginnen könnte, Ausgangsflüssigkeit zu fördern, doch werden bei einem solchen Übergang Druckstöße und Schwankungen bei der Ausgangsflüssigkeits-Zufuhr verursacht Von den Faktoren, die zu solchen Druckschwankungen beitragen, sind insbesondere die Ausweitung das die verschiedenen Flüssigkeitsleitungen umfassenden Leitungssystems, die Ungleichmäßigkeiten des Volumens infolge der Ausweitung der Flüssigkeitsdichtungen in den Niederdruck- und Hochdruck-Teilen des Systems und die geringe, jedoch nicht vernachlässigbare Wirkung der Flüssigkeitsausdehnung zu nennen. Die Einwegventile 45a, 456,46a und 466 stellen eine weitere Quelle unerwünschter Volumenänderungen dar. Obgleich Einwegventile normalerweise das Strömen der Flüssigkeit in nur einer Richtung erlauben, so führt die

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Druckauslösung in der Leitung 44b (beispielsweise) Vorspannung an, die sicherstellt, daß am Anfang dei

dazu, daß die Kugel (oder ein anderes bewegliches Teil) Differenzverstärkers ein Signal mit niederem Pegel

des Einwegventüs 46b sich etwai bewegt, wenn sie in anliegt, wenn am Eingang des Transistors Q1 kein

der Strömungs-Sperrstelkng ihren festen Sitz ein- Signal anliegt Der Signalverlauf I in F i g. 7 zeigt, das

nimmt. Diese zunächst auftretende Aufsetzbewegung 5 vom Flipflop F/F C gelieferte Auslösesignal, das ein

der Einwegventile ändert etwas das Gesamtvolumen Rechtecksignal vom (^-Ausgang des Flipflops F/F C ist

des Leitungssystems für die Trägerflüssigkeit, und die Der Transistor Q1 des Unterbrechers geht in

Volumenänderung erzeugt ihrerseits eine entsprechen- Abhängigkeit vom Auslösesignal in den leitenden

de Druckschwankung in diesem System. Zustand über und der Sägezahngenerator beginnt sofort

Diese und weitere Unregelmäßigkeiten der Strö- io damit, an die Anode des Thyristors Q2 die in Fig.6 mungsgeschwindigkeit werden vermieden oder wesent- dargestellte Sägezahnschwingung (II) zu liefern. Diese lieh verringert, indem die zweite Pumpe einen Vordruck Sägezahnschwingung wird dem negativen Eingang des erhält, bevor der Übergang von der ersten Pumpe zur Differenzverstärker?; 185 zugeführt Zum gleichen zweiten Pumpe abgeschlossen ist. Aus Fig. 5 geht Zeitpunkt an dem der Sägezahngenerator den Betrieh hervor, daß das Absperrorgan C beim achten Taktim- 15 aufnimmt, beginnt der Kondensator 184 sich aufzuladen puls geöffnet wird, wenn das Flipflop F/F C in da der Transistor Q 4 jetzt nichtleitend ist Die Signale 1! Abhängigkeit von der Hinterflanke des Taktimpulses und 111 von Fig.7 veranschaulichen, daß die Zeitkon· am (^-Ausgang ein Signal bereitstellt. Während eines stante des Ladekreises für den Kondensator 184 Zeitraums von zwei Umdrehungen der Pumpenan- wesentlich länger ist als die Zeitkonstante für das triebswelle sind also die beiden Absperrorgane A und C 20 Aufladen des Kondensators 182 des Sägezahngeneraoffen, und es gelangt hydraulische Arbeitsflüssigkeit zu tors. Der Differenzverstärker 185 stellt nur dann ein den beiden Pumpen 31 und 32. Das Q-Ausgangssignal positives Ausgangssignal bereit, wenn an dem positiven vom Flipflop F/F C läuft durch einen Unterbrecher 180, Eingang (an dem das von dem sich relativ langsam der die für das Öffnen des Absperrorgans C aufladenden Kondensator 184 erzeugte ansteigende verwendeten Auslösesignale wiederholt unterbricht. 25 Signal liegt), auftretende Signal größer ist als die Diese Unterbrechungen des Auslösesignals, das in in Amplitude des an negativen Eingang des Verstärkers F i g. 5 mii dem Bezugszeichen 91 gekennzeichnet ist anliegende Sägezahn-Signal. Der Verstärker 185 arbei- und das über einen Zeitraum von etwa 4 Sekunden tet also als Spannung-Vergleichsschaltung, und ei hinweg vier Signalunterbrechungen pro Sekunde beginnt ein positives Ausgangssignal bereitzustellen aufweisen kann, ermöglichen, daß die Arbeitsflüssigkeit 30 sobald ein einzelner Sägezahn der Sägezahnschwingung in sich ändernden Schritten an die zweite Pumpe 32 auf Null abfällt. Der Verstärker 185 stellt dieses positive gelangt, so daß zunächst auf deren Eingangszylinder ein Ausgangssignal so lange bereit, bis die Amplitude de; Druck ausgeübt und ein Druckabfall vermieden wird, nächsten Sägezahn-Zyklus auf die Spannung des der dann auftreten würde, wenn der leere und nicht ansteigenden Signals, das am positiven Eingang anliegt unter Druck stehende Eingangszylinder der zweiten 35 ansteigt.

Pumpe 32 parallel zum Eingangszylinder der ersten Das positive Ausgangssignal am Verstärker 185

Pumpe 31 einfach gegenüber dem hydraulischen System besteht also, wie der Verlauf des Signals IV in Fig. 7

geöffnet wird. zeigt, aus einer Impulsserie, wobei die Impulsbreite de;

Eine Ausführungsform des Unterbrechers 180 ist in nachfolgenden Impulses größer ist als die Impulsbreite Fig. 6 dargestellt. Bei diesem Unterbrecher 180 wird 40 des unmittelbar davor auftretenden Impulses. Zu einerr das Auslösesignal vom Flipflop F/F C an die Basis des durch die Parameter der Unterbrecherschaltung vorge Transistors Q1 gelegt wird, der als Emitterfolger gebenen Zeitpunkt übersteigt die am Kondensator 184 geschaltet ist. Das Betriebssignal versetzt den Transi- anliegende, ansteigende Spannung die größte Sägestor Q1 in den leitenden Zustand, so daß an der Leitung zahnspannung, und der Verstärker 185 liefert vor 181 eine Spannung anliegt, die einen aus dem Thyristor 45 diesem Zeitpunkt an ein nichtunterbrochenes Aus- Ql und dem Kondensator 182 bestehenden Sägezahn- gangssignal 186. Da das Absperrorgan Cin Abhängiggenerator betreibt. Befindet sich der Transistor Q1 auf keit von jedem einzelnen Impuls des Signals IV Grund eines Absperrorgan-Auslösesignals im leitenden kurzzeitig geöffnet wird, wirkt der Unterbrecher 18C Zustand, so liegt auch an den Leitungen 181 und 183 zunächst so, daß er für eine Anzahl von Intervallen, die Spannung an, so daß sich der Kondensator 184 so eine zunehmende Intervallänge aufweist, das Absperraufzuladen beginnt Der positive Eingang des Differenz- organ C impulsmäßig öffnet. Danach bleibt da; Verstärkers 185 steht mit dem Kondensator 184 in Absperrorgan Cständig offen, bis das Auslösesignal de: Verbindung, und der negative Eingang des Differenz- Flipflops F/F Caufhört. Der Transistor Q1 geht in derr Verstärkers 185 erhält das Ausgangssignal von dem Moment in den nichtleitenden Zustand über, ebenfalh zuvor genannten Sägezahngenerator zugeführt Der 55 der Transistor Q 3, so daß der Transistor Q 4 in der Transistor Q 3 geht in den leitenden Zustand über, wenn leitenden Zustand übergehen kann. Der Kondensatoi der Transistor Q1 leitet; wenn der Trarsistor Q 3 in den 184 wird über den Transistor Q 4 entladen, wodurch art nichtleitenden Zustand übergeht, wird der zuvor Ausgang des Verstärkers 185 von diesem Zeitpunkt ar leitende Transistor Q4 in den nichtleitenden Zustand kein positives Ausgangssignal mehr anliegt,
gebracht. m) Die beschriebene Ausführungsform weist weiter«

Die Arbeitsweise des Unterbrechers 180 wird am Merkmale auf, um die Druckschwankungen möglichs

besten anhand der in F i g. 7 dargestellten Signalkurven kleinzuhalten, die sonst auftreten könnten, wenn eir

deutlich. Wenn kein Absperrorgan-Auslösesignal auf- Absperrorgan A oder Czunächst geöffnet wird, um den

tritt befinden sich die Transistoren Q\ und ζ) 3 im leeren und nicht unter Druck stehenden Eingangszylin

nichtleitenden Zustand, so daß der Transistor Q4 leitet t>5 der einer Pumpe die Arbeitsflüssigkeit zuzuleiten. Di(

und den Kondensator 184 auf null Volt entlädt. Am beiden Einwegventile 61a und 61 b in den zu dei

negativen Eingang des Differenzverstärkers liegt eine Absperrorganen A bzw. C führenden Verzweigungslei

über den Widerstand 188 zugeführte kleine positive Hingen verhindern, daß die Arbeitsflüssigkeit aus einei

unter Druck stehenden Pumpe in den nicht unter Druck stehenden Eingangszylinder der anderen Pumpe während der Zeit fließen kann, wenn beide Absperrorgane A und Cgleichzeitig offen sind.

Der Druckglättungskreis 215 steht bereit, um unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit von dem Druckspeicher 218 über das Einweg-Ventil 219 in den Hydraulikkreis rückfließen zu lassen, nämlich dann, wenn ein kurzzeitiger Druckabfall im hydraulischen System beispielsweise beim Anschluß einer nicht unter Druck stehenden Pumpe an das hydraulische System auftritt. Der Druckglättungskreis 215 arbeitet also so, daß er den Arbeitsflüssigkeitsstrom in Abhängigkeit von einem vorübergehenden Bedarf ergänzt, der anders nicht gedeckt werden kann, weil dies die volumenmäßige Förderungskapazität der hydraulischen Pumpe 50 übersteigen würde. Wenn dann der vorübergehende Bedarf gedeckt ist, wird der Druckspeicher 218 über den Durchlaß 217 mit einer bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit der durch das Einwegventil 219 bei der Entladung strömende Arbeitsflüssigkeit kleinerer Strömungsgeschwindigkeit wieder aufgeladen, so daß die Wiederaufladung des Druckspeichers 218 mit einer Geschwindigkeit stattfindet, bei der die volumenmäßige Förderkapazität der hydraulischen Pumpe 50 nicht überschritten wird.

Die hydraulische Pumpvorrichtung wird aus der Betriebsart mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit in die Betriebsart mit konstantem Druck umgeschaltet, bevor die Eingangszylinder der beiden Pumpen 31 und 32 parallel verbunden werden. Dies wird bei Auftreten der Vorderflanke des achten Taktimpulses durchgeführt, der über das ODER-Glied 95 zum Betriebsart-Flipflop 89 gelangt, was dazu führt, daß an dessen (^-Ausgang ein Signal mit hohem Pegel auftritt, wodurch der Schalterauslöser 76 die Schalter 72 und 75 betätigt und die Pumpenbetriebsart für konstanten Druck einjchaltet. Die den Kondensator 77 enthaltende Schaltung arbeitet als Speicherschaltung und speichert den während der vorangegangenen Arbeitsweise mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit gemessenen Druck der Ausgangsflüssigkeit, und die hydraulische Pumpe 50 liefert die hydraulische Arbeitsflüssigkeit, um die erste Pumpe 31 so zu betreiben, daß der im Speicher gespeicherte Druck der Ausgangsflüssigkeit aufrechterhalten bleibt. Wenn das Absperrorgan C danach geöffnet wird (nämlich bei Auftreten der Hinterflanke des achten Zählerimpulses), um die zweite Pumpe 32 mit der ersten Pumpe 31 parallel zu verbinden, wird die volumenmäßige Auslaß-Menge der hydraulischen Pumpe 50 durch den rückgekoppelten Regelkreis für einen konstanten Druck automatisch eingestellt und liefert die zusätzliche Menge an hydraulischer Flüssigkeit, die notwendig ist, um beiden Pumpen die hydraulische Arbeitsflüssigkeit zuzuführen, wobei der Druck der Ausgangsflüssigkeit auf dem zuvor gemessenen, im Speicher gespeicherten Wert gehalten wird. In der Zeit, in der beide Absperrorgane A und C offen sind, die beiden Pumpen 31 und 32 also parallel verbunden sind, kann die dem Eingangszylinder der zweiten Pumpe 32 zugeführte hydraulische Arbeitsflüssigkeit die zweite Pumpe 32 in Betrieb setzen, damit gleichzeitig mit der Förderung von Ausgangsflüssigkeit durch die Leitung 44a durch die erste Pumpe 31 auch die zweite Pumpe 32 Ausgangsflüssigkeit über die Leitung 446 fördert. Die Menge der den beiden parallelgeschalteten Pumpen von der hydraulischen Pumpe 50 zugeführten Arbeitsflüssigkeit wird durch die Rückkopplungsschaltung für einen konstanten Druck automatisch eingestellt, so daß der zuvor gespeicherte Druckwert in der Leitung 23 erhalten bleibt, wobei allerdings die spezielle Arbeitsaufteilung zwischen den Pumpen und auch die volumenmäßigen Änderungen nicht berücksichtigt sind, die beispielsweise durch eine Erweiterung des Leitungssystems, durch das Absetzen der beweglichen Teile in den Einweg-Ventilen oder durch andere Vorgänge auftreten.

ίο Die beiden Pumpen 31 und 32 arbeiten also während des Zeitraumes parallel, der erforderlich ist, um an die zweite Pumpe 32 den Druck zu legen, der während des Betriebs mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit zuvor gemessen wurde. Nachdem eine genügend lange Zeit verstrichen ist, um die zweite Pumpe auf einen genügend großen Vordruck zu bringen, wird das Absperrorgan A geschlossen, und die Ablaufsteueranordnung führt danach nur die zweite Pumpe 32 in die Betriebsart mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit zurück. Aus Fig.4 ist zu entnehmen, daß das Absperrorgan A bei Auftreten der Hinterflanke des Taktimpulses »9« geschlossen wird, wenn dieses zum Flipflop F/F A gelangt, und die Betriebsart mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit wird bei Auftreten der Hinterflanke des Taktimpulses »10« gewählt, wenn er über das ODER-Glied 88 an den Flip-Flop 89 für die Betriebsart gelangt. Bei Schließen des Absperrorgans A wird gleichzeitig bei Auftreten des dem Flipflop F/F B zugeführten Taktimpulses »9« das Absperrorgan B geöffnet, und die Feder 37 in der ersten Pumpe 31 führt deren Kolben in die in F i g. 2 dargestellte Stellung zurück, so daß eine zusätzliche Menge an Ausgangsflüssigkeit in den Ausgangszylinder 36 eingezogen wird. Das Absperrorgan B bleibt bis zum Auftreten der Vorderflanke des Taktimpulses »18« offen, der dem Öffnen des Absperrorgans A für den nächsten Arbeitszyklus unmittelbar vorausgeht.

Aus F i g. 5 geht weiterhin hervor, daß entsprechende Übergänge von der zweiten Pumpe auf die erste Pumpe auftreten, die mit dem Taktimpuls »18« beginnen, wobei wieder von der Arbeitsweise mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit auf die Arbeitsweise mit konstantem Druck übergegangen wird und das Absperrorgan A geöffnet wird. Das Auslösesignal für das Absperrorgan A wird einer Unterbrecherschaltung 187 zugeführt, die in Aufbau und Arbeitsweise mit der Unterbrecherschaltung 180 identisch sein kann, und das Öffnen des Ventils A wird mit Unterbrechungen durchgeführt. Die erste Pumpe 31 erhält daher einen Vordruck, und die zweite Pumpe 32 ist (bei Auftreten des Taktimpulses »19«) geschlossen; der Übergang von der zweiten Pumpe 32 zurück auf die erste Pumpe 31 wird durch die Rückkehr in die Betriebsart mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit bei Auftreten der Vorderflanke des nächsten Taktimpulses »1« abgeschlossen. Die erste Pumpe 31 liefert wieder Ausgangsflüssigkeit in der Betriebsart mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit, so daß ein vollständiger Arbeitszyklus der Pumpvorrichtung abgeschlossen ist.

Der zuvor beschriebene Arbeitszyklus der Pumpvorrichtung für die Ausgangsflüssigkeit kann unbegrenzt so lange wiederholt werden, solange vom Behälter 16 her Ausgangsflüssigkeit zugeführt wird. Da im Behälter 16 die Flüssigkeit jederzeit nachgefüllt werden kann, können chromatographische Analysen ohne zeitliche Begrenzung durchgeführt werden, ohne daß durch die Pumpe bedingte Beschränkungen der erforderlichen Menge an Ausgangsflüssigkeit auftreten.

Wenn die Pumpvorrichtung zu einem Zeitpunkt abgeschaltet wird, an dem eine der Pumpen einen Arbeitshub nur teilweise beendet hat, bleibt Arbeitsflüssigkeit im Eingangszylinder der Pumpe enthalten. Da der Folgezähler 87 auf Null zurückgesetzt wird, wenn die Pumpvorrichtung ausgeschaltet wird, besteht die Möglichkeit, daß der erste Arbeitszyklus beim darauffolgenden Systembetrieb dazu führen kann, daß dieser Pumpe die Menge an hydraulischer Flüssigkeit zugeführt wird, die für einen Gesamtzyklus vorgesehen ist, wobei die Pumpe aber noch zum Teil mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist Um zu verhindern, daß das hydraulische System überlastet und möglicherweise beschädigt wird, ist die Auslöseschaltung 66 so geschaltet, daß sie, unabhängig von der in F i g. 4 dargestellten Ablaufsteueranordnung die Absperrorgane B und D für eine Zeitdauer öffnet, die ausreicht, damit alle Pumpen in die in Fig.2 dargestellte Ausgangsstellung zurückkehren können. Die Auslöseschaltung kann in irgendeiner geeigneten Weise aufgebaut und verbunden sein, daß sie in Abhängigkeit von der Betätigung eines (nicht dargestellten) Handschalters für das Chromatographie-System arbeitet

Das Überdruckventil 65 stellt einen weiteren Schutz gegen Überlastung des hydraulischen Systems dar, wobei sich das Überdruckventil 65 öffnet und den maximalen hydraulischen Druck begrenzt ^der bei Ausfall der Auslöseschaltung oder auf Grund anderer Fehlfunktionen auftritt Wäre dieses Überdruckventil nicht vorhanden, so könnte ein unerwünscht hoher hydraulischer Druck entstehen.

ίο Bei einer Ausführung der beschriebenen Pumpvorrichtung wurden zwei Pumpen verwendet deren Ausgangszylinder jeweils 2,5 cm³ der Ausgangsflüssigkeit aufnehmen können. Bei einem Arbeitszyklus mit 40 Umdrehungen der Antriebswelle für die hydraulische Pumpe 50 sind das Aufnahmevolumen des Eingangszylinders jeder Pumpe 31 oder 32 und die von der hydraulischen Pumpe 50 pro Umdrehung geförderte hydraulische Arbeitsflüssigkeit so gewählt, daß bei jeweils 40 Umdrehungen der Antriebswelle der hydraulischen Pumpe im wesentlichen ein vollständiger Arbeitstakt des Pampbetriebs durchgeführt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pumpvorrichtung zum Fördern einer unter Druck stehenden Ausgangsflüssigkeit mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit in einem Flüssigkeitschromatographie-System, mit ersten und zweiten Pumpen, die wiederholt eine bestimmte Menge der Ausgangsflüssigkeit einem Chromatographiegerät zuführen, und mit einer Ablaufsteueranordnung, die den Betrieb der Pumpen steuert, gekennzeichnet durch eine hydraulische Pumpe (50) zur Abgabe einer Arbeitsflüssigkeit mit konstanter Geschwindigkeit oder mit konstantem Druck an die Pumpen (31, 32), eine Strömungssteuervorrichtung is (A, 62a, C, 62b), die an die ArbeitsflUssigkeitsquelle angeschlossen ist und in auswählbarer Weise die Arbeitsflüssigkeit entweder der ersten Pumpe (31) oder der zweiten Pumpe (32) einzeln oder beiden Pumpen gemeinsam zuführt, einen Druckfühler (73) zur Erzeugung eines Drucksignals in Abhängigkeit vom Druck der dem Chromatographiegerät zugeführten Ausgangsflüssigkeit, und eine Ausbildung der Ablaufsteueranordnung (Fig.3, 4) derart, daß sie die hydraulische Pumpe (50) und die Strömungssteuervorrichtung (A, 62a, C, 62b) so steuert, daß die Arbeitsflüssigkeit mit der konstanten Strömungsgeschwindigkeit der ersten Pumpe (31) und der zweiten Pumpe (32) abwechselnd zugeführt wird, und daß die Strömungssteuervorrichtung die Umschaltung der Arbeitsflüssigkeitszufuhr zwischen den beiden Pumpen so vornimitn, daß ein Übergang von einer Arbeitsflüssigkeitszufuhr mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit zu einer Arbeitsflüssigkeitszufuhr mit einem vom Druckfühler (73) während des vorangehenden Pumpbetriebs mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit bestimmten konstanten Druck erfolgt, während der Betrieb der zweiten Pumpe (32) eingeleitet und der Betrieb der ersten Pumpe (31) im Verlauf der Förderung mil konstantem Druck beendet wird.

2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteueranordnung eine Betriebsartwählvorrichtung (70, 72, 75, 76, 78a, 786, 79) enthält, mit deren Hilfe ein Betrieb mit Abgabe der Arbeitsflüssigkeit ausschließlich mit konstantem Druck, ein Betrieb mit Abgabe der Arbeitsflüssigkeit ausschließlich mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit oder ein Betrieb mit automatischer Umschaltung zwischen diesen beiden Förderarten auswählbar ist.

3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteueranordnung einen Zähler (87) enthält, der von abhängig von der Drehung der hydraulischen Pumpe (50) erzeugten Taktimpulsen fortgeschaltet wird, und daß an den Zähler (87) mehrere Flipflops (F/FA, F/F B, F/FC, F/F D) angeschlossen sind, die abhängig von vorbestimmten Zählerständen die Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit zur ersten und zur zweiten Pumpe (31 bzw. 32) über die Strömungssteuervorrichtungen (A, 62a, bzw. C, 62b) freigegeben oder sperren.

4. Pumpvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgangsleitung (23), die die von der ersten Pumpe (31) und von der zweiten Pumpe (32) gelieferte Ausgangsflüssigkeit aufnimmt und dem Probeneinführungsorgan (18) zuführt.

5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein erstes Einwegventil (45a) zur Weiterleitung der von der ersten Pumpe (31) gelieferten Ausgangsflüssigkeit, ein zweites Einwegventil (45b) zur Weiterleitung der von der zweiten Pumpe (32) gelieferten Ausgangsflüssigkeit und die die von den ersten und zweiten Einwegven'ilen weitergeleitete Ausgangsflüssigkeit empfangende Leitung (23).

6. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pumpe (31) als ein erster Druckverstärker ausgebildet ist, daß die zweite Pumpe (32) als ein zweiter Druckverstärker ausgebildet ist, daß in jedem Druckverstärker ein Ausgangskolben (35) zum Verdrängen von Flüssigkeit in einem Ausgangszylinder (36) angebracht ist, der Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit verdrängt, die von der Zufuhrgeschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit zu den Druckverstärkern abhängt, daß mit jedem der Ausgangszylinder die Ausgangsleitung (23) in Verbindung steht, daß die Ausgangszylinder zur Zufuhr der zu pumpenden Ausgangs flüssigkeit mit Leitungen (44a, 44b) verbunden sind, daß an die Druckverstärker zur Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit die hydraulische Pumpe (50) angeschlossen ist und daß in der Ausgangsleitung (23) eine Druckfühlvorrichtung (73, 77) zum Aufnehmen und Speichern eines Druckanzeigesignals angebracht ist

7. Pumpvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckverstärker einen in einem Eingangszylinder (34) abhängig von der Arbeitsflüssigkeitszufuhr beweglichen Eingangskolben (33) aufweist, der zur Erzielung einer Verdrängungsbewegung des Ausgangskolbens (35) mit diesem verbunden ist, daß eine erste Zufuhrleitung (60a, 62a) vorgesehen ist, die dem Eingangszylinder eines der Druckverstärker wahlweise Arbeitsflüssigkeit zuführt, daß eine zweite Zufuhrleitung (60b 62b) vorgesehen ist, die dem jeweils anderen Druckverstärker aus der ArbeitsflUssigkeitsquelle Arbeitsflüssigkeit zuführt, daß an den Eingangszylinder des einen Druckverstärkers eine erste Ableitung (B, 63) zum Ableiten von Arbeitsflüssigkeit angeschlossen ist, und daß an den Eingangszylinder des anderen Druckverstärkers eine zweite Ableitung (D, 63) zum Ableiten von Arbeitsflüssigkeit angeschlossen ist.

8. Pumpvorrichtung nach Anspruch 7, gekenn zeichnet durch eine Auslöseschaltung (66) zum Betätigen der ersten und zweiten Ableitung (B, 63 bzw. D, 63) zum Entfernen der Arbeitsflüssigkeit aus den Druckverstärkern vor Beginn des Betriebs der Ablaufsteueranordnung.

9. Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Federvorrichtung (37), die den Eingangskolben jedes Druckverstärkers in einer Richtung federnd vorspannt, in der Arbeitsflüssigkeit aus dem Eingangszylinder verdrängt wird, wenn die entsprechende Ableitung offen ist.

10. Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Strömungssteuervorrichtung enthaltenen ersten und zweiten Absperrorgane Betriebssignale aus einer Signalunterbrechungsanordnung (180, 187) empfangen, die eine erste Schaltung (184, QA) enthält, die abhängig von einem entsprechenden Sleiiersignalzustand ein erstes Signal mit einem Parameter mit

ansteigendem Betrag liefert, daß die Signalunterbrechungsanordnung eine zweite Schaltung (182, Q 2) enthält, die abhängig von dem entsprechenden Steuersignalzustand ein zweites Signa! mit einem Parameter mit wechselndem Betrag liefert, und daß in der Signalunterbrechungsanordnung eine Signalvergleichsschaltung (185) enthalten ist, die die Parameter aus der ersten und aus der zweiten Schaltung empfängt und ein entsprechendes Absperrorganbetriebssignal nur dann abgibt, wenn der Betrag des ersten Signalparameters den Betrag des zweiten Signalparameters übersteigt

11. Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch eine Druckspeichervorrichtung (215) zum zusätzlichen Zuführen von Arbeitsflüssigkeit zu den Druckverstärkern bei einem Druckabfall der Arbeitsflüssigkeit

12. Pumpvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspeichervcvrichtung einen Speicher (218) zum Speichern einer Menge der unter Druck gesetzten Arbeitsflüssigkeit enthält, daß der Speicher (218) über einen Durchlaß (217) mit verringerter Durchflußmöglichkeit mit der Arbeitsflüssigkeit verbunden ist, und daß ein Einwegventil (219) für einen uneingeschränkten Durchfluß vom Speicher (218) zur Arbeitsflüssigkeitsquelle vorgesehen ist

13. Pumpvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitungen (44a,- 446) Einwegventilanordnungen (46a; 46b) so eingefügt sind, daß sie ein Strömen der Ausgangsflüssigkeit (16) verhindern.

14. Verfahren zum Fördern einer im wesentlichen pulsfreien Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitschromatographen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anfangsteil einer ersten Flüssigkeitsmenge dem Chromatographen mit vorgewählter konstanter Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird, daß der Druck festgestellt wird, mit dem die erste Flüssigkeitsmenge dem Chromatographen zugeführt wird, daß dem Chromatographen dann der Restteil der ersten Flüssigkeitsmenge mit einem von dem festgestellten Druck abhängigen Konstanten Druck zugeführt wird, daß dann mit der Abgabe einer zweiten Flüssigkeitsmenge mit dem konstanten Druck während der Abgabe des Restteils der ersten Flüssigkeitsmenge begonnen wird und daß anschließend ein Resttei! der zweiten Flüssigkeitsmenge mit der ausgewählten konstanten Strömungsgeschwindigkeit geliefert wird.