DE2922689A1 - Pumpvorrichtung - Google Patents

Pumpvorrichtung

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DE2922689A1
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Jun Haakon Trygve Magnussen
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MAGNUSSEN JUN
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MAGNUSSEN JUN
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/20Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by changing the driving speed
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/28Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/36Control of physical parameters of the fluid carrier in high pressure liquid systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
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Description

DIPL.-PHY3. O~l. DIPL-PHYS.
DIPL-PHYS. DR
HOGER - STELLRECHT - GiRIESSBACH - HAECKER BOEHME
PATENTANWÄLTE IN STUTTGART O Q 1J O C O Q
A 43 569 b ' Anmelder: Haakon Trygve Magnussen, Jr.
k - 177 264 5 Chapparel Court, .
31. Mai 1979 Pinole, CaI. 94564
USA
Beschreibung
Pumpvorrichtung
(Zusatz zu Patent
Patentanmeldung P 27 59 056.3-15)
Das Hauptpatent betrifft eine Pumpvorrichtung zum Fördern einer Flüssigkeit entgegen einem Gegendruck mit einem Kolben, der zumindest ein Teilstück aufweist, welches in einer Kammer mit einem Flüssigkeitseinlass und einem Flüssigkeitsauslass hin- und herbewegbar ist, der ein Ende aufweist, welches in Kontakt mit der Flüssigkeit steht, und der geeignet ist, die Kammer zu füllen und zu entleeren, mit Antriebseinrichtungen, welche auf das der Flüssigkeit abgewandte Ende des Kolbens einwirken, um diesen in der Kammer hin- und herzubewegen, mit einer Geschwindigkeitseinstellvorrichtung zum Einstellen einer vorgegebenen Geschwindigkeit für den Kolben, mit Ventileinrichtungen, über die die Kammer in Abhängigkeit von dem von dem Kolben erzeugten Druck füllbar und entleerbar ist und mit Regeleinrichtungen, mit deren Hilfe die Geschwindigkeit der Antriebseinrichtungen während vorgegebener Phasen der Arbeitszyklen des Kolbens in der Kammer derart erhöhbar ist, dass der zeitliche Anteil derjenigen Phase, während welcher Flüssigkeit aus der Kammer ausgepreßt wird, an der Gesamtdauer jedes Arbeitszyklus steigerbar ist (nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 59 O56.3-15)).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Pumpvorrichtung nach dem Hauptpatent (Fig. 8) erfolgt dort eine indirekte Druckmessung, indem man das Drehmoment der Antriebseinrichtungen, insbesondere den Motorstrom eines Elektromotors mißt.
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A 43 569 b
Dieses Verfahren hat sich nicht in allen Fällen als voll befriedigend erwiesen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Hauptpatent eine verbesserte Pumpeinrichtung anzugeben, bei der auf eine komplizierte indirekte Druckmessung verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung besteht darin, dass sie billig herstellbar ist, zuverlässig arbeitet und geeignet ist, Flüssigkeiten mit hohem Druck mit minimalen Druckschwankungen zu fördern. Weiterhin kann eine Pumpvorrichtung gemäß der Erfindung bei Flüssigkeits-Chromatographen eingesetzt werden, ohne dass sie auf den Einsatz in Verbindung mit dicht gepackten Säulen beschränkt wäre.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Zeitintervall, in welchem Flüssigkeit zu einem angeschlossenen System befördert wird, erhöht wird, während die Zeit für den Ansaughub und den Druckaufbau vor der Ausstossphase verkürzt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Pumpvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Im einzelnen zeigt das Blockdiagrairan eine erfindungsgemäße Pumpvorrichtung, insbesondere deren Regeleinrichtungen, wobei Detektoreinrichtungen/den Beginn eines Ansaughubes des Kolbens signalisieren können, die aus einer Blende mit zugehörigen Einrichtungen oder aus anderen Einrichtungen aufgebaut sein können, wie sie im Hauptpatent beschrieben wurden. Es wird jedoch davon ausgegangen, daß die Detektoreinrichtungen den Beginn des Auspressens der Flüssigkeit während des normalen Auspreßhubes des Kolbens anzeigen. Zu diesem Zeitpunkt ist ein erster Schalter 182 eingeschaltet und ein zweiter Schalter ausgeschaltet. Die Schalter 182 und 184 können als analoge Übertragungsgatter aufgebaut sein. Zum genannten Zeitpunkt ist das den Motor belastende Drehmoment konstant und zum Rückstaudruck der geförderten Flüssigkeit proportional. Die im Hauptpatent erläuterte Einstellvorrichtung 1o8 zum Einstellen der normalen Arbeitsgeschwindigkeit bestimmt die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors 2o über einen Servo-Summierverstärker 186, der ein verstärktes Fehlersignal in Abhängigkeit von den Signalen erzeugt, die ihm von der Einstellvorrichtung 1o8 und von einer Tachometeranordnung 9o zugeführt werden.
Während des normalen Fließens der geförderten Flüssigkeit erzeugt eine Gegenkopplungsschleife 187 aus einem zweiten SummierVerstärker 188, einem Integrator 19o und dem ersten Schalter 182 an einem Schaltungspunkt 192 ein gemitteltes Fehlersignal.
Bei der betrachteten Pumpvorrichtung wird der tatsächliche Druck in der Kolbenkammer 14 von einem Druckwandler 19 6 gemessen - der Druck wird also nicht mehr indirekt unter Auswertung des am Motor 2o wirksamen Drehmoments ermittelt.
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Die Null-Schleife bzw. die Gegenkopplungsschleife 187 mit dem zweiten Summierverstärker 188 und dem Integrator 19o folgt dem Druck in der Kolbenkammer 14, wenn der Schalter 182 eingeschaltet ist. Der Schalter 182 wird aber von den Detektoreinrichtungen
einwährend der Zeit geschaltet in der der Kolben garantiert Flüssigkeit fördert, d. h. nach Abschluß der Druckaufbauphase. Auf diese Weise werden zwangsläufig die Zeitintervalle ausgeschlossen, während welcher der Kolben bei seiner Bewegung in der Kolbenkammer 14 zunächst den erforderlichen Druck erzeugt, um den Gegendruck des Systems zu überwinden. Das Arbeiten mit der "garantierten" Ausstoßphase würde somit eine ausreichende Kolbenverschiebung verhindern, bei der der Druck in der Kolbenkammer auf den maximalen Arbeitsdruck der Pumpvorrichtung,
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d.h. auf etwa 42o bis 7oo kg/cm ansteigen würde.
Die Schalter 182 und 184 werden im Gegentakt gesteuert. Wenn der Schalter 182 eingeschaltet ist, dann entwickelt die Gegenkopplungsschleife 187 die Tendenz, das Signal am Schaltungspunkt 192 zu einem Minimum bzw. zu Null zu machen. Die Gegenkopplungsschleife 187 dient also der Regelung auf einen Mittelwert des Drucksignals auf der Ausgangsleitung 198 des Druckwandlers 196, der mit dem +-Eingang des Summierverstärkers 188 verbunden ist, da dieser Summierverstärker die Differenz zwischen dem dem tatsächlichen Druck in der Kolbenkammer entsprechenden Drucksignal auf der Leitung 198 und dem Ausgangssignal des Integrators 19o bildet und die Gegenkopplungsschleife 187 dafür sorgt, daß die mittlere Differenz zwischen diesen beiden Signalen zu Null wird. Wenn der Schalter 182 ausgeschaltet wird (während des Ansaugens und des Druckaufbaus) ist kein Eingangssignal für den Integrator 19o vorhanden. Das Ausgangssignal des Integrators 19o
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bleibt somit unverändert. Während dieser Zeit ist das Ausgangssignal des Integrators 19o gleich den vorangegangenen Durchschnitsswert des Drucks in der Kolbenkammer 14 während des Auspreßhubes. Das Ausgangssignal des Integrators 19o wird also auf seinen letzten Wert "eingefroren".
Eine Geschwindigkeitsregelschleife mit dem Servo-Summierverstärker 186, der Geschwindigkeitseinstellvorrichtung 1o8, dem Motor 2o und dem Tachometer 9o regelt die Geschwindigkeit des Motors 2o auf den Wert, der an der Geschwindigkeitseinstellvorrichtung 1o8 eingestellt ist. Dabei gewährleistet die im Hauptpatent beschriebene Abtastrollen-Kurvenscheiben-Anordnung während des Auspreßhubes des Kolbens eine dosierte Flüssigkeitsströmung an der Auslaßseite der Kammer 14.
Am Ende des Auspreßhubes des Kolbens schaltet der Detektor den Schalter 182 aus, d.h. er öffnet den Schalter, wodurch das dem mittleren Druck entsprechende Drucksignal, d.h. das Ausgangssignal des Integrators 19o aufrechterhalten wird. Außerdem schaltet der Schalter 184 ein, der über einen Inverter 185 angesteuert wird, so daß das Druck-Fehlersignal am Schaltungspunkt 192 an den einen Eingang (-) des Servo-Summierverstärkers 186 gelegt wird. Das Druck-Fehlersignal am Schältungspunkt 192 ist während der Ansaugphase und der Druckaufbauphase groß und negativ. Aufgrund des negativen Druck-Fehlersignals wird die Geschwindigkeit des Motors (mit dem Ziel, den Fehler auszugleichen) erhöht. Dies hat zur Folge, daß im Endergebnis das Ansaugen und der Druckaufbau innerhalb der kürzest möglichen Zeit erfolgen, und zwar bezogen auf die maximal erreichbare Geschwindigkeit des Motors 2o. Das Druck-Fehlersignal am Schaltungspunkt 192 nähert sich dem Wert Null, wenn der Druck in der Kolbenkammer 14 gleich dem
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vorher erreichten Druck wird. Hierdurch kann nunmehr die Geschwindigkeit des Motors 2o wieder auf die normale Geschwindigkeit abgesenkt werden, die an der Geschwindigkeitseinstellvorrichtung 1o8 eingestellt ist, so daß die richtige Förderleistung gewährleistet ist. Insgesamt wird bei der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung die Zeit, in der der Kolben keine Flüssigkeit fördert, auf ein Minimum reduziert. Die geförderte Flüssigkeitsmenge wird gleichzeitig in Abhängigkeit von der Kompressibilität des Lösungsmittels und des Systems korrigiert. Auf diese Weise entfällt die Notwendigkeit einer Einstellung zur Kompensation der jeweiligen Kompressibilität. Obwohl kurzfristige Druckimpulse entstehen, können diese am Auslaß der Kolbenkammer 14 mit Hilfe eines üblichen hydraulischen Druckfilters leicht weggefiltert werden.
Im übrigen wird hinsichtlich der Offenbarung des Anmeldungsgegenstandes hiermit ausdrücklich auf die Offenbarung des Hauptpatents (DE-OS 27 59 o56) Bezug genommen.
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Claims (3)

  1. DIrL -PHYS- DR OR.-ING. DIPL.-INÖ.M. 5C. DIPL.-P.1YS. Df.. DIPL.-PHYS.
    HÖGER - STELLRECMT - GrJIESSBACH - HAECKER BOEHME
    PATENTANWÄLTE IN STUTTGART
    OQOOCOQ
    A 43 569 b Anmelder: Haakon Trygvg "MaglWrsSsen, Jr.
    k - 177 2645 Chapparel Court,
    31. Mai 1979 Pinole, CaI. 94564
    USA
    Patentansprüche
    Pumpvorrichtung zum Fördern einer Flüssigkeit entgegen einem Gegendruck mit einem Kolben, der zumindest ein Teilstück aufweist, welches in einer Kammer mit einem Flüssigkeitseinlass und einem Flüssigkeitsauslass hin- und herbewegbar ist, der ein Ende aufweist, welches in Kontakt mit der Flüssigkeit steht, und der geeignet ist, die Kammer zu füllen und zu entleeren, mit Antriebseinrichtungen, welche auf das der Flüssigkeit abgewandte Ende des Kolbens einwirken, um diesen in der Kammer hin- und herzubewegen, mit einer Geschwindigkeitseinstellvorrichtung zum Einstellen einer vorgegebenen Geschwindigkeit für den Kolben, mit Ventileinrichtungen, über die die Kammer in Abhängigkeit von dem von dem Kolben erzeugten Druck füllbar und entleerbar ist, und mit Regeleinrichtungen, mit deren Hilfe die Geschwindigkeit der Antriebseinrichtungen während vorgegebener Phasen der Arbeitszyklen des Kolbens in der Kammer derart erhöhbar ist, dass der zeitliche Anteil derjenigen Phase, während welcher Flüssigkeit aus der Kammer ausgepreßt wird, an der Gesamtdauer jedes Arbeitszyklus steigerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtungen Geschwindigkeitänderungseinrichtungen aufweisen, mit deren Hilfe die Geschwindigkeit der Antriebseinrichtungen am Ende eines Auspresshubes veränderbar und dann während des nächst folgenden Auspresshubes, nachdem der Kolben in der Kammer einen vorgegebenen Weg zurückgelegt hat, auf die vorgegebene konstante Geschwindigkeit zurückführbar ist, dass die Geschwindigkeitsänderungseinrichtungen Druckmesseinrichtungen zum Messen des Drucks in der Kammer
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    k - 177
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    und zur Erzeugung eines entsprechenden Drucksignals aufweisen, dass die Regeleinrichtungen Detektoreinrichtungen zum Ermitteln und Signalisieren des Endes eines Auspresshubes des Kolbens in der Kammer aufweisen, dass die Geschwindigkeitsänderungseinrichtungen durch ein das Ende eines Auspresshubes anzeigendes Signal der Detektoreinrichtungen aktivierbar sind und dass die Antriebseinrichtungen in Abhängigkeit von einem einem vorgegebenen Druck anzeigenden Drucksignal auf ihre vorgegebene konstante Geschwindigkeit rückstellbar sind.
  2. 2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtungen einen mit dem Inneren der Kammer in Verbindung stehenden Druckwandler aufweisen.
  3. 3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtungen derart ausgebildet sind, dass mit ihrer Hilfe Beginn und Ende eines Auspresshubes feststellbar und entsprechende Signale erzeugbar sind, dass ein Summierverstärker zur Erzeugung eines Fehlersignals vorgesehen ist, dass ein Integrator vorgesehen ist, dem das Ausgangs signal des Suirunierver stärkers und ein Bezugs signal, insbesondere das Erdpotential als Eingangs signale zuführbar sind, dass dem Summierverstärker als Eingangssignale das Drucksignal und das Ausgangssignal des !integrators zuführbar sind, dass Tachometereinrichtungen zur Erzeugung eines der Geschwindigkeit der Antriebseinrichtungen entsprechenden Ist-Geschwindigkeitssignals vorgesehen sind, dass die Geschwindigkeiteinstellvorrichtung derart ausgebildet ist, dass mit ihrer Hilfe ein der vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit entsprechendes, als Bezugssicynal dienendes Soll-Geschwindigkeitssignal erzeugbar ist, und dass ein Servo-Summierverstärker vorgesehen ist, dem das Soll-Geschwindigkeitssignal
    909850/0802
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    und das Ist-Geschwindigkeitssignal als Eingangssignale zuführbar sind und mit dessen Hilfe ein verstärktes Fehlersignal für die Antriebseinrichtungen erzeugbar ist.
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DE19792922689 1978-06-07 1979-06-02 Pumpvorrichtung Withdrawn DE2922689A1 (de)

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