WO1994010445A1 - Hochdruckpumpe zur flüssigkeits-feindosierung - Google Patents

Hochdruckpumpe zur flüssigkeits-feindosierung Download PDF

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WO1994010445A1
WO1994010445A1 PCT/DE1993/001031 DE9301031W WO9410445A1 WO 1994010445 A1 WO1994010445 A1 WO 1994010445A1 DE 9301031 W DE9301031 W DE 9301031W WO 9410445 A1 WO9410445 A1 WO 9410445A1
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valve
leg
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PCT/DE1993/001031
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Herbert Funke
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Herbert Funke
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/04—Combinations of two or more pumps
    • F04B23/06—Combinations of two or more pumps the pumps being all of reciprocating positive-displacement type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/12—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F04B53/162—Adaptations of cylinders
    • F04B53/164—Stoffing boxes

Definitions

  • the technical field of the invention is the fine dosing of liquids even at high pressure (in particular the HPLC analysis technique). It requires pulsation-free or low-pulsation pumps, which are available in two different (basic)
  • the two pumping units are also arranged next to one another - as in the parallel construction mentioned - but the channels are switched in the direction of flow that the liquid, which leaves the first pump chamber under pressure, is passed through the second pump chamber (as storage).
  • Such an arrangement is the subject of the reference DE 32 03 722 C2 - with regard to the special design of the linearly moving thrust pistons coordinated with one another. It is about equalizing the mass flow for a serial high-pressure pump arrangement. With regard to the technical background of the necessity of a uniform mass flow, reference is made here to the gap 6 there (patent specification).
  • the aim and purpose of the pump arrangement described there is to improve the measuring accuracy after the separation column by minimizing the residual pulsation in the substance detection, whereby no interference pulses may occur which arise as a result of a (lower) specific compressibility of the liquid (eluent) delivered by the high-pressure pumps - Order is promoted.
  • This is also (a) object of the present invention (s), namely to further increase the uniformity of the mass flow, but not by a complicated adaptation of the longitudinal movements of the thrust pistons (cf. the last-mentioned reference), but by a fundamental redesign of the pump arrangement, in particular also by improving the pump efficiency by minimizing the harmful dead volume in the displacement system.
  • This object is also achieved by a high-pressure pump arrangement according to the technical teaching of claim 1.
  • the realization of the invention also results in the surprising success that the serial high-pressure pump arrangement only requires a very small amount of construction volume.
  • This success results from the knowledge according to the invention of the disassembly of a serial pump arrangement into its - several - functional units. These functional units can then be assembled in a sandwich construction (claim 4) in a very small space.
  • the functional units are the block-disc-like components. They can also consist of non-metallic material. They are put together to form the stack according to the invention (claim 12, 1), with which the serial pump arrangement already results.
  • the displacement chambers are oriented transversely to the stacking axis of these composite block-disk-like components (claim 1); the two pushing pistons run in them.
  • valves The arrangement of these valves is favored by the stacked construction of the directly adjacent block-disc-like components. Accordingly, there are no longer any connecting lines between the pump units - each block-type
  • Component forms the basis of such a pump unit or delivery unit - more needed and the inlet and outlet check valves can be arranged directly in the block-disc-like components; only one valve must be assigned to each of the block-disk-like components (claims 2, 3).
  • the connecting valve in the inlet and outlet valve configuration can be identical in construction.
  • the serial pump with its direct connection of the two pump units (displacement chambers) arranged serially to one another in the direction of flow, particularly benefits from the omission of any intermediate connecting lines between the pump units.
  • valves (claim 3); the (valve) ball guide and the ball stop can be incorporated directly into the displacement chamber.
  • valve cartridges contain one or two ball valves.
  • the valve cartridges are inserted between two adjacent block-disc-like components in such a way that one half of the valve cartridge engages in one of the adjacent block-disc-like components.
  • Valve cartridges or dummy cartridges can be inserted between all the block-disc-like components in the stack; thus between the storage head and the conveying head, between the inlet rotary valve and the conveying head or between the storage head and the pressure sensor / ventilation spindle valve unit.
  • the valve cartridge can then have one or two ball valves. It is also possible to use a blank cartridge that has only one hole as a liquid channel.
  • the outlet side of the storage head have such a dummy cartridge, with which the storage head is fluidly connected to the vent valve / pressure sensor module, which forms the fourth component of the serial pump arrangement (inlet rotary valve, delivery head, storage head and outlet module).
  • Components are aligned with one another and are particularly favorable in terms of production technology in the center (claim 8). This results in the shortest possible connection route between the block disk-like displacement chambers, which justifies minimal dead volume with the shortest possible connection paths.
  • a functional unit can be the "main head”; this forms the main pump unit (claim 1).
  • Another functional unit can be the "memory head”; this forms the storage pump unit, which is connected downstream of the main head.
  • the outlet valve of the main head can also be integrated in this functional unit, which justifies the shortness of the connecting lines / channels required between the main head and the storage head. This minimizes harmful dead volume in the displacement system, which leads to residual pulsation of the delivery flow and pump efficiency losses due to the specific compressibility of the pumped medium (claim 1).
  • a functional unit can have switching valve function on the suction side; This functional unit is located upstream of the main head and enables switching to different delivery media (claim 5) or the introduction of liquid gradients generated on the suction side (controlled, varied mixing ratio of different liquids during a certain delivery period. See claim 6).
  • a functional unit can have pressure measurement and venting functions at the same time; this functional unit is connected downstream of the memory head. In the simplest design of the design concept, it forms the high-pressure end of the entire serial high-pressure pump arrangement and offers the possibility of measuring the system pressure reached by deflecting the flow rate onto an installed pressure sensor (claim 7).
  • the block-disc-like components are cylindrical and accordingly form a cylindrical serial high-pressure pump in a sandwich-like manner, they can individual block disk-like function carriers each have a circumferential flattening, to which a piston guide can be sealingly attached, in which the delivery pistons running transversely to the stack axis run;
  • a guide can consist of a metal sleeve (stainless steel or titanium) with two guide rings made of ceramic material, which are axially spaced (claim 10).
  • a rinsing comb is formed between the guide rings, whose discontinuously or continuously renewed supply of rinsing liquid (water) prevents salt crystals from forming when pumping buffer solutions, which have an abrasive effect on the piston seal.
  • a peripheral sealing element which seals the washing compartment, can also be arranged outside the guide rings.
  • the ceramic guide rings can be shrunk in alignment with one another in the sleeve with their piston guide bore.
  • the rinsing chamber is supplied with liquid through capillary tubes and pipes.
  • the inlet valve to the main head can be directly integrated into this functional unit or (partially) moved to the downstream storage head (claim 14).
  • the valves can be based on ball valves (claims 15 to 17); the associated closing balls can be inserted at the required location in the sandwich arrangement of the individual functional units. Additional fastenings or brackets for the directly integrated valve are omitted, only the valve ball is given a seat that is inserted into the valve chamber after being inserted into the (integrated) ball stop / ball guide bore (claim 15).
  • a - sealing - flange seal can be placed on the seat (claim 16). The seal mentioned is then helpful in (radially) aligning the stack.
  • the multi-channel ball guide bore (claim 15), which enables a direct incorporation of the valve into the block disk, without separate Individual parts such as ball guides and ball stops must be inserted. As a result, the valve has fewer peripheral parts.
  • a closely related invention proposes the use of only one identical displacement chamber function block for the main as well as for the storage head (claim 18). This with the aim of a serial high-pressure pump arrangement (claim 1) to manufacture efficiently.
  • a displacement chamber bore with a piston seal is provided in the functional block and for this purpose transverse bore holes with a valve arranged on the inlet side.
  • the function block described can be modified for functionally expanded use.
  • the sterndrive piston has a first leg and a second leg, which are aligned essentially parallel to one another.
  • a rotatable cam disc acts indirectly on the first leg.
  • This power transmission allows the sterndrive piston - which is guided by two spaced guide rods - to be able to be moved. Because two guide bearings are provided that slide on the two stationary guide rods, a highly precise parallel displacement of the sterndrive lever (drive piston) is achieved. Additional tilt and twist protection is not necessary. In addition to saving space and supporting the uniformity of the flow rate by largely switching off system elasticity, the sterndrive piston ultimately also justifies the simple assembly and adjustment of this drive.
  • the two legs mentioned can be connected via an intermediate leg (claim 21). This does not change the fact that the two legs are mechanically rigidly connected, because the intermediate leg also connects these two legs mechanically rigidly; it does so while being oriented substantially perpendicular to the first two legs.
  • the cam disc by means of which the drive power is transmitted to the sterndrive piston, can act on the first leg via a rotatable roller (indirectly); a compression or tension spring is used to generate the suction stroke by unfolding a counter load on the first leg, so that the frictional connection between the roller and the cam is always maintained (claim 22). When using a tension spring, this acts on the side of the first leg on which the roller does not act (claim 23).
  • the two stationary guide rods are arranged on both sides of the force application point of the lower leg, the result is a symmetrical design which allows a particularly clean stroke movement of the sterndrive piston (claim 25).
  • a further increase in the accuracy of the lifting movement and the exclusion of any tilting and twisting movement is achieved if the one guide rod runs through the intermediate leg and this intermediate leg carries two bearings which allow sliding on the guide rod (claim 28).
  • both the delivery piston of the main head and that of the storage head for the serial pump arrangement are moved by a drive piston of the type described.
  • these delivery pistons are mounted in a sleeve made of stainless steel or titanium with two spaced ceramic rings as actual guide elements (claim 11).
  • the delivery piston guide is precisely aligned and pressed with a force against the block disk-like components forming the main head and the storage head, the a
  • Such a clamping device can be, for example, a screw connection with which the piston guide sleeve is pressed against a flat surface at the end of the displacement space bore of the block-type component in question.
  • a tensioning device is provided, which can be a screw engaging a screw thread in the fuselage, which in turn is held on the housing body of the serial pump arrangement (claim 33).
  • the L-tensioning hook formed from fork shoe and fuselage can be displaced parallel to the delivery piston (claim 32).
  • a very precise parallel displacement of the L-tensioning hook is achieved by two attachments, which are attached to the fuselage and against each other are offset (claim 30); the offset of the abutments against one another can be provided both with respect to a longitudinal axis and with respect to a transverse axis of the fuselage (claim 34).
  • Fork shoe created (claim 31) a through groove in which the delivery piston can move.
  • the delivery piston running therein can be swiveled into the fork shoe of the L-tensioning hook and the guide sleeve pressed or tightened against the block disk by means of the tensioning device.
  • the piston guide sleeve is removed from the block-disk-like displacement chambers in the sandwich stack; the piston is completely moved out and, together with the guide sleeve, is pulled out of the fork shoe abutment after the L-tensioning hook has been loosened sufficiently and is thus removed from the block-disc-like components. Due to the good accessibility achieved, the construction is particularly easy to maintain. At the same time, this clamping hook is particularly easy to adjust, because it can be readjusted at any time by turning the always accessible clamping device (claim 35).
  • One of the abovementioned attachments of the L-tensioning hook can be designed as a cross pin, which is arranged in the transition area between the fuselage and fork shoe and protrudes on both sides of the elongated fuselage (claim 36).
  • the cross pin protruding on both sides - which can also be divided into two - the tensioning hook then lies on the side shoulders of a guide groove on the mounting flange of the housing body, into which the elongated body of the tensioning hook itself is fitted with sufficient movement.
  • the L-tensioning hook is particularly suitable in connection with the Z-drive (claim 30, claim 20), the L-tensioning hook being arranged between the Z-drive piston and the functional block disks of the serial pump arrangement (claim 1). In combination, they promote both - the sterndrive piston and the L clamping hook - an overall miniaturized design. In addition, the applied pressure of the tensioning hook presses the piston guide sleeve so strongly against the functional block disks that, while avoiding elastic work, the considerable hydraulic forces acting on the piston seals are reliably absorbed during the delivery stroke (avoiding system elasticity to maintain the highest possible pump efficiency) .
  • a shim ring is provided on the free end face, which also serves as a support ring for a secondary piston seal that is installed in the guide sleeve for dynamic sealing of the wash chamber.
  • the additional function modules should also be joined together without their own line connections for the flow (eluent) (claim 39), which subsequently worsen the separation result at a certain point, at the connection between the separation column and the detector cell.
  • the (HPLC) separation column which usually has the shape of a straight tube, its formation as a column bundle with packing in several parallels of a base body, which is transverse and transverse by means of terminal, zigzag-shaped fine bores
  • Through connections of creating plate elements form a self-contained unit, or as a planar separating column module, proposed with packing in a meandering or spiral shape.
  • a sample loop valve sandwich module is installed between the serial pump arrangement and the supplementary separating column sandwich module for introducing the sample to be analyzed.
  • the measuring cell (uncoupled from the detector) is flanged to the substance detection directly at the exit of the separation column module. Otherwise, the connection between the measuring cell and the measuring electronics must be established via light guides.
  • Vent valve / pressure sensor functional unit leaves and determined with regard to its chemical composition by the supply via the inlet functional unit (connection to different storage vessels via weir slide valve, claim 40).
  • the inlet module can be a low-pressure gradient former, which ensures that the mixing ratio of liquids fed in parallel in the suction flow changes according to a defined program in a time-dependent manner.
  • the pump arrangement according to claim 41 allows the delivery of precisely defined dosing quantities of liquid at a pressure higher than the external pressure.
  • the exact dosage is also reproducible.
  • Fig. 1 shows a serial pump arrangement in sandwich construction, in which the function carriers 4,5,6,7 are assembled in a stacking space or to form a stack 3 and this between two legs 2a, 2b of a U-profile 2 in the axial direction Direction is held.
  • Fig. 2 shows an enlarged section of the serial pump arrangement, which is formed here by four stacked functional units, two of which are delivery units.
  • Fig. 3 shows a cross section through a Z-shaped drive piston for the serial pump arrangement according to Figures 1 and 2, which is particularly space-saving and causes a kinematically highly accurate stroke movement of the delivery piston.
  • FIG. 4 and 4a show a clamping hook 70, 71 for holding the guide sleeves 15, 16 on the block disk functional units 4, 5, which are arranged in a stacked construction ("sandwich"); 4a is a plan view of the rear of the delivery piston 16, 17 (view of the delivery piston axes 28, 29) and FIG. 4 is a cross section through the sterndrive piston 51, the tensioning hook 70, 71 and the displacement chamber 4, 5.
  • FIG. 5 shows the same sectional view as FIGS. 1 and 2, but with a modified valve arrangement, with an otherwise unchanged design.
  • valve cartridges 80, 81
  • these cartridges and also the blind cartridge (82) additionally shown are arranged between the functional disks 6, 5 and 4 or 4 and 7 according to FIG. 5. All cartridges center the function discs and, in the case of the valve cartridges, control the flow rate.
  • 6 shows a stack of functional units in which an inlet module 6, the displacement chambers 4, 5 working in series with one another, an outlet module with a pressure sensor and vent valve 7, a sample application valve 100, a separation column 200 with a meandering packing and a detector measuring cell 300 all in one Total stacks are combined and thus form the complete wet part of a miniaturized HPLC analysis system.
  • FIG. 7 illustrates an exploded view of several of the components described above for a serial pump unit. With A one of the valve cartridges 80 described is shown enlarged with its individual parts. One of the delivery pistons 17 is installed, the other delivery piston 18 is shown as a single part with the L-tensioning hook 70, 71 in the non-assembled state.
  • the function carriers 4 and 5 are explained in section in FIGS. 1 and 2 and in an exploded view in FIG.
  • the displacement chamber bore in the function carrier 4, 5 widens at the outer end according to FIG. 7 to a groove for receiving the piston seal 34 (for example, a jacket made of PTFE with a stainless steel spring for pretensioning the sealing lip), the back of which also for the static sealing of the flushing liquid provided in the piston guide sleeve 16 worries.
  • a secondary piston seal 33 is used for dynamic (unpressurized) sealing at the other end of the guide sleeve 16 and is supported by the collar of an insert ring 7 which engages in the guide sleeve. The free face of this ring forms that
  • These guide rings are spaced to achieve the desired two-point bearing.
  • the spacing of the rings creates a chamber in the piston guide sleeve 16, 15, which allows back-flushing of the piston seal 34 in the displacement chamber 4, 5 via connections (prevention of the formation of salt crystals which promote wear and tear when conveying buffer solutions).
  • the side face of the opposite mounting flange (left) is the abutment for the screw 72b, which causes the tensioning hook to be tightened, which engages in a threaded bore on its end face on the support bead side.
  • the recess in the fork shoe 71c of the clamping hook 71c, which acts on the piston guide sleeve 15, 16, is dimensioned such that the delivery piston 18 runs in a contact-free manner.
  • the lifting movement of the delivery piston 18 causes a (at three points) Z-shaped drive piston 51, which carries on the front leg 51b a coupling piece 77 provided with two L-holding webs and a central recess for the delivery piston flange, which acts as a contact element for the crowned delivery piston end has a ceramic disk 77a.
  • a plug-in spring 76 is used for the free-floating coupling in the radial direction, but in the axial direction completely rigid, of the drive piston 51 and the delivery piston 18, the cranked legs of which press into the coupling piece 77 against the flange ring on the piston.
  • Each of the displacement chambers 4, 5 is assigned a valve cartridge 80 (identical in construction and installed in the same direction) on the inlet side.
  • the valve cartridge on the main head 5 (inlet valve) engages with one half of its length in the inlet module 6 (with a two-way rotary valve or low-pressure gradient former) and with the other in the receiving bore on the head itself.
  • the second valve cartridge (outlet valve) forms in accordance with the described overall type of installation, the connecting link between the main socket 5 and the downstream storage head 4 (serial high-pressure pump arrangement).
  • the mounting hole for the valve cartridges opens into the displacement chamber holes via a fine tap hole (T-profile penetration).
  • a blind cartridge 82 with a simple central bore creates the hydraulic connection between the storage head 4 and
  • Outlet module 7 which thereby has a double function when it is equipped with a pressure sensor 10 for monitoring the delivery pressure and a spindle valve 12 which, when operated manually, enables the displacement system to be vented.
  • the peripheral sealing at all transition points of the entire fluid path through the displacement system is carried out with the help of flange sealing rings made of chemically inert plastic on both end faces of the valve cartridges 80.
  • the mechanical pretension required for sealing over the entire sandwich arrangement results in a clamping screw 98a in the cover element 98, the Snap the flange bars into grooves in the housing body 99a.
  • the stroke movement of the sterndrive piston takes place along two guide rods or rails 52a, 52b.
  • Axial bearings 53a, 53b, 53c run on them; one bearing 53b is arranged in the outer region (outside) of one leg 51b (cross leg on the cam plate side) and is mounted on one of the two guide rods 52a, 52b.
  • the free end of the cross leg 51a parallel to the cross leg 51b on the cam disc side makes contact with the delivery piston.
  • a plug spring causes the feed piston to float freely, i.e. Independent radial alignment when installing the piston parallel to the axis of the seal or the piston guide sleeve.
  • the free-floating bearing ensures a side load-free connection of the delivery piston to the sterndrive piston and at the same time makes it easier to flange the displacement unit 1 onto the drive block.
  • the design configuration described is the same for the main and accumulator pistons.
  • the (different) cam disk profiles for the pistons of the two displacement function units 4, 5 working in series with one another are designed for minimal residual pulsation of the delivery flow due to the compressibility of the liquid conveyed under certain operating conditions.
  • An electric motor 60 drives the cam (shaft) via a gear (not shown).
  • the delivery rate is varied via its speed control.
  • the concept of assigning the return spring 54 to the cross leg 51a of the Z drive piston 51 and the choice of a plug-in spring 76 for coupling the drive piston and the delivery piston to the opposite leg 51a opens up the possibility of building the overall system extraordinarily small, but at the same time mechanically sufficiently rigid. At the same time, assembly is easier.
  • the described three-point bearing 53a, 53b, 53c of the sterndrive piston 51 on the two guide rods 52a, 52b ensures a precisely guided stroke movement. It also eliminates the need for conventional additional anti-twist protection devices.
  • the drive elements 50, 51, 55 can be part of a drive block in which the fixed attachment of the guide rods 52a, 52b can be easily accomplished. It is possible to mount the electric motor outside for better heat dissipation.
  • Pump chambers 5.4 together with the associated pistons and piston guide sleeves is also equipped with an inlet module (rotary valve / low-pressure gradient valve system) and with an outlet module (pressure sensor / vent valve), in this case only has to be flanged to the drive block as a self-contained assembly and the delivery pistons are then coupled to the drive pistons by means of the plug-in springs.
  • inlet module rotary valve / low-pressure gradient valve system
  • outlet module pressure sensor / vent valve
  • the tensioning hook 70 presses on the piston guide sleeve 15 via a washer ring 7.
  • This washer ring also serves as a support ring for an upstream secondary piston seal, which ensures the dynamic sealing of the washing space in the piston guide 15 to the outside.
  • the delivery piston 17 protrudes through the piston guide sleeve 15 in alignment with the piston seal into the displacement chamber of the main head 5 or the storage head 4 (liquid delivery Function according to the serial pump principle).
  • the stack axis is understood to be protruding from the paper plane.
  • the Z drive piston 51 is shown schematically, which is connected to the outer end of the delivery piston 17 according to the plug-in spring principle.
  • the free-floating bearing thus achieved at the coupling point ensures that the delivery piston is guided without side loads in relation to the mounting position of the piston seal.
  • FIG. 4a shows the representation of FIG. 4 in a top view, with the delivery piston axes 28, 29 (along the delivery piston 17, 18) being to be viewed in a protruding manner from the paper plane.
  • the tensioning hook 70, 71 has an elongated fuselage 70 which at one end merges into a projecting fork shoe 71.
  • the transition area can be chamfered or slightly offset.
  • the fork shoe 71 forms - as is apparent from FIG. 4a - with the prongs 71a, 71b a groove 71c for a contact-free passage of the delivery piston 17.
  • the guide sleeve 15 is attached to the functional block 4 (here is the conveyor head shown) pressed.
  • the screw 72b is tightened, which engages in the tension hook 70, 71 via a thread 72 a at the rear end of the fuselage 70. Tightening causes the tensioning hook 70, 71 to be displaced parallel to the axis 28 of the piston guide sleeve.
  • Two supports 73a, 73b and 74a, 74b are provided for mounting the clamping hook 70, which can be displaced in parallel. They are staggered both in the longitudinal direction and in the transverse direction of the clamping hook.
  • the bearing 74a is designed as a transverse pin which is pressed into the tensioning hook in the transition area between the fuselage 70 and fork shoe 71.
  • the corresponding pin ends projecting on both sides rest on shoulders of a guide groove 75 for the tensioning hook in the main body of the displacement system.
  • the other bearing acts as a sliding bearing, in which a support bead 73a protrudes from the body 70 of the tensioning hook and can slide on an abutment surface 73b.
  • the stroke movement of the Z drive piston 51 takes place behind the clamping arrangement to the piston guide sleeve. Its stroke movement, the longitudinal displacement of the clamping hook 70, 71 and the stroke movement of the delivery piston 17, 18 all take place parallel to one another and to the stack axis 27 of the function blocks 4, 5, 6. 7.
  • Fig. 5 shows a partially sectioned illustration, as also shown in FIGS. 1 and 2, with a schematic emphasis on the delivery pistons 17, 18 and the nature of the sandwich-serial pump arrangement 6, 5, 4, 7 with its directly in a stack adjoining block disc function carriers.
  • the axes 29, 28 of the delivery pistons and accordingly also the displacement spaces 25, 26 in the main head and storage head lie transversely to the stack axis 27.
  • the functional units 6.5 and 5.4 are connected to one another in a liquid-conducting manner by valve cartridges 80, 81 and the functional units 4.7 by a dummy cartridge 83.
  • Valve cartridges and dummy cartridges are shown schematically in the installed position for a cutout 83 in the housing body 99 for the sandwich stack with the blocks 4, 5, 6, 7.
  • the valve cartridges are self-contained subunits, which can optionally be equipped with one or two ball valves 80b, 80c, 81b.
  • a dummy cartridge 82 with a simple through-hole allows the creation of a bare connection channel between two corresponding functional units.
  • the different cartridges are suitable for pairing and aligning the functionally stacked functional units in a liquid-tight manner. They are installed with half their length in the central mounting holes provided in the functional elements. In the case of the main head and the storage head, these receiving bores in turn open via tap holes in the displacement space bores.
  • the valve cartridge 80 shows the configuration of the double assembly with a miniaturized ball valve - for more sensitive response of the ball even at extremely low delivery rates, the valve cartridge 81 in turn shows the configuration of the assembly with a ball valve of larger dimensions.
  • the ball valves as the basic components preferably consist of a ruby ball and a sapphire / ceramic valve seat with a specially ground sealing edge.
  • the ball valves in combination with special, dimensionally adapted ball stops / ball guide elements and peripheral sealing rings made of chemically resistant plastics in housing sleeves (e.g. made of stainless steel or titanium), they can be completed to form functional units.
  • FIG. 5c also shows in cross section a dummy valve cartridge 82 with a central through bore 82a.
  • This cartridge or connecting sleeve can form a coupling element between the storage head functional unit 4 and the vent valve / pressure sensor functional unit 7, between which no valve, but nevertheless a transition piece to be installed in a snug fit is required.
  • FIG. 6 shows an HPLC analysis system that is implemented completely in a stacked construction.
  • the functional units 4 to 7 already explained are only shown schematically, the input module being shown, for example, by the dashed line
  • Low pressure gradient shaper 6a can be.
  • the gradient former is followed by the first valve cartridge 80 (inlet valve), which leads into the main head 5, which works with the delivery piston 17 (whose central axis 28 is shown).
  • a further valve cartridge 81 (outlet valve) closes in the outflow direction and connects the main head 5 to the storage head 4.
  • the delivery piston 18 (whose central axis 28 is shown).
  • the separation column follows in a special shape that fits the concept of an overall structure based on the sandwich principle.
  • the separating column is either constructed as a functional unit from short segments bundled in a block, which are alternately connected to each other in a confined space on the end faces, or contains packs of meandering or spiral structure.
  • the (Eluens) delivery flow finally enters the separating column functional unit directly into the measuring cell, which is decoupled from the electronic detector part that processes the measuring signal, for substance detection.
  • the basic illustration of an optical measuring cell is shown.
  • the measuring cell for an electrochemical detector can also be used in an analogous manner. In the manner described, there is a device design that all functional units of the wet part of a specific HPLC analysis system in a compact arrangement with the smallest dead volume that partially reverses the separation result achieved. At the same time, the various functional units can be mechanically and easily held together.
  • FIG. 7 shows an exploded view of an implementation example of the concept of a displacement unit for a serial high-pressure pump in a stacked construction, with an illustration of the assembly of the components.
  • the basis is formed by the four functional units 6, 5, 4 and 7, which are in a common one
  • Receiving hole are housed in a projecting part of the housing body 99. Characterized in that the receiving hole is open at several points through slots and holes to the front and to the sides, the functional units used are visually accessible and their installation and removal is easier.
  • abutment base for a mutually liquid-tight, prestressed mounting of the stacked functional units, there are insertion grooves for a cover plate 98 or for a flange ring 6a on the inlet module 6 at the upper and lower edge of the receiving bore. Both this module and the storage head unit are connected to the intermediate main head unit.
  • Functional unit 5 with regard to the liquid gluing paths and in order to bring about a precise mechanical alignment with one another, each connected via a valve cartridge 81, which at the same time control the flow rate in time with the stroke movement of the feed piston in the main head (inlet / outlet valve).
  • the receiving bores for the valve cartridges are designed as collar bores, which open into further narrow pass bores, for example into the displacement space bores 25, 26 in the main head and in the storage head.
  • guide sleeves 15, 16 are pressed in alignment with the (high-pressure) piston seals located therein with a force which compensates for the hydraulic loading of the piston seals without giving in under maximum delivery pressure.
  • This is carried out by means of the clamping hook 70, 71, which on the one hand rests on the shoulder edge of the receiving groove in the region of the fastening flange of the housing body with a pin 74a projecting on both sides, and on the other hand is pressed against the bottom of the receiving groove with a support bead at the opposite end, when the clamping screw shown in the loose state is tightened, which results in a longitudinal displacement of the clamping hook exactly parallel to the axis of the drive piston and the delivery piston.
  • the delivery pistons 18, 19 are shown both in the built-in (under: main head 5) and in individual parts reproduction, surrounded by the forks 71a, 71b of the abutment shoe on the tensioning hook 70, 71. When viewed as a functional part, the piston is lifted without touching this fork shoe.
  • the Z-shaped drive piston 51 is shown towards the main head, with regard to the storage head 4 with the end piece for engaging the plug-in spring, which ensures an axially rigid but radial deflection allowing a connection between the drive piston 51 and the delivery piston 18 .
  • the bifunctional outlet module 7 with pressure sensor 10 and venting spindle valve 12 and the inlet module based on a two-way / shut-off valve are also shown in detail.
  • the illustration further shows the simplicity of the concept of the sandwich construction, which is particularly expedient in terms of function and handling, in relation to the displacement system of a serial pump arrangement. This also applies in relation to the proposed design of the associated drive unit and the tensioning mechanism for the liquid-tight pairing of the individual functional units and with regard to the aspect of a miniaturized design.
  • the high pressure pump arrangement acc. Fig. 1 allows in the HPLC analysis technology usual pressure range up to 400 bar with high reproducibility even in the microliter
  • the arrangement is suitable in principle for any application in which the delivery pressure is above atmospheric pressure.

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Abstract

Die Erfindung schlägt zur Verkleinerung der Baugröße von Seriell-Pumpenanordnungen vor, mehrere blockscheibenartige Bauelemente zu verwenden. Diese sind aus nichtmetallischem Werkstoff und liegen mit ihren Steuerflächen aneinander in einem (sandwichartigen) Stapel (3). Zwei (4, 5) von diesen blockscheibenartigen Bauelementen (4, 5, 6, 7) weisen - jeweils quer zur Stapelachse (27) orientierte - Verdrängerkammern (25, 26) auf, in welchen je ein Schubkolben (17, 18) geführt ist. Parallel zu der Stapelachse (27) verlaufen Zuström- und Abströmbohrungen (38, 42, 44), in welchen der Hochdruck-Massefluß, beispielsweise eines chemischen Puffers, entsteht. Die beiden erwähnten Bauelemente (4, 6) bilden - für den konstanten und kontinuierlichen Massefluß - die zwei in Reihe liegenden Pumpeinheiten der Seriell-Pumpenanordnung. An den Saug- und Druckseiten der beiden Pumpeinheiten sind Rückschlagventile (40, 41, 43) vorgesehen. Neben der Raumersparnis wird gleichzeitig ein hochkonstanter und hochkontinuierlicher Massefluß erreicht, da die Durchströmwege kürzestmöglich sind. Sie können aus metallfreien aber hochstabilen Werkstoffen bestehen (insbesondere Saphir). Aufgrund der Kürze ergibt sich ein minimales Totvolumen, aufgrund der metallfreien Werkstoffe nahezu keine Elastizität.

Description

Hochdruckpumpe zur Flüssigkeits-Feindosierung
Das technische Gebiet der Erfindung(en) ist die Feindosierung von Flüssigkeiten auch bei hohem Druck (insbesondere die HPLC- Analysen-Technik). Bei ihr werden pulsationsfrei bz pulsationsarm fördernde Pumpen benötigt, die in zwei verschiedenen (grundsätzlichen)
Bauweisen eingesetzt werden. Zum einen ist dies - als häufigster Vertreter - eine Schubkolbe oder Hochdruckpumpenanordnung mit zwei parallel geschalteten Zylindern bzw. Pumpeinheiten. Zum anderen ist dies eine serielle Anordnung der Pumpeinheiten.
Zwar ist mit den parallel geschalteten Pumpeinheiten in der Regel eine geringe Pulsation - al eine sehr gleichförmige und konstante Massenförderung - möglich, gleichzeitigt birgt eine solche Anordnung der Pumpeinheiten aber einen großen Raumbedarf in sich. Beide Zylinder sind nebeneinander angeordnet und entsprechende Kanäle auf der Hochdruck- und der Niederdruckseite verbinden die parallelen Pumpeinheiten mit den gegenläufig arbeitenden Schubkolben. Beispiele der parallelen Hochdruckpumpen- Anordnung sind in den Fundstellen DE 27 37 062 und US 3,917,531 beschrieben. Neben den parallelen Hochdruckpumpenanordnungen gibt es auch die - erwähnten - in Serie geschalteten Hochdruckpumpen, deren beide Pumpeinheiten in Strömungsrichtung in Serie geschaltet sind Grundsätzlich werden dabei die beiden Pumpeinheiten auch nebeneinander angeordnet - wie bei der erwähnten parallelen Bauweise - jedoch werden die Kanäle in Strömungsrichtung so geschaltet, daß die Flüssigkeit, die unter Druck die erste Pumpenkammer verläßt, über die zweite Pumpenkammer (als Speicher) geführt wird. Eine solche Anordnung ist - im Hinblick auf die besondere Ausgestaltung der zueinander koordinierten linear bewegten Schubkolben - Gegenstand der Fundstelle DE 32 03 722 C2. Dort geht es um die Vergleichmäßigung des Massenflusses für eine serielle Hochdruckpumpen- Anordnung. Zum technischen Hintergrund der Erforderlichkeit eines gleichmäßigen Massenflusses wird hier betont auf die dortige Spalt 6 (Patentschrift) verwiesen. Ziel und Zweck der dort beschriebenen Pumpenanordnung ist es, die Messgenauigkeit nach der Trennsäule durch möglichst geringe Restpulsation beim Substanznachweis zu verbessern, wobei keine Störimpulse auftreten dürfen, die infolge eine (geringer) spezifischer Kompressibilität der geförderten Flüssigkeit (Eluens) entsteht, die von der Hochdruckpumpen- Anordnung gefördert wird. Dies ist auch (eine) Aufgabe der vorliegenden Erfmdung(en), namentlich die Gleichmäßigkeit des Masseflusses weiter zu erhöhen, jedoch nicht durch eine komplizierte Anpassung der Longitudinalbewegungen der Schubkolben (vgl. die zuletzt genannte Fundstelle), sondern durch eine grundsätzliche Umgestaltung der Pumpenanordnung, insbesondere auch durch Verbesserung des Pumpwirkungsgrades vermittels Minimierung des schädlichen Totvolumens im Verdrängersystem. Auch diese Aufgabe wird von einer Hochdruckpumpen- Anordnung gemä der technischen Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Dieselbe Aufgabe findet ihre - unabhängige - Lösung in einem Herstellungsverfahren - insbesondere für die erwähnten Hochdruckpumpen Anordnung - gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 12. Auch die Verwendung eines Funktionsblockes (Anspruch 18) für die erwähnte Seriell-Hochdruckpumpen- Anordnung (Anspruch 1) löst die vorangestellte Aufgabe.
Neben der erwähnten (einen) Aufgabe ergibt sich bei Ausführung der Erfindung(en) aber au der überraschende Erfolg, daß die Seriell-Hochdruckpumpen- Anordnung nur noch ein Kleinstmaß an Bauvolumen benötigt. Dieser Erfolg ergibt sich tragend aus der erfindungsgemäßen Erkenntnis der Zerlegung einer Seriell-Pumpenanordnung in ihre - mehreren - Funktionseinheiten. Diese Funktionseinheiten können dann in Sandwich- Bauweise (Anspruch 4) auf engstem Raum zusammengefügt werden. Die Funktionseinheiten sind die blockscheibenartigen Bauelemente. Sie können auch aus nichtmetallischem Werksto bestehen. Sie werden zu dem erfindungsgemäßen Stapel (Anspruch 12, 1) zusammengesetzt, mit dem sich bereits die Seriell-Pumpenanordnung ergibt. Quer zu der Stapelachse dieser zusammengesetzten blockscheibenartigen Bauelemente sind die Verdrängerkammern orientie (Anspruch 1); in ihnen laufen die beiden im Gegentakt arbeitenden Förderkolben. Ergänzen zu der Stapelbauweise der blockscheibenartigen Bauelemente werden ihre Verdrängerkamme über Zuströmbohrungen (Einlaß) und Abströmbohrungen (Auslaß) miteinander verbunden, d ihrerseits parallel zur Stapelachse orientiert sind. Den Saug- und Druckseiten werden schließlich Steuerventile zugeordnet (Anspruch 1, 3), die mit ihren peripheren Bauteilen Ausrichthilfen darstellen.
Begünstigend für die Anordnungen dieser Ventile ist die Stapelbauweise der direkt aneinanderliegenden blockscheibenartigen Bauelemente. Es werden demgemäß also keine Verbindungsleitungen mehr zwischen den Pumpeneinheiten - jedes blockscheibenartiges
Bauelement bildet die Basis einer solchen Pumpeneinheit oder Fördereinheit - mehr benötigt und die Einlaß- und Auslaß-Rückschlagventile können unmittelbar in den blockscheibenartig Bauelementen angeordnet sein; dabei muß jeweils nur ein Ventil jedem der blockscheibenartigen Bauelemente zugeordnet werden (Anspruch 2, 3). Dies begünstigt eine weiteren erfindungsgemäßen Erfolg, den der geringeren Baugröße bzw. Minimierung des Totvolumens im Verdrängersystem. Für die beiden blockscheibenartigen Bauelemente kann das verbindende Ventil in Einlaß- und Auslaßventilkonfiguration baugleich sein. In besonder Weise kommt der Seriellpumpe mit ihrer unmittelbaren Verbindung der beiden in Strömungsrichtung seriell zueinander^ange rdneten Pumpeinheiten (Verdrängerkammern) de Wegfall jedweder zwischenliegender Verbindungsleitungen zwischen den Pumpeinheiten zugute. Dadurch reduziert sich die Verbindungs-Leitungslänge auf nahezu Null und die Ven können - da sie unmittelbar zwischen den Pumpeinheiten, bzw. den anderen blockscheibenartigen Bauelementen mit ihren besonderen Funktionen, angeordnet sind - präziser ansprechen (Anspruch 3), was wiederum zu verminderter Restpulsation des Förderstroms führt.
Weiter unterstützt wird die geringe Pulsation der geförderten - ggf. feindosierten - Flüssigkeitsmengen im Wege der Gestaltung der Ventile (Anspruch 3); dabei können die (Ventil-)Kugelführung und der Kugelstopp direkt in die Verdrängerkammer eingearbeitet sein sein.
Eine besonders vorteilhafte Gestaltungsvariante der zwischen den blockscheibenartigen Bauelementen angeordneten Ventileinheiten ist die in Form von Ventilpatronen (Anspruch 29). Solche Patronen enthalten ein oder zwei Kugelventile. Die Ventilpatronen werden so zwischen jeweils zwei aneinandergrenzende blockscheibenartige Bauelemente eingesetzt, daß je eine Hälfte der Ventilpatrone in eines der aneinandergrenzenden blockscheibenartigen Bauelemente eingreift. So wird mit dieser Ventilpatrone nicht nur die ventilbehaftete Förderverbindung zwischen den Funktionsscheiben begründet, sondern auch eine Zentrierwirkung erreicht, die es erlaubt, die blockscheibenartigen Bauelemente in der Hochachse zueinander fluchtend zu stapeln.
Ventilpatronen bzw. Blindpatronen können zwischen allen im Stapel befindlichen blockscheibenartigen Bauelementen eingesetzt werden; so zwischen Speicherkopf und Förderkopf, zwischen Einlaß-Drehventil und Förderkopf bzw zwischen Speicherkopf und Drucksensor-/ Entlüftungsspindelventil-Einheit. Abhängig von der jeweils gewünschten Funktion kann die Ventilpatrone dann ein oder zwei Kugelventile aufweisen. Auch ist es möglich, eine Blindpatrone einzusetzen, die lediglich eine Bohrung als Flüssigkeitskanal besitzt. So kann z.B. die Auslaßseite des Speicherkopfes eine solche Blindpatrone aufweisen, mit welcher der Speicherkopf strömungsmäßig verbunden wird mit dem Entlüftungsventil-/ Drucksensor-Modul, das den vierten Baustein der Seriell-Pumpenanordnung (Einlaßdrehventil, Förderkopf, Speicherkopf und Auslaßmodul) bildet.
Ersichtlich ist auch die schnellere Montagemöglichkeit der jeweils eine bestimmte Funktion tragenden blockscheibenartigen Bauelemente, die nur in einen entsprechenden Stapelraum eingebracht werden müssen, um bereits die grundsätzliche serielle Pumpenanordnung zu erhalten. Sowohl Wartung als auch Austausch beschädigter Funktionseinheiten wird zielführend begünstigt. Die in den Ansprüchen 1 bis 7 erwähnten Zuström- und Abströmbohrungen bzw. die Einlaß- und Auslaßbohrungen in den blockscheibenartigen
Bauelementen sind zueinander fluchtend ausgerichtet und liegen fertigungstechnisch besonders günstig im Zentrum (Anspruch 8). Es ergibt sich so der kürzestmögliche Verbindungsweg zwischen den blockscheibenartigen Verdrängerkammern, was minimales Totvolumen bei kürzestmöglichen Verbindungswegen begründet.
Die erwähnten Funktionseinheiten sollen noch einmal kurz herausgestellt werden.
(a) Eine Funktionseinheit kann der "Hauptkopf" sein; dieser bildet die Haupt-Pumpeneinheit (Anspruch 1).
(b) Eine weitere Funktionseinheit kann der "Speicherkopf" sein; dieser bildet die Speicher- Pumpeinheit, die dem Hauptkopf nachgeschaltet ist. In dieser Funktionseinheit kann auch das Auslaßventil des Hauptkopfes integriert sein, was die Kürze der zwischen Hauptkopf und Speicherkopf erforderlichen Verbindungsleitungen/Kanäle begründet. Dadurch wird im Verdrängersystem schädliches Totvolumen minimiert, das aufgrund der spezifischen Kompressibilität des gepumpten Mediums zu Restpulsation des Förderstroms und Pump Wirkungsgrad Verlusten führt (Anspruch 1).
(c) Eine Funktionseinheit kann Schaltventilftmktion auf der Saugseite haben; diese Funktionseinheit wird dem Hauptkopf vorgelagert und ermöglicht das Umschalten auf unterschiedliche Fördermedien (Anspruch 5) oder das Einschleusen saugseitig erzeugter Flüssigkeitsgradienten (gesteuert variiertes Mischungsverhältnis unterschiedlicher Flüssigkeite während einer bestimmten Förderdauer. Vgl. Anspruch 6).
(d) Eine Funktionseinheit kann Druckmeß- und gleichzeitig Entlüftungsfunktion haben; dies Funktionseinheit wird dem Speicherkopf nachgeschaltet. Sie bildet in einfachster Ausgestaltung des Auslegungskonzeptes das hochdruckseitige Ende der gesamten Seriell- Hochdruckpumpen-Anordnung und bietet die Möglichkeit, den erreichten Systemdruck durch Auflenken des Förderstroms auf einen eingebauten Druckaufnehmer zu messen (Anspruch 7).
Zur Aufnahme der Kräfte, die durch die hydraulische Beaufschlagung entstehen, und ebenso für die interne und externe Abdichtung des gesamten Verdrängersystems bedarf es einer mechanischen Entlastung bzw. Verspannung der Einzelelemente; diese kann so bewirkt werden, daß die sandwichartig gestapelten Blockscheiben-Bauelemente zwischen den Schenkeln eines Jochkörpers oder in einer gemeinsamen Bohrung eines Gehäuseblocks angeordnet und unter Einfügen entsprechender peripherer Dichtelemente zueinander verspannt werden.
Sind die blockscheibenartigen Bauelemente zylindrisch gestaltet und bilden sie demnach in sandwichartig gestapelter Weise eine zylindrische Seriell-Hochdruckpumpe, so können die einzelnen blockscheibenartigen Funktionsträger jeweils eine umfängliche Abflachung aufweisen, an die eine Kolbenführung abdichtend ansetzbar ist, in welcher die quer zur Stapelachse bewegten Förderkolben laufen; eine solche Führungs kann aus einer Metallhülse (Edelstahl oder Titan) mit zwei Führungsringen aus keramischem Werkstoff bestehen, die axial beabstandet sind (Anspruch 10). Zwischen den Führungsringen wird so eine Spülkamme gebildet, deren diskontinuierlich oder kontinuierlich erneuerter Vorrat an Spülflüssigkeit (Wasser) verhindert, daß sich beim Pumpen von Pufferlössungen Salzkristalle ausbilden, die auf die Kolbendichtung abrasiv wirken. Auch kann außerhalb der Führungsringe je ein peripheres Dichtelement angeordnet sein, das den Spülraum dichtet. Die Keramik- Führungsringe können mit ihrer Kolben-Führungsbohrung fluchtend zueinander in der Hülse eingeschrumpft sein. Die Spülkammer wird durch Kapillarrohr-Zuleitungen und -Ableitungen mit Flüssigkeit versorgt.
Weiterer Ausdruck des grundsätzlich veränderten Aufbaus der Seriell-Hochdruckpumpe mit den beiden Pumpeinheiten - Hauptkopf und Speicherkopf - ist das Herstellungsverfahren für eine solche Pumpenanordnung (Anspruch 12). Dabei tritt deutlich zutage, daß die Funktionseinheiten in einem Stapelraum aneinandergefügt werden, wo sie (zunächst) axial leicht verrückbar, jedoch radial unverrückbar fixiert sind. Die axiale Fixierung oder Verspannung wird anschließend mit einer Spannvorrichtung ausgeführt; sie begründet dann den insgesamt funktionstauglichen Bestand der aus Funktionseinheiten zusammengesetzten Seriell-Hochdruckpumpe. Ersichtlich ist die sich daraus ergebende einfache Zusammenbau - und Zerlegbarkeit, die einfache Demontagemöglichkeit des Systems, sowie die Eröffnung der Möglichkeit einer miniaturisierten Bauweise. Die Funktionseinheiten können im wesentlichen zylindrisch gestaltet sein (Anspruch 13); hierdurch wird die Fertigung und Paarung der Teile vereinfacht. In spezieller Auslegung kann das Einlaßventil zum Hauptkopf in diese Funktionseinheit direkt integriert oder (teilweise) in den nachgeordneten Speicherkop verlagert werden (Anspruch 14). Die Ventile können auf Kugelventilen beruhen (Anspruch 15 bis 17); die zugehörigen Schließkugeln können bei der Sandwichanordnung der einzelnen Funktionseinheiten am jeweils erforderlichen Ort eingefügt werden. Zusätzliche Befestigunge oder Halterungen für die direkt integrierten Ventil entfallen, nur die Ventilkugel erhält einen Sitz, der nach Einbringen in die (anintegrierte) Kugelstopp/Kugelführungsbohrung in die Ventilkammer eingeschoben wird (Anspruch 15). Zusätzlich kann eine - abdichtende - Flanschdichtung auf den Sitz aufgelegt werden (Anspruch 16). Die erwähnte Dichtung ist dan hilfreich beim (radialen) Ausrichten des Stapels.
Hervorzuheben ist auch die mehrkanalige Kugelführungsbohrung (Anspruch 15), die eine direkte Einarbeitung des Ventils in die Blockscheibe ermöglicht, ohne daß gesonderte Einzelteile, wie Kugelführungen und Kugelstopps, einzufügen sind. Das Ventil umfaßt dadurch weniger Peripherieteile.
Eine damit eng verwandte Erfindung schlägt sowohl für den Haupt- als auch für den Speicherkopf den Einsatz nur eines, baugleichen Verdrängerkammer-Funktionsblockes vor (Anspruch 18). Dies mit dem Ziel eines Seriell-Hochdruckpumpen- Anordnung (Anspruch 1) rationell zu fertigen. In dem Funktionsblock ist eine Verdrängerraumbohrung mit Kolbendichtung vorgesehen und hierzu querliegende Stichbohrungen mit einlaßseitig angeordnetem Ventil. Der beschriebene Funktionsblock kann zu funktionsmäßig erweiterter Verwendung modifiziert sein.
Für die Gleichmäßigkeit des Förderstroms ist auch von Bedeutung (vgl. Seite 2 Abs. 1), den Antrieb der Förderkolben zu beachten. Um nicht den überraschenden Erfolg, daß die Seriell Hochdruckpumpe nur noch ein Kleinstmaß an Bauvolumen benötigt, wieder zunichte zu machen, muß der Antrieb sowohl der Gleichmäßigkeit des Förderstroms dienen, als auch ein Mindestmaß an Raum beanspruchen. Anderenfalls würde das nun besonders klein herstellbare Verdrängersystem der Seriell-Pumpe durch eine übergroße Antriebs-Einheit belastet werden. Dazu wird ein Z-förmiger Antriebskolben vorgeschlagen, dessen wesentliche Merkmale im Anspruch 20 zusammengefaßt sind. Der Z-Antriebskolben weist dabei einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel auf, die im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Au den ersten Schenkel wirkt mittelbar eine drehbare Kurvenscheibe. Diese Kraftübertragung erlaubt es, daß sich der Z-Antriebskolben - geführt an zwei beabstandeten Führungsstangen - hubbewegt werden kann. Weil zwei Führungslager vorgesehen sind, die auf den beiden ortsfesten Führungsstangen gleiten, wird eine hochgenaue Parallelverschiebung des Z- Antriebshebels (Antriebskolbens) erreicht. Ein zusätzlicher Kipp- und Verdrehungsschutz wird entbehrlich. Der Z-Antriebskolben begründet neben Raumersparnis und der Unterstützung der Gleichmäßigkeit des Förderstroms durch weitgehendes Ausschalten von Systemelastizität letztlich auch die einfache Montage und Justage dieses Antriebs.
Die beiden erwähnten Schenkel können über einen Zwischenschenkel verbunden sein (Anspruch 21). Das ändert nichts daran, daß die beiden Schenkel mechanisch starr in Verbindung stehen, denn auch der Zwischenschenkel verbindet diese beiden Schenkel mechanisch starr; er tut dies, während er im wesentlichen senkrecht zu den beiden zuerst genannten Schenkeln ausgerichtet ist.
Die Kurvenscheibe, mittels welcher die Antriebsleistung auf den Z-Antriebskolben übertragen wird, kann über eine drehbare Rolle auf den ersten Schenkel einwirken (mittelbar); eine Druck- oder Zugfeder dienen zur Erzeugung des Saughubes durch Entfalten einer Gegenlast am ersten Schenkel, so daß der Kraftschluß zwischen Rolle und Kurvenscheibe stets gewahrt bleibt (Anspruch 22). Bei Einsatz einer Zugfeder, greift diese an derjenigen Seite des ersten Schenkels an, auf den die Rolle nicht einwirkt (Anspruch 23).
Werden die beiden ortsfesten Führungsstangen beidseitig des Krafteinlenkungspunktes des unteren Schenkels angeordnet, so ergibt sich eine symmetrische Auslegung, die eine besonder saubere Hubbewegung des Z- Antriebskolbens erlaubt (Anspruch 25). Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Hubbewegung und der Ausschluß jeder Kipp- und Verdrehungsbewegung wird dann erreicht, wenn die eine Führungsstange durch den Zwischenschenkel hindurch verläuft und dieser Zwischenschenkel zwei Lager trägt, die das Gleiten auf der Führungsstang erlauben (Anspruch 28).
Sowohl der Förderkolben des Hauptkopfes als auch der des Speicherkopfes für die Seriell- Pumpen- Anordnung werden von einem Antriebskolben der beschriebenen Art hubbewegt. Zu - bezogen auf die Ausrichtung in der Kolbendichtung - seitenlastfreien Hubbewegung werden diese Förderkolben in einer Hülse aus Edelstahl oder Titan mit zwei beabstandeten Keramikringen als eigentliche Führungselemente gelagert (Anspruch 11).
Damit die Förderkolbenführung genau fluchtend und mit einer Kraft an die den Hauptkopf un den Speicherkopf bildenden blockscheibenartigen Bauelemente gedrückt wird, die ein
Nachgeben unter dem Einfluß der Kräfte, die im Pumpbetrieb auf die Kolbendichtung wirken, sicher ausschließen, bedarf es einer besonderen Zuspannvorrichtung. Eine solche Zuspannvorrichtung kann beispielsweise eine Schraubverbindung sein, mit der die Kolbenführungshülse gegen eine Planfläche am Ende der Verdrängerraumbohrung des betreffenden blockscheibenartigen Bauelementes gepreßt wird.
Dazu bedarf es einer Lagerung, die ausgerichtet auf die Kolbendichtung den Führungshülse seitenlastfrei führt. Als eine, auch fertigungstechnisch einfache Lösung wird vorgeschlagen, hier eine Zuspannvorrichtung einzusetzen, die einen der Form nach am Gehäusekörper der Seriell-Pumpe leicht zu führenden langgestreckten Rumpf und einen quer zu dessen Längsachse abstehenden Gabelschuh als Zughaken aufweist (Anspruch 30).
Am einen Ende des langgestreckten Rumpfes ist eine Spanneinrichtung vorgesehen, die eine i ein Schraubgewinde im Rumpf eingreifende Schraube sein kann, die ihrerseits am Gehäusekörper der Seriell-Pumpenanordnung gehalten wird (Anspruch 33). Mit dieser Spanneinrichtung wird der aus Gabelschuh und Rumpf gebildete L-Spannhaken zum Förderkolben (Anspruch 32) parallel verschieblich. Eine sehr genaue Parallelverschiebung des L-Spannhaken wird durch zwei Anlager erreicht, die am Rumpf angebracht und gegeneinande versetzt sind (Anspruch 30); der Versatz der Anlager gegeneinander kann dabei sowohl gegenüber einer Längsachse als auch gegenüber einer Querachse des Rumpfes vorgesehen sein (Anspruch 34).
Infolge der Ausformung eines Widerlagers durch einen vom Rumpfteil vorstehenden
Gabelschuh entsteht (Anspruch 31) eine Durchgangsnut, in der sich der Förderkolben bewegen kann. Auf diese Weise wird ein Höchstmaß an Zugänglichkeit erreicht. In den Gabelschuh des L-Spannhakens kann auch noch nach dem Zusammenbau der Blockscheiben mit den Kolben- Führungshülsen der darin laufende Förderkolben eingeschwenkt und die Führungshülse unter stirnseitigem Angriff mittels der Spanneinrichtung gegen die Blockscheibe gepreßt bzw. nachgezogen werden. In gleicher Weise - jedoch in umgekehrter Reihenfolge - verläuft der Ausbau der Kolben-Führungshülse von den blockscheibenartigen Verdrängerkammern im Sandwich-Stapel; der Kolben wird dabei vollständig herausgefahren und mitsamt der Führungshülse nach ausreichendem Lösen des L-Spannhakens aus dem Gabelschuh-Widerlager gezogen und damit von den blockscheibenartigen Bauelementen entfernt. Aufgrund der erreichten guten Zugänglichkeit ergibt sich ein besonders wartungsfreundlicher Aufbau. Gleichzeitig ist dieser Spannhaken besonders einfach zu verstellen, denn er kann durch Drehen an der stets zugänglichen Spanneinrichtung jederzeit nachjustiert werden (Anspruch 35).
Eines der erwähnten Anlager des L-Spannhakens kann als Querstift ausgeführt sein, der im Übergangsbereich zwischen Rumpf und Gabelschuh angeordnet ist und an beiden Seiten des langgestreckten Rumpfes übersteht (Anspruch 36). Mit dem beidseitig überstehenden Querstift - der auch zweigeteilt sein kann - liegt der Spannhaken dann auf den seitlichen Schultern einer Führungsnut am Befestigungsflansch des Gehäusekörpders, in welche der langgestreckte Rumpf des Spannhakens selbst mit ausreichendem Bewegungsspiel eingepaßt ist.
Besonders geeignet ist der L-Spannhaken in Verbindung mit dem Z- Antrieb (Anspruch 30, Anspruch 20), wobei der L-Spannhaken zwischen Z-Antriebskolben und den funktionstragenden Blockscheiben der Seriell-Pumpenanordnung (Anspruch 1) angeordnet wird. In Kombination fördern sie beide - der Z-Antriebskolben und der L-Spannhaken - eine insgesamt miniaturisierte Bauweise. Daneben wird durch den aufgebrachten Anpreßdruck der Spannhaken die Kolben-Führungshülse so stark gegen die funktionstragenden Blockscheiben gepreßt, daß unter Vermeidung elastischen Arbeitens die auf die Kolbendichtungen wirkenden beträchtlichen hydraulischen Kräfte während des Förderhubes zuverlässig aufgenommen werden (Vermeidung von Systemelastizität zum Erhalt eines möglichst hohen Pumpwirkungsgrades) . Zur optimalen Kraftbeaufschlagung der Kolbenfuhrungshülse durch den L-Spannhaken ist an der freien Stirnfläche ein Beilagring vorgesehen, der zusätzlich als Stützring für eine sekundäre Kolbendichtung dient, die für eine dynamische Abdichtung des Spülraums in der Führungshülse eingebaut ist.
Das vorstehend in Einzeldarstellung beschriebene Konzept der Sandwich-Bauweise für eine Seriell-Pumpenanordnung kann in Erweiterung durch ergänzende funktionelle Untereinheiten Grundlage bilden für unterschiedliche Kompakt- Analysensysteme, die auf der Feindosierung von Flüssigkeiten zur Substanztrennung oder für chemische Nachweisreaktionen beruhen (Anspruch 37).
Fußend auf dem Konzept der Stapelanordnung der funktionseinheiten des Verdrängersystems einer Seriell-Pumpenanordnung wird vorgeschlagen, z.B. durch Angliederung einer Probenaufgabe-, Trennsäulen- und Detektorzellen-Blockscheibe den gesamten Naßteil eines dann sogar bequem tragbaren, sehr klein bauenden HPLC-Analysensystems zu erstellen.
Es ist vorgesehen, daß die ergänzenden Funktionsbausteine ebenfalls ohne eigene (das Trennergebnis an bestimmter Stelle, an der Verbindung von Trennsäule und Detektorzelle, nachträglich verschlechternde) Leitungsverbindungen für den Förderstrom (Eluens) aneinanderzufügen (Anspruch 39). Um Konkurrenz auch hinsichtlich der Bauform der (HPLC) Trennsäule zu erzielen, die üblicherweise die Gestalt eines geraden Rohres aufweist, wird deren Ausbildung als Säulenbündel mit Packung in mehreren Parallelen eines Grundkörpers, der mittels endständiger, über zick-zack-förmige Feinbohrungen Quer- und Durchgangsverbindungen schaffender Plattenelemente eine in sich geschlossene Einheit bildet, oder als ebenfalls planer Trennsäulenbaustein, mit Packung in Mäander- oder Spiralform vorgeschlagen.
Zwischen der Seriell-Pumpenanordnung und dem ergänzenden Trennsäulen-Sandwich-Baustein wird ein Probenschleifenventil-Sandwich-Baustein zum Einschleusen der zu analysierenden Probe eingebaut. Direkt am Ausgang des Trennsäulen-Bausteins wird die (vom Detektor abgekoppelte) Meßzelle zum Substanznachweis angeflanscht. Gegenenfalls ist die Verbindung zwischen Meßzelle und Meßelektronik über Lichtleiter zu erstellen.
Hinsichtlich der Sandwich-Bauweise der Seriell-Pumpenanordnung wird auf die Ansprüche 1 bis 11 verwiesen (Anspruch 38). Sie erzeugt den Eluens-Förderstrom, der die
Entlüftungsventil-/ Drucksensor-Funktionseinheit verläßt und hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung durch die Versorgung über die Einlaß-Funktionseinheit (Verbindung zu unterschiedlichen Vorratsgefäßen über Wehrwege-Schieberventil, Anspruch 40) bestimmt. Im Sonderfall kann das Einlaßmodul ein Niederdruck-Gradientenformer sein, der dafür sorgt, daß sich im Saugstrom das Mischungsverhältnis parallel eingespeister Flüssigkeiten nach einem festgelegten Programm zeitabhängig verändert.
Die Pumpenanordnung gemäß Anspruch 41 erlaubt bei höherem Druck als dem Außendruck die Abgabe genau festgelegter Dosiermengen von Flüssigkeit. Die genaue Dosierung ist dabei auch reproduzierbar.
Ausführungsbeispiele sollen das Verständnis der Erfindung(en) vertiefen.
Fig. 1 zeigt eine Seriell-Pumpenanordnung in Sandwich-Bauweise, bei der die Funktionsträger 4,5,6,7 in einem Stapelraum bzw. zu einem Stapel 3 zusammengefügt sind und dieser zwischen zwei Schenkeln 2a,2b eines U-Profils 2 in axialer Richtung gehalten wird.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt der Seriell-Pumpenanordnung, die hier durch vier aneinander gestapelte Funktionseinheiten, wovon zwei Fördereinheiten sind, gebildet wird.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Z-förmigen Antriebskolben für die Seriell- Pumpenanordnung gemäß den Figuren 1 und 2, der besonders raumsparend ist und eine kinematisch hochgenaue Hubbewegung des Förderkolbens bewirkt.
Fig. 4 und 4a zeigt einen Spannhaken 70,71 zur Halterung der Führungshülsen 15,16 an den Blockscheiben-Funktionseinheiten 4,5, die in Stapelbausweise ("Sandwich") angeordnet sind; wobei die Fig. 4a eine Aufsicht auf die Rückseite des Förderkolbens 16,17 (Aufsicht auf die Förderkolben- Achsen 28,29) und die Fig. 4 einen Querschnitt durch den Z-Antriebskolben 51, den Spannhaken 70,71 und die Verdrängerkammer 4,5 darstellt.
Fig. 5 zeigt dieselbe Schnittdarstellung wie die Fig. 1 und 2, allerdings mit veränderter Ventil- Anordnung, bei sonst unveränderter Gestaltung.
Fig. 5a und 5b zeigen Ventil-Patronen (80,81) in Bestückung mit einem oder zwei Kugelventilen. Diese Patronen und auch die zusätzlich gezeigte Blindpatrone (82) werden zwischen den Funktionsscheiben 6,5 und 4 bzw 4 und 7 gemäß Figur 5 angeordnet. Alle Patronen sorgen für eine Zentrierung der Funktionsscheiben und im Falle der Ventilpatronen für eine Steuerung des Förderstroms. Fig. 6 zeigt einen Stapel von Funktionseinheiten, bei dem ein Einlaß-Modul 6, die seriell miteinander arbeitenden Verdrängerkammern 4,5, ein Auslaßmodul mit Drucksensor und Entlüftungsventil 7, ein Probenaufgabeventil 100, eine Trennsäule 200 mit mäanderförmiger Packung und eine Detektormeßzelle 300 zu einem Gesamtstapel kombiniert sind und derart den vollständigen Naßteil eines miniaturisierten HPLC-Analysensystems bilden.
Fig. 7 veranschaulicht mit einer Explosionszeichnung mehrere der zuvor beschriebenen Bauelemente zu einer Seriell-Pumpeneinheit. Mit A ist dabei eine der beschriebenen Ventilpatronen 80 mit ihren Einzelteilen vergrößert dargestellt. Einer der Förderkolben 17 ist eingebaut, der andere Förderkolben 18 ist als Einzelteil mit dem L-Spannhaken 70,71 in nicht montiertem Zustand gezeigt.
Die Funktionsträger 4 und 5 sind in Figur 1 und 2 im Schnitt und in Figur 7 in Explosionsdarstellung erläutert. Die Verdrängerraumbohrung im Funktionsträger 4,5 erweitert sich gemäß Figur 7 am äußeren Ende zu einer Nut zur Aufnahme der Kolbendichtung 34 (z.B. Mantel aus PTFE mit Edelstahlfeder zur Vorspannung der Dichtlippe), deren Rücken auch für die statische Abdichtung der in der Kolbenführungshülse 16 vorgelegten Spülflüssigkeit sorgt. Zur dynamischen (drucklosen) Abdichtung am anderen Ende der Führungshülse 16 dient eine sekundäre Kolbendichtung 33, die durch den in die Führungshülse greifenden Bund eines Beilageringes 7 gestützt wird. Die freibleibende Stirnfläche dieses Ringes bildet das
Gegenlager für Spannhaken 71. Damit mittels des Gabelschutzes 71c an diesem Haken durch Festziehen der Spannschraube entfaltete Zugkräfte seitenlastfrei genau parallel zur Achse des (Keramik)-Förderkolbens 18 eingeleitet werden, ist die Kontaktfläche des Beilageringes 7 ballig gehalten. Um ein insgesamt genaues Fluchten des Förderkolbens 18 in der Verdrängungsbohrung relativ zur zugehörigen Kolbendichtung 34 zu gewährleisten, sind die zueinander gepaarten Flächen von Verdrängerkammer 4,5 und Kolbenführungshülse 16,15 hinsichtlich ihres maximal zulässigen Planschlags bezogen auf die Achse der Kolbenbohrung genau spezifiziert. Im weiteren gilt dies sinngemäß auch in bezug auf die Konzentrizität der beiden, als eigentliche Führungselemente in der Kolbenführungshülse 16,15 fixierten Keramik- Ringe 31,32. Diese Führungsringe sind zum Erreichen gewünschter Zweipunktlagerung beabstandet. Durch die Beabstandung der Ringe entsteht in der Kolbenführungshülse 16,15 eine Kammer, die über Anschlüsse eine Hinterspülung der Kolbendichmng 34 in der Verdrängerkammer 4,5 erlaubt (Verhinderung des Entstehens von Dichtungs- Verschleiß fördernden Salzkristallen beim Fördern von Pufferlösungen).
Um auch unter Last auslenkungsfreie (Bewegungsachse parallel zur Hubachse des Förderkolbens) Führung des Spannhakens 71 zu gewährleisten, wird dieser in horizontaler Richtung in einer Paßnut des Gehäuses 99 der Verdrängereinheit geführt, und in vertikaler Richtung kippfrei über einen Stützwulst 73a und einem dazu maximal beabstandeten, beidseitig überkragenden Querschnitt 74a gelagert. Dabei kommt der Stützwulst 73a auf der Grundfläche der erwähnten Führungsnut, und der Querstift auf der maßlich zur Referenzachse genau tolerierten Frontfläche 74b des betreffenden Befestigungsflansches (rechts) am Gehäuse 99 der Verdrängereinheit zur Auflage. Die Seitenfläche des gegenüberliegenden Befestigungsflansches (links) ist das Widerlager für die Schraube 72b, die ein Festziehen des Spannhakens bewirkt, wobei diese in eine Gewindebohrung an dessen stützwulstseitiger Stirnfläche eingreift. Die Aussparung im Gabelschuh 71c des Spannhakens 71c, der die Kolbenführungshülse 15,16 beaufschlagt, ist so bemessen, daß darin der Förderkolben 18 berührungsfrei läuft.
Die Hubbewegung des Förderkolbens 18 bewirkt ein (an drei Punkten gelagerter) Z-förmiger Antriebskolben 51, der am frontseitigen Schenkel 51b ein mit zwei L-Haltestegen und einer zentralen Aussparung für den Förderkolbenflansch versehenes Kupplungsstück 77 trägt, das als Kontaktelement für das ballig gestaltete Förderkolbenende eine Keramikscheibe 77a aufweist. Zur in radialer Richtung frei schwimmenden, in axialer Richtung jedoch vollständig unnachgiebigen Kupplung des Antriebskolbens 51 und des Förderkolbens 18 dient eine Steckfeder 76, deren mittig gekröpfte Schenkel nach dem Einrasten im Kupplungsstück 77 gegen den Flanschring am Kolben drücken.
Jeder der Verdrängerkammern 4,5 ist einlaßseitig eine (baugleiche und eingebaut gleichsinnig ausgerichtete) Ventilpatrone 80 zugeordnet. Die Ventilpatrone am Hauptkopf 5 (Einlaßventil) greift mit der einen Hälfte ihrer Länge in das Einlaß-Modul 6 (mit Zweiweg-Drehventil oder Niederdruck-Gradientenformer), und mit der anderen in die Aufnahmebohrung am Kopf selbst. Die zweite Ventilpatrone (Auslaßventil) bildet entsprechend beschriebener übergreifender Einbauart das Verbindungsglied zwischen dem Haupti opf 5 und dem nachgeordneten Speicherkopf 4 (Seriell-Hochdruckpumpenanordnung). Die Aufnahmebohrung für die Ventilpatronen münden über feine Stichbohrung in den Verdrängerraumbohrungen (T-Profil-Penetration). Um für Hauptkopf 5 und Speicherkopf 4 eine baugleiche Konfiguration einsetzen zu können, schafft nach je zur Hälfte übergreifender Einbauart eine Blindpatrone 82 mit einfacher Zentralbohrung die hydraulische Verbindung zwischen Speicherkopf 4 und
Auslaßmodul 7, dem dadurch Doppelfunktion zukommt, als es mit einem Druckfühler 10 zur Überwachung des Förderdruckes und einem Spindelventil 12 ausgerüstet ist, das bei manueller Betätigung die Entlüftung des Verdrängersystems ermöglicht. Die periphere Abdichtung an allen Übergangsstellen des gesamten Flüssigkeitsweges durch das Verdrängersystem geschieht mit Hilfe von Flansch-Dichtringen aus chemisch inertem Kunststoff an beiden Stirnflächen der Ventilpatronen 80. Die zur Abdichtung erforderliche mechanische Vorspannung über die gesamte Sandwichanordnung bewirkt eine Spannschraube 98a im Deckelelement 98, dessen Flanschstege in Nuten im Gehäusekörper 99a einrasten. Als Auflager wirkt das ebenfalls in Gehäusenuten 99b über einen Montageflansch fixierte Einlaßmodul 6.
Der Z-Antriebskolben 51 in Figur 3 unterstützt in Kombination mit der über ein Getriebe mit dem Motor 60 verbundenen Kurvenwelle 50 die Vorteile der in Stapelbauweise ausgeführten Verdrängereinheit der Seriell-Pumpenanordnung 1; die Kopplung des Antriebes 50,51,60 mit der Verdrängereinheit 1,3 erfolgt an den Förderkolben 17,18; dabei ragt die Stapelachse 27 der Pumpenanordnung 1 aus der Papierebene, während die Hubbewegung des Z- Antriebskolbens 51 - der drei gegeneinander um jeweils 90° versetzte Schenkel 51a,51b,51c aufweist - des Antriebes in Papierebene erfolgt. Die Hubbewegung des Z- Antriebskolbens erfolgt längs zweier Führungsstangen oder -schienen 52a,52b. Auf ihnen laufen Axiallager 53a,53b,53c; das eine Lager 53b ist im äußeren Bereich (außen) des einen Schenkels 51b (kurvenscheibenseitiger Querschenkel) angeordnet und auf der einen der beiden Führungsstangen 52a,52b gelagert. Der zum kurvenscheibenseitigen Querschenkel 51b parallele (pumpenseitige) Querschenkel 51a stellt mit seinem freien Ende den Kontakt mit dem Förderkolben her. An der Übergangsstelle bewirkt eine Steckfeder eine freischwimmende Lagerung des Förderkolbens, d.h. das selbständige radiale Ausrichten beim Montage des Kolbens parallel zur Achse der Dichtung bzw. der Kolbenführungshülse. Die freischwimmende Lagerung gewährleistet eine seitenlastfreie Anbindung des Förderkolbens an den Z-Antriebskolben und erleichtert zugleich das Anflanschen der Verdrängereinheit 1 am Antriebsblock. Die beschriebene Auslegungskonfiguration ist für Haupt- und Speicherkolben gleich.
Zwischen den beiden Führungsstangen 52a,52b - vorteilhafterweise mittig - greifen am kurvenscheibenseitigen Querschenkel 51b entgegengerichtete Kräfte an; In der einen Richtung wird die Antriebskraft über eine Kurvenscheibe 50 und eine Rolle 55 auf den kurvenscheibenseitigen Querschenkel 51b übertragen, in der anderen Richtung wirkt die Kraft einer Druckfeder 54, die unter Überwindung der Reibungskraft der Kolbendichtung dafür sorgt, daß der Kraftschluß zwischen Rolle 55 am Z- Antriebshebel 51 und der Antriebskurvenscheibe 50 während der gesamten Hubbewegung erhalten bleibt.
Die (unterschiedlichen) Kurvenscheibenprofile für die Kolben der beiden in Serie zueinander arbeitenden Verdränger-Funktionseinheiten 4,5 sind für minimale Restpulsation des Förderstroms infolge der Kompressibilität geförderter Flüssigkeit bei bestimmten Betriebsbedingungen ausgelegt. Ein Elektromotor 60 treibt über ein - nicht dargestelltes - Getriebe die Kurvenscheibe (-welle) an. Über seine Drehzahlregelung wird die Förderrate variiert. Das Konzept die Rückholfeder 54 dem Querschenkel 51a des Z- Antriebskolbens 51 zuzuordnen und die Wahl einer Steckfeder 76 für die Kopplung des Antriebskolbens und des Förderkolbens am gegenüberliegenden Schenkel 51a eröffnet die Möglichkeit des Gesamtsystems außerordentlich klein, aber zugleich mechanisch ausreichend steif zu bauen. Zugleich erleichtert sich die Montage.
Die beschriebene Dreipunktlagerung 53a,53b,53c des Z-Antriebskolbens 51 auf den beiden Führungsstangen 52a,52b gewährleistet eine genauestens geführte Hubbewegung. Sie macht zudem übliche zusätzliche Vorrichtungen für einen Verdrehungs-(Kipp-)schutz überflüssig.
Die Antriebselemente 50,51,55 können Teil eines Antriebsblocks sein, in dem sich die ortsfeste Anbringung der Führungsstangen 52a,52b unschwer bewerkstelligen läßt. Dabei besteht die Möglichkeit den Elektromotor zur besseren Verlustwärmeabführung außen anzubringen.
Durch eine Ausschlitzung an der Frontseite des Antriebsblocks kragen dann mitsamt den Kupplungsstücken für die Steckfedern die beiden Antriebsschenkel 51a zu den Förderkolben des Hauptkopfes 5 und des Speicherkopfes 4.
Die gesamte Verdrängereinheit der Seriell-Pumpenanordnung 1 die außer mit den
Pumpenkammern 5,4 mitsamt der zugehörigen Kolben und Kolbenführungshülsen auch mit einem Einlaßmodul (Drehventil/Niederdruck-Gardienten- Ventilsystem) und mit einem Auslaßmodul (Drucksensor/Entlüftungsventil) bestückt ist, muß in diesem Fall nur noch als in sich geschlossene Baugruppe am Antriebsblock angeflanscht und nachfolgend die Förderkolben mittels der Steckfedern mit den Antriebskolben gekoppelt werden.
Fig. 4 zeigt die Spannvorrichtung 70 zu den Kolbenführungshülsen 15,16 in denen die Förderkolben 17,18 der Seriell-Pumpeneinheit in Verbindung mit dem Hauptkopf 5 bzw. dem Speicherkopf 4 gleitet. Diese Hülsen erlauben zur Verhinderung der Bildung von Salzkristallen beim Fördern von Pufferlösungen über Anschlüsse eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Hinterspülung der Kolbendichtungen im Hauptkopf 5 und im Speicherkopf 4.
Der Spannhaken 70 drückt über einen Beilagring 7 auf die Kolbenführungshülse 15. Dieser Beilagring dient zugleich als Stützring für eine vorgeordnete sekundäre Kolbendichtung, die für die dynamische Abdichmng des Spülraums in der Kolbenführung 15 nach außen hin sorgt.
Der Förderkolben 17 ragt durch die Kolbenführungshülse 15 fluchtend zur Kolbendichtung in die Verdrängerkammer des Hauptkopfes 5 bzw. des Speicherkopfes 4 (Flüssigkeitsförderung- Funktion nach dem Seriell-Pumpenprinzip). Die Stapelachse versteht sich als aus der Papierebene herausragend.
Oberhalb des Spannhakens 70,71 ist schematisch der Z-Antriebskolben 51 dargestellt, der mit dem äußeren Ende des Förderkolbens 17 nach dem Steckfedern-Prinzip verbunden ist. Die dadurch erreichte freischwimmende Lagerung an der Kopplungsstelle gewährleistet eine seitenlastfreie Führung des Förderkolbens bezogen auf die Montagelage der Kolbendichtung.
Fig. 4a zeigt die Darstellung der Fig. 4 in stirnseitiger Aufsicht, wobei hier die Förderkolben- Achsen 28,29 (längs der Förderkolben 17,18) aus der Papierebene herausragend zu betrachten sind.
Der Spannhaken 70,71 weist einen langgestreckten Rumpf 70 auf, der an einem Ende in einen überkragenden Gabelschuh 71 übergeht. Der Übergangsbereich kann angeschrägt oder leicht versetzt sein. Der Gabelschuh 71 bildet - wie aus Fig. 4a hervorgeht - mit den Zinken 71a,71b eine Nut 71c für einen berührungsfreien Durchgriff des Förderkolbens 17. Mit dem Gabelschuh 71 als Widerlager für den Beilagring 7 wird die Führungshülse 15 an den Funktionsblock 4 (hier ist der Förderkopf dargestellt) angepreßt. Zum Anpressen wird die Schraube 72b festgezogen, die über ein Gewinde 72a am hinteren Ende des Rumpfes 70 im Spannhaken 70,71 eingreift. Das Festziehen bewirkt ein Verschieben des Spannhakens 70,71 parallel zur Achse 28 der Kolbenführungshülse.
Zur Lagerung des parallel verschiebbaren Spannhakens 70 sind zwei Auflager 73a, 73b bzw. 74a,74b vorgesehen. Sie sind sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Spannhakens gegeneinander versetzt angeordnet. Das Lager 74a ist als querverlaufender Stift gestaltet, der im Übergangsbereich zwischen Rumpf 70 und Gabelschuh 71 im Spannhaken eingepreßt ist. Die dementsprechend beidseitig überstehenden Stiftenden ruhen auf Schultern einer Führungsnut 75 für den Spannhaken im Hauptkörper des Verdrängersystems. Das andere Lager wirkt als Gleitlagerung, bei dem ein Auflagewulst 73a aus dem Rumpf 70 des Spannhakens hervorsteht und auf einer Widerlager-Fläche 73b gleiten kann. Der Auflagepunkt des flächigen Lagers 73a auf der Gleitfläche 73b und die Auflagebereiche der Stiftenden 74a auf den Schultern 74b der Aufnahme- und Führungsnut 75 sind - quer zur Achse 28 des Förderkolbens 17 - gegeneinander versetzt. Kräfte, die durch die hydraulische Beaufschlagung über die Kolbendichmng auf die Kolbenführungshülse 15 wirken, können so nicht zu einem Verdrehen des L-förmigen Spannhakens 70,71 führen, da beide räumlich versetzte Auflager das entstehende Drehmoment auffangen. Beide Lager 73,74 erlauben dabei ein unnachgiebiges Parallelverschieben des Spannhakens mit hoher Genauigkeit, die ein feinfühlig zu dosierendes Anpressen der Führungshülse 15 über den Beilagring 7 am Ausgang der Verdrängerraumbohrung im Funktionsblock 4,5.
Hinter der Spannanordnung zu der Kolbenführungshülse erfolgt die Hubbewegung des Z- Antriebskolbens 51. Dessen Hubbewegung, die Längsverschiebung des Spannhakens 70,71 und die Hubbewegung des Förderkolbens 17,18 erfolgen sämtlich parallel zueinander und qu zur Stapelache 27 der Funktionsbausteine 4,5,6,7.
Fig. 5 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung, wie sie auch die Fig. 1 und 2 zeigen, unter schematischer Hervorhebung der Förderkolben 17,18 und des Wesens der Sandwich- Seriell-Pumpenanordnung 6,5,4,7 mit seinen in einem Stapel unmittelbar aneinandergrenzend angeordneten Blockscheiben-Funktionsträgern.
Quer zur Stapelachse 27 liegen die Achsen 29,28 der Förderkolben und entsprechend auch di der Verdrängerräume 25,26 im Hauptkopf und Speicherkopf. Die Funktionseinheiten 6,5 sowie 5,4 sind durch Ventilpatronen 80,81 und die Funktionseinheiten 4,7 durch eine Blindpatrone 83 flüssigkeitsleitend miteinander verbunden. Ventilpatronen und Blindpatrone sind schematisch in Einbaulage zu einer Ausfräsung 83 im Gehäusekörper 99 für den Sandwich-Stapel mit den Bausteinen 4,5,6,7 ersichtlich gezeichnet.
Die Ventilpatronen stellen in sich geschlossene Untereinheiten dar, die wahlweise mit einem oder zwei Kugelventilen 80b,80c,81b bestückt sein können. Eine Blindpatrone 82 mit einer einfachen Durchgangsbohrung erlaubt die Erstellung eines bloßen Verbindungskanals zwische zwei entsprechenden Funktionseinheiten. Die unterschiedlichen Patronen sind geeignet die gegenseitig verspannt aufeinander gestapelten Funktionseinheiten flüssigkeitsdicht miteinande zu paaren und zueinander auszurichten. Sie kommen mit je zur Hälfte ihrer Länge in den daf vorgesehenen zentralen Aufnahmebohrungen in den Funktionselementen zum Einbau. Bei de Hauptkopf und dem Speicherkopf münden diese Aufnahmebohrungen ihrerseits über Stichbohrungen in den Verdrängerraumbohrungen.
Die Ventilpatrone 80 zeigt die Konfiguration der Doppelbestückung mit einem - für feinfühligeres Ansprechen der Kugel auch bei extrem kleinen Förderraten - miniaturisiertem Kugelventil, die Ventilpatrone 81 wiederum zeigt die Konfiguration der Bestückung mit eine Kugel ventil größerer Abmaße.
Fig. 5a und Fig. 5b zeigen den prinzipiellen Aufbau der Ventilpatronen. Die Kugelventile als Basisbauteile bestehen bevorzugtermaßen aus einer Rubinkugel und einem Saphir/Keramik- Ventilsitz mit speziell angeschliffener Dichtkante. Sie können, wie gezeigt, in Kombination mit besonderen, maßlich angepassten Kugelstopp/Kugelführungselementen und peripheren Dichtring aus chemisch beständigen Kunststoffen in Gehäusehülsen (z.B. aus Edelstahl oder Titan) zu geschlossenen funktioneilen Einheiten vervollständigt sein.
Auch Fig. 5c zeigt im Querschnitt eine Blind- Ventilpatrone 82 mit zentraler Durchgangsbohrung 82a. Diese Patrone oder Verbindungshülse kann Kupplungselement zwischen Speicherkopf-Funktionseinheit 4 und Entlüftungsventil-/ Drucksensor- Funktionseinheit 7 bilden, zwischen denen kein Ventil, gleichwohl aber ein ebenfalls im Paßsitz einzubauendes Übergangsstück benötigt wird.
Prinzipmäßig zeigt Fig. 6 ein HPLC- Analysensystem, das vollständig in Stapelbauweise ausgeführt ist. Die bereits erläuterten Funktionseinheiten 4 bis 7 sind nur schematisch dargestellt, wobei das Eingangs-Modul beispielsweise der strichliniert dargestellte
Niederdruck-Gradientenformer 6a sein kann. An den Gradientenformer schließt sich die erste Ventilpatrone 80 (Einlaßventil) an, die in den Hauptkopf 5 überleitet, welcher mit dem Förderkolben 17 arbeitet (dessen Zentralachse 28 dargestellt ist). Es schließt sich in Abströmrichtung eine weitere Ventilpatrone 81 (Auslaßventil), die den Hauptkopf 5 mit dem Speicherkopf 4 verbindet. In dem Speicherkopf arbeitet der Förderkolben 18 (dessen
Zentralachse 29 dargestellt ist). Über die Blind-Patrone 82 gelangt der Förderstrom aus dem Verdrängersystem in das Entlüftungsventil-/ Drucksensor-Modul 7 (Funktionen 10 und 12) und von dort direkt in die Probeaufgabeventil-Funktionseinheit 100 mit einem Kanal 101 zum Einschleusen der zu analysierenden Probe in den (Eluens)-Förderstrom. Diese Funktionseinheit kann auch mit einem automatischen Probeauf gabesystem kombiniert sein.
Direkt daran gekoppelt folgt die Trennsäule in spezieller, zum Konzept eines Gesamtaufbaus nach dem Sandwich-Prinzip passender Ausformung. Die Trennsäule ist entweder als Funktionseinheit aus in einem Block gebündelten kurzen Segmenten aufgebaut, die auf engstem Raum an den Stirnseiten alternierend miteinander verbunden sind oder beinhaltet Packungen von mäanderförmiger oder spiraliger Struktur.
Der (Eluens)-Förderstrom tritt von der Trennsäulen-Funktionseinheit abschließend direkt in die, von dem das Meßsignal verarbeitenden elektronischen Detektorteil abgekoppelten Meßzelle zum Substanznachweis. Gezeigt ist die Prinzipdarstellung zu einer optischen Meßzelle. Infrage kommt z.B. auch in analoger Art der Einfügung die Meßzelle zu einem elektrochemischen Detektor. Auf die beschriebene Weise ergibt sich eine Geräteauslegung, die alle Funktionseinheiten des Naßteils eines bestimmten HPLC-Anaysensystems in kompakter Anordnung mit geringstem, das erzielte Trennergebnis zum Teil rückgängig machenden Totvolumen. Zugleich lassen sich die verschiedenen Funktionseinheiten mechanisch auf einfache Weise miteinander Haltern.
Fig. 7 zeigt anhand einer Explosionszeichnung zu einem Implementationsbeispiel des Konzeptes einer Verdrängereinheit für eine Seriell-Hochdruckpumpe in Stapelbauweise unter Veranschaulichung des Zusammenbaus der Bestandteile.
Grundlage bilden die vier Funktionseinheiten 6,5,4 und 7, die in einer gemeinsamen
Aufnahmebohrung in einem vorspringenden Teil des Gehäusekörpers 99 untergebracht sind. Dadurch, daß die Aufnahmebohrung an mehreren Stellen durch Schlitze und Bohrungen nach vorn und zu den Seiten hin geöffnet ist, sind die eingesetzten Funktionseinheiten visuell zugänglich und ihr Ein- und Ausbau erleichtert sich.
Als Widerlagerbasis für eine gegeneinander flüssigkeitsdichte vorgespannte Halterung der gestapelten Funktionseinheiten befinden sich am oberen und unteren Rand der Aufnahmebohrung Einschubnuten für eine Deckeplatte 98 bzw. für einen Flanschring 6a am Einlaßmodul 6. Sowohl dieses Modul als auch die Speicherkopf-Einheit sind mit der zwischenliegenden Hauptkopf-Funktionseinheit 5 hinsichtlich der Flüssigkeitsleimngswege und um eine genaue mechanische Ausrichtung zueinander zu bewirken über je eine Ventilpatrone 81 verbunden, die zugleich den Förderstrom im Takt der Hubbewegung des Förderkolbens im Hauptkopf steuern Einlaß-/ Auslaßventil).
Die Aufnahmebohrungen für die Ventilpatronen sind als Bundbohrungen ausgeführt, die in weiterleitende englumige Stichbohrungen münden, so in die Verdrängerraumbohrung 25,26 im Hauptkopf und im Speicherkopf.
Gegen Abflachungen an den Funktions-Einheiten 4 und 5 werden fluchtend zu den darin befindlichen (Hochdruck)-Kolbendichtungen Führungshülsen 15,16 mit einer Kraft gepresst, die die hydraulische Beaufschlagung der Kolbendichtungen ohne Nachgeben unter maximalem Förderdruck kompensiert. Diese wird mittels des Spannhakens 70,71 ausgeführt, der zum einen mit einem beidseitig überstehenden Stift 74a auf den Schulterrand der Aufnahmenut im Bereich des Befestigungsflansches des Gehäusekörper ruht, und zum anderen, mit einem Auflagewulst am gegenüberliegenden Ende gegen den Grund der Aufnahmenut gedrückt wird, wenn die im losen Zustand gezeigte Spannschraube festgezogen wird, woraus sich eine Längsverschieblichkeit des Spannhakens genau parallel zur Achse des Antriebskolbens und des Förderkolbens ergibt. Die Förderkolben 18,19 sind sowohl im eingebauten (unter: Hauptkopf 5) als auch in Einzelteilwidergabe in Umfassung durch die Gabeln 71a, 71b des Widerlagerschuhs am Spannhaken 70,71 dargestellt. Funktioneil besehen wird der Kolben ohne Berührung mit diesem Gabelschuh hubbewegt.
Hinter der Spannhaken- Anordnung 70,71 ist der Z-förmige Antriebskolben 51 zum Hauptkopf gezeigt, hinsichtlich des Speicherkopfes 4 mit dem Endstück zum Einrasten der Steckfeder, die eine axial starre, radial jedoch eine gewisse Auslenkung erlaubend Verbindung zwischen Antriebskolben 51 und Förderkolben 18 gewährleistet.
Im Detail ist ferner das bifunktionelle Auslaßmodul 7 mit Drucksensor 10 und Entlüftungsspindelventil 12 sowie das Einlaßmodul auf der Basis eines Zweiwege/Sperrventil gezeigt.
Aus der Explosionszeichnung ist ersichtlich, daß im Verdrängersystem von unten nach oben gefördert wird, während alle anderen Bewegungs- und Betätigungsrichtungen, die der Hubbewegung der Antriebskolben und der Förderkolben sowie der Zugrichtung der Spannhaken 70,71 zu den Kolbenführungshülsen quer dazu, aber unter sich besehen, wiederum genau parallel zueinander erfolgen.
Aus der Darstellung erschließt sich weiterhin die nach Funktion und Handhabung besondere zweckmäßige Einfachheit des Konzeptes der Sandwich-Bauweise in Bezug auf das Verdrängersystem einer Seriell-Pumpenanordnung. Dies gilt auch in Bezug auf die vorgeschlagene Auslegung der zugehörigen Antriebseinheit und den Spannmechanismus zur untereinander flüssigkeitsdichten Paarung der einzelnen Funktions-Einheiten und hinsichtlich des Aspektes einer miniaturisierten Bauform.
Die Hochdruck-Pumpenanordnung gem. Fig. 1 erlaubt es im HPLC-Analysentechnik-üblichen Druckbereich bis 400 bar mit hoher Reproduzierbarkeit selbst im Mikroliter-
Förderratenbereich bis herunter zu 10 μl/min zu fördern. Die Anordnung eignet sich prinzipiell für jede Anwendung bei der der Förderdruck über atmosphärischem Druck liegt.

Claims

Ansprüche:
1. Hochdruckpumpen- Anordnung (1) in Klein(st)bauweise für konstanten und kontinuierlichen Massenfluß (a) mit zwei - bezüglich des Förderstroms - in Reihe liegenden Pumpeinheiten und jeweils oszillierend bewegbaren Förderkolben (17,18) und mit zwei saug- und druckseitig angeordneten Steuerventilen (40,41,43), bei welcher (b) mehrere blockscheibenartige Bauelemente (4,5,6,7) mit ihren Steuerflächen aneinanderliegend zu einem Stapel (3) zusammengesetzt sind, von denen zwei Bauelemente (4,5) jeweils eine quer zur Stapelachse (27) orientierte Verdrängerkammer
(25,26) zur jeweiligen Aufnahme des Förderkolbens (17,18), und parallel zur Stapelachse (27) verlaufende Zu- und Abströmbohrungen (38,42,44) aufweisen.
2. Hochdruckpumpen- Anordnung nach Anspruch 1, bei der jeder der beiden Pumpeinheiten (4,18,25;5,17,26) eines der beiden (benötigten) Rückschlagventile (40,41,43) zugeordnet ist.
3. Hochdruckpumpen- Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Rückschlagventile als Patronen (40,41,43) jeweils direkt in den blockscheibenartigen Bauelementen (4,5,6,7) sitzen, oder im Sonderfall mit einer in der Verdrängerkammer (25,26) direkt (an)integrierter Ventilkugelstopp/-führung.
4. Hochdruckpumpen- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der im Stapel (3) die beiden blockscheibenartigen Bauelemente (5,4), welche die Verdrängerkammern (25,26) aufweisen, sandwichartig zwischen zwei weitere für ein komplettes Verdrängersystem notwendige ergänzende blockscheibenartige Bauelemente (6,7) eingeschlossen sind, denen Einlaß und Auslaß (13, 14; 11, 12) zugeordnet sind, wobei insbesondere
(a) die Einlaßseite (6,13,14,8,8a) Ventilmnktion - wie mit Umschalt- und Sperrventil oder mehreren Schieberventilen für saugseitige Gradientenformung - aufweist;
(b) die Auslaßseite (7,10,11,12) Druckmeß- (10) und Entlüfmngsventilftmktion (12) aufweist.
5. Hochdruckpumpen- Anordnung nach Anspruch 4, bei der das einlaßseitige blockscheibenartige Bauelement (6) eine zur Stapelachse (27) parallele Einlaßbohrung (38) aufweist, die in den Leitkanal (8a) eines dem einen Stapelende zugeordneten Rotorventiles (8,9) mündet, welches in Abhängigkeit von seiner Schaltstellung die Einlaßbohrung (38) mit jeweils einer oder keiner - in dem gleichen blockscheibenartigen Bauelement (6) in Umfangsrichtung verteilten - voneinander unabhängigen winkelförmigen Versorgungsbohrungen (39) im Stator verbindet.
6. Hochdruckpumpen- Anordnung nach Anspruch 4, bei der das einlaßseitige blockscheibenartige Bauelement (6) ein Niederdruck-Gradientenmodul ist.
7. Hochdruckpumpen- Anordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der
(a) das auslaßseitige blockscheibenartige Bauelement (7) eine zur Stapelachse (27) parallele
Auslaßbohrung (24) aufweist, die stirnseitig in eine Druckkammer (45) vor einem stirnseitig an dem Stapel anschließenden Druckaufnehmer (10) mündet;
(b) wobei die Auslaßbohrung (24) eine seitliche Verzweigung besitzt, die mit dem Spindelelement eines Entlüftungsventils gepaart ist und
(c) der (druckseitige) Förderstrom über eine gegenüberliegende Winkelbohrung (46) geführt wird.
8. Hochdruckpumpen- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der alle zu der Stapelachse (27) parallelen Bohrungen (38,42,43a,44,24) in allen blockscheibenartigen
Bauelementen (4,5,6,7) in gegenseitiger Fluchtung angeordnet sind.
9. Hochdruckpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der alle jeweils beteiligten Bauelemente (4-7) im Stapel (3) zwischen Schenkeln (2a;2b) eines Jochs (2) oder in einer Aufnahmebohrung eines Gehäuseblocks angeordnet sind und flüssigkeitsdicht, insbesondere mittels Flanschdichmngen, über eine Druckschraube zueinander verspannt sind.
10. Hochdruckpumpen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die die Verdrängerkammern (25,26) aufweisenden blockscheibenartigen Bauelemente (4,5) jeweils eine umfängliche Abflachung aufweisen, an die eine Förderkolben-Führung (15,16) ansetzbar ist.
11. Hochdruckpumpen- Anordnung nach Anspruch 10, bei der die Schubkolben-Führung (15,16) in einer Hülse (30) aus Edelstahl oder Titan oder dgl. zwei im axialen Abstand angeordnete, aus keramischem Werkstoff bestehende Kolben- Führungsringe (31,32) aufweist, die eine Spülkammer (36,37) begrenzen und jeweils außen abgedichtet (33,35) sind.
12. Herstellungsverfahren für eine serielle Hochdruckpumpen- Anordnung aus chemisch inertem Werkstoff - insbesondere Saphir -, bei dem
(a) in einen Stapelraum (3) eine Mehrzahl von Funktionseinheiten (4,5,6,7) angeordnet werden; (b) die Funktionseinheiten - welchen unterschiedliche Aufgaben, wie Umschalten des Zuflusses, Gradientenformung im Saugstrom, Umlenken des Förderstromes und Förderdruckmessung des Abflusses, Hauptverdrängen, Speichern, zukommen - unmittelbar abdichtend (formschlüssig) im Stapelraum (3) zusammengefügt werden;
(c) mit einer Spannvorrichtung (2) der im Stapelraum (3) radial unverrückbar fixierte Stapel von Funktionseinheiten (4,5,6,7) axial verspannt wird.
13. Herstellung nach Anspruch 12, wobei die Funktionseinheiten (4,5,6,7) im wesentlichen zylindrisch gestaltet werden.
14. Herstellung nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Auslaßventil (42,43,43a) einer Förder-Funktionseinheit (Hauptkopf, 5) in die benachbarte Förder-Funktionseinheit (Speicherkopf, 4) integriert/ verlagert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der Kugelstopp und eine Mehrkanal-Kugelführung direkt in der Förder-Funktionseinheit eingearbeitet und mindestens ein Kugelventil (z.B. aus Rubin) samt zugehörigem Sitz (z.B. aus Saphir) darin eingesetzt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Ventilsitz mittels einer Flanschdichtung fixiert und peripher abgedichtet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem mit dem Flansch der Flanschdichtung der Stapel (3) von Funktionseinheiten radial fluchtend zueinander ausgerichtet wird.
18. Verwendung eines Funktionsblocks für eine nach dem Seriell-Förderprinzip ausgelegte Hochdruckpumpen- Anordnung - insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 -, welcher nur eine Pumpenkammer (25,26) und ein - im wesentlichen quer zu ihrer Längsachse - orientiertes Ventil (41,43) unmittelbar im Einlaßkanal zur Verdrängungskammer (25,26) angeordnet ist.
19. Hochdruckpumpen- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der
(a) das äußere Ende des/der Schubkolben (17,18) ballig geformt ist und der/die Schubkolben mittels einer - quer zur Schubkolbenachse einschiebbare und lösbare - Steckfeder an einem Antriebsschenkel (51a) eines Z- Antriebskolbens (51) über das ballig geformte Ende fixiert ist; (b) wobei die Fixierung eine geringe Drehbewegung (Nutation) von Antriebskolben (51) und Schubkolben (17,18) gegeneinander erlaubt und kompensieren kann.
20. Raumsparender Antrieb für eine Hochdruckpumpen- Anordnung - insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und 19 - , bei der
(a) eine drehbare Kurvenscheibe (50) mit einem ersten Schenkel (51b) eines Z-förmigen
Antriebskolbens (51a) - über eine Rolle (55) - in mechanischer Berührung steht;
(b) der erste Schenkel (51b) mittels jeweils mindestens eines Lagers (52a,52b) an zwei ortsfesten Führungsstangen (52a,52b) verschiebbar gelagert ist;
(c) der erste Schenkel (51b) mit einem zweiten Schenkel (51a) mechanisch starr in Verbindung steht, der im wesentlichen parallel zum ersten Schenkel (51b) ausgerichtet ist, und der mechanisch mit dem äußeren Ende, insbesondere mit dem äußeren balligen Ende - eines der Förderkolbens (17,18) in Berührung steht.
21. Antrieb für Hochdruckpumpen- Anordnung nach Anspruch 20, bei dem
(a) der erste Schenkel (51a) und der zweite Schenkel (51b) über einen Zwischenschenkel (51c) mechanisch starr miteinander verbunden sind; (b) der Zwischenschenkel (51c) im wesentlichen senkrecht zum ersten und zum zweiten Schenkel (51a,51b) - unter Bildung eines Z-Antriebskolbens (51) - angeordnet ist.
22. Antrieb nach Anspruch 20 oder 21, bei dem
(a) die Kurvenscheibe (50) - mittelbar - über eine drehbare Rolle (55) mit dem ersten Schenkel (51b) in Kontakt steht;
(b) eine Druck- oder Zugfeder (54) den ersten Schenkel (51b) so kraftbeaufschlagt, daß - trotz der von der Drehung der Kurvenscheibe (50) veranlaßten Hin- und Herbewegung (Verschiebung) des ersten Schenkels (51b) bzw. des Z-Antriebskolbens (51) - der mechanische Kontakt zwischen Rolle (55) und Kurvenscheibe (50) jederzeit gewahrt bleibt und derart den Saughub bewirkt.
23. Antrieb nach Anspruch 22, bei dem
Feder (54) und Kurvenscheibe (50) an entgegengesetzten Seiten des ersten Schenkels (51b) angreifen.
24. Antrieb nach Anspruch 20 bis 23, bei dem die Kurvenscheibe (50) über ein Getriebe mit einem steuerbaren oder regelbaren Elektromotor gekoppelt ist, insbesondere einem digital geregelten Gleichstrommotor (60).
25. Antrieb nach Anspruch 20 bis 24, bei dem die beiden ortsfesten Führungsstangen (52a, 52b) - in Längsrichtung des ersten Schenkels (51b) - beidseitig der Kontaktstelle zwischen Kurvenscheibe (50) und erstem Schenkel (51b) bzw. Rolle (55) angeordnet sind und die Parallelverschiebung des ersten Schenkels (51b) bzw. des Antriebskolbens (51) erlauben.
26. Antrieb nach Anspruch 21 bis 25, bei dem eine der Führungsstangen (52a,52b) durch den Zwischenschenkel (51c) - als Mittelsteg des Z-Antriebskolbens (51 ;51a,51b,51c) - verläuft.
27. Antrieb nach einem der Ansprüche 21 bis 26, bei dem drei Lager (53a,53b,53c) - insbesondere Gleitlager - an dem Antriebskolben (51;51a,51b,51c) vorgesehen sind, der mit ihnen an beiden Führungsstangen (52a,52b) kipp- und verdrehungsfrei parallelverschiebbar ist.
28. Antrieb nach Anspruch 26 und 27, bei dem zwei Lager (53a,53c) an derjenigen Führungsstange (53a) angreifen, bzw. auf ihr verschiebbar sind, die durch den Zwischenschenkel (51c) verläuft.
29. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, bei der
(a) zwischen jeweils zwei blockscheibenartigen Bauelementen (4, 5, 6; 7) eine - insbesondere austauschbare - Ventilpatrone bzw. Blindpatrone (80,81 ;82) eingesetzt wird/ist, die im ersteren Fall Träger eines oder zweier Rückschlagventile (40,81,82) ist; (b) ein Teil - insbesondere die Hälfte - der Ventilpatrone/Blindpatrone (80,81;82) in jeden der zwei aneinandergrenzenden Blockscheiben-Bauelemente (4,5;5,6;6,7) so eingepaßt ist, daß sich die Förder-Verbindung und die Zentrierung beider aneinandergrenzenden Funktionsscheiben über die Patronen (80,81 ;82) ergibt.
30. Zuspannvorrichtung für Kolben-Führungshülsen - insbesondere bei Seriell- Pumpenanordnungen in Sandwich-Stapelbauweise ihrer Funktionsscheiben (blockscheibenartigen Bauelemente) nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder in Verbindung mit einem raumsparenden Z- Antrieb gemäß einem der Ansprüche 20 bis 28 -,
(a) mit einem langgestreckten Rumpf (70), an dessen einem Ende eine Spannschraube (72b) eingreift (72a);
(b) mit einer - quer zur Längsachse des langgestreckten Rumpfes vorstehenden - Gabel (71;71a,71b), die vom anderen Ende des Rumpfes (70) ausgeht; (c) zwei Anlager (73a, 74a), die am Rumpf (70) vorgesehen sind und die gegeneinander versetzt sind.
31. Zuspannvorrichtung nach Anspruch 30, bei der die vom Rumpf abstehenden Gabelarme (71a,71b) der Gabel einen Durchgang (71c) bilden, durch den sich der Kolben (16,17) der Speicher- oder Fördereinheit (4,5) berührungsfrei erstreckt.
32. Zuspannvorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Gabelarme (71 ;71a,71b) und der Rumpf (70) einen L-Spannhaken bilden.
33. Zuspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 ff., bei der die eingreifende Spanneinrichtung eine am Hauptkörper (99) der Seriell-Pumpenanordnung fixierte - in ein Schraubgewinde (72a) am Ende des Rumpfes (70) eingreifende - Schraube (72b) ist.
34. Zuspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 ff., bei der die beiden Anlager (73a,74a) hinsichtlich der Längsachse und quer zur Längsachse des Rumpfes (70) zur Entfaltung von Hebelkraftwirkung gegeneinander versetzt sind.
35. Zuspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 ff., bei der die beiden Anlager (73a,74a) gegensinnig wirkende Widerlager (73a,73b;74a,74b) sind.
36. Zuspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 ff. am Flansch des Hauptkörpers, bei der
(a) eines der Anlager (74b, 74a) als Querstift (74a) im Übergangsbereich zwischen Rumpf (70) und Gabel (71) ausgebildet ist, wobei die seitlich aus dem Rumpf hervorragenden Querstift-Enden an einem Flansch und einer Führungsnut (75) des Haupticörpers (99) aufliegen und gegengelagert sind; und/oder (b) eines (ein anderes) der Auflager (73a,73b) als Aufstandsfläche (73b) ausgebildet ist, die aus dem Rumpf (70) in Richtung zur Förderkolben-Achse (28,29) hervorsteht.
37. Kompaktes HPLC-Analysensystem mit einem Seriell-Pumpenstapel (4,5,6,7) und einem daran unmittelbar angrenzenden Auswertestapel (100,200,300), bei dem (a) der Pumpenstapel (4,5,6,7) mehrere in Stapelbauweise fluchtend ausgerichtete
Blockscheiben-Funktionsträger (4,5,6,7) aufweist, die unmittelbar aneinandergrenzen, wobei auf eine Förder-Funktionseinheit (5) eine Speicher-Funktionseinheit (4) folgt, der eine Entlüftungs-/Drucksensor-Funktionseinheit (7) nachfolgt; (b) auf die Entlüf ngs-/Drucksensor-Funktionseinheit (7) eine Probenaufgabeventil- Funktionseinheit (100) folgt;
(c) sich an die Probenaufgabeventil-Funktionseinheit (100) eine Bündelkanal-HPLC- Trennsäule (200) anschließt, insbesondere mit Mäander- oder Wicklungsform der Trennsäule (101);
(d) eine Detektorzellen-Funktionseinheit (300) der Trennsäulen-Funktionseinheit (200) folgt.
38. Kompaktes Analysensystem, bei dem die Förder-Funktionseinheit (5), die Speicher-Funktionseinheit (4), die Drucksensor- /Entlüftungs-Funktionseinheit (7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestaltet sind.
39. Tragbares oder kompaktes HPLC-Analysensystem nach einem der Ansprüche 37 oder 38, bei dem die Probenaufgabeventil-Funktionseinheit (100), die Bündelkanal-HPLC-Trennsäulen- Funktionseinheit (200) und die Detektorzellen-Funktionseinheit (300) ohne jeweilige Zwischen-Leitungsverbindung aneinandergrenzend zu einem kompakten Analysen- Vorrichtungsstapel (100,200,300) zusammengehalten sind.
40. Tragbares oder kompaktes HPLC-Analysensystem nach einem der Ansprüche 37 bis 39, bei dem im Pumpenstapel (4,5,6,7) eine Niederdruck-Gradientenformer-Funktionseinheit (6) der Eluens-Förder-Funktionseinheit (5) vorgeschaltet ist.
41. Zweikolben-Druckpumpen- Anordnung (1) nach dem seriellen Förderprinzip in Klein(st)bauweise für konstanten und kontinuierlichen Massenfluß
(a) mit zwei - bezüglich des Massenflusses in Reihe liegenden Pumpeinheiten und jeweils linear bewegbaren Schubkolben (17,18) und mit saug- und druckseitig angeordneten Rückschlagventilen (40,41,43), bei welcher
(b) mehrere blockscheibenartige Bauelemente (4,5,6,7) mit ihren Steuerflächen aneinanderliegend zu einem Stapel (3) zusammengesetzt sind, von denen zwei
Bauelemente (4,5) jeweils eine quer zur Stapelachse (27) orientierte Verdrängerkammer (25,26) zur jeweiligen Aufnahme des Schubkolbens (17,18), und parallel zur Stapelachs (27) verlaufende Zu- und Abströmbohrungen (38,42,44) aufweisen.
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