EP1375921A1 - High pressure low volume piston pump - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to pumps according to Preamble of claim 1. Furthermore, the Invention on adjustment methods and uses of such Pump.
- a common design has two positive displacement pump units which are arranged in series.
- the first unit is that Feed pump, the liquid under low pressure, e.g. B. Ambient pressure, sucked in and under operating pressure to the second Unit, the storage pump, promotes.
- the storage pump works essentially in opposition to the first unit. It ensures a fluid flow during the first Unit sucks, and absorbs the excess when the first unit the working medium under operating pressure ejects. This allows a steady flow with less Pulsation can be achieved.
- the pistons are made of hard material, in particular ceramic, which in stone bearings, i.e. bearings made of ruby, sapphire, synthetic Corundum or ceramic.
- the sealing takes place via piston seals that are open to the working volume. There so that the pressurized working medium has access to Has the outside of the sealing lip, it with the Working pressure pressed against the piston surface and ensures thus even for the sealing effect corresponding to the pressure.
- the parts that come into contact with the working medium are Made of high quality material, metal and Precious stones, executed to the required pressure resistance and to ensure chemical inertness. Common is z. B. the use of titanium.
- the pistons are driven via camshafts on the rear end of the pistons act in conjunction with resilient return elements.
- the pumps are also subject to aging, which is their maintenance makes necessary. Because of the high demands, especially when Assembly is usually required to do this by a specialist.
- Suitable pumps are e.g. B. known from DE-A-43 08 467.
- the pumps are characterized by the fact that they stand out disc-shaped function blocks is built up in a Clamping device can be clamped together. Because the transitions running from block to block, external ones are omitted Connection lines between the units.
- Another task is to understand the influence of the Check and / or reduce dead volume.
- a main aspect of the invention is therefore that Make dead volume adjustable and otherwise generally too reduce.
- One measure for this is a construction of the Displacement chamber and / or the piston, the adjustment on minimum dead volume allowed or to a dead volume that optimal behavior of the pump at the desired operating pressure results.
- the total length is suggested of the piston adjustable in that it in the actual piston and a piston rod is divided.
- the connection between the piston and piston rod is in the length is variable so that an adjustment at a minimal distance from the piston to the displacement chamber floor is possible.
- the distance can even be adjusted to zero when to avoid damage to the chamber floor is made by an insert that is under Operating pressure is sufficiently incompressible, but at Stop of the piston yields so far that no damage occurs.
- Another approach is one To provide an opposing piston, the front end of which is essentially represents the chamber floor. So that the chamber floor can be moved.
- the classic piston seal has a spiral spring that lies in the piston seal and runs around the sealing lip. Especially the interior the spiral spring results in a large dead volume.
- a side open Spring element specified. Through the opening a Packing elements are inserted into the spring element, so that the Most of the cavity within the spring element is filled out.
- the flat shape of the spring element allows the inner wall of the displacement chamber in the Area of the seal with a small cross section perform and thus keep the dead volume small.
- Dead volume By reducing or adjusting the Dead volume is also the effect of manufacturing tolerances counteracted.
- a cartridge can be in the essentially be a line piece (connecting sleeve) or z.
- B. contain a check valve ("valve cartridge").
- the area pairs involved as one Combination of crowning (convex, spherical surface) and hollow cone surface. With an offset of Medium inlet and connecting part are easy tilted seat of the connecting cartridge.
- the parties Area pairs can not only be between the named Parts, but also between the part and a sealing body (a capsule).
- a capsule Preferably located the cambered surface on the capsule.
- Figg. 1 and 2 show a sectional view of a Head 1 of an HPLC pump designed according to the invention.
- the Parts not shown are designed according to the state of the art.
- the Piston arrangements for feed pump device 3 (feed pump) and storage pump device 4 (storage pump) which the Replace known one-piece pistons, each consist of a piston 7, 8 and a piston rod 11, 12.
- Die Piston rods are in high quality linear guides in the Drive housing guided, especially in linear ball bearings (not shown). Such camps are in themselves Known specialist.
- a sleeve 15, 16 on a hard material rod 19, 20 e.g. made of ceramic
- the sleeves 15, 16 are at the rear end closed.
- a steel ball 25 is first to be defined precisely (z. B. hardened steel) in the holes 26 and then the respective hard material rod 19, 20 in the collar pressed.
- the balls 25 result in a defined one Support on the one hand in the center of the hard material rods and on the other other ring-shaped on the through the usual drill tips conical bottom of the holes 26.
- the sleeves 15, 16 are seated in receiving bores 28 in the Ends of the piston rods 11, 12.
- a Receiving hole 30 in the bottom of the receiving holes 28 is in the In the case of the piston 8 of the storage pump 4, a spring 32 used, the free end at the bottom 22, 23 of the sleeves 15, 16 is present.
- Outside is around the piston rods 11, 12 one collar 36 each.
- In each collar 36 is located in a thread 39 an adjusting screw 38, the end of a bore 40 in the piston rod 11, 12 on the sleeve 15, 16 is attachable.
- the pistons 7, 8 can be locked in the respective piston rod.
- Die Chamber 47 consists of high strength and chemically inert Material, e.g. B. Titan.
- Outlet 112 of the feed pump 3 is a conventional one flexible pipe 114 with a small internal volume with the Inlet 115 of the storage pump 4 connected.
- line 114 is close to the screw connections known per se Connections attached.
- a first embodiment 48 is one on the delivery piston Piston seal according to the invention shown in Fig. 3rd is shown enlarged. It essentially consists of a sealing body 50 of substantially L-shaped Cross section, wherein one leg 52 is a sleeve-shaped Forms sealing lip through which the hard material rod 19, 20th a piston 7, 8 can be inserted. Around the sealing lip a spring 54 runs around such that the Wind spiral turns even around the sealing lip. As in Fig. 1, the inner wall 56 can thus be around the seal 48 are relatively narrow compared to the Training around the conventional piston seal 44, whereby the dead volume is significantly reduced.
- the displacement chamber 47 of the feed pump 3 is open at the bottom executed and closed with a counter-piston 58, the front end the (movable) floor of the displacement chamber forms.
- the counter-piston 58 is also made of titanium.
- the Counter-piston passes through a sealing sleeve 60, which by a Clamping sleeve 62 in an extension 64 of Displacement chamber bore 57 is held.
- a screw connection of both the sleeve 62 in the Extension 64 and also the counter-piston 58 in the sleeve 62 to be provided by turning the counter piston Shift and thus a change in the volume of the To be able to effect displacement chamber.
- Fig. 11 shows a known seal 64, which instead of Sealing sleeve 60 can be used and a small dead volume having. Because the counter piston 58 does not operate and is only rarely moved, these are Seal made significantly lower requirements.
- the Seal 64 has a sealing body 65 with a Sealing lip 66 on the counter piston 58 (not shown) is pressed.
- the proof is first of all embedded O-ring 67 applied and during operation of Internal pressure of the pump on the O-ring 67 and on the Sealing lip acts, reinforced.
- As material for the Sealing bodies come pressure-resistant and under the Operating conditions using chemically inert materials, such as PTFE in particular.
- FIG. 70 Another embodiment is 70 in the storage pump a piston seal according to the invention.
- a Figure shows an enlargement of the piston seal 70 used 4 and the special spring element Fig. 5.
- the sealing element 72nd the piston seal has a C-shaped cross section like also the spring element 74.
- At the end of the inner Sealing lip 73 is a thickening or crowning 75 educated.
- the spring element 74 is on the inner surface 76 and on the bend 77 several times through slots 79 separated. Depending on the desired stiffness, divide the Slits also the outer surface 81, the rigidity with the width of the remaining webs 82 decreases.
- the curvature 77 describes an angle that is slightly less than 180 °, so that the inner surface slopes slightly inwards. This means that when the spring element 74 is inserted into the sealing element 72 is inserted, a bias of the sealing lip 73 is achieved.
- the spring element 74 is in the sealing element 72 arranged with parallel cross sections and in an annular filler 83 inserted.
- the packing consists of a material that chemically inert to the working medium and below that Working pressure is essentially incompressible.
- the Packing is dimensioned so that the interior of the Filled largely spring element, d. H. at least that Half, preferably at least 90% and more preferred at least 99%. Basically, it becomes as voluminous as possible chosen without, however, the spring action of To affect the spring element below the required size.
- the seal By filling the empty volume, the seal becomes generated dead volume significantly reduced and at the same time an installation dimension as for a conventional piston seal maintained.
- the storage pump also has a precaution Adjustment of the dead volume on the adjustment device between piston 8 and piston rod 16 and an insert 87 in the displacement chamber 89.
- the material of the Insert 87 is chosen so that contact between the Hard material rod 20 and the insert 87 is possible without that damage occurs.
- a material chosen that inert to the working medium and under Operating pressure is practically incompressible, but from Hard material is still slightly deformable. It is also to take into account that the size of the front ends of the Hard material rods 19, 20 are rounded to them without damaging the seals and the guides in the To be able to introduce displacement chambers.
- the material of the Insert 87 can do something about this rounding nestle, which further reduces the dead volume becomes.
- the displacement chambers 47, 89 are in bores in one Pump block 91 inserted.
- For the correct alignment with the laterally arranged access holes 92 have the Displacement chambers 47, 89 a groove 93 into which a pin 94 engages.
- An extension ring follows the displacement chambers 47, 89 95, which in the block extension 96 by a threaded ring 97 is fixed.
- Block extension 96 is at block 91 screwed.
- All parts exposed to the working medium consist of a material that is inert to the working medium. As far as they are also exposed to the operating pressure the pressure even without noticeable compression or deformation withstand.
- housing parts such as displacement chambers, Cartridges, connections, but also for metallic ones Sealing membranes, titanium has become a metal in particular proven.
- the hard material for the pistons is regarding Pressure resistance is usually not a problem. At most attention should be paid to the chemical inertness, but this in the Rule is also readily given.
- Elastomer preferably the plastic PTFE (Polytetrafluoroethylene), usable, especially one with Graphite fiber reinforced PTFE, which is an increased Wear resistance, pressure and temperature resistance having.
- PEEK is also particularly useful for seals (Polyether ether ketone) can be used.
- feed pump and Storage pump can also be run identically.
- both can be the same Piston seals according to the invention of one or the other Be equipped.
- the feed pump can be in a further preferred embodiment instead of a counter-piston, a closed displacement chamber have with an insert 87, so as that described Storage pump to be formed, and vice versa Storage pump like the feed pump described. So that can the dead volume of the feed pump to almost zero be set what is under practically all Operating conditions is optimal. By moving the Counter piston in the storage pump, it is then possible to To minimize pulsation, i.e. the pump to the working pressure and the compressibility properties of the working medium adjust.
- the storage pump works under constant pressure and therefore has to meet lower requirements lower requirements for her also on measures in the Displacement chamber for reducing or adjusting the Dead volume can be dispensed with.
- the Quality particularly low demands are made,
- the dead volume can then be determined by pulling the counter-piston back on desired size can be increased.
- Fig. 12 and 13 is another preferred one Embodiment of connections for connecting a Capillary line shown without additional function.
- Line 114 consists of titanium and is welded to an end piece 130.
- the connector 100 is a screw sleeve trained, which is displaceable on the capillary.
- the implementation for line 114 through the Connector 100 is flared at inner end 132 to offer 134 space for the weld seam.
- the sealing surface 136 of end piece 130 is configured as described above To enable a perfect seal even when offset.
- the execution with sealing capsule or Version with a sealing membrane see above.
- To the Attaching the cable is like the screw sleeve itself known screwed into the pump housing.
- connection 100 consists of PEEK or Steel.
- FIG. 13 shows a connecting line 114 at its ends the above connection arrangements are attached.
- the welding of the second of the end pieces 130 must two screw collars 100 on line 114 be postponed. Bending line 114 into the necessary form, e.g. B. U-shaped, can be done afterwards.
- Each of the measures leads to an increase in quality the pump, but can also be used for maintenance to simplify, d. H. especially the skills of the To make maintenance personnel less demanding. In particular, it is possible that the maintenance on site can be carried out by the user without loss of quality to accept.
- connections can also be flanged instead of screwed or otherwise attached to the pump body. Prefers however, they are removable for maintenance and repair work not to complicate.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Pumpen gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Justierverfahren und Verwendungen derartiger Pumpen.The present invention relates to pumps according to Preamble of claim 1. Furthermore, the Invention on adjustment methods and uses of such Pump.
Insbesondere für die HPLC ("High Performance Liquid Chromatography") werden Pumpen benötigt, die kleinste Flüssigkeitsmengen mit geringsten Verlusten bei hohem Druck, möglichst geringer Pulsation und entsprechend exakten bestimmtem Fluss fördern. Heutzutage gängig sind z. B. Durchflussmengen bis ca. 5 ml/min (Milliliter pro Minute) bei einem Betriebsdruck der Chromatographiesäule von z. b. 100 Bar. Die Gradiententauglichkeit erstreckt sich dabei bis herunter zu 100 µl/min (Mikroliter pro Minute). Bereits heute kommen jedoch Drücke bis 700 Bar zur Anwendung, und es besteht auch die Tendenz, kleinere Mengen bis 1 µl/min und damit kleinere Flüsse zu verwenden. In diesen Anwendungen sind daher bereits Verluste von unter einem Mikroliter wenigstens spürbar, wenn nicht sogar unzulässig.Especially for HPLC ("High Performance Liquid Chromatography ") pumps are required, the smallest Liquids with minimal losses at high pressure, pulsation as low as possible and correspondingly exact promote certain flow. Nowadays, e.g. B. Flow rates up to approx. 5 ml / min (milliliters per minute) at an operating pressure of the chromatography column of z. b. 100 bar. The gradient suitability extends up to down to 100 µl / min (microliters per minute). Already however, pressures up to 700 bar are used today, and it there is also a tendency to use smaller amounts up to 1 µl / min and to use smaller rivers. In these applications are therefore losses of less than one microliter at least noticeable, if not inadmissible.
Eine gängige Bauform weist zwei Verdrängerpumpeneinheiten auf, die seriell angeordnet sind. Die erste Einheit ist die Förderpumpe, die Flüssigkeit unter niedrigem Druck, z. B. Umgebungsdruck, ansaugt und unter Betriebsdruck zur zweiten Einheit, der Speicherpumpe, fördert. Die Speicherpumpe arbeitet im wesentlichen im Gegentakt zur ersten Einheit. Sie sorgt für einen Flüssigkeitsstrom, während die erste Einheit ansaugt, und nimmt den Überschuss auf, wenn die erste Einheit das Arbeitsmedium unter Betriebsdruck ausstösst. Damit kann ein gleichmässiger Strom mit geringer Pulsation erreicht werden. A common design has two positive displacement pump units which are arranged in series. The first unit is that Feed pump, the liquid under low pressure, e.g. B. Ambient pressure, sucked in and under operating pressure to the second Unit, the storage pump, promotes. The storage pump works essentially in opposition to the first unit. It ensures a fluid flow during the first Unit sucks, and absorbs the excess when the first unit the working medium under operating pressure ejects. This allows a steady flow with less Pulsation can be achieved.
Besonderes bei hochwertigen Pumpen für diese Anwendung bestehen die Kolben aus Hartstoff, insbesondere Keramik, die in Steinlagern, also Lagern aus Rubin, Saphir, synthetischem Korund oder Keramik, geführt sind. Die Abdichtung erfolgt über Kolbendichtungen, die zum Arbeitsvolumen offen sind. Da damit das unter Druck stehende Arbeitsmedium Zugang zur Aussenseite der Dichtlippe hat, wird sie mit dem Arbeitsdruck gegen die Kolbenoberfläche gepresst und sorgt damit selbst für die dem Druck entsprechende Dichtwirkung. Die mit dem Arbeitsmedium in Berührung kommenden Teile sind aus qualitativ hochwertigem Material, Metall und Edelsteinen, ausgeführt, um die benötigte Druckbeständigkeit und chemische Inertheit zu gewährleisten. Gängig ist z. B. die Verwendung von Titan. Der Antrieb der Kolben erfolgt über Nockenwellen, die auf das Hinterende der Kolben einwirken, in Verbindung mit federnden Rückstellelementen.Especially with high quality pumps for this application the pistons are made of hard material, in particular ceramic, which in stone bearings, i.e. bearings made of ruby, sapphire, synthetic Corundum or ceramic. The sealing takes place via piston seals that are open to the working volume. There so that the pressurized working medium has access to Has the outside of the sealing lip, it with the Working pressure pressed against the piston surface and ensures thus even for the sealing effect corresponding to the pressure. The parts that come into contact with the working medium are Made of high quality material, metal and Precious stones, executed to the required pressure resistance and to ensure chemical inertness. Common is z. B. the use of titanium. The pistons are driven via camshafts on the rear end of the pistons act in conjunction with resilient return elements.
Wegen der bei hohen Drücken und der geforderten Genauigkeit spürbaren Kompressibilität der Flüssigkeiten kann in der Regel eine solche Pumpe jedoch nur bei einem bestimmten Druck auf minimale Kompressibilität abgeglichen werden, indem die Bewegungsabläufe der beiden Pumpeinheiten aufeinander abgestimmt werden. Erschwerend tritt hinzu, dass die bekannten derartigen Pumpen gegenüber dem Fördervolumen bei Gradientenanwendung von ca. 20-50 Mikrolitern pro Hub ein relativ grosses Totvolumen aufweisen, das sogar grösser als das Fördervolumen ist. Hauptursachen für das grosse Totvolumen sind der minimale Abstand des Kolben vom Verdrängerkammerboden und die Kolbendichtung. Der minimale Abstand muss vorgesehen werden, um trotz Fertigungs- und Montagetoleranzen zu vermeiden, dass der Kolben im Betrieb am Boden anstösst: Ein derartige Kollision würde den Kolben, den Boden oder andere Pumpenteile beschädigen. Bei der Kolbendichtung macht sich bemerkbar, dass sie bei der zum Arbeitsmedium offenen Einbaulage, mit dem Arbeitsmedium gefüllt wird, wofür relativ grosse Mengen benötigt werden, z. B. in etwa von ähnlicher Grösse wie das Fördervolumen. Totvolumen wie geringste Undichtigkeiten, die bei den geringfügigen Mengen nicht einmal visuell erkennbar sind, beeinträchtigen damit die Förderqualität der Pumpe, insbesondere das Einhalten des eingestellten Flusses und die Pulsationsfreiheit.Because of the high pressures and the required accuracy noticeable compressibility of the liquids in the However, such a pump usually only applies to a specific one Pressure to be adjusted to minimal compressibility, by the movements of the two pumping units be coordinated. To make matters worse, the known pumps of this type in relation to the delivery volume with gradient application of approx. 20-50 microliters per stroke have a relatively large dead volume, even larger than the funding volume is Main causes of the big one Dead volumes are the minimum distance of the piston from the Displacement chamber floor and the piston seal. The minimal one Distance must be provided in spite of manufacturing and Assembly tolerances to prevent the piston from operating hits the ground: Such a collision would damage the floor or other pump parts. In the Piston seal is noticeable that it Working medium open installation position, with the working medium is filled, for which relatively large quantities are required, z. B. roughly the same size as the funding volume. Dead volume such as the slightest leaks in the small amounts are not even visually recognizable, affect the delivery quality of the pump, in particular compliance with the set flow and the Pulsation.
Das Totvolumen begrenzt insbesondere die Gradiententauglichkeit, d. h. legt die minimale Förderrate fest, bei der noch ohne wesentliche Durchmischung ein Arbeitmedium mit sich verändernder Zusammensetzung von der Pumpe gefördert werden kann. Ein grosses Totvolumen enthält entsprechend grosse Mengen an Arbeitsmedium, die bei Gradientenbetrieb ebenfalls ausgetauscht werden müssen, um ein Vermischen zu vermeiden.The dead volume limits in particular the Gradient suitability, d. H. sets the minimum funding rate firmly, at which still without substantial mixing Working medium with changing composition of the Pump can be promoted. Contains a large dead volume correspondingly large amounts of working medium, which at Gradient operation also need to be replaced in order to avoid mixing.
Die Pumpen unterliegen auch einer Alterung, die ihre Wartung nötig macht. Wegen der hohen Anforderungen insbesondere beim Zusammenbau ist in der Regel ein Fachmann dafür nötig.The pumps are also subject to aging, which is their maintenance makes necessary. Because of the high demands, especially when Assembly is usually required to do this by a specialist.
Geeignete Pumpen sind z. B. aus der DE-A-43 08 467 bekannt. Die Pumpen zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus scheibenförmigen Funktionsblocks aufgebaut ist, die in einer Spannvorrichtung zusammengespannt werden. Da die Übergänge von Block zu Block verlaufen, entfallen äussere Verbindungsleitungen zwischen den Einheiten.Suitable pumps are e.g. B. known from DE-A-43 08 467. The pumps are characterized by the fact that they stand out disc-shaped function blocks is built up in a Clamping device can be clamped together. Because the transitions running from block to block, external ones are omitted Connection lines between the units.
Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass beim Zusammensetzen der Pumpe höchste Sorgfalt angewendet werden muss, um die benötigte Dichtheit zu erzielen, da sich die Toleranzen addieren. U. a. sind daher zwei Rubinführungen in den Pumpblöcken nötig, um eine exakte Führung der Kolben in der Verdrängerkammer zu erreichen: Ein direkter Kontakt des Kolben mit der Kammerwand ist wegen des entstehenden Abriebs zu vermeiden, der u. a. das Ergebnis der HPLC verfälschen und die Kolbendichtung zerstören kann.A disadvantage of this arrangement, however, is that the Assemble the pump with the utmost care to achieve the required tightness, because the Add tolerances. Among other things are therefore two ruby guides in the pump blocks are necessary in order to guide the pistons precisely to reach the displacement chamber: direct contact of the Piston with the chamber wall is due to the resulting abrasion to avoid the u. a. falsify the result of the HPLC and can destroy the piston seal.
Es kommt hinzu, dass bei Wartungsarbeiten in der Regel die gesamte Anordnung abgebaut werden muss. Schliesslich weist diese Pumpe ein beträchtliches Totvolumen auf.In addition, maintenance work is usually carried out by the entire arrangement must be dismantled. Finally points this pump has a considerable dead volume.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine derartige Pumpe anzugeben, die eine geringeren Einfluss von Konstruktionstoleranzen auf die Förderqualität bietet.It is therefore an object of the present invention to to specify such a pump, which has less impact from design tolerances to the conveying quality.
Eine andere Aufgabe besteht darin, den Einfluss des Totvolumens zu kontrollieren und/oder zu verringern.Another task is to understand the influence of the Check and / or reduce dead volume.
Derartige Pumpen, die wenigstens eine der oben genannten Aufgaben erfüllen, sind in den Vorrichtungsansprüchen angegeben. Verfahren zum Betrieb der Pumpen und Verwendungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.Such pumps, at least one of the above Fulfill tasks are in the device claims specified. Procedure for operating the pumps and Uses are the subject of further claims.
Ein Hauptaspekt der Erfindung besteht daher darin, das Totvolumen einstellbar zu machen und ansonsten generell zu verringern. Eine Massnahme hierzu ist eine Konstruktion der Verdrängerkammer und/oder des Kolben, die die Justierung auf minimales Totvolumen erlaubt oder auf ein Totvolumen, das optimales Verhalten der Pumpe beim gewünschten Betriebsdruck ergibt. Zum einen wird dafür vorgeschlagen, die Gesamtlänge des Kolben einstellbar zu gestalten, in dem er in den eigentlichen Kolben und eine Kolbenstange aufgeteilt wird. Die Verbindung zwischen Kolben und Kolbenstange ist dabei in der Länge veränderlich ausgeführt, so dass eine Einstellung auf minimalen Abstand des Kolben zum Verdrängerkammerboden möglich ist. Der Abstand kann sogar auf Null justiert werden, wenn zur Vermeidung von Schäden der Kammerboden durch einen Einsatz hergestellt wird, der unter Betriebsdruck hinreichend inkompressibel ist, aber doch bei Anschlag des Kolben soweit nachgibt, dass eine Schaden nicht auftritt. Ein anderer Ansatz besteht darin, einen Gegenkolben vorzusehen, dessen Vorderende im wesentlichen den Kammerboden darstellt. Damit kann der Kammerboden verschoben werden kann.A main aspect of the invention is therefore that Make dead volume adjustable and otherwise generally too reduce. One measure for this is a construction of the Displacement chamber and / or the piston, the adjustment on minimum dead volume allowed or to a dead volume that optimal behavior of the pump at the desired operating pressure results. On the one hand, the total length is suggested of the piston adjustable in that it in the actual piston and a piston rod is divided. The connection between the piston and piston rod is in the length is variable so that an adjustment at a minimal distance from the piston to the displacement chamber floor is possible. The distance can even be adjusted to zero when to avoid damage to the chamber floor is made by an insert that is under Operating pressure is sufficiently incompressible, but at Stop of the piston yields so far that no damage occurs. Another approach is one To provide an opposing piston, the front end of which is essentially represents the chamber floor. So that the chamber floor can be moved.
Der Verringerung dienen auch neuartige Bauformen der Dichtungen zwischen Kolben und Verdrängerkammer, die ein geringeres Totvolumen bieten. Die klassische Kolbendichtung weist eine Spiralfeder auf, die in der Kolbendichtung liegt und um die Dichtlippe verläuft. Insbesondere der Innenraum der Spiralfeder ergibt ein grosses Totvolumen.Novel designs of the Seals between the piston and displacement chamber, the one offer lower dead volume. The classic piston seal has a spiral spring that lies in the piston seal and runs around the sealing lip. Especially the interior the spiral spring results in a large dead volume.
In einer ersten Variante wird ein seitlich offenes Federelement angegeben. Durch die Öffnung kann ein Füllkörper in das Federelement eingelegt werden, so dass der Hohlraum innerhalb des Federelements grösstenteils ausgefüllt ist. In der zweiten Variante besteht das Federelement im wesentlichen aus einem bandförmig die Dichtlippe umgebenden Element. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine Spirale aus einem federelastischen Material, insbesondere Metall. Die flache Form des Federelements gestattet es, die Innenwand der Verdrängerkammer auch im Bereich der Dichtung mit einem kleinen Querschnitt auszuführen und damit das Totvolumen klein zu halten.In a first variant, a side open Spring element specified. Through the opening a Packing elements are inserted into the spring element, so that the Most of the cavity within the spring element is filled out. In the second variant, there is Spring element essentially from a band-shaped Sealing lip surrounding element. It is preferred a spiral made of a resilient material, especially metal. The flat shape of the spring element allows the inner wall of the displacement chamber in the Area of the seal with a small cross section perform and thus keep the dead volume small.
Durch die Verringerung bzw. die Einstellbarkeit des Totvolumens wird auch der Wirkung von Herstellungstoleranzen entgegengewirkt.By reducing or adjusting the Dead volume is also the effect of manufacturing tolerances counteracted.
Eine andere Problemzone von Toleranzen bei Zusammenbau besteht in geringfügigem Versatz oder Winkelfehlern der Anschlussteile, die an den Ein- und Auslässen der Pumpeinheiten, also den Arbeitsmediumzugängen, angebracht werden müssen. In den bekannten Ausführung wird dabei zwischen Anschlussteil und Zugang eine sogenannte Patrone als Verbindungsteil eingesetzt. Eine Patrone kann dabei im wesentlichen ein Leitungsstück (Verbindungshülse) sein oder z. B. ein Rückschlagventil enthalten ("Ventilpatrone"). Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, die beteiligten Flächenpaare als eine Kombination von Bombierung (konvexe, sphärische Oberfläche) und Hohlkegelfläche auszuführen. Bei einem Versatz von Mediumeingang und Anschlussteil ergibt sich ein leicht verkanteter Sitz der verbindenden Patrone. Durch die genannte Ausbildung resultiert trotzdem eine kreisförmige Kontaktlinie und ein gleichmässiger Andruck. Die beteiligten Flächenpaare können dabei nicht nur zwischen den genannten Teilen, sondern auch zwischen dem Teil und einem Dichtkörper (einer Kapsel) ausgebildet sein. Bevorzugt befindet sich dabei auf der Kapsel die bombierte Fläche.Another problem area of assembly tolerances is a slight misalignment or angular errors of the Connections that are on the inlets and outlets of the Pump units, i.e. the working medium access, attached Need to become. In the known version it is a so-called cartridge between the connection part and the access used as a connecting part. A cartridge can be in the essentially be a line piece (connecting sleeve) or z. B. contain a check valve ("valve cartridge"). According to a further aspect of the invention suggested the area pairs involved as one Combination of crowning (convex, spherical surface) and hollow cone surface. With an offset of Medium inlet and connecting part are easy tilted seat of the connecting cartridge. Through the mentioned training still results in a circular Contact line and an even pressure. The parties Area pairs can not only be between the named Parts, but also between the part and a sealing body (a capsule). Preferably located the cambered surface on the capsule.
Die Erfindung wird weiter an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1:
- Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Pumpkopf gemäss I-I in Fig. 2;
- Fig. 2:
- Schnitt gemäss II-II in Fig. 1;
- Fig. 3:
- Ausschnitt III in Fig. 1: Erste Ausführungsform einer Kolbendichtung (vergrössert);
- Fig. 4:
- Ausschnitt IV in Fig. 1: Zweite Ausführungsform einer Kolbendichtung (vergrössert; Schnitt);
- Fig. 5:
- Ausschnitt V in Fig. 1: Dichtung Anschlüsse (vergrössert; Schnitt);
- Fig. 6:
- Detailvergrösserung aus Fig. 7: schematische Darstellung eines Versatzes;
- Fig. 7:
- Ausschnittvergrösserung eines Übergangs Verdrängerkammer/Anschluss;
- Fig. 8:
- Variante einer Dichtung an einem Anschluss: Schnitt in starker Vergrösserung;
- Fig. 9:
- Ausbildung Dichtfläche: vergrösserter Teilausschnitt IX aus Fig. 7;
- Fig. 10:
- Variante der Dichtfläche gemäss Fig. 9;
- Fig. 11:
- Schnitt durch eine Dichtung für einen Gegenkolben;
- Fig. 12:
- Teilschnitt durch eine Variante der Anschlüsse;
- Fig. 13:
- Längsschnitt durch eine Verbindungsanordnung in gestrecktem Zustand.
- Fig. 1:
- Longitudinal section through an inventive pump head according to II in Fig. 2;
- Fig. 2:
- Section according to II-II in Fig. 1;
- Fig. 3:
- Section III in Fig. 1: First embodiment of a piston seal (enlarged);
- Fig. 4:
- Section IV in Fig. 1: Second embodiment of a piston seal (enlarged; section);
- Fig. 5:
- Section V in Fig. 1: Seal connections (enlarged; section);
- Fig. 6:
- Detail enlargement from Fig. 7: schematic representation of an offset;
- Fig. 7:
- Enlargement of a transition from the displacement chamber / connection;
- Fig. 8:
- Variant of a seal on a connection: cut in large magnification;
- Fig. 9:
- Formation of sealing surface: enlarged partial section IX from FIG. 7;
- Fig. 10:
- Variant of the sealing surface according to FIG. 9;
- Fig. 11:
- Section through a seal for a counter-piston;
- Fig. 12:
- Partial section through a variant of the connections;
- Fig. 13:
- Longitudinal section through a connection arrangement in the stretched state.
Figg. 1 und 2 zeigen in einer Schnittdarstellung einen
erfindungsgemäss ausgestalteten Kopf 1 einer HPLC-Pumpe. Die
nicht dargestellten Teile (Antriebe mit Nockenscheiben usw.)
sind entsprechend dem Stand der Technik ausgeführt. Die
Kolbenanordnungen für Förderpumpeinrichtung 3 (Förderpumpe)
und Speicherpumpeinrichtung 4 (Speicherpumpe), die die
bekannten einteiligen Kolben ersetzen, bestehen jeweils aus
einem Kolben 7, 8 und einer Kolbenstange 11, 12. Die
Kolbenstangen sind in hochwertigen Linearführungen im
Antriebsgehäuse geführt, insbesondere in Linearkugellagern
(nicht dargestellt). Derartige Lager sind an sich dem
Fachmann bekannt. Figg. 1 and 2 show a sectional view of a
Head 1 of an HPLC pump designed according to the invention. The
Parts not shown (drives with cam disks, etc.)
are designed according to the state of the art. The
Piston arrangements for feed pump device 3 (feed pump)
and storage pump device 4 (storage pump) which the
Replace known one-piece pistons, each consist of
a
An den Hinterenden der Kolben 7, 8 ist jeweils eine Hülse
15, 16 auf einen Hartmaterialstab 19, 20 (z. B. aus Keramik)
fest aufgesetzt. Die Hülsen 15, 16 sind am Hinterende
geschlossen. Um die Gesamtlänge der Kolben 7, 8 (Distanz
zwischen Vorderende der Hartmaterialstäbe 19, 20 und
Hinterenden 22, 23 der Hülsen 15, 16) beim Zusammenbau
genau festzulegen, wird zunächst jeweils eine Stahlkugel 25
(z. B. aus gehärtetem Stahl) in die Bohrungen 26 eingesetzt
und dann der jeweilige Hartmaterialstab 19, 20 in den Kragen
eingepresst. Durch die Kugeln 25 ergibt sich eine definierte
Auflage zum einen im Zentrum der Hartmaterialstäbe und zum
anderen ringförmig auf dem durch die üblichen Bohrerspitzen
konisch geformten Boden der Bohrungen 26.At the rear ends of the
Die Hülsen 15, 16 sitzen in Aufnahmebohrungen 28 in den
Enden der Kolbenstangen 11, 12. In einer kleineren
Aufnahmebohrung 30 im Boden der Aufnahmebohrungen 28 ist im
Falle des Kolbens 8 der Speicherpumpe 4 eine Feder 32
eingesetzt, deren freies Ende am Boden 22, 23 der Hülsen 15,
16 anliegt. Aussen um die Kolbenstangen 11, 12 herum liegt
je ein Stellring 36. In jedem Stellring 36 befindet sich in
einem Gewinde 39 eine Stellschraube 38, deren Ende durch
eine Bohrung 40 in der Kolbenstange 11, 12 auf die Hülse 15,
16 aufsetzbar ist. Durch Eindrehen der Schraube 38 ist damit
der Kolben 7, 8 in der jeweiligen Kolbenstange feststellbar.
Durch eine Ausnehmung 42 im Gehäuse des Pumpenkopfes 1 ist
die Schraube 38 der Speicherpumpe 4 von aussen zugänglich.The
Bei der Förderpumpe ist dagegen in der Kolbenstange 11 die
Bohrung 31 mit einem Gewinde versehen, in das ein
Gewindezapfen 33 eingeschraubt ist, der an der Hülse 15
angesetzt ist. Durch Verdrehen des Gewindezapfens 33 kann
damit die Länge des Kolbens genau eingestellt werden. Gegen
eine ungewollte Längenänderung ist es in der Regel aber auch
hier nötig, eine Feststellvorrichtung vorzusehen, z. B. ein
Stellring 36 mit Stellschraube 38. Die Einstellung des
Totvolumens im zusammengesetzten Zustand kann bei dieser
Ausführung durch Verändern der Verdrängerkammer erfolgen,
wofür weiter unten eine Lösung angegeben wird.In the feed pump, however, is in the
Beide Hartmaterialstäbe 19, 20 ragen durch eine
konventionelle Kolbendichtung 44, eine Steinführung 46 (z.
B. aus künstlichem Edelstein wie Rubin) und schliesslich
eine erfindungsgemässe Kolbendichtung mit verringertem
Totvolumen in die eigentliche Verdrängerkammer 47. Die
Kammer 47 besteht aus hochfestem und chemisch inertem
Material, z. B. Titan.Both
Auslass 112 der Förderpumpe 3 ist über eine an sich gängige
flexible Leitung 114 mit kleinem Innenvolumen mit dem
Einlass 115 der Speicherpumpe 4 verbunden. die Leitung 114
ist über an sich bekannte Schraubverbindungen dicht an den
Anschlüssen befestigt.
Am Förderkolben ist eine erste Ausführung 48 einer
erfindungsgemässen Kolbendichtungs gezeigt, die in Fig. 3
vergrössert dargestellt ist. Sie besteht im wesentlichen aus
einem Dichtkörper 50 von im wesentlichen L-förmigem
Querschnitt, wobei ein Schenkel 52 eine hülsenförmige
Dichtlippe bildet, durch die der Hartmaterialstab 19, 20
eines Kolbens 7, 8 gesteckt werden kann. Um die Dichtlippe
herum verläuft eine Feder 54 derart, das sich die
Spiralwindungen selbst um die Dichtlippe winden. Wie in Fig.
1 zu sehen, kann damit die Innenwand 56 um die Dichtung 48
herum relativ eng ausgeführt werden im Vergleich zur
Ausbildung um die konventionelle Kolbendichtung 44, wodurch
das Totvolumen deutlich reduziert wird. Zur Verdeutlichung
dienen die folgenden Angaben für eine Ausführung einer Pumpe
mit einem Ausstossvolumen von 23 Mikrolitern: Totvolumen
einer konventionellen Kolbendichtungs selbst: 18 Mikroliter;
Totvolumen des zusätzlichen Raums vor der Kolbendichtung
innerhalb der Verdrängerkammer: 11 Mikroliter; insgesamt
Totvolumen für eine Kolbendichtung konventionell: 29
Mikroliter. Die beschriebene erfindungsgemässe Dichtung
erlaubt eine Reduktion auf ca. 20 %, also ca. 6 Mikroliter.
Das Totvolumen sinkt auf einen Bruchteil des
Ausstossvolumens.A
Die Verdrängerkammer 47 der Förderpumpe 3 ist unten offen
ausgeführt und mit einem Gegenkolben 58 verschlossen, dessen
vorderes Ende den (beweglichen) Boden der Verdrängerkammer
bildet. Der Gegenkolben 58 besteht ebenfalls aus Titan. Der
Gegenkolben durchläuft eine Dichtbüchse 60, die von einer
Klemmhülse 62 in einer Erweiterung 64 der
Verdrängerkammerbohrung 57 festgehalten wird. Denkbar ist
auch, eine Verschraubung sowohl der Hülse 62 in der
Erweiterung 64 als auch des Gegenkolbens 58 in der Hülse 62
vorzusehen, um durch Verdrehen des Gegenkolbens seine
Verschiebung und damit eine Veränderung des Volumens der
Verdrängerkammer bewirken zu können.The
Fig. 11 zeigt eine bekannte Dichtung 64, die anstelle der
Dichtbüchse 60 einsetzbar ist und ein geringes Totvolumen
aufweist. Da der Gegenkolben 58 während des Betriebs nicht
und auch sonst nur selten bewegt wird, werden an diese
Dichtung wesentlich geringere Anforderungen gestellt. Die
Dichtung 64 weist einen Dichtungskörper 65 mit einer
Dichtlippe 66 auf, die an den Gegenkolben 58 (nicht gezeigt)
angedrückt wird. Der Andruck wird zunächst vom eingebetteten
O-Ring 67 aufgebracht und während des Betriebs vom
Innendruck der Pumpe, der auf den O-Ring 67 und auf die
Dichtlippe wirkt, verstärkt. Als Material für den
Dichtungskörper kommen druckbeständige und unter den
Betriebbedingungen chemisch inertes Materialien zum Einsatz,
wie insbesondere PTFE. Für den O-Ring ist ein entsprechenden
Elastomer, z. B. KALREZ (DuPont) zu wählen. Derartige
Dichtungen sind an sich bekannt.Fig. 11 shows a known
In der Speicherpumpe ist eine andere Ausführungsform 70
einer erfindungsgemässen Kolbendichtung dargestellt. Eine
Vergrösserung der verwendeten Kolbendichtungs 70 zeigt Figur
4 und das spezielle Federelement Fig. 5. Das Dichtelement 72
der Kolbendichtungs hat einen C-förmigen Querschnitt wie
auch das Federelement 74. Am Ende der innenliegenden
Dichtlippe 73 ist eine Verdickung oder Bombierung 75
ausgebildet. Das Federelement 74 ist an der Innenfläche 76
und an der Krümmung 77 mehrfach durch Schlitze 79
aufgetrennt. Je nach gewünschter Steifigkeit unterteilen die
Schlitze auch die Aussenfläche 81, wobei die Steifigkeit mit
der Breite der verbleibenden Stege 82 abnimmt. Die Krümmung
77 beschreibt einen Winkel, der etwas kleiner als 180° ist,
so dass die Innenfläche leicht schräg nach innen verläuft.
Damit wird, wenn das Federelement 74 in das Dichtelement 72
eingefügt ist, eine Vorspannung der Dichtlippe 73 erzielt.Another embodiment is 70 in the storage pump
a piston seal according to the invention. A
Figure shows an enlargement of the
Gemäss Fig. 4 ist das Federelement 74 in dem Dichtelement 72
mit parallel ausgerichteten Querschnitten angeordnet und in
den gebildeten Ringspalt ein ringförmiger Füllkörper 83
eingelegt. Der Füllkörper besteht aus einem Material, das
chemisch gegenüber dem Arbeitsmedium inert und unter dem
Arbeitsdruck im wesentlichen inkompressibel ist. Der
Füllkörper ist dabei so bemessen, dass der den Innenraum des
Federelements weitgehend ausfüllt, d. h. mindestens die
Hälfte, bevorzugt mindestens 90 % und weiter bevorzugt
mindestens 99%. Grundsätzlich wird möglichst voluminös
gewählt, ohne dabei jedoch die Federwirkung des
Federelements unter das benötigte Mass zu beeinträchtigen.4, the
Durch das Füllen des Leervolumens wird das von der Dichtung erzeugte Totvolumen wesentlich reduziert und gleichzeitig ein Einbaumass wie für eine konventionellen Kolbendichtung beibehalten.By filling the empty volume, the seal becomes generated dead volume significantly reduced and at the same time an installation dimension as for a conventional piston seal maintained.
Die Speicherpumpe weist ebenfalls eine Vorkehrung zur
Justierung des Totvolumens auf, die die Verstellvorrichtung
zwischen Kolben 8 und Kolbenstange 16 und einen Einsatz 87
in der Verdrängerkammer 89 umfasst. Das Material des
Einsatzes 87 ist so gewählt, dass eine Kontakt zwischen dem
Hartmaterialstab 20 und dem Einsatz 87 möglich ist, ohne
dass ein Schaden entsteht. Insbesondere wird ein Material
gewählt, das gegenüber dem Arbeitsmedium inert und unter
Betriebsdruck praktisch inkompressibel ist, jedoch vom
Hartmaterial noch geringfügig verformbar ist. Dabei ist auch
zu berücksichtigen, dass der Umfang der Vorderenden der
Hartmaterialstäbe 19, 20 abgerundet ausgeführt ist, um sie
ohne Beschädigung der Dichtungen und der Führungen in die
Verdrängerkammern einführen zu können. Das Material des
Einsatzes 87 kann sich etwas an diese Randrundung
anschmiegen, wodurch das Totvolumen zusätzlich verringert
wird.The storage pump also has a precaution
Adjustment of the dead volume on the adjustment device
between
Die Verdrängerkammern 47, 89 sind in Bohrungen in einem
Pumpenblock 91 eingesetzt. Für die korrekte Ausrichtung mit
den seitlich angeordneten Zugangsbohrungen 92 weisen die
Verdrängerkammern 47, 89 eine Nut 93 auf, in die ein Stift
94 eingreift.The
Auf die Verdrängerkammern 47, 89 folgt ein Verlängerungsring
95, der in der Blockverlängerung 96 durch einen Gewindering
97 fixiert ist. Die Blockverlängerung 96 ist am Block 91
angeschraubt.An extension ring follows the
Sämtliche dem Arbeitsmedium ausgesetzte Teile bestehen aus einem Material, das gegenüber dem Arbeitsmedium inert ist. Soweit sie auch dem Betriebsdruck ausgesetzt sind, müssen sie auch ohne spürbare Kompression oder Verformung dem Druck standhalten. Für Gehäuseteile, wie Verdrängerkammern, Patronen, Anschlüsse, aber auch für metallische Dichtmembranen, hat sich als Metall insbesondere Titan bewährt. Das Hartmaterial für die Kolben stellt hinsichtlich Druckbeständigkeit in der Regel kein Problem dar. Allenfalls auf die chemische Inertheit ist zu achten, die aber in der Regel ebenfalls ohne weiteres gegeben ist. Für Teile, die eine gewisse Elastizität aufweisen müssen (Einsatz 87, Körper der Kolbendichtungen, Dichtungen usw.) ist eine Elastomer, bevorzugt der Kunststoff PTFE (Polytetrafluorethylen), verwendbar, insbesondere ein mit Graphitfasern verstärktes PTFE, das eine erhöhte Verschleissfestigkeit, Druck- und Temperaturbeständigkeit aufweist. Insbesondere bei Dichtungen ist auch PEEK (Polyetheretherketon) verwendbar.All parts exposed to the working medium consist of a material that is inert to the working medium. As far as they are also exposed to the operating pressure the pressure even without noticeable compression or deformation withstand. For housing parts, such as displacement chambers, Cartridges, connections, but also for metallic ones Sealing membranes, titanium has become a metal in particular proven. The hard material for the pistons is regarding Pressure resistance is usually not a problem. At most attention should be paid to the chemical inertness, but this in the Rule is also readily given. For parts that must have a certain elasticity (insert 87, Body of the piston seals, seals, etc.) is one Elastomer, preferably the plastic PTFE (Polytetrafluoroethylene), usable, especially one with Graphite fiber reinforced PTFE, which is an increased Wear resistance, pressure and temperature resistance having. PEEK is also particularly useful for seals (Polyether ether ketone) can be used.
Abschliessend ist zu erwähnen, dass Förderpumpe und Speicherpumpe auch identisch ausgeführt werden können. Insbesondere können also beide mit den gleichen erfindungsgemässen Kolbendichtungen der einen oder anderen Art ausgestattet werden.Finally, it should be mentioned that feed pump and Storage pump can also be run identically. In particular, both can be the same Piston seals according to the invention of one or the other Be equipped.
Die Förderpumpe kann in einer weiter bevorzugten Ausführung statt eines Gegenkolbens eine geschlossene Verdrängerkammer mit einem Einsatz 87 aufweisen, also wie die beschriebene Speicherpumpe ausgebildet sein, und umgekehrt die Speicherpumpe wie die beschriebene Förderpumpe. Damit kann das Totvolumen bei der Förderpumpe auf nahezu Null eingestellt werden, was unter praktisch allen Betriebszuständen optimal ist. Durch Verschieben des Gegenkolbens in der Speicherpumpe ist es dann möglich, die Pulsation zu minimieren, also die Pumpe auf den Arbeitsdruck und die Kompressibilitäseigenschaften des Arbeitsmedium einzustellen. The feed pump can be in a further preferred embodiment instead of a counter-piston, a closed displacement chamber have with an insert 87, so as that described Storage pump to be formed, and vice versa Storage pump like the feed pump described. So that can the dead volume of the feed pump to almost zero be set what is under practically all Operating conditions is optimal. By moving the Counter piston in the storage pump, it is then possible to To minimize pulsation, i.e. the pump to the working pressure and the compressibility properties of the working medium adjust.
Da die Speicherpumpe unter konstantem Druck arbeitet und daher geringeren Anforderungen genügen muss, kann bei geringeren Anforderungen bei ihr auch auf Massnahmen in der Verdrängerkammer zur Verminderung bzw. Einstellung des Totvolumens verzichtet werden. In Anwendungen, wo an die Qualität besonders geringe Anforderungen gestellt werden, kann einerseits in der Speicherkammer sogar eine konventionelle Kolbendichtung eingesetzt werden und andererseits auf die eine oder andere Massnahme zur Verminderung des Totvolumens auch in der Förderpumpe verzichtet werden.Because the storage pump works under constant pressure and therefore has to meet lower requirements lower requirements for her also on measures in the Displacement chamber for reducing or adjusting the Dead volume can be dispensed with. In applications where the Quality particularly low demands are made, On the one hand, there can even be one in the storage chamber conventional piston seals are used and on the other hand to one or the other measure Reduction of the dead volume also in the feed pump to be dispensed with.
Die Einstellung eines bestimmten Totvolumens zum Boden der
Verdrängerkammer, im Extremfall eines praktisch auf Null
reduzierten Totvolumens, erfolgt in jedem Fall dadurch, dass
zunächst der jeweilige Kolben auf den oberen Totpunkt
gestellt wird, d. h. der Antrieb auf die Position gestellt
wird, an der der Kolben maximal in die Verdrängerkammer
eingeschoben ist, wobei die entsprechende Stellschraube
gelöst ist. In der Ausführung mit einem Einsatz 87 liegt nun
der Hartmaterialstab des Kolbens an dem Einsatz 87 an. Die
Stellschraube 38 wird angezogen, wodurch das Totvolumen auf
das Minimum einjustiert ist.The setting of a certain dead volume to the bottom of the
Displacement chamber, in extreme cases practically zero
reduced dead volume, in any case takes place in that
first the respective piston to top dead center
is provided, d. H. the drive is positioned
at which the piston reaches the maximum in the displacement chamber
is inserted, the corresponding adjusting screw
is solved. The version with an insert 87 now lies
the hard material rod of the piston on the insert 87. The
Ist ein Gegenkolben vorhanden, so kann danach das Totvolumen durch Zurückziehen des Gegenkolbens wieder auf ein gewünschtes Mass vergrössert werden.If there is a counter piston, the dead volume can then be determined by pulling the counter-piston back on desired size can be increased.
Ein weiterer, grundlegender Aspekt für die Qualität einer Pumpe dieser Art ist die Dichtigkeit, wobei zu berücksichtigen ist, dass bereits geringste Leckagen, die äusserlich wegen der geringen Mengen von z. B. deutlich weniger als 1 Mikroliter und auch im Nanoliterbereich praktisch nicht feststellbar sind, das Ergebnis beeinflussen. Dabei stellt die Abdichtung der verschiedenen Anschlüsse gegenüber den Verdrängerkammern ein erstrangiges Problem dar.Another fundamental aspect for the quality of a Pump of this type is the tightness, being too take into account that even the slightest leakage that externally because of the small amounts of e.g. B. clearly less than 1 microliter and also in the nanoliter range the result is practically undetectable influence. Doing so seals the various Connections to the displacement chambers a first-rate Problem.
Bekannt ist dabei, die Anschlüsse über Patronen 101, 102
direkt an Dichtflächen der Verdrängerkammern anzuschliessen.
Wie üblich können dabei die Patronen sowohl einfach
Durchgänge darstellen (s. Fig. 7: Patrone 101), aber auch z.
B. Rückschlagventile 102 wie in Figg. 1 und 2 an Eingang 111
und Ausgang 112 der Förderpumpe.It is known that the connections via
Unvermeidbar ist dabei jedoch die Gefahr eines seitlichen
Versatzes 113 (Fig. 6) der Verdrängerkammern-Zugänge 103
gegenüber den aussen am Block 91 befestigten Anschlüssen
bzw. deren Zugängen 105. Ein solcher Versatz führt zu einem
geringfügigen Verkanten der Patrone 101 (s. Fig. 6). Bei den
bekannten Ausführungen mit planen oder auch kegelförmigen
Dichtflächen an den Zugängen führt dies zu einem geringfügig
ungleichmässigem Andruck an der Dichtlinie, da die
Dichtflächen von Patrone und Zugang in einem kleinen Winkel
zueinander stehen. Bei den vorliegenden hohen Drücken führt
dies zu Undichtigkeiten und kann sogar zu einem
Herausdrücken der Dichtung in Richtung der Öffnung des
Winkels führen.However, the danger of a lateral one is unavoidable
Offset 113 (FIG. 6) of the displacement chamber accesses 103
opposite the connections fastened to block 91 on the outside
or their
Wie die Figuren 6-8 zeigen, werden an einer
Verbindungsstelle zur Lösung dieses Problems die eine
Dichtfläche bombiert, insbesondere konvex sphärisch
ausgeführt, die jeweils korrespondierende hohlkegelförmig.
Bei einer solchen Dichtflächenpaarung bleibt auch bei
Schrägstellung der einen Dichtfläche, d. h. der Längsachse
des darin angeordneten Kanals für das Arbeitsmedium
gegenüber derjenigen des Kanals des anliegenden Teils eine
kreisförmige Kontaktlinie erhalten, auf der auch der
Andruck im wesentlichen konstant ist. Sofern die beiden
Kontaktflächen dabei aus Metall bestehen, wird dazwischen
bevorzugt eine Dichtmembran 117 aus Metall, insbesondere
wegen des Kontakt mit dem Arbeitsmedium aus Titan, oder aus
Kunststoff, insbesondere PEEK, angeordnet.As shown in Figures 6-8, one
Liaison to solve this problem one
Sealing surface cambered, in particular convex spherical
executed, each corresponding hollow cone-shaped.
With such a sealing surface pairing also remains
Inclination of the one sealing surface, d. H. the longitudinal axis
of the channel arranged therein for the working medium
compared to that of the channel of the adjacent part one
circular contact line on which the
Pressure is substantially constant. Unless the two
Contact surfaces made of metal will be in between
preferably a sealing
Im Beispiel befinden sich dabei die runden Dichtflächen an
den Anschlüssen und den Verdrängerkammen, die kegelförmigen
an den Patronen 102. Denkbar ist jedoch die umgekehrte
Ausführung. Denkbar ist aber auch, eine Dichtkapsel 119, z.
B. aus PEEK, mit beidseitig runden Dichtflächen vorzusehen
(siehe Fig. 8: Übergang zwischen einem Anschluss 100 und
einer einfachen Patrone 101).In the example there are the round sealing surfaces
the connections and the displacement combs, the conical
on
Auf die gleiche Art werden auch Undichtigkeiten durch Winkelfehler zwischen den zu verbindenden Teilen mit der angegebenen Konstruktion vermieden.Leakages are also caused in the same way Angular error between the parts to be connected with the construction specified avoided.
In einer weiter bevorzugten Ausbildung kann in jeder Verbindung eine 120 der beiden Dichtflächen, denkbarerweise aber auch im Falle zweier, insbesondere metallischer, Dichtflächen mit dazwischenliegender Membran beide Dichtflächen, stufenförmig 121 ausgebildet werden (s. Fig. 9). Dadurch ergibt sich eine stufenförmige Dichtwirkung oder ein Mehrzahl von Linienkontakten, wodurch die Dichtwirkung weiter verbessert wird.In a more preferred training, everyone can Connection of 120 of the two sealing surfaces, conceivably but also in the case of two, especially metallic, Sealing surfaces with an intermediate membrane both Sealing surfaces, step-shaped 121 are formed (see Fig. 9). This results in a step-like sealing effect or a plurality of line contacts, creating the sealing effect is further improved.
Eine andere, bewährte Möglichkeit besteht im Vorsehen von konzentrischen Rillen 123 (Fig. 10).Another proven way is to provide concentric grooves 123 (Fig. 10).
In Figg. 12 und 13 wird eine weiter bevorzugte
Ausführungsform der Verbindungen für den Anschluss einer
Kapillarleitung ohne Zusatzfunktion gezeigt. Die Leitung 114
besteht aus Titan und ist an ein Endstück 130 angeschweist.
Das Anschlussstück 100 ist als Schraubmanschette
ausgebildet, die auf der Kapillarleitung verschiebbar ist. In Fig. 12 and 13 is another preferred one
Embodiment of connections for connecting a
Capillary line shown without additional function.
Die Durchführung für die Leitung 114 durch das
Anschlussstück 100 ist am inneren Ende 132 aufgeweitet, um
der Schweissnaht 134 Platz zu bieten. Die Dichtfläche 136
des Endstücks 130 ist wie oben beschrieben ausgeführt, um
auch bei Versatz eine perfekte Dichtung zu ermöglichen.
Insbesondere kann die Ausführung mit Dichtkapsel oder die
Ausführung mit Dichtmembran (s.o.) ausgebildet werden. Zum
Anbringen der Leitung wird die Schraubmanschette wie an sich
bekannt in das Pumpengehäuse geschraubt.The implementation for
Die Kontaktflächen 138 zwischen Endstück 130 und Anschluss
100 sind komplementär bombiert, kegelförmig o. ä.
ausgeführt, um eine selbsttätige Zentrierung beim
Einschrauben des Anschlusses in den Pumpenkörper zu
bewirken. Die Kontaktflächen 138 haben jedoch keine
Dichtfunktion. Der Anschluss 100 besteht aus PEEK oder
Stahl.The contact surfaces 138 between
Gegenüber der zuerst beschriebenen Ausführung treten bei
dieser Lösung zwei Dichtflächen weniger auf, und das
Totvolumen durch den Kanal in der Leerkartusche, der einen
relativ grossen Durchmesser aufweist, und um die
zusätzlichen, in die Anschlüsse 100 geschraubten
Schraubmanschetten herum wird vermieden.Compared to the version described first join
this solution two sealing surfaces less, and that
Dead volume through the channel in the empty cartridge, the one
has a relatively large diameter, and around
additional screwed into the
Fig. 13 zeigt eine Verbindungsleitung 114, an deren Enden
die obengenannten Anschlussanordnungen angebracht sind. Vor
dem Anschweissen des zweiten der Endstücke 130 müssen die
beiden Schraubmanschetten 100 auf die Leitung 114
aufgeschoben werden. Das Biegen der Leitung 114 in die
nötige Form, z. B. U-förmig, kann danach erfolgen.13 shows a connecting
Jede der Massnahmen führt zu einer Erhöhung einer Qualität der Pumpe, kann aber auch dazu genutzt werden, die Wartung zu vereinfachen, d. h. insbesondere die an Fähigkeiten des Wartungsperson geringere Anforderungen zu stellen. Insbesondere ist es damit möglich, dass die Wartung vor Ort vom Anwender durchführbar ist, ohne Qualitätseinbussen hinzunehmen.Each of the measures leads to an increase in quality the pump, but can also be used for maintenance to simplify, d. H. especially the skills of the To make maintenance personnel less demanding. In particular, it is possible that the maintenance on site can be carried out by the user without loss of quality to accept.
Aus der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels gehen weitere erreichbare Vorteile hervor:
Gradiententauglichkeit bis 30 µl/min und weniger, insbesondere wegen des verringerten Totvolumens (im praktischen Beispiel: 9,45 µl gegen 36 µl im Stand der Technik);- Steigerung des Betriebsdrucks bis 1000 Bar;
- Möglichkeit, die
101, 102 mit anderen oder zusätzlichen Funktionen zu versehen, z.B. zur Durchflussoder Betriebszustandüberwachung;Patronen - sichererer und einfacherer Zusammenbau, dadurch Erleichterung der Wartung; und/oder
- Verwendung für Hochdruckgradientensysteme, bei denen die Mischung der verschiedenen Komponenten im Hochdruckteil erfolgt.
- Gradient suitability up to 30 µl / min and less, in particular because of the reduced dead volume (in practical example: 9.45 µl against 36 µl in the prior art);
- Increase in operating pressure up to 1000 bar;
- Possibility to provide the
101, 102 with other or additional functions, for example for flow rate or operating status monitoring;cartridges - safer and easier to assemble, making maintenance easier; and or
- Use for high pressure gradient systems in which the various components are mixed in the high pressure part.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel gestattet dem Fachmann,
naheliegende Abwandlungen und Ergänzungen zu finden, ohne
den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die
Ansprüche definiert wird. Eine Anzahl derartiger
Abwandlungen ist bereits oben erwähnt. Denkbar sind daneben
auch, für weniger hohe Anforderungen keine
Einstellmöglichkeit der Länge der Kolben vorzusehen oder auf
die Kugel 25 für die exakte Positionierung der
Hartmaterialstäbe der Kolben in den Hülsen 15, 16 zu
verzichten. Derartige Vereinfachungen sind dabei noch eher
denkbar bei der Speicherpumpe wegen des geringeren
Einflusses auf die Eigenschaften der Pumpe. Denkbar ist
auch, die erfindungsgemässe Ausbildung der Dichtflächen nur
dort vorzusehen, wo der Arbeitsdruck herrscht. Denkbar. ist
auch eine Pumpe mit nur einer Pumpeinheit, d. h. nur der
Förderpumpe, z. B. in Anwendungen, in denen nur eine genaue
Dosierung kleiner Mengen eines fliessfähigen Mediums,
insbesondere einer Flüssigkeit, gefordert ist (Spritzenoder
Dosierpumpen).The exemplary embodiment described allows the person skilled in the art to
to find obvious modifications and additions without
to leave the scope of the invention by the
Claims is defined. A number of such
Variations have already been mentioned above. In addition, are conceivable
also, for less demanding requirements none
Possibility to adjust the length of the pistons or on
the
Die Anschlüssen können statt eingeschraubt auch angeflanscht oder anderweitig am Pumpenkörper befestigt sein. Bevorzugt sind sie jedoch abnehmbar, um Wartung- und Reparaturarbeiten nicht zu erschweren.The connections can also be flanged instead of screwed or otherwise attached to the pump body. Prefers however, they are removable for maintenance and repair work not to complicate.
Claims (23)
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| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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| AK | Designated contracting states |
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| AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL LT LV MK RO SI |
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Ref country code: DE Ref legal event code: 8566 |
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| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
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| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20040703 |