DE2425509C2

DE2425509C2 - Pumpenvorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten in unterschiedlichen Verhältnissen und Konzentrationen

Info

Publication number: DE2425509C2
Application number: DE2425509A
Authority: DE
Inventors: Carlo Prof. Cosenza Fragale; Dante Bari Guidarini; Paolo Prof. Papoff
Original assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Current assignee: Consiglio Nazionale delle Richerche CNR
Priority date: 1973-05-30
Filing date: 1974-05-27
Publication date: 1984-12-06
Also published as: CH580444A5; DE2425509A1; NL175347B; GB1478597A; US3935971A; NL175347C; NL7407069A; JPS5071357A; IT989648B; JPS5749925B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten in unterschiedlichen Verhältnissen und Konzentrationen, mit mindestens zwei peristaltischen Pumpen und zwei Antriebsmotoren. Bekannte peristaltische Pumpen umfassen als wesentlichen Bestandteil einen zusammendrückbaren Schlauch, so der einer fortschreitenden Quetschwirkung ausgesetzt ist, die durch eine Rolle oder einen Nocken erzeugt wird, um eine Voranbewegung der Flüssigkeit zu bewirken, die im Schlauch enthalten ist. Mit den bekannten Pumpvorrichtungen kann zwar das relative Verhältnis von zwei Flüssigkeiten geändert und damit die Mischung beeinflußt werden. Eine beliebige unabhängig voneinander erreichbare Einstellung der Konzentration der Lösung oder der Dispersion ist nicht möglich.

Bei einer bekannten Pumpe dieser Art (DE-OS 43 188) sind mehrere bekannte peristaltische Pumpen auf einer Welle angeordnet, und jede Pumpe wirkt auf einen einzigen zusammendrückbaren Schlauch ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenvorrichtung /υ schaffen, die zwei peristaltische b^r> Pumpen umfaßt, von denen jede auf /.wei oder mehr zusammendrückbare Schläuche einwirkt und die durch ein elektronisches Antriebssystem so gesteuert sind, daß die beiden Pumpen Pumpgeschwindigkeiten haben oder Mengen der Flüssigkeit fördern, die in Verhältnissen kontinuierlich veränderbar sind, die voneinander abhängen, so daß dann, wenn die Pumpgeschwindigkeit der einen der Pumpen nach einem bestimmten Gesetz erhöht oder verringert wird, sich die Pumpgeschwindigkeit der anderen Pumpe nach dem gleichen Gesetz verringert oder erhöht

Es fet zwar eine Schaltanordnung zur Regelung des Drehzahlverhältnisses der Antriebsmotoren zweier Leonardsätze bekannt (DE-AS 11 04 035). Dieser bekannten Schaltungsanordnung liegt eine grundsätzlich andere Aufgabenstellung zugrunde, als der Steuerschaltung der vorliegenden Erfindung. So besteht die Aufgabenstellung bei der bekannten Schaltanordnung darin, den Gleichlauf zweier nicht starr miteinander verbundener, von zwei Leonard-Motoren angetriebener Fahrwerke, z. B. für die Steuerung des Antriebs von Raupenfahrzeugen bei Baggern oder dergleichen, zu regeln.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die peristaltischen Pumpen je auf zwei zusammendrückbare und einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisenden Schläuche einwirken und von je einem Elektromotor für jede Pumpe antreibbar sind, die über eine elektronische, einen Differentialverstärker aufweisende Steuerschaltung so gesteuert werden, daß deren Drehzahlen in umgekehrtem Verhältnis kontinuierlich änderbar sind.

Da jede Pumpe auf zwei oder mehr zusammendrückbare Schläuche einwirkt, ermöglicht es die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung, durch die Schläuche verschiedene Flüssigkeiten zu fördern und eine Mischung von Flüssigkeiten in gewünschten Verhältnissen zu erhalten oder Lösungen, wobei es möglich ist, sowohl das relative Verhältnis der Flüssigkeiten als auch die Konzentration in der Lösung zu verändern.

Das Steuersystem für die beiden peristaltischen Pumpen umfaßt zwei voneinander unabhängige Elektromotoren, deren Rotoren durch einen Differentialverstärker angetrieben werden, wobei an einen Eingang des Differentialverstärkers ein feststehende!; Bezugspotential angelegt wird, während der andere Eingang ein Potentiometer umfaßt, dessen Einstellung die Veränderung der beiden Ausgänge des Differentialtransformators bestimmt. Durch Einwirken auf das Eingangspotentiometer ist es also möglich, die Anzahl der Umdrehungen des einen Motors und die davon abhängige Verringerung der Anzahl der Umläufe des anderen Motors zu erreichen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Verlauf des Ausstoßverhältnisses der beiden Flüssigkeiten und/oder ihrer Konzentration nicht linear sein kann. In der Tat, wenn die verschiedenen zusammendrückbaren Schläuche unterschiedliche Durchmesser haben, wird das Verhalten der besagten Parameter nicht mehr linear sein, wird jedoch von den Verhältnissen der Querschnitte der verwendeten Schläuche abhängen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß obwohl ein Einstellpotentiometer vorgesehen ist, die Vorrichtung ein einziges Einstellglied hat und zwar ein Potentiometer, in Abhängigkeit von dessen Einstellung die gewünschten Variationen der Verhältnisse der Flüssigkeil und ihrer Konzentration erreicht werden können.

In einem bevorzugten Ausfdhrungsbcispicl.das nachstehend in Einzelheiten näher beschrieben werden wird, umfaßt die Erfindung zwei peristaltische Pumpen, von

3 4

; denen jede auf zwei zusammendrückbar Schlauche Schiluche 1,2.3 und 4 gebunden. Bei dem in der Zeicheinwirkt, von denen einer einen Querschnitt hat, der nung dargestellten Ausfuhrungsbeispiel haben die doppelt so groß als der andere ist Diese Pumpen sind Schläuche 3 und 4 einen Querschnitt, der doppelt so durch zwei elektrische Motoren voneinander abhängig groß ist als derjenige der Schläuche 1 und 2, Die Vor- und ähnlich angetrieben, die von einem elektronischen s richtung umfaßt ferner ein Potentiometer P zum Ein-Schaltkreis gespeist werden, der als Grundkomponente stellen der Strömungsmenge. Die Einstellung des Poteneinen Differentialtransformator und einen Schaltkreis tiometers P bewirkt durch die Antriebsschaltung, die für die Eingangseinstellung des Differcntialtransforma- später näher erläutert werden wird, daß die Geschwintors und zur Verstärkung des Ausgangssignals vom Dif- digkeit der einen Pumpe nach einem bestimmten Gesetz ferentialtransiormator, damit dieses an die beiden Mo- io erhöht oder verringert wird, während die Geschwindig· toren angelegt werden kann. keit der anderen Pumpe nach dem gleichen Gesetz ver-

Der Differentialtransformator ist gebildet durch ei- ringen oder erhöht wird.

nen Doppeltransistor an dessen erste Basis ein einstell- Da die Strömungsmenge der Flüssigkeit durch die

bares Eingangspotential und an dessen zweite Basis ein unabhängigen Schläuche sich linear von NuU bis zu ei-

festes Potential angelegt ist Die besagten Mittel zum 15 nem Maximalwert erhöht, ändert sich gleichzeitig die

Einstellen des Eingangs des Differentialverstärkers um- Strömungsmenge durch die Schläuche 2 und 4 linear

fassen ein erstes Potentiometer, über das das einstellba- von dem Maximalwert, einer Funktion des Durchmes-

re Potential an die erste Basis des Doppeltransistors sers der Schläuche, herunter bis NuIL Dies ist in Fig. 2

gelegt wird, und ein zweites in Reihe mit Jem ersten dargestellt

Potentiometer geschaltetes Potentiometer. Ein Transi- 20 Es ist klar, daß die in den Schläuchen 1 und 2 enthalte-

stor, der als konstanter Stromerzeuger wirkt, ist mit den nen Flüssigkeiten und die davon getrennt in den Schläu-

Emittern des Doppeltransistors verbunden und hat ein chen 3 und 4 enthaltenen Flüssigkeiten am Ausgang Potentiometer im Basiskreis zur Einstellung des Ar- gemischt werden, daß die Gesamtströmungsmenge der

f beitspunktes des Differentialverstärkers. Weitere Vor- beiden Schläuche 1 und 2 und die Gesamtströmungs-

teile der erfindungsgemäßen Doppelpumpenvorrich- 25 menge der beiden Schläuche 3 und 4 konstant bleiben

^f tung werden anhand der Zeichnung näher beschrieben, wird, unabhängig von der Einstellung des Potentiome-

die ein Ausführungsbeispiel darstellt In dieser Zeich- ters P, während sich das Verhältnis der in der Zeiteinheit

nung zeigt durch den Schlauch 1 gepumpten Flüssigkeitsmenge

Γ F i g. 1 eine schematische Darstellung der zwei peri- und der durch den Schlauch 2 gepumpten Menge än-

staltische Pumpen umfassenden Vorrichtung gemäß der ao dert Das gleiche trifft auch für die Flüssigkeitsmengen

Erfindung; zu, die durch die Schläuche 3 und 4 gepumpt werden. F i g. 2 ein Diagramm, aus dem die Änderungen der Es ist ferner klar, daß durch die Auslegung der elektri- Strömung der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung er- sehen Steuereinrichtung die Strömungsmengen sowohl

sichtlich sind, in der jede der beiden Pumpen auf zwei linear als auch nicht linear entsprechend vorbestimmten

zusammendrückbare Schläuche einwirkt, von denen ei- 35 Gesetzen geändert werden können, indem immer nur

ner einen Querschnitt hat, der doppelt so groß als der der Drehknopf des Potentiometers gedreht wird.

; Querschnitt des anderen ist, die Querschnitte sind gleich Nachstehend werden einige Arbeitsweisen der Vor-

two-by-two; richtung beschrieben, wobei vorausgesetzt wird, daß die

F i g. 3 eine Kurve, die das Verhältnis von zwei Flüs- verwendeten Schläuche gleiche Durchmesser haben.

'; sigkeiten zeigt, die mit den beiden Rohren in einer Ar- 40

; beitsweise der Vorrichtung gezogen werden können; Arbeitsweise I:

■ F i g. 4 den Verlauf des Verhältnisses von zwei Flüs- Wird durch den Schlauch 1 eine Flüssigkeit L1 und

■ , sigkeiten, die durch die Vorrichtung in einer anderen mittels des Schlauches 2 ein geeignetes Verdiin-. - Arbeitsweise gepumpt werden können; nungsmittel gepumpt, wird eine Lösung erhalten, in Ii Fig. 5 ein Diagramm, das die Veränderungen der 45 der die Menge, nämlich die Konzentration der Flüs- : Strömungsmenge von zwei Flüssigkeiten in einer Ar- sigkeit L1, linear von Null bis 100% variierbar ist < beitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt. Auf diese Weise wird es möglich sein, eine Anzahl

' die der in F i g. 2 dargestellten Arbeitsweise mit schritt- von Standardlösungen herzustellen. Grafisch ist

:; weisen Veränderungen des einstellbaren Potentials an diese Arbeitsweise in F i g. 2 der Zeichnung darge-

f' einem Eingang des Differentialverstärkers gleicht, wo- so stellt, wobei nur die beiden Schläuche 1 und 2 oder

<' bei vorausgesetzt wird, daß zum Erhalten dieses Verlau- nur die Schläuche 3 und 4 verwendet worden sind,
fes das Eingangspotential in konstanten Zeitintervallen

verändert wird; Arbeitsweise II:

K F i g. 6 ein elektrisches Schaltbild und Wenn durch den Schlauch 1 die Flüssigkeit L1 und F i g. 7 eine perspektivische Darstellung einer der pe- 55 durch den Schlauch 3 eine Flüssigkeit L 2 und durch ristaltischen Pumpen in auseinandergezogener Form. die Schläuche 3 und 4 geeignete Lösungsmittel ge- ; Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zuerst mit pumpt werden, wird nach dem Mischen ein in der Bezug auf den mechanischen Teil und dann bezüglich Strömungsmenge konstantes System erhalten werdes elektronischen Antriebs der beiden darin enthalte- den, in dem die Mengen, nämlich die Konzentrationen Motoren beschrieben. Wie der F i g. 1 zu entneh- 60 nen von L1 und L 2, kontinuierlich ansteigen, obmen ist, umfaßt die Vorrichtung zwei peristaltische wohl das Verhältnis ungeändert in Abhängigkeit Pumpen A und B, von denen jede auf zwei zusammen- vom Querschnitt der Schläuche 1 und 3 beibehalten drückbare Schläuche einwirkt. Die Pumpe A wirkt auf bleibt. Auf diese Weise wird es möglich sein, Standie Schläuche I und 3 und die Pumpe B wirkt auf die dardlösungen mit sich ändernder Konzentration Schläuche 2 und 4 ein. Einzelheiten der beiden Pumpen 65 von zwei Komponenten herzustellen, deren gegenwerden im Rahmen der F i g. 7 später näher erläutert seitiges Verhältnis unverändert bleibt,
werden.
Das Arbeitsprinzip ist nicht an den Querschnitt der

Arbeitsweisen]:

Wird durch den Schlauch 1 die Flüssigkeit L 1 und durch den Schlauch 2 die Flüssigkeit L 2 gepumpt, wird ein konstantes Strömungssystem erhalten, in dem durch Erhöhung der Menge von L1 und gleichzeitigem Absenken der Menge von L 2 das L XIL 2-Verhältnis von Null bis Unendlich verändert werden kann, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist.

Arbeitsweise IV:

Durch den Schlauch 1 wird die Flüssigkeit LX und durch die Schlauche 2 und 3 wird Flüssigkeit L 2 gepumpt, während durch den Schlauch 4 ein Verdünnungsmittel gepumpt wird. Am Auslaß wird ein konstantes Strömungssystem erhalten werden, in dem sich, da die Menge der Flüssigkeit L 2 konstant bleibt und diejenige der Flüssigkeit L 1 von Null bis zu einem gewissen Maximalwert ansteigt, das Verhältnis L XIL 2 der beiden Flüssigkeiten von Null zu einem unendlichen Wert ändert, wie F i g. 4 zeigt.

Bei den vorbeschriebenen Arbeitsweisen wurde vorausgesetzt, daß die Einstellung des Potentiometers P1 kontinuierlich erfolgte. Die Arbeitsweise wird sich jedoch nicht ändern, wenn die Einstellung des Potentiometers schrittweise oder in anderer Weise nicht linear erfolgt In F i g. 5 der Zeichnung ist dargestellt, wie sich die Kurven ändern, die die Strömungsmenge der Flüssigkeiten L 1 und L 2 darstellen, wenn die Einstellung des Potentiometers und damit die Eingangsspannung des Differentialverstärkers schrittweise geändert wird.

Nachstehend wird die elektrische Steuereinrichtung näher beschrieben, die es ermöglicht, eine der Pumpen automatisch in Funktion von der anderen einzustellen, so daß einem positiven Zuwachs der ersten Pumpe ein gleicher negativer Zuwachs der zweiten Pumpe entspricht und umgekehrt. Die Steuereinrichtung umfaßt einen Differentialverstärker, der einen Doppeltransistor TR1 und zwei gleiche Transistoren TR 2 umfaßt, deren Basen mit den Transmittern von TR 1 und deren Kollektoren direkt mit den Kollektoren des besagten Doppeltransistors TR 1 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren TR2 und TR3 sind miteinander und mit dem Transistor 77? 10 verbunden, der als konstante Spannungsquelle wirkt. Die Einstellung des Arbeitspunktes des Differentialverstärkers wird durch Einstellen des Basiswiderstandes des Transistors TR 10, nämlich durch ein Potentiometer P3, erreicht. Die veränderbare Eingangsspannung des Transistors TR 1 wird durch ein Potentiometer P1 erreicht, das in Reihe mit einem Potentiometer P 2 geschaltet ist, das als Trimmpotentiometer dient Die beiden röiemiomeief F X und "2 sind an die Klemmen eines Spannungsgenerators EX angeschlossen.

Das Trimmpotentiometer P 2 ermöglicht es, die Geschwindigkeiten der beiden Motoren, die die Pumpen A und B antreiben, gleich zu gestalten, wobei das Potentiometer Pl in einer Mittelstellung gehalten wird, so daß es später möglich sein wird, jede Einstellung in irgendeiner Richtung zur Änderung der Relativgeschwindigkeit der beiden Motoren auszuführen.

Die Ausgänge des Differentialverstärkers sind direkt über zwei Darlington-Verstärker-Kreise TD1, TD 2 mit den Klemmen der beiden Motoren MX und M2 verbunden, zu denen je eine Diode D X und D 2 als Schutz gegen die rück-elektromotorische Kraft geschaltet ist

Die Wirkungsweise der elektrischen Schaltelemente des Differentialverstärkers und der Darlington-Verstärker ist jedem Fachmann bekannt und wird daher nicht näher erläutert.

In F i g. 7 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer der peristaltischen Pumpen dargestellt, wie sie in

s der erfindungsgemäßen Doppelpumpenvorrichtung verwendet werden können. Die Pumpe (eine der beiden ist dargestellt, da die andere identisch aufgebaut ist) umfaßt eine Walze 111, die drehbar auf einem Gestell 121 gelagert und durch einen in der Zeichnung nicht

ίο dargestellten Elektromotor angetrieben ist. Die Walze 111 trägt zwei Reihen von Rollen 112, 113, die zum Quetschen der zusammendrückbaren Schläuche dienen, die in den Nuten 105 und 106 des Tragteiles 104 angeordnet sind. Das Tragteil ist durch eine Klemme, die ein

is C-förmiges Glied 103 umfaßt, befestigt, an das der Tragtei! durch Schrauben 101 und 102 lösbar angeschraubt ist. Die Klemme 103 weist Nuten 103a, 1036 auf, in die Dübel 107,106 eingreifen, auf denen die Klemme durch Rändelmuttern 109 und 110 festgelegt ist. Auf dem Gesteil 121 ist ein Block 114 dicht neben der Walze 111 angeordnet Der Block 114 umfaßt Zapfen 117,120 und Zentrierstifte 117a, 1176 und 120a, 1206, die in entsprechende öffnungen in die Klemme 115 eingreifen, von denen nur eine dargestellt ist. Die Klemme 115 umfaßt Schlitze 118,119, die die zusammendrückbaren Schläuche festlegen, ohne diese zu quetschen. Die Klemme 115 kann lösbar durch eine Rändelmutter 116 festgelegt werden.
Es ist klar, daß es die Konstruktion der dargestellten Pumpe ermöglicht, eine absolute Sauberkeit zwischen aufeinanderfolgenden Experimenten zu schaffen, da die zusammendrückbaren Schläuche austauschbar sind, so daß eine Verschmutzung mit Rückstandswerkstoff von vorhergehenden Versuchen vermieden wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pumpenvorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten in unterschiedlichen Verhältnissen und Konzentrationen, mit mindestens zwei peristaltischen Pumpen und zwei Antriebsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die peristaltischen Pumpen (A und B) je auf zwei zusammendrückbare und einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisende Schläuche (1, 3; 2, 4) einwirken und von je einem Elektromotor (AfI und Af 2) für jede Pumpe antreibbar sind, die über eine elektronische, einen Differentialverstärker (TR) aufweisende Steuerschaltung zu gesteuert werden, daß deren Drehzahlen in umgekehrtem Verhältnis kontinuierlich änderbar sind.

2. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialverstärker einen Doppeltransistor (TR I) umfaßt, an dessen eine Basis eine durch ein Potentiometer (P 1) einstellbare Spannung und an dessen zweite Basis eine feste Spannung angelegt ist, daß ein zweites Potentiometer (P 2) angeordnet ist, und daß beide Potentiometer (P i und P 2) an einen Spannungsgenerator (E i) angeschlossen sind.

3. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Arbeitspunktes des Differentialverstärkers (TR) eine konstante Stromquelle dient, die einen Transistor (TR 10) und ein Potentiometer (P 3) umfaßt, das in den Basiswiderstandskreis geschaltet ist, und daß die Stromquelle mit dem Mittelbezugspunkt (den Emittern) des Differentialverstärkers verbunden ist

4. Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verstärken der Ausgangssignale des Differentialverstärkers (TR) vor deren Anlegen an die Antriebsmotoren (AfI; Af 2) durch einen Darlington-Verstärkerkreis (TD i und TD 2) gebildet sind.