Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Schrittmotoren für den Antrieb von Mischgaspumpen anstelle von Elektromotoren mit mechanischen Getrieben.
Mischgaspumpen sind Kolbendosierungspumpen besonderer Bauart. Zwei Kolbenpumpen sind über Räderpaare oder Übersetzungsgetriebe fest miteinander gekoppelt. Über diese Räderpaare wird das Verhältnis der Kolbenhübe pro Zeiteinheit fest vorgegeben. Damit ist auch das Volumenverhältnis der Mischgaspumpe vorbestimmt. Durch Auswechseln der Räderpaare kann das Volumenverhältnis geändert werden. Um im laufenden Betrieb die Kolbenhubzahl pro Zeiteinheit verändern zu können, können statt der Räderpaare Schaltgetriebe vorgesehen werden. Diese Schaltgetriebe werden von Hand oder über Magnete betätigt. Angetrieben werden Mischgaspumpen über Synchron- oder Spaltpolmotoren . Die Förderleistung ist somit nahezu konstant.
Diese Ausführung von Mischgaspumpen hat einige Nachteile:
Es ist bekannt, zur Dosierung von Flüssigkeiten in Medizin und Chemie ein Schlauchpumpensystem zu verwenden, welches durch einen Permanentmagnet-Schrittmotor angetrieben wird (vgl. Feinwerktechn. u. Meßtechn., F + M, 91 (1983), Nr. 3, S. 111 - 112). Allerdings sind Flüssigkeiten im Gegensatz zu Gasen bei niederem Druck inkompressibel. Zudem ist es schwierig, bei einer Dosierung von Gasen die entsprechende Dosiergenauigkeit zu erreichen. Außerdem werden Schlauchpumpen für Gase unverhältnismäßig groß.
Es war weiterhin bekannt, eine Kolbendosierpumpe, die bei der Hochleistungschromatografie Lösemittel in die Füllung, d.h. in das die stationäre Phase bildende Substrat, drücken soll, mit einem Schrittmotor anzutreiben (vgl. DE-A 29 50 412). Dadurch sollen Druckschwankungen ausgeglichen und/oder die Fördermenge konstant gehalten werden. Bei Mischgaspumpen soll jedoch die Fördermenge der einzelnen Gase fortwährend variiert werden können.
Schließlich war eine Dosiereinrichtung bekannt, bei welcher in einem Zylinder ein Kolben mittels einer Gewindespindel durch einen Schrittmotor bewegt wird, um den Zylinderinhalt in mehreren Portionen gleicher Menge in einen Analysator zu fördern (vgl. GB-B 1 202 079). Eine kontinuierliche Förderung ist mit einer derartigen Einrichtung nicht möglich.
Die Aufgabe bestand nun darin, für Mischgaspumpen einen Ersatz für die mechanischen Übersetzungsgetriebe oder Räderpaare zu finden und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, in einer Stufe kontinuierlich veranderbare Mischungsverhältnisse von Mehrkomponentengemischen herzustellen.
Es wurde gefunden, daß die Aufgabe mit Hilfe von elektrischen Schrittmotoren gelöst werden kann.
Die Erfindung betrifft somit eine Mischgaspumpe als Kolbendosierpumpe, bestehend aus zwei miteinander gekoppelten Kolbenpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schrittmotor zum Antrieb verwendet wird, wobei die Kolbenpumpen nicht durch mechanische Übersetzungsgetriebe oder Räderpaare untereinander verbunden sind.
Für die erfindungsgemäße Verwendung kann jede handelsübliche Mischgaspumpe eingesetzt werden, sofern der Antrieb abgenommen werden kann. Bevorzugt werden Kolbenpumpen.
An die Mischgaspumpe wird anstelle des Elektromotors und des Getriebes ein Schrittmotor anmontiert. Falls mehrere Mischgaspumpen als Kaskade arbeiten, wird vorzugsweise nur an der ersten Pumpe der Kaskade ein Schrittmotor als Antrieb angebracht.
Geeignete Schrittmotoren sind handelsüblich und können anhand der Listen der Hersteller ausgewählt werden. Ihre Größe und ihre technischen Daten richten sich nach den Anforderungen der Mischgaspumpen.
Bei einem Schrittmotor läßt sich die Schrittgeschwindigkeit und die Schrittzahl pro Zeiteinheit elektrisch verstellen. Diese Verstellung erfolgt über einen Steuer- und Leistungsteil. Auf diese Weise kann das Dosiervolumen pro Zeiteinheit verändert werden. Dieser Steuerteil kann seinerseits durch einen Analysenrechner oder ein ähnliches Gerät gesteuert werden.
Der Einsatz eines Schrittmotors als Antrieb für eine Mischgaspumpe hat folgende Vorteile:
In einer Kaskade aus mehreren Mischgaspumpen, welche eine H₂/C₂H₄-Referenzgasmischung für einen Gasanalysator herstellte, wurde die erste Pumpe mit einem Schrittmotor versehen, während die übrigen Pumpen der Kaskade ihre Normalantriebe mittels Zahnradgetriebe behielten.
Die Ansteuerung des Steuerteils des Schrittmotors erfolgte über eine V.24-Schnittstelle des Analysenrechners.
Der vom Analysenrechner übermittelte Wert wurde im Steuerteil in die entsprechende Schrittzahl umgewandelt und über den Leistungsteil die entsprechende Schrittzahl des Schrittmotors eingestellt.
Die so angetriebenen Mischgaspumpe erstellte das Gasmischverhältnis H₂/C₂H₄, das nach Durchlaufen der Pumpenkaskade die Referenzgasmischung für den Gasanalysator ergab. Je nach Prozeßsituation konnte somit das Mischungsverhältnis der Gase H₂/C₂H₄ durch den Analysenrechner kontinuierlich und automatisch während des Betriebs verändert werden, ohne daß ein mechanischer Eingriff erfolgen mußte.
Im Vergleich zur alten Anordnung mit mechanischem Getriebe war mit der neuen Anordnung die Betriebszeit der Anlage verlängert worden, da eine Wartung praktisch nicht mehr nötig war.