CS242918B1

CS242918B1 - Peristaltic hose pump

Info

Publication number: CS242918B1
Application number: CS84664A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Faehnrich
Original assignee: Vladimir Faehnrich
Priority date: 1984-01-30
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS66484A1

Abstract

Peristaltické hadičkové čerpadlo je určeno pro čerpání velmi malých množství tekutin s dobře reprodukovateinou proporcionalitou mezi množstvím odměřené tekutiny a počtem otáček pohonného hřídele. Kruhově stočená hadička je periodicky postupně stlačována tlačnými palci proti dorazovým palcům. Tlačné palce jsou neseny symetricky du kruhu seřazenými toočnými rameny, která se kladkami opírají o ústřední vačku na hřídeli pohonného orgánu. Tvar vačky je specifikován. Optimální přítlak hadičky v jednotlivých tlačných systémech se jemně nastavuje seřízením polohy dorazových palcůThe peristaltic tube pump is designed for pumping very small quantities of liquids with a well-reproducible proportionality between the amount of measured liquid and the number of revolutions of the drive shaft. The circularly wound tube is periodically gradually compressed by the pusher fingers against the stop fingers. The pusher fingers are supported by rotating arms arranged symmetrically in a circle, which are supported by pulleys on a central cam on the drive shaft. The shape of the cam is specified. The optimal pressure on the tube in individual pusher systems is finely adjusted by adjusting the position of the stop fingers.

Description

(54) Peristaltické hadiěkové čerpadlo(54) Peristaltic hose pump

Peristaltické hadičkové čerpadlo je určeno pro čerpání velmi malých množství tekutin s dobře reprodukovateinou proporcionalitou mezi množstvím odměřené tekutiny a počtem otáček pohonného hřídele. Kruhově stočená hadička je periodicky postupně stlačována tlačnými palci proti dorazovým palcům. Tlačné palce jsou neseny symetricky du kruhu seřazenými toočnými rameny, která se kladkami opírají o ústřední vačku na hřídeli pohonného orgánu. Tvar vačky je specifikován. Optimální přítlak hadičky v jednotlivých tlačných systémech se jemně nastavuje seřízením polohy dorazových palců.The peristaltic tubing pump is designed to pump very small quantities of fluids with a well reproducible proportionality between the amount of metered fluid and the number of revolutions of the drive shaft. The circularly twisted tubing is periodically progressively compressed by the pressure fingers against the stop fingers. The thrust fingers are carried symmetrically around the circle by aligned rotary arms that are supported by the pulleys on the central cam on the drive shaft. The cam shape is specified. The optimum tubing pressure in the individual push systems is fine-tuned by adjusting the stop fingers.

Obr.lFig. 1

Vynález se týká uspořádání hadičkového peristaltického tlačkového čerpadla, vhodného zejména pro reprodukovatelné čerpání malých množství tekutin.The invention relates to a tubular peristaltic pressurized pump arrangement, particularly suitable for reproducible pumping of small quantities of fluids.

VStňina používaných peristaltických čerpadel pracuje s hadičkovou smyčkou, kde na vnéjži streně se hadička opírá o válcovou stěnu pouzdra, zatímco z vnitřní strany jí stlačují kroužící válečky zprostředkovávající čerpání.V Most of the peristaltic pumps used work with a tubular loop, where on the outer wall the tubing rests against the cylindrical wall of the housing, while from the inside it is compressed by the rotating rollers for pumping.

Přítlak válečků obstarávají pružiny neb péra. Nevýhodou ,tu je skutečnost, že pro zaručení těsnéhc sevření hadičky v místě působení válečku musí být pro jistotu použito poměrní značné přítlačné síly.The roller pressure is provided by springs or springs. A disadvantage here is the fact that, in order to ensure a tight clamping of the tube at the point of application of the roller, relatively high pressing forces must be used for safety.

Ίο vede brzy k opotřebení a ztrátě pružnosti hadičky. V tomto směru jsou výhodnější tlačkové systémy, kde je možné individuálně seřídit stisk hadičky v přítlačném místě jen natolik, aby se hadička bezpečně uzavřela, aniž by se přílišným tlakem poěkozovala.Vedeο leads to wear and loss of tubing soon. In this regard, press systems are more advantageous, where it is possible to individually adjust the pressure of the tubing at the pressing point only to the extent that the tubing is securely closed without being damaged by excessive pressure.

Jsou pak užívána čerpadla se systémy lineárně seřazených tlaček, ovládaných příslušným počtem vaček, neb čerpadla s dvoupákovým dvojčinným systémem, jejichž výhodou je to, že se u nich vystačí pouze se dvěma vačkami.Pumps with linearly arranged push-button systems controlled by the respective number of cams or pumps with a double-acting double-acting system are used, the advantage being that they only need two cams.

Podstata předmětného peristaltického hadičkového čerpadla tkví v uspořádání, kde čerpadlová hadička, kruhově stočená v rovině rovnoběžné s rámem čerpadla, obepíná tlačné palce upevněné na kruhově seřazených tlačných ramenech.The essence of the present peristaltic tubing pump resides in an arrangement wherein the pump tubing, coiled in a plane parallel to the pump frame, encircles the push fingers mounted on the circularly arranged push arms.

Tlačná ramena jsou otočná kolem ramenových os kolmých k rámu čerpadla a opírají se kladkami o vačku na ose pohonného orgánu rovněž kolmá k rámu čerpadla. Radiálně vůči ose pohonného orgánu proti tlačným palcům na vnější straně hadičky jsou situovány dorazová palce.The thrust arms are pivotable about arm axes perpendicular to the pump frame and are supported by rollers on a cam on the axis of the drive member also perpendicular to the pump frame. The stop fingers are located radially with respect to the axis of the actuator against the pressure fingers on the outside of the tube.

Tyto jsou upevněny na seřizovačích ramenech přidržovaných k rámu čerpadla jednak osovými Šrouby, jednak příchytnými šrouby v drážkách, umožňujících pootáčení seřizovačích ramen kolem osových Šroubů.These are mounted on the adjusting arms held to the pump frame by axial screws and by retaining screws in the grooves, allowing the adjustment arms to rotate around the axial screws.

Seřizovači ramena jsou pak ještě z vnějšku opřena o seřizovači šrouby uložené na rámu čerpadla, s nímž je osa šroubů rovnoběžná. Výhody přináší zejména symetrické rozmístění tlačných ramen vůči ose pohonného orgánu, kdy systém tvoří rovnostranný trojúhelník se středem v této ose, v jehož rozích jsou přítlačné systimy s přítlačnými palci.The adjustment arms are then supported from the outside on the adjustment screws mounted on the pump frame, with which the axis of the screws is parallel. In particular, the symmetrical arrangement of the pusher arms relative to the axis of the drive member is advantageous, in which the system forms an equilateral triangle with a center in this axis, in which corners are pressure systems with pressure thumbs.

Vačka je pak tvořena nejlépe dvěmi kruhovými úseky, jednak úsekem radiálním, jednak úsekem prohlubňovým, jehož střed je posunut za osu pohonného orgánu. Poloměry kruhových úseků jakož i posuv prohlubňového úseku musí být voleny tak, aby průsečíky úseků, tj. průsečík náběhový a průsečík výběhový, omezovaly délku radiálního úseku pouze v rozsahu 120 - 200 úhlových stupňů.The cam is then preferably formed by two circular sections, both a radial section and a depression section, the center of which is displaced beyond the axis of the drive member. The radii of the annular sections as well as the displacement of the depression section must be selected such that the intersection of the sections, i.e. the intersection of the inlet and the intersection, limit the length of the radial section only in the range of 120-200 angles.

Jde-li o to zajistit předpoklady pro rovnoměrnost kroutící zátěže osy pohonného orgánu, hodí se vytvořit na vačce vybouleni, začínající v místě na obvodu vakčy ležícím 120 úhlových stupňů proti směru otáčení od výběhového průsečíku.If this is to be a prerequisite for uniformity of the torsional load of the drive axle, it is suitable to produce a bulge on the cam, starting at a point on the circumference of the bag lying 120 angles opposite to the direction of rotation from the intersection point.

Výhodou předmětného uspořádání hadičkového čerpadla je jeho jednoduchost ve srovnání s jinými Háčkovými systémy, a skutečnost, že aparatura čerpadla pracuje s jedinou vačkou.The advantage of the present tubing pump arrangement is its simplicity compared to other hook systems, and the fact that the pump apparatus operates with a single cam.

Při vhodném tvarování vačky lze dosáhnout toho, že síla vyvozená uvolněním stisku hadičky v jednom rameni, může kompenzovat sílu potřebnou k stisku hadičky v předchozím rameni.By appropriately shaping the cam, it is possible that the force exerted by releasing the tubing in one arm can compensate for the force required to press the tubing in the previous arm.

Pro pohon čerpadla vystačí se pak s motorkem o malém výkonu. Kruhové uspořádání ramen a vůbec celého systému je rovněž úsporné z hlediska prostornosti. Přitom jsou zachovány všechny výhody, jaké přináší Háčkový princip, zejména dlouhá životnost hadičky a v neposlední řadě reprodukováni nos L přečerpaného množství tekutiny ve vztahu k počtu otáček pohonného orgánu čerpadla.A low-performance motor is then sufficient to drive the pump. The circular arrangement of the arms and the entire system is also space-saving. In doing so, all the advantages of the Hook principle are retained, in particular the long life of the tubing and, last but not least, reproducing the nose L of the pumped liquid in relation to the speed of the pump drive.

Uspořádání peristaltického hadičkového čerpadla je znázorněno na připojených nákresech, z nichž obr. 1 představuje celek systému čerpadla, obr. 2 pak detailní provedeni vačky.The arrangement of the peristaltic tubing pump is shown in the accompanying drawings, of which Fig. 1 represents the assembly of the pump system; Fig. 2 shows a detailed embodiment of the cam.

Střed třítlačkového systému čerpadla, jak patrno z obr. 1, tvoří vačka JJ na ose 12 pohonného orgánu, kolmo procházející rámem 15 čerpadla. Souměrně a rovnoměrně kolem osy jj jsou rozmístěna tlačná ramena X, £, X, (otočná kolem ramenových os J, X, 12.i zakotvených vertikálně v rámu 15 čerpadla.The center of the three-pressure pump system, as seen in FIG. 1, is the cam 11 on the drive shaft 12, perpendicular to the pump frame 15. Symmetrically and uniformly about the axis jj are disposed arms arms X, β, X, (rotatable about arm axes J, X, 12i anchored vertically in the pump frame 15.

Ramena X, 2, X tangenciálně dosedají kladkami Jj, JJ, JJ na vačku JJ, na vnějěí straně nesou pak tlačná palce 2, J, J. Proti nim jsou radiálně vůči ose JJ situovány dorazové palce 17. JJ, 19 nesené seřizovacími rameny 22» JL, 2J·The arms X, 2, X tangentially engage the cams JJ, JJ, JJ with the cams JJ, on the outside they carry the pushing fingers 2, J, J. Against them are located radially with respect to the axis JJ the stop fingers 17. JJ, 19 supported by the adjustment arms 22 »JL, 2J ·

Tato jsou upevněna na rámu 15 čerpadla jednak osovými šrouby 21, 11, IX, jednak příchytnými šrouby J2, JJ, JJ v drážkách 22, 12, 11· Dřážky jsou kruhovitě zakřiveny tak, aby umožňovaly otáčení seřizovačích ramen 22, JI, 21 kolem osových šroubů 21, 11, 2X·These are fastened to the pump frame 15 by axial bolts 21, 11, IX and retaining bolts J2, JJ, JJ in grooves 22, 12, 11. The grooves are circularly curved so as to allow the adjustment arms 22, J1, 21 to rotate around the axial screws 21, 11, 2X ·

Seřizovači ramena 20. 21. 22 se z vnější strany opírají o boční seřizovači šrouby 26,The adjusting arms 20, 21, 22 are supported from the outside by the lateral adjusting screws 26,

JL, 12 vešroubované v hranolech zakotvených v rámu 15 čerpadla. Mezi tlačné palce 2, 1, 1 a dorazové palce JX, JJ, 19 je volně vložena čerpadlová hadička 1 stočená ve smyčku v rovině rovnoběžné s rámem 15 čerpadla. . , .11, 12 screwed in prisms anchored in the pump frame 15. Between the pressure fingers 2, 1, 1 and the stop fingers JX, JJ, 19 is loosely inserted a pump hose 1 coiled in a loop in a plane parallel to the pump frame 15. . ,.

Jak patrno z nákresu na obr. 1 tvoří tlačkové systémy s tlačnými palci 2, 1, J rovnostranný trojúhelník, kde osa 16 výstupní hřídele pohonného orgánu je v jeho středu.As can be seen from the drawing of FIG. 1, the press systems with push fingers 2, 1, J form an equilateral triangle, where the axis 16 of the output shaft of the actuator is at its center.

Nestejnoměrnost torzního odporu, jaký během jedné otáčky klade systém tlačných ramen X, 2, X otáčení výstupního hřídele pohonného orgánu značně závisí na tom, jaký tvar je dán vačce JJ. S ohledem na spolehlivý rozběh rozhoduje tento faktor i o požadavcích na výkon motoru čerpadla.The unevenness of the torsional resistance that a one-turn rotation system of the pusher arms X, 2, X rotates on the output shaft of the drive member depends greatly on the shape given to the cam. With regard to reliable start-up, this factor also determines the power requirements of the pump motor.

Příklad po této stránce dobře vyhovující vačky představuje obr. 2. Výhodou je tu i snadná vyrobítelnost vačky. Vačka JJ je tu tvořena dvěmi kruhovými úseky, jednak úsekem radiálním 35 o poloměru r , u něhož střed leží v ose JJ, jednak úsekem prohlubňovým 32 o poloměru Γρ, kde střed kruhu ý posunut za osu JJ.An example of a well-suited cam is shown in FIG. 2. An advantage here is the easy machinability of the cam. The cam JJ is formed by two circular sections, on the one hand a radial section 35 of radius r, the center of which lies on the axis JJ, and on the other a recessed section 32 with a radius Γρ, where the center of the circle is shifted beyond the axis JJ.

Průsečíky příslušných kružnic určují, v kterém okamžiku začne to které rameno χ, X,The intersections of the respective circles determine at which point the arm χ, X,

X hadičku χ plné uzavírat resp. uvolňovat. Ka obr. 2 se, jak je šipkou naznačeno, vačka JJ otáčí ve směru pohybu hodinových ruček. Pak průsečík kružnic, kterým vačka JJ nabíhá na kladky, lze označit jako průsečík náběhový JX, druhý pak jako průsečík výběhový JJ.X hose χ full close respectively. release. Referring to FIG. 2, as indicated by the arrow, the cam 11 rotates in a clockwise direction. Then the intersection of the circles with which the cam JJ approaches the pulleys can be referred to as the intersection of the lead-in JX, the second then the intersection of the lead-in JJ.

Má-li pak při rovnoměrném rozmístění:tlačných ramen X, 6, χ vznikat v hadičce X posuv tekutiny, musí průsečíky JX, 38 omezovat déllfu oblouku radiálního úseku JX v rozsahu 120 --200 úhlových stupňů.If, in the event of a uniform distribution of the pressure arms X, 6, χ, a fluid displacement is to occur in the tube X, the intersections JX, 38 must limit the arc length of the radial section JX in the range of 120-200 angular degrees.

Příklad vačky s dobře vyhovujícími rozměry podává přímo obr. 2. Zde je poloměr r_pkruhu prohlubňového úseku 36 k poloměru r_p kruhu radiálního úseku JX v poměru r / r_r = 0,96. Střed kruhu prohlubňového úseku 36 je pak za osu JJ posunut o 0,072 r .An example of a cam with a good fit is given directly in FIG. 2. Here, the radius r _{p of the} circle of the depression section 36 to the radius r _{p of} the radial section JX in the ratio r / r _r = 0.96. The center of the circle of the depression section 36 is then offset by 0.072 r beyond the axis 11.

I když popsaný tvar vačky při každém přítlaku hadičky jen mírně zbrzďuje otáčení výstupního hřídele pohonnéh.. orgánu a opačně působí při uvolňování stisku, vznikají v souvislosti s tím nežádoucí periodicky rychle se opakující změny směru záběru v soukolí pohonného orgánu. Tomto nedostatku se čelí tím, že na osu JJ čili na výstupní hřídel pohonného orgánu se za vačku JJ vloží setrvačník.Although the described cam shape only slightly hampers the rotation of the drive shaft output shaft at each tubing pressure, and inversely acts to release the pinch, undesirable periodically rapid repetitive changes in the direction of engagement in the drive gear assembly result therefrom. This drawback is countered by the fact that a flywheel is inserted behind the cam 11 of the drive shaft or the output shaft of the drive member.

Při postupném rovnoměrném stlačování hadičky neroste potřebná přítlačná síla stejnoměrně.As the hose is compressed evenly, the necessary downforce does not increase evenly.

Daleko největšího stisku je zapotřebí,když sehadičkp právě tlakem uzavírá. V tom momentě je brzdící účinek příslušného tlačného ramene na pohon největší. Opačná při uvolňování stistku napomáhá hadička otáčení výstupního hřídele.By far the greatest pressure is needed when the sewing machine just closes by pressure. At that moment, the braking effect of the respective push arm on the drive is greatest. Reverse output shaft assists in releasing the stroke.

Jde-li o to zrovnoměrnit torzní pulzaci přenášenou na výstupní hřídel v maximální míře lze k tomuto cíli tvar vačky 14 dále upravit. Při předmětném uspořádání čerpadlového systému třeba vytvořit podmínky, aby otáčivý moment vyvíjený při uvolňování stisku hadičky 1 u jednoho z tlačných ramen £, £, 2, kompenzoval brzdící moment vznikající při přítla ku prostředkovaném tlačným ramenem následným.If the aim is to equalize the torsional pulsation transmitted to the output shaft as much as possible, the shape of the cam 14 can be further modified to this end. In the present arrangement of the pump system, it is necessary to create conditions that the torque exerted when the tubing 1 is released at one of the thrust arms 4, 4, 2 compensates for the subsequent braking torque caused by the thrust arm.

Je pak účelné upravit tvar vačky 14 vyboulením 39 na jejím obvodu, jak je naznačeno čárkovaně na obr. 2. Toto začíná 120 úhlpvých stupňů proti směru otáčení výstupního hřídele pohonného orgánu od výběhového průsečíku 38. Průběh vyboulení vytvoří se podle empiricky stanovené přítlakové charakteristiky hadičky £.It is then expedient to modify the shape of the cam 14 by bulging 39 at its periphery, as indicated by the dashed line in FIG. 2. This begins 120 angles upstream of the drive shaft output shaft from the intersection point 38. The bulging pattern is formed according to the empirically determined pressure characteristic of the tubing. .

Charakteristika závislosti přítlačné síly na hloubce stisku je specifická jednak pro druh materiálu hadičky, jednak pro poměr tlouštky její stěny k světlosti. U předmětného systému lze při správně navrženém průběhu vyboulení 29 vačky 14 dosáhnout téměř rovnoměr ného torzního zatížení pohonu.The characteristic of the pressure force dependence on the pressing depth is specific both for the type of material of the tubing and for the ratio of its wall thickness to the clearance. With the system in question, the camber 14 can be almost uniformly torsionally loaded when the camber 14 is properly designed.

S čerpadlem se pracuje následovně; Nejprve se seřídí přítlaky jednotlivých ramen. Provede se to např. tak, že se nejprve postupným pootáčením vačky 14 uvolní hadička 1 ze sevření dvou ze tří ramen, třeba ramen 21 ^a 22> hde stlačení uskutečňuji palce 2 a ifi a i a 1£. Jeden konec vývodu hadičky se zasune pod hladinu tekutiny v nádobce a na druhý konec se napojí zdroj přetlakového vzduchu, pak se mírně povolí osové a příchytné šrouby 22 a 22. načež se bočním šroubem 26 otáčí nejprve tak, aby se hadička ze sevření uvolnila což se projeví unikáním vzduchu v nádobce.The pump is operated as follows; First, the thrusts of the individual arms are adjusted. This is done e.g., by initially sequentially by rotating the cam 14 is released from the grip tube 1 two of the three arms, like the arms 21 ^and 22> HDE compression takes place 2 inches and IFI AIA 1 £. One end of the tubing outlet is inserted below the fluid level in the container and the pressurized air source is connected to the other end, then the axial and retaining bolts 22 and 22 are loosened slightly, then the side bolt 26 is rotated first to release the tubing from the clamp. air leaks in the container.

Pak se boční šroub 26 pozvolna dotahuje, až vzduch přestane unikat. Nato se šrouby 22 a 22 d?táhnout. Podobným postupem se seřídí maximální sevření zbývajících dvou ramen 21 a 22· Když se poté pootáčením vačky ϋ hadička vtlačí do všech tlačkových systémů, je čerpadlo připraveno k provozu.Then the side bolt 26 slowly tightens until the air stops escaping. Then tighten the screws 22 and 22. Similarly, the maximum clamping of the remaining two arms 21 and 22 is adjusted. · When the tube is then pushed into all pressure systems by turning the cam ϋ, the pump is ready for operation.

Otáčí-li se vačka II ve směru šipky a hadička, je sacím koncem napojena na zásobník tekutiny, protlačuje se prostřednictvím svíraných palců tekutina nucené hadičkou ve směru vyznačeném šipkami do vývodu.When the cam II rotates in the direction of the arrow and the tube is connected to the fluid reservoir via the suction end, the fluid forced by the tube in the direction indicated by the arrows is forced through the inches in the direction indicated by the arrows.

Děj čerpání má pulzující charakter, což obecně platí 6 všech peristaltickýoh čerpadlech. V daném případě je puls třídobý, na vstupu dvě doby aktivní představují sání, jedna doba s negativním efektem představuje výtlak. Na výtupu je tomu naopak. Použije-li se pro pohon čerpadla synchronní motor, je množství přečerpané tekutiny v delším časovém úseku dobře úměrné době čerpání.The pumping process has a pulsating character, which generally applies to 6 all peristaltic pumps. In the given case, the pulse is three-stroke, at the input two periods are active suction, one period with negative effect represents the discharge. The reverse is the opposite. If a synchronous motor is used to drive the pump, the amount of liquid pumped over a longer period of time is well proportional to the pumping time.

Na analogickém principu může být čerpadlo konstruováno i s větším počtem ramen. Pak je poměr aktivních dob vůči negativní době příznivější.On an analogous principle, the pump can also be designed with multiple arms. Then the ratio of active times to negative times is more favorable.

Čerpadlo může najít použití všude tam, kde jde o čerpání velmi malých množství tekutin, a kde se zároveň požaduje dobrá reprodukovatelnost co do čerpaného množství. Proto se např. čerpadlo hodí pro čerpání titrační tekutiny u automatických titrátorů.The pump can be used wherever very small quantities of liquids are pumped and at the same time good reproducibility in terms of pumped quantities is required. Therefore, for example, the pump is suitable for pumping titration fluid in automatic titrators.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Peristaltic tubing pump with at least three sequentially operating push-buttons, characterized in that the pump tubing (1), coiled in a plane parallel to the pump frame (15), encircles the push fingers (2, 3, 4) mounted tangentially in the ring-arranged push arms (5, 6, 7) pivotable perpendicular to the frame (15) of the directed arm axes (8, 9, 10) and supported by rollers (11, 12, 13) against the cam (14) on the axis (16) of the output shaft the stop members (17, 18, 19) mounted on the adjusting arms (15) are located radially with respect to the axis (16) of the drive member against the pushing fingers (2, 3, 4) on the outside of the tube (1). 20, 21, 22) retained to the frame (15) by axial screws (23, 24, 25) and retaining screws (32, 33, 34) in grooves (29, 30, 31), and adjusting arms (20, 21). 22) are supported from the outside on the side parallel Adjusting screws (26, 27, 28) are fitted with the frame (15).

2. Peristaltic tubing pump according to claim 1, characterized by a symmetrical arrangement of the pressure arms (5, 6, 7) with respect to the axis (16) of the output shaft of the actuator so that the system forms an equilateral triangle with center in the axis (16). systems with pushing thumbs (2, 3, 4), whereby the cam (14) is formed by two circular sections (35,

36), namely a radial section (35) and a depression section (36) having a center displaced beyond the axis (16) so that the intersections of the respective circles, i.e. the intersection of the lead-in (37) and the intersection of the run-out (38) the section (35) in the range of 120 - 100 angular degrees.

3. Peristaltic tubing pump according to claim 2, characterized in that there is a flywheel on the drive shaft.

4. The peristaltic tubing pump according to claim 2, characterized by a bulge (39) of the cam (14) starting at a location on the periphery of the cam (14) 120 degrees of rotation opposite the direction of rotation from the exit point (38).