DD244198A1 - Vorrichtung zum dosieren stroemender medien - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Dosieren stroemender Medien ohne Feststoffanteile, welche sich zum Zumischen einer oder mehrerer definierter stroemungsfaehiger Komponenten in ein stroemendes Medium, zur Entnahme definierter Volumina aus einem stroemenden Medium und zur vorruebergehenden Speicherung des anliegenden Mediums eignet. Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine funktionssichere Vorrichtung zu schaffen, die unabhaengig von Stroemungsmediumparametern und Stroemungsgeschwindigkeit eine reproduzierbare und hysteresefreie Dosierung vorzugsweise kleiner Volumina ermoeglicht. Die diesbezuegliche technische Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass ein spezielles Mehrwegeumschaltsystem, dessen Innenkegel mit einer oder mehreren Kapillarrohrschleifen von definierten Volumen stroemungstechnisch verbunden ist, realsisiert wird. Mittels Drehbewegung des Innenkegels um die Rotationsachse werden entsprechend angebrachte Bohrungen im Aufnahmegehaeuse verschiedenartig mit den Kapillarrohrschleifen verbunden, womit anliegende Stroemungskomponenten darin gespeichert oder einen anderen stroemenden Medium zugemischt werden. Moegliche Anwendungsgebiete dieser Dosiervorrichtung sind Laboreinrichtungen und die Gaschromatografie. Fig. 1

Description

Bekannte Lösungen zur Erfassung und indirekten Begrenzung definierter Volumina, die auf dem Füllstands-bzw. Durchflußprinzip beruhen, beziehen sich auf die Nutzung der Mediumsparameter, wie die elektrische Leitfähigkeit nach der DD GO1 F 11/38146092, der magnetischen Leitfähigkeit nach der DD GOI F 1/562006450, des Dielektrikums nach der DD GO1 F 23/26151356. Eine Dosierung bleibt nur auf ein diese Parameter erfüllendes Medium beschränkt und erfordert zudem ein zusätzliches Koppelglied, welches, von dem Erfassungssystem angesteuert, die reproduzierbare Begrenzung des Volumens ausführt. Dieses gilt auch für das in DD GO1 F 1/06126076 angegebene Lösungsprinzip, wonach ein strömendes Medium ein Flügelrad definiert bewegt und indirekt den angekoppelten Dosierkreislauf steuert. Als Koppelglieder und auch als separate Dosiervorrichtungen werden Elektromagnetventile vorgesehen, wie es u. a. in der DD F16 K 31 /06156729 vorgesehen ist. Elektromagnetventile eignen sich nicht nur zur genauen und reproduzierbaren Dosierung sowie Speicherung von anliegenden Medien unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit auf Grund der vorherrschenden zeitlichen Verzögerung zwischen steuerseitiger Funktionsauslösung und eintretender Wirkung.

Gleichen Nachteil weist das nach der Zeitplansteuermethode arbeitende Prinzip in der DD GO5 D 7/06132 087 auf, wie auch Lösungen nach dem Prinzip der Stromungsgeschwindigkeitsmessung. Mittels parallel aufeinanderliegender Schieberplatten mit entsprechenden Bohrungen wird u.a. in der DD GOT N 1/10139026 eine programmierbare Entnahme aus strömenden Flüssigkeiten beschrieben. Dabei ist jedoch die Anzahl der pro Strömungskreis unterschiedlich möglichen Mischungszyklen auf Grund der Anordnung der ventilwirksamen Schnittpunkte begrenzt. .

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Dosieren strömender Medien zu schaffen, welche reproduzierbare Mischungsprozesse zwischen einem Arbeitsmedium und einer oder mehreren Mischungskomponenten mit vorübergehendem Speicherbetrieb ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, Speicher- und Mischprozesse kleiner Volumina von strömenden Medien, vorzugsweise aggressiver, exakt und reproduzierbar zu realisieren. Dieses erfordert genaue volumenbegrenzende Speicherobjekte und zudem die Dichtheit des gesamten Systems, um Leckverluste, insbesondere bei den Umschalt- und Speicherzyklen zu vermeiden. Aufbauseitig wird ein kompakter Funktionsblock, mit Orientierung auf Minimierung der Strömungsweglänge und Anzahl der ventilwirksamen Schnittpunkte zur Gewährung der Funktionssicherheit angestrebt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gejöst, daß eine oder mehrere Käpillarrohrschleifen mit einer oder mehreren Windungen als Speicherobjekt in ein Mehrwegesystem, bestehend aus einem zylindrischen Aufnahmegehäuse, in dessen zentrisch angeordneten kegelstumpfförmigen Durchbruch passend ein drehbar gelagerter Innenkegel eingefügt ist, integriert sind.

Dazu sind über den Umfang des Aufnahmeschlüssels gleichmäßig in einer Ebene verteilt und gradlinig zur Symmetrieachse gerichtete Bohrungen durchgängig angeordnet, wobei die jeweils gegenüberliegenden eine Zu- und Abführungsbohrung für das strömende Medium bilden.

Die sich im gleichen Versatzwinkelmuster der Zu- und Abführungsbohrungen befindlichen Bohrungen des Innenkegels sind ebenfalls in einer Ebene Um die Mantelfläche verteilt und geradlinig zur Symmetrieachse gerichtet, wo sie nach definierter Tiefe in jeweils parallel zur Symmetrieachse verlaufende Bohrungen münden, in welche die Kapillarrohrschleifen austauschbar in der Stirnseite des Innenkegels eingebracht sind. Eine Austauschfähigkeit dieser Kapillarrohrschleifen wird mittels lösbarer Verbindung, vorzugsweise Gewindehülsen, realisiert. Die Anzahl der jeweiligen paarigen Zu- und Abführungsbohrungen mit den dazugehörigen Innenkegelbohrungen richtet sich nach der Anzahl der einzusetzenden Kapillarrohrschleifen und beträgt vorzugsweise zwei, zuzüglich einer Zu-und einer Abführungsbohrung für den Strömungskreislauf des Arbeitsmediums.

Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Lösung wird nächfolgend an zwei Beispielen erläutert.

Ausführungsbeispiel 1:

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Dosieren sowie Speichern von Mischkomponenten und Einbringen in zyklisch strömende Medien.

Das zyklische Aufnahmegehäuse 3 enthält einen zentrisch angeordneten symmetrischen Bürchbruch, der kegölstumpfförmig ausgebildet ist. Am Umfang des Aufnahmegehäuses sind in einerEbene zum Gehäusemittelpunkt gerichtete und in den kegelstumpfförmigen Durchbruch einmündende Bohrungen folgendermaßen angeordnet. Zwischen der Zuführungsbohrung für Mischungskomponente a zu der Zuführungsbohrung für das Arbeitsmedium c ist ein Versatz von 45°, zu der Zuführungsbohrung'.für Mischungskomponente bist ein Versatz um 90°,zu der Abführungsbohrung a'istein Versatz von 180° zu der Abführungsbohrung cMst ein Versatz von 225° und zu der Abführungsbohrungb'ist ein Versatz von 270°. Der in den kegelstumpfförmigen Durchbruch des Aufnahmegehäuses passend eingebrachte Innehkegel 2 enthält In dergleichenEbene wie o. g. Bohrungen am Umfang vier um jeweils 90° versetzte und zum Mittelpunkt gerichtete Bohrungen von definierter Länge, an

deren Enden Bohrungen einmünden, welche parallel zur Symmetrieachse des Innenkegels verlaufen und mittels eingebrachtem Gewinde eine lösbare Verbindung 9 zu den Kapillarrohrschleifen 1 realisieren. Bei entsprechend eingestelltem Drehwinkel des Innenkegels sind die Mündungszonen der Innenkegelbohrungen mit den jeweils zwei paarigen, im Strömungskreis der Mischungskomponenten liegenden Zu- und Abführungsbohrungen des Aufnahmegehäuses deckungsgleich und der Strömungsweg wird über die Kapillarrohrschleifen geführt. Mit Verändern des Innenkegeldrehwinkels speichern die Kapillarrohrschleifen die bis dahin durchströmenden Mischungskomponenten und geben diese bei entsprechend eingestellter Deckungsgleichheit mit den das Arbeitsmedium führenden Zu- und Abführungsbohrungen an diese ab.

Ausführungsbeispiel 2:

Figur 2 zeigt eine Vorrichtung zum Dosieren sowie Speichern von Mischungskomponenten und Einbringen in ein fortlaufend

strömendes Medium.

Der Grundaufbau dieser Vorrichtung ist im wesentlichen äquivalent der Lösung nach Ausführungsbeispiel 1.

Zusätzlich werden die Mündungszonen der Zu- und Abführungsbohrungen des Arbeitsmediums 11 und 13 am

kegelstumpfförmigen Durchbruch des Aufnahmegehäuses durch schlitzförmige Ausfräsungen 16 parallel zur Symmetrieachse erweitert. Die Länge dieser Ausfräsungen wird so gewählt, daß von den Bohrungen 11 und 13 eine strömungstechnische

Verbindung zu dem in einer darunterliegenden Ebene befindlichen Durchströmungskanal entsteht.

Dieser Durchströmungskanal besteht aus zwei, am Umfang des Innenkegels um 180° versetzt angebrachten, schlitzförmigen

Ausfräsungen 14, welche durch eine Bohrung 15 strömungstechnisch verbunden sind.

Während des Umschalt- und Speicherzykluß wird über diesen Durchströmungskanal der Strömungsfluß des Arbeitsmediums aufrechterhalten.

Der Strömungsweg des Arbeitsmediums verläuft dabei von der Zuführungsbohrung 11 über die vertikale schlitzförmige

Ausfräsung 16, den Durchströmungskanal bis zur Abführungsbohrung 13 mit der dazugehörigen Ausfräsung. Die

schlitzförmigen Ausfräsungen befinden sich in der entsprechenden Ebene zwischen zwei benachbarten, um 90° versetzten,

Innenkegelbohrungen und ihre Länge entspricht der Bogenlänge von 90°, wobei der Radius dieses Kreissektors um den Radius dieser begrenzenden Bohrungen kleiner ist.

Somit wird während des Mischungszykluß der Strömungsweg des Arbeitsmediums funktionsgemäß über das Speicherobjekt und nicht über den Durchströmungskanal geleitet.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Dosieren strömender Medien ohne Feststoffanteile mit einem Mehrwegeumschaltsystem, gekennzeichnet dadurch, daß in einen zentrisch angeordneten kegelstumpfförmigen Durchbruch eines zylindrischen Aufnahmegehäuses (3) passend ein drehbar gelagerter Innenkegel (2) eingefügt ist, an dessen Stirnseite (8) gleichmäßig über den Umfang verteilt Bohrungen (6) eingebracht sind, die über die Mantelfläche (5) mit im Aufnahmegehäuse (3) ebenfalls gleichmäßig über den Umfang in einer Ebene verteilten und zur Symmetrieachse gerichteten Zuführungsbohrungen (4) bzw. Abführungsbohrungen (7) verbunden sind und daß in die in der Stirnseite (8) eingebrachten Bohrungen (6) mittels einer lösbaren Verbindung (9) vorzugsweise mit einer Gewindehülse eine oder mehrere Kapillarrohrschleifen {1) mit einer oder mehreren Windungen angeordnet sind.

2. Vorrichtung zum Dosieren strömender Medien nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich zu dem am Umfang des lnnenkegels"(2) in einer Ebene verteilten und zur Symmetrieachse gerichteten Bohrungen (6) in einer zweiten darunterliegenden Ebene schlitzförmige Ausfräsungen (14) gegenüberliegend eingebracht und durch eine Bohrung (15) verbunden mit einer Schlitzlänge, die der Bogenlänge zwischen zwei benachbarten Zuführungsbohrungen (4; 10) bzw. Abführungsbohrungen (7; 12) entspricht, wobei der Radius dieses Kreissektors um den Radius dieser begrenzten Bohrungen kleiner ist und zudem sich in der Innenseite des Aufnahmegehäuses (3) an den Mündungszonen der Zuführungsbohrung (11) und Abführungsbohrung (13) jeweils schlitzförmige Ausfräsungen (16) befinden, deren Länge den Abstand zwischen oberer Begrenzung der oberen Bohrungsebene und unteren Begrenzung der unteren Ebene entspricht.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur genauen und reproduzierbaren Dosierung strömender Medien ohne Feststoffanteile. Sie kann vorzugsweise bei der Dosierung von geringem Volumina im Mikroliterbereich in Laboreinrichtungen sowie der Gaschromatografie und Medizintechnik, aber auch auf allen Gebieten der Technik angewendet werden, in denen eine oder mehrere flüssige oder gasförmige Komponenten mit definierten Volumen einem strömenden Medium beigemischt bzw. vorübergehend gespeichert werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Vorrichtungen zur Dosierung von strömenden Medien, vorzugsweies kleiner Volumina, sind Kolbenpumpen, wo mit variabel begrenzbaren Hub, wie in DD G01 F 11/04134386 beschrieben ist, oder nach dem in der DD B01 J 4/02158310 enthaltenen Lösung unter Verwendung eines impulsgesteuerten Schrittmotors das gewünschte Dosiervolumen einstellbar ist. · Während bei den genannten Vorrichtungen die Funktion jeweils nur auf die Reproduktion eines Dosiervolumens beschränkt ist, wurde in der DD B01 J 4/02200314/2 ein Pumpensystem dargestellt, welches mit unterschiedlichen austauschbaren Kolben- und Zylindereinheiten zeitparallel mehrere Volumina dosiert. Eine Speicherung des anliegenden Mediums, sowie die Ausführung von Multifunktionen pro Betätigungszyklus hinsichtlich der Realisierung von Trennungs- und Mischungsprozessen ist damit nicht möglich. Bezüglich dieser Eigenschaften eignen sich Mehrwegeventile. Mit den in der DD F16 K 5/020154634 beschriebenen Mehrwegehahn können über

3 Kücken unabhängig voneinander Strömungssysteme verbunden bzw. getrennt sowie untereinander gemischt werden. Äquivalent dieser Lösung werden in der DD FI6 K 11/02201481, in der DD F16 K 11/ 10159447 und in der DD F16 K 11/10159449 Mehrwegeventile vorgestellt, welche, über zylindrische Kücken gesteuert, in einer Ebene jeweils 2 Strömungswege freigeben oder sperren; mittels 4 vorgesteuerter 2-Wege-Einbauventile in einem Aufnahmegehäuse Verbindungs-, Trennungs- und Mischungsprozesse realisieren. Auf Grund der fehlenden Speichermöglichkeit von einem Teil des anliegenden Mediums ist zwischen funktionsauslösender Betätigung und sich einstellendem Ergebnis nur ein zeitlich synchroner, zwangsgsteuerter Prozeß möglich, wodurch der Umfang der reproduzierbaren Mischungsvarianten begrenzt wird.

Genaue und reproduzierbare Volumina lassen sich mit einer Gasdosierschleife nach der DD BO1 J 4/02128242 mittels verschiebbar angeordneten Hohlkolben in einem am Ende mit Rohrbogen verbundenen Zylinder einstellen. Dieses in sieh geschlossene Dosiersystem ist nicht für Mischprozesse weiterer Strömungskreise geeignet. Ferner sind mehrer Lösungen bekannt, wo Schlauchventile Dosierprozesse ausführen. Durch Abdrücken eines Schlauches an definierten Stellen werden in der DD F16 K 7/06148375 und in der DD F16 K 7/04142462 Lösungen zur Volumendosierung vorgestellt. Bei diskontinuierlichen Strömungsgeschwindigkeiten ist keine reproduzierbare Dosierung möglich. Ähnlich gelagerte Probleme treten bei der Dosierung mittels Membranventile auf. Hinzu kommt die durch die Eigenflexibilität der Membranen hervorgerufene Ungenauigkeit bezüglich des hohen Freiheitsgrades ihres Endlagenzustandes, welche Schwankungen von Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und systembedingten Reibungsgrößen unterliegt.