DE102007010412B4

DE102007010412B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten in gasgefüllte Räume

Info

Publication number: DE102007010412B4
Application number: DE102007010412.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schipolowski; Dr. Kathe Ulrich; Oliver Bettmann; Masar Ramizi
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: WO2008098947A1; DE102007010412A1; US20100059549A1; CN101600502B; EP2125225A1; CN101600502A

Abstract

Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten in einen gasgefüllten Raum, umfassend:eine Pumpe (1);eine Dosieröffnung (2) zum Einbringen der Flüssigkeit in den gasgefüllten Raum,eine Leitung (3), welche eine Druckseite der Pumpe mit der Dosieröffnung verbindet,einen elastischen Flüssigkeitsspeicher (4); wobei die Leitung ein Absperrventil (5) zwischen der Pumpe (1) und der Dosieröffnung (2) aufweist, wobei der elastische Flüssigkeitsspeicher (4) zwischen der Pumpe und dem Absperrventil (5) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen ersten Betriebszustand aufweist, in dem die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil läuft, um in dem elastischen Flüssigkeitsspeicher eine Flüssigkeitsmenge unter Druck zu speichern,wobei die Vorrichtung einen zweiten Betriebszustand umfasst, in dem die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil mit dem Flüssigkeitsspeicher unter Druck abgeschaltet ist,wobei die Vorrichtung einen dritten Betriebszustand aufweist bei dem das Absperrventil bei abgeschalteter Pumpe geöffnet ist, um Flüssigkeit aus dem elastischen Flüssigkeitsspeicher ausfließen zu lassen,wobei die Vorrichtung einen vierten Betriebszustand umfasst, bei dem das Absperrventil bei laufender Pumpe geöffnet ist, um ein definiertes Basisvolumen auszugeben, bevor das Absperrventil verschlossen wird,und wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit umfasst, welche die beschriebenen Betriebszustände und den Übergang zwischen den Betriebszuständen steuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten in gasgefüllte Räume. Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden beispielsweise in der Analysetechnik Anwendung, wobei Analyten oder Reagenzien zu dosieren sind. Das Dosieren von Flüssigkeiten soll allgemein den Zweck erfüllen, ein definiertes Volumen einer Substanz zu einem Zielort, beispielsweise einem Reaktor oder einem Analysator zu verbringen.
Dosiervorrichtungen dafür bestehen gewöhnlich aus den folgenden Komponenten, die miteinander verbunden und in Flussrichtung hintereinander angeordnet sind: einer Pumpenzuleitung, die mit einer Quelle verbunden ist, einer Pumpe, einer Pumpenableitung und einer Dosieröffnung. Mündet die Dosieröffnung nicht in ein flüssiges Medium sondern in ein gasförmiges (z.B. in einen luftgefüllten Reaktor), so gelangt die Flüssigkeit in einem Strahl oder tropfenweise in den Reaktor. Dabei wird oft ein Absetzen der Flüssigkeit im freien Fall in eine Zielzone des Reaktors gewünscht, ohne dass die Flüssigkeit Kontakt mit der Reaktorwandung hat.
Aufgrund der oft geringen Zielmengen der zu dosierenden Substanz, insbesondere im µl- bzw. unteren ml-Bereich ist auch der letzte Tropfen definiert abzusetzen, um die Zielmenge in der gebotenen Genauigkeit zu erreichen. Wird der letzte Tropfen in einer Gesamtmenge von N Tropfen nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit dosiert, so ist die relative Unsicherheit 1/N. Bei einer Gesamtmenge, die einem Volumen von beispielsweise 20 Tropfen entspricht, würde diese Unsicherheit eine relative Ungenauigkeit von 5% bedeuten. Dies ist in vielen Fällen nicht akzeptabel. Die Frage, ob ein Tropfen nun mit dosiert wird, sich also von der Dosieröffnung löst, hängt von den besonderen Umständen der jeweiligen Anordnung ab, beispielsweise der Tropfengröße, der Viskosität, der Oberflächenspannung, der Dosiergeschwindigkeit, sowie der Geometrie der Dosieröffnung. Außerdem können zufällige Vibrationen oder Erschütterungen der Anordnung den Ausschlag geben. Insoweit ist die Frage, ob der letzte Tropfen dosiert wird, mehr oder weniger dem Zufall überlassen.
Insbesondere aus der Laborpraxis oder der chemischen Technik sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt, den letzten Tropfen kontrolliert zu dosieren.
Beim Pipetieren kann zunächst in ein Zielgefäß dosiert werden, wobei die Pipettenspitze zumindest gegen Ende der Dosierung an die Innenwand des Zielgefäßes gehalten wird, damit die Oberflächenenergie der Innenwand die Ablösung des letzten Tropfens erleichtert. Diese Vorgehensweise ist einerseits nur bedingt der Automatisierung zugänglich und scheidet ganz aus, wenn die zu dosierende Substanz im freien Fall, also ohne Wandberührung in das Zielgefäß gelangen soll.
Weiterhin kann die zu dosierende Substanz mit einem größeren Volumen eines Trägergases in ein Zielgefäß eingeblasen werden, beispielsweise mit einer Kolbenhubpipette. Nachteilig ist hier die unkontrollierte Benetzung von Oberflächen in dem Zielgefäß, die insbesondere im Langzeitbetrieb zu Verschleppungen und zu schlechter Reproduzierbarkeit führen kann. Zudem ist aufgrund der Kompressibilität des Trägergases eine Druckabhängigkeit der Dosiergenauigkeit gegeben, die einen größeren sensorischen Aufwand erfordert.
Aus WO 01/19432 A1 ist eine Dosiervorrichtung mit einem unter Druck stehenden Flüssigkeitsreservoir, einer mit dem Flüssigkeitsreservoir verbundenen Flüssigkeitsleitung und einem Dosierventil bekannt. Stromaufwärts des Dosierventils ist ein weiteres Ventil angeordnet, das den Durchfluss durch die Flüssigkeitsleitung sperren kann, derart, dass ein elastischer Bereich der Flüssigkeitsleitung eine von dem Dosierventil und dem weiteren Ventil begrenzte Kammer bildet. Ein unter Druck in der Kammer eingeschlossenes, vorgegebenes Flüssigkeitsvolumen kann durch Öffnen des Dosierventils ausgegeben werden.
Aus US 2003/0207464 A1 ist eine Vorrichtung zum Ansaugen und Ausgeben von Flüssigkeit bekannt, bei der mittels einer Spritzenpumpe Flüssigkeit in eine Dosierleitung eingebracht werden kann, die an ihrem Ende durch ein Dosierventil verschließbar ist. In US 2003/0207464 A1 ist ein Verfahren zum Ausgeben von Flüssigkeit unmittelbar nach einem Ansaug-Schritt beschrieben. Nach dem Ansaugen herrscht in der Dosierleitung ein Unterdruck. Um im Anschluss an einen Ansaug-Schritt definierte Flüssigkeitsvolumina auszugeben, sieht US 2003/0207464 A1 vor, zunächst bei geschlossenem Dosierventil den in der Dosierleitung herrschenden Druck mittels der Spritzenpumpe zu erhöhen und erst dann das Dosierventil zu öffnen, um die Flüssigkeit in einem stabilen Zustand zu dosieren.
Aus US 6,644,364 B1 ist eine Mehrkanal-Dosiereinrichtung bekannt, die ein unter Druck stehendes Reservoir und eine Dosierleitung umfasst, die mittels eines Dosierventils wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Stromaufwärts des Dosierventils kann ein weiteres Ventil angeordnet sein, das dazu dient, Durchflussänderungen durch die Dosierleitung aufgrund einer Änderung der Elastizität der Dosierleitung auszugleichen.
Schließlich kann die Dosierung durch eine (Einspritz-) Düse mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgen. Diese Vorgehensweise ist an sich nicht schlecht, kann aber nicht mit Schlauchpumpen realisiert werden, da diese nicht den erforderlichen Druck aufbauen. Düsen scheiden zudem bei partikelhaltigen Flüssigkeiten wegen Verstopfungsgefahr aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache und exakt arbeitende Dosiervorrichtung bereitzustellen, die insbesondere die Möglichkeit des Einsatzes einer Schlauchpumpe umfasst, und die insbesondere geeignet ist für Verfahren, die eine tropfenweise Dosierung von Proben oder Reagenzien in ein Reaktionsgefäß erfordern, wobei beispielsweise die zulässige Abweichung vom Sollwert kleiner als das Volumen eines Einzeltropfens ist. Weiterhin ist ein entsprechendes Dosierverfahren anzugeben, welches die genannten Nachteile des Stands der Technik überwindet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch das Verfahren, gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 9.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten in einen gasgefüllten Raum, beispielsweise eine Reaktionskammer, umfasst eine Pumpe; eine Dosieröffnung zum Einbringen der Flüssigkeit in den gasgefüllten Raum, eine Leitung, welche eine Druckseite der Pumpe mit der Dosieröffnung verbindet, einen elastischen Flüssigkeitsspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung ein Absperrventil zwischen der Pumpe und der Dosieröffnung aufweist, wobei der elastische Flüssigkeitsspeicher zwischen der Pumpe und dem Absperrventil angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen ersten Betriebszustand aufweist, in dem die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil läuft, um in dem elastischen Flüssigkeitsspeicher eine Flüssigkeitsmenge unter Druck zu speichern.
Die Vorrichtung umfasst einen zweiten Betriebszustand, in dem die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil mit dem Flüssigkeitsspeicher unter Druck abgeschaltet ist.
Die Vorrichtung umfasst einen dritten Betriebszustand, bei dem das Absperrventil bei abgeschalteter Pumpe geöffnet ist, um Flüssigkeit aus dem elastischen Flüssigkeitsspeicher ausfließen zu lassen.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen vierten Betriebszustand, bei dem das Absperrventil bei laufender Pumpe geöffnet ist, um ein definiertes Basisvolumen auszugeben, bevor das Absperrventil verschlossen wird.
Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, welche die beschriebenen Betriebszustände und den Übergang zwischen den Betriebszuständen steuert. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor, der beispielsweise mit den zuvor genannten Komponenten in einem Gerät integriert ist, sie kann aber ebenso einen externen Rechner umfassen, der mit den anderen Komponenten über eine Datenleitung oder drahtlos kommuniziert.
Zur definierten Dosierung einer Flüssigkeitsmenge kommt es darauf an, dass die Dosierung auf den Tropfen genau erfolgt. Wenn von einer zu dosierenden Zielmenge noch das Volumen eines Tropfens bzw. eines Teils eines Tropfens fehlt, wird die Vorrichtung in den ersten Betriebszustand gebracht, und in diesem Zustand gehalten, bis der elastische Flüssigkeitsspeicher das fehlenden Volumen unter Druck aufgenommen hat. Dann wird die Vorrichtung von der Steuereinheit vom ersten Betriebszustand unmittelbar nacheinander in den zweiten und dritten Betriebszustand oder direkt vom ersten Betriebszustand in den dritten Betriebszustand gebracht, wodurch der unter Druck stehende elastische Flüssigkeitsspeicher unter Herausdrücken des fehlenden Flüssigkeitsvolumens entspannt wird. Dadurch wird ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen an der Dosieröffnung mit einer solchen Geschwindigkeit ausgestoßen, dass die Adhäsionskräfte an der Dosieröffnung überwunden werden, und ein ggf. noch an der Dosieröffnung hängender Teiltropfen zusammen mit dem heraus gestoßenen fehlenden Flüssigkeitsvolumen abgesetzt wird.
Der elastische Flüssigkeitsspeicher kann im einfachsten Fall durch die Leitung selbst realisiert sein, welche beispielsweise einen elastischen Schlauch einer Schlauchpumpe umfasst. Die Länge des Schlauchabschnitts zwischen Pumpe und Absperrventil ist dabei so zu bemessen, dass die relative Volumenzunahme des Schlauchs durch das Einpumpen des fehlenden Volumens bei geschlossenem Absperrventil gegenüber dem Gleichgewichtsvolumen, also dem Volumen des entspannten mit Flüssigkeit gefüllten Schlauchabschnitts, zu einem ausreichenden Druckanstieg führt, damit das fehlende Flüssigkeitsvolumen nach Öffnen des Absperrventils mit einer hinreichenden Geschwindigkeit ausgestoßen wird. Die relative Volumenänderung durch die Aufnahme des fehlenden Flüssigkeitsvolumens bezogen auf das Gleichgewichtsvolumen des Schlauchabschnitts zwischen Pumpe und Absperrventil kann beispielsweise zwischen etwa 5% und etwa 20% bzw. zwischen etwa 10% und etwa 15% des Gleichgewichtsvolumens betragen.
Der elastische Flüssigkeitsspeicher kann auch einen elastischen Behälter, beispielsweise Balg, umfassen, der mit einer starren Leitung kommuniziert. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der elastische Flüssigkeitsspeicher eine starre Leitung, in welcher ein kompressibler Füllkörper angeordnet ist. Ähnliche Dimensionierungen wie für den Fall des elastischen Schlauchs sind sinngemäß vorzunehmen.
Die Steuereinheit kann die Dosierung insbesondere des fehlenden Volumens beispielsweise zeitgesteuert durchführen. Hierbei wird einer Pumpenlaufzeit in den verschiedenen Betriebszuständen, in denen die Pumpe betrieben wird, insbesondere im ersten Betriebszustand, jeweils ein gepumptes Volumen zugeordnet. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Überwachung der Dosierung des fehlenden Volumens im ersten Betriebszustand über einen Drucksensor, der den Druck in dem elastischen Flüssigkeitsspeicher überwacht, oder über einen Verformungssensor der beispielsweise die Dehnung einer elastischen Schlauchleitung überwacht. Schließlich kann auch ein Durchflusssensor verwendet werden, welcher die geförderte Menge überwacht.
Das Absperrventil kann in einer einfachen Ausgestaltung als Quetschventil ausgestaltet sein, es sind aber auch beliebige andere Ventiltypen möglich. Vorteilhaft ist jedoch, dass sich das Ventil schnell öffnen und/oder schließen lässt. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Absperrventil ein magnetisch geschaltetes Quetschventil, welches bei Anlegen eines Stroms an eine Magnetspule den Schlauch schnell verschließt und bei Abschalten des Stroms den Durchfluss ähnlich schnell freigibt. Der Begriff „schnell“ bezieht hier auf die Zeit zum Öffnen bzw. Schließen des Schlauchs im Verhältnis zur Dosierzeit des Volumens eines Tropfens bei laufender Pumpe und geöffneten Schlauch. Demnach erfolgt das Öffnen bzw. Schließen schnell, wenn es weniger als 1% vorzugsweise weniger als ,5% und weiter bevorzugt weniger als 0,25% der Dosierzeit eines Tropfenvolumens unter den genannten Bedingungen benötigt.
Die Dosieröffnung kann beispielsweise die Öffnung einer Kanüle umfassen, insbesondere einer Edelstahl- oder Glaskanüle. Das Absperrventil ist vorzugsweise möglichst nahe an der Dosieröffnung angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten in einen gasgefüllten Raum mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfasst die Schritte: Betreiben der Pumpe, um eine definierte Flüssigkeitsmenge über die Leitung in den elastischen Flüssigkeitsspeicher zu fördern, welcher bei Erreichen der definierten Flüssigkeitsmenge einen definierten Überdruck aufweist, wobei die Leitung mittels des Absperrventils gegenüber der Dosieröffnung verschlossen ist, und wobei der elastische Flüssigkeitsspeicher zwischen der Pumpe und dem Absperrventil angeordnet ist; und Öffnen des Absperrventils bei abgeschalteter Pumpe, damit der Flüssigkeitsspeicher die definierte Flüssigkeitsmenge abgibt, wobei die gespeicherte Flüssigkeit aufgrund des erhöhten Drucks in dem Druckspeicher mit einer solchen Geschwindigkeit aus dem elastischen Druckspeicher austritt, dass eine entsprechende Menge der Flüssigkeit, die aus der Dosieröffnung heraustritt, aufgrund ihrer Geschwindigkeit die Adhäsionskräfte zur Dosieröffnung überwindet und sich ablöst,
wobei vor dem Betreiben der Pumpe bei geschlossenem Absperrventil, die Pumpe zu Beginn der Dosierung bei offenem Absperrventil betrieben wird, um ein definiertes Basisvolumen auszugeben, bevor das Absperrventil verschlossen wird, und wobei das bei geschlossenem Absperrventil in den elastischen Druckspeicher gepumpte Volumen ein definiertes Restvolumen zur Vervollständigung eines Gesamtvolumens ist.
Die Zeitdauer, für die die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil betrieben wird, ist vorzugsweise so gewählt, dass sich im elastischen Flüssigkeitsspeicher ein ausreichender Druck aufbaut, damit bei der Öffnung des Ventils die an der Dosieröffnung austretende definierte Flüssigkeitsmenge in einem einzigen Tropfen abgegeben wird, der sich durch die Geschwindigkeit des Austrittes vollständig von der Dosieröffnung löst, wobei ggf. an der Dosieröffnung hängende Flüssigkeitstropfen von der austreten Flüssigkeit mitgerissen werden.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung kann das Basisvolumen und das Restvolumen zusammen beispielsweise einen einzigen Tropfen ergeben der sich von der Dosieröffnung löst. Die auf diese Weise erzeugten Tropfen können ggf. deutlich kleiner sein als Tropfen, die durch gewöhnliches Pumpen von der Doseröffnung abgesetzt werden. Insoweit bietet das Verfahren eine Alternative zum Dosieren durch enge Düsen, die zwar auch das Absetzen kleiner Tropfen ermöglichen, aber bei Flüssigkeiten mit Schmutzfracht leicht verstopfen können.
Gemäß einer Ausgestaltung dieses Gesichtspunkts der Erfindung beträgt das Basisvolumen nicht mehr als das 8-fache, vorzugsweise nicht mehr als das 4-fache, weiter bevorzugt nicht mehr als das 2-fache, und besonders bevorzugt nicht mehr als das 1-fache des Restvolumens.
Um größere Mengen mit Tropfen zu dosieren, können zur Dosierung eines Zielvolumens abwechselnd die Schritte zur Ausgabe des Basisvolumens und zur Dosierung des Restvolumens, die zusammen jeweils ein definiertes Gesamtvolumen ergeben, so oft wiederholt werden, bis das Vielfache des Gesamtvolumens dem Zielvolumen entspricht.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Basisvolumen das Volumen mehrerer Tropfen umfassen, und das Restvolumen dazu dienen, beim Austritt mit erhöhter Geschwindigkeit, eventuell an der Dosieröffnung verbliebene Tropfen von der Ausgabe der Basismenge abzulösen.
Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet zum Dosieren von Reagenzien oder Proben im Volumenbereich von µl und ml, beispielsweise wässrigen Proben in Reaktoren von Vorrichtungen zur Bestimmung von Analyseparametern, beispielsweise TOC.
Die Dosierraten können beispielsweise im Bereich von etwa 1 bis etwa 10 µl/sec liegen.
Bei dem Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten in einen gasgefüllten Raum kann beispielsweise eine Pumpe ein vorgegebenes Volumen durch einen elastischen Schlauch zu einer Dosieröffnung fördern, wobei das Ventil vom Beginn der Dosierung an geöffnet ist, kurz vor dem Abschluss der Dosierung bei noch laufender Pumpe geschlossen wird und schließlich zu dem Zeitpunkt, an dem die Förderung der Pumpe stoppt, wieder geöffnet wird. Die Zeitdauer, für die das Ventil geschlossen wird, wird dabei so gewählt, dass sich im elastischen Schlauch ein ausreichender Druck aufbaut, damit die verbleibende Restmenge des zu dosierenden Volumens bei der Öffnung des Ventils in einem einzigen Tropfen abgegeben wird, der sich durch die Geschwindigkeit des Austrittes vollständig von der Dosieröffnung löst.
Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

1: Ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die in 1 gezeigte Dosiervorrichtung umfasst eine Schlauchpumpe 1 und eine Dosieröffnung 2 am Ende einer einige cm langen Stahlkanüle mit einem Innendurchmesser von etwa 1 mm. Auf diese Kanüle ist der Endabschnitt eines elastischen Schlauchs 3 wobei der Schlauch durch die Schlauchpumpe 3 verläuft, um durch ihn eine Flüssigkeit zur Dosieröffnung zu fördern. Der Schlauch kann beispielsweise ein BPT-Schlauch sein, wie er von Saint Gobain unter der Markenbezeichnung PHARMED für Schlauchpumpen erhältlich ist. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der Innendurchmesser etwa 0,76 mm. Der Schlauch kann in seinem Endabschnitt nahe der Kanüle mit einem magnetisch gesteuerten Quetschventil 5 schlagartig verschlossen und wieder freigegeben werden. Der Schlauch dient zugleich als elastischer Flüssigkeitsspeicher 4, der bei geschlossenem Quetschventil unter Druck mehr Flüssigkeit aufnehmen kann, als im entspannten Gleichgewichtszustand. Damit ist die kontrollierte Dosierung und Ablösung definierter Tropfen möglich, wie nun erläutert wird.
Um beispielsweise einen Tropfen von 25 µl zu dosieren, kann man zunächst mittels der Schlauchpumpe 20 µl Flüssigkeit bei geöffnetem Ventil 5 fördern. Dieses Flüssigkeitsvolumen wird sich mit großer Wahrscheinlichkeit nicht von der Kanüle lösen, sondern als Tropfen an deren Ende hängen bleiben. Nach erfolgter Dosierung dieser Basismenge wird das Ventil geschlossen und weitere 5 µl werden in den elastischen Druckspeicher 4 agierenden Schlauch 3 gefördert.
Der Schlauchabschnitt zwischen der Pumpe 1 und dem Ventil 5 hat eine Länge von etwa 9 cm, was einem Gleichgewichtsvolumen von etwa 41 µl entspricht. Die zusätzlichen 5 µl bedeuten also eine Zunahme des Schlauchvolumens um etwa 12% bzw. eine mittlere elastische Dehnung des Schlauchumfangs um etwa 6%. Die zur Dehnung des Schlauches erforderliche Druckerhöhung reicht aus, nach dem Abschalten der Pumpe und dem Öffnen des Ventils die zusätzlichen 5 µl so schnell aus dem Schlauch herauszudrücken, dass die entsprechende, an der Dosieröffnung 2 ausfließende Flüssigkeitsmenge schnell genug ist, um die Adhäsionskräfte zur Kanüle zu überwinden und die zuvor geförderten 20 µl mit abzulösen.

Claims

Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten in einen gasgefüllten Raum, umfassend: eine Pumpe (1); eine Dosieröffnung (2) zum Einbringen der Flüssigkeit in den gasgefüllten Raum, eine Leitung (3), welche eine Druckseite der Pumpe mit der Dosieröffnung verbindet, einen elastischen Flüssigkeitsspeicher (4); wobei die Leitung ein Absperrventil (5) zwischen der Pumpe (1) und der Dosieröffnung (2) aufweist, wobei der elastische Flüssigkeitsspeicher (4) zwischen der Pumpe und dem Absperrventil (5) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen ersten Betriebszustand aufweist, in dem die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil läuft, um in dem elastischen Flüssigkeitsspeicher eine Flüssigkeitsmenge unter Druck zu speichern, wobei die Vorrichtung einen zweiten Betriebszustand umfasst, in dem die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil mit dem Flüssigkeitsspeicher unter Druck abgeschaltet ist, wobei die Vorrichtung einen dritten Betriebszustand aufweist bei dem das Absperrventil bei abgeschalteter Pumpe geöffnet ist, um Flüssigkeit aus dem elastischen Flüssigkeitsspeicher ausfließen zu lassen, wobei die Vorrichtung einen vierten Betriebszustand umfasst, bei dem das Absperrventil bei laufender Pumpe geöffnet ist, um ein definiertes Basisvolumen auszugeben, bevor das Absperrventil verschlossen wird, und wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit umfasst, welche die beschriebenen Betriebszustände und den Übergang zwischen den Betriebszuständen steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, zur definierten Dosierung einer Flüssigkeitsmenge die Vorrichtung in den ersten Betriebszustand zu bringen, und in diesem Zustand zu halten, bis der elastische Flüssigkeitsspeicher ein definiertes Volumen unter Druck aufgenommen hat, und die Vorrichtung anschließend unmittelbar nacheinander in den zweiten und dritten Betriebszustand oder direkt vom ersten in den dritten Betriebszustand zu bringen, wodurch der unter Druck stehende elastische Flüssigkeitsspeicher unter Herausdrücken des definierten Flüssigkeitsvolumens entspannt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elastische Flüssigkeitsspeicher einen elastischen Schlauch einer Schlauchpumpe, einen Balg, oder einen kompressiblen Füllkörper in einer Leitung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Länge des Schlauchabschnitts zwischen Pumpe und Absperrventil so bemessen ist, dass die relative Volumenzunahme des Schlauchs durch das Einpumpen eines definierten Volumens bei geschlossenem Absperrventil gegenüber dem Gleichgewichtsvolumen des entspannten, mit Flüssigkeit gefüllten Schlauchabschnitts zu einem ausreichenden Druckanstieg führt, damit das fehlende Flüssigkeitsvolumen nach Öffnen des Absperrventils mit einer hinreichenden Geschwindigkeit ausgestoßen wird, um einen Tropfen abzulösen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die relative Volumenänderung durch die Aufnahme des definierten Flüssigkeitsvolumens, bezogen auf das Gleichgewichtsvolumen des Schlauchabschnitts zwischen Pumpe und Absperrventil zwischen etwa 5% und etwa 20% bzw. zwischen etwa 10% und etwa 15% des Gleichgewichtsvolumens beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit die Dosierung zeitgesteuert überwacht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit die Dosierung mittels eines Drucksensors oder eines Verformungssensors überwacht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Absperrventil ein Quetschventil umfasst, welches den elastischen Schlauch einer Schlauchpumpe verschließt.
Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten in einen gasgefüllten Raum, mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: Betreiben der Pumpe, um eine definierte Flüssigkeitsmenge über die Leitung in den elastischen Flüssigkeitsspeicher zu fördern, welcher bei Erreichen der definierten Flüssigkeitsmenge einen definierten Überdruck aufweist, wobei die Leitung mittels des Absperrventils gegenüber der Dosieröffnung verschlossen ist, und wobei der elastische Flüssigkeitsspeicher zwischen der Pumpe und dem Absperrventil angeordnet ist; und Öffnen des Absperrventils bei abgeschalteter Pumpe, damit der Flüssigkeitsspeicher die definierte Flüssigkeitsmenge abgibt, wobei die gespeicherte Flüssigkeit aufgrund des erhöhten Drucks in dem Druckspeicher mit einer solchen Geschwindigkeit aus dem elastischen Druckspeicher austritt, dass eine entsprechende Menge der Flüssigkeit, die aus der Dosieröffnung heraustritt, aufgrund ihrer Geschwindigkeit die Adhäsionskräfte zur Dosieröffnung überwindet und sich ablöst, wobei vor dem Betreiben der Pumpe bei geschlossenem Absperrventil, die Pumpe zu Beginn der Dosierung bei offenem Absperrventil betrieben wird, um ein definiertes Basisvolumen auszugeben, bevor das Absperrventil verschlossen wird, und das bei geschlossenem Absperrventil in den elastischen Druckspeicher gepumpte Volumen ein definiertes Restvolumen zur Vervollständigung eines Gesamtvolumens ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Zeitdauer, für die die Pumpe bei geschlossenem Absperrventil betrieben wird, so gewählt ist, dass sich im elastischen Flüssigkeitsspeicher ein ausreichender Druck aufbaut, damit bei der Öffnung des Ventils die an der Dosieröffnung austretende definierte Flüssigkeitsmenge in einem einzigen Tropfen abgegeben wird, der sich durch die Geschwindigkeit des Austrittes vollständig von der Dosieröffnung löst wobei ggf. an der Dosieröffnung hängende Flüssigkeitstropfen von der austreten Flüssigkeit mitgerissen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Basisvolumen und das Restvolumen zusammen einen Tropfen ergeben der sich von der Dosieröffnung löst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Basisvolumen nicht mehr als das 8-fache, vorzugsweise nicht mehr als das 4-fache, weiter bevorzugt nicht mehr als das 2-fache des Restvolumens beträgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei zur Dosierung eines Zielvolumens abwechselnd die Schritte zur Ausgabe des Basisvolumens und zur Dosierung des Restvolumens, die zusammen jeweils ein definiertes Gesamtvolumen ergeben, so oft wiederholt werden, bis das Zielvolumen erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Basisvolumen das Volumen mehrerer Tropfen umfasst, und das Restvolumen dazu dient, mit erhöhter Geschwindigkeit, eventuell an der Dosieröffnung verbliebene Tropfen von der Ausgabe der Basismenge abzulösen.