DE10215299C1

DE10215299C1 - Dosiervorrichtung für pulverförmige und granulatförmige Substanzen

Info

Publication number: DE10215299C1
Application number: DE2002115299
Authority: DE
Inventors: Gabriel Hesse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2022-04-09

Abstract

Die zu dosierende Substanz füllt einen waagerechten Spalt zwischen dem Exzenter (3) und der Dosierscheibe (11) aus. Durch die exzentrische Bewegung des Exzenters um den Mittelpunkt der feststehenden Dosierscheibe wird die zu dosierende Substanz über deren kreisförmigen Rand geschoben. Die Kombination Bewegungsgewinde (Mutter 8, Dosierrohr 9) und Rutschkupplung (7) ermöglicht das genaue Fein- und das sehr schnelle Grobdosieren. Wird das Gleitlager (5) linksdrehend angetrieben, vergrößert sich der Spalt zwischen Dosierscheibe und Exzenter und die zu dosierende Substanz rieselt am Rand der Dosierscheibe vorbei. Wird das Gleitlager rechtsdrehend angetrieben, verkleinert sich der Spalt und die Substanz wird abhängig vom Drehwinkel des Exzenters definiert über den kreisförmigen Rand der Dosierscheibe geschoben. DOLLAR A Der Exzenter dient gleichzeitig als Schlauchanschluss zum Vorratsbehälter. DOLLAR A Die Dosiervorrichtung liefert im Dosiersystem (z. B. Dosiervorrichtung, Waage und Dosiercontroller) reproduzierbare Dosierergebnisse.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung für pulverförmige und granulatförmige Substanzen zum Dosieren im Laborbereich, wie es zum Beispiel in der Probenvorbereitung nötig ist, aber auch für Dosiervorgänge im produzierenden Gewerbe, zum Beispiel bei der Mehrkomponentendosierung, oder in speziellen Einrichtungen wie Dosierautomaten. Die Dosiervorrichtung kann sowohl für kontinuierliche Dosierverfahren als auch für diskontinuierliche Dosiervorgänge eingesetzt werden. Wenn nötig, wäre zwischen den einzelnen Dosiervorgängen auch eine automatische Reinigung möglich.

Für die Dosierung von Schüttgütern sind Dosierschnecken und Vibrationsförderer bekannt.

Vibrationsförderer haben den Nachteil, dass die Dosiergeschwindigkeit über die Schwingungsamplitude geregelt wird. Gerade dann, wenn es bei der Feindosierung darauf ankommt, ist bei kleiner Schwingungsamplitude das Fließverhalten vieler Substanzen nicht mehr reproduzierbar. Das bedeutet, dass das Dosiersystem immer wieder neu kalibriert werden muss, wenn sich die Konsistenz des zu dosierenden Stoffes auch nur geringfügig ändert.

Ein weiterer Nachteil ist, dass ein eventuelles Klümpchen im Dosiergut die Dosiervorrichtung verstopft oder das Dosierergebnis unbrauchbar macht, weil es gerade kurz vor dem Erreichen des Sollwertes die Dosiervorrichtung verlässt und das Dosierergebnis über den Sollwert hinaus schießt.

Noch ein zu nennender Nachteil ist das Entmischen des Dosiergutes, wenn mit einem Vibrationsförderer dosiert wird.

Schneckenförderer bauen relativ groß. Das Dosiergut kommt mit einer großen Fläche der sich bewegenden Teile in Berührung, was unnötigen Abrieb bedeutet. Außerdem wird die zu dosierende Substanz mechanisch verdichtet, was das Dosierverhalten vieler Stoffe ungünstig beeinflusst. Eine Reinigung zwischen den Dosiervorgängen wäre beim Schneckenförderer sehr aufwändig.

Bekannt ist die Dosiervorrichtung für pulverförmige Substanzen US 4 712 716. Dabei handelt es sich um ein System, wo sich das zu dosierende Material in einem Spalt sammelt und vom Dosierer periodisch, angetrieben von einer Zahnscheibe, über eine Auslassöffnung dosiert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung für pulverförmige oder granulatförmige Substanzen zu entwickeln, die im Dosiersystem (z. B. Dosiervorrichtung, Waage und Dosiercontroller) reproduzierbare Dosierergebnisse liefert. Die Dosiermenge soll auch noch im Bereich der Feindosierung genau proportional dem Drehwinkel des Antriebes sein. Geringe Abweichungen der Konsistenz der zu dosierenden Substanz soll das Dosierergebnis nicht wesentlich beeinflussen. Leicht zusammengebackene Klümpchen müssen während der Feindosierung zerkleinert werden und dürfen den Dosiervorgang nicht schwerwiegend stören.

Die zu dosierende Substanz soll möglichst wenig Fläche der aktiven Teile der Dosiervorrichtung berühren, damit der Abrieb vernachlässigbar klein gehalten werden kann.

Zwecks manueller Reinigung muss sich die Dosiervorrichtung einfach und schnell demontieren lassen. Es muss aber auch eine Möglichkeit einer automatischen Reinigung bestehen, wenn z. B. unterschiedliche Substanzen nacheinander dosiert werden.

Trotz sehr genauer Feindosierung soll die Grobdosierung außergewöhnlich schnell erfolgen können.

Die Dosiervorrichtung ist kompakt zu halten, damit eine enge Aneinanderreihung für eine Mehrkomponentendosierung möglich ist. Der Aufbau der Dosiervorrichtung ist kostengünstig zu gestalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des PA 1 gelöst.

Bei maximalem Spalt (für die Feindosierung) ist der Durchmesser der Dosierscheibe so groß zu wählen, dass der sich ausbildende Schüttkegel bei stillstehender Substanzzuführung (3) nicht selbständig über den Rand der Dosierscheibe (11) rieselt.

Die Kreisfläche der Auslassbohrung der Substanzzuführung (3) und die Kreisfläche der Dosierscheibe (11), die gemeinsam den waagerechten Spalt bilden, enthalten sägezahnförmige Einstiche, die den sicheren Transport der zu dosierenden Substanz (25) zum Rand der Dosierscheibe (11) hin begünstigen sollen. Außerdem zerkleinern die scharfkantigen Einstiche eventuell zusammengebackene Klümpchen im Dosiergut.

Der Dosierscheibenträger (10) besteht aus dünnen Stegen, die oben klingenartig angeschliffen sind, damit die dosierte Substanz nicht auf den Stegen liegen bleibt.

Dosierscheibe (11), Dosierscheibenträger (10) und der Substanzauslass (9) bilden eine Einheit. Der Substanzauslass (9) besitzt ein Bewegungsgewinde (z. B. metrisches Trapezgewinde), einen oberen festen Anschlag (4) für das Grobdosieren und einen unteren einstellbaren Anschlag (13) für das Feindosieren.

Die komplette Einheit, wie oben beschrieben, besitzt eine Verdrehsicherung (14) und wird in einer Mutter (8) gehalten, die ebenfalls Bewegungsgewinde hat. Die Mutter (8) hängt in einer Rutschkupplung (7), die mit dem Gleitlager (5) verbunden ist, welches die Substanzzuführung (3) aufnimmt. Das Drehmoment wird vom Gleitlager (5) mittels Druckstück (6) auf die Mutter (8) übertragen. Wird nun die Substanzzuführung (3) linksdrehend angetrieben, senkt sich der Substanzauslass (9) mit der Dosierscheibe (11) bis gegen den oberen Anschlag (4) (bei normalem Rechtsgewinde). Die maximale Spaltweite zwischen Exzenter (3) und Dosierscheibe (11) ist erreicht und es erfolgt die Grobdosierung. Nähert sich die Dosiermenge dem Sollwert, wird die Drehrichtung des Antriebs (19) geändert und der Substanzauslass (9) hebt sich zusammen mit der Dosierscheibe (11) gegen den unteren voreingestellten Anschlag (13). Der Spalt zwischen Exzenter (3) und Dosierscheibe (11) verringert sich auf den voreingestellten Wert für die nun erfolgende Feindosierung. Bis zum Erreichen des Sollwertes wird nun die Feindosierung über die Drehzahl stufenlos geregelt.

Der Antrieb (19) besteht vorzugsweise aus einem Schrittmotor. Durch Verwendung eines Schrittmotors wird zum einen das teure Getriebe überflüssig und zum anderen kann jedem Schritt eine definierte Dosiermenge zugeordnet werden. Das Dosiersystem, z. B. bestehend aus Dosiervorrichtung, Waage und Dosiercontroller, kann selbstständig diese Zuordnung übernehmen und diese ständig aktualisieren. Kurz vor Erreichen des Sollwertes rechnet sich das System die noch nötige Anzahl der Schritte aus, um sich schnell dem Sollwert zu nähern. Das Drehmoment des Antriebes (19) wird mittels Riementrieb (15), z. B. durch einen O-Ring, auf das Gleitlager (5) übertragen. Das Gleitlager (5) besitzt eine exzentrische Bohrung, in der das obere Dosierstück, die Substanzzuführung (3), drehbar gelagert ist. Die Verbindung zwischen der umlaufenden Substanzzuführung (3) und dem feststehenden Anschluss (1) wird durch einen flexiblen Zuführschlauch (2) (vorzugsweise durch einen Silikonschlauch) realisiert. Der Anschluss (1) zu einem Dosiergutbehälter oder zu einem Aufgabetrichter ist gegen Verdrehung gesichert. Diese Verdrehsicherung (20) wird durch den Zuführschlauch (2) auf die Substanzzuführung (3) übertragen. Dadurch kann sich die Substanzzuführung (3) zwar um das Zentrum der Dosierscheibe (11) bewegen, dreht sich selbst aber nicht um ihre Achse. Nebenbei wirkt sich die Walkarbeit des Zuführschlauches (2) vorteilig auf das Rieselverhalten des Dosiergutes aus.

Die Dosiervorrichtung ist so aufgebaut, dass sie sich für die manuelle Reinigung schnell zerlegen lässt. Nach Abziehen der Kappe (18) können die drei Schrauben aus der Rutschkupplung (7) gelöst werden, der die Mutter (8) mit dem Dosierrohr (9) hält. Dann kann das Dosierrohr (9) zusammen mit der Dosierscheibe (11) zur Reinigung nach unten heraus gezogen werden.

Bei der automatischen Reinigung ist am Substanzauslass (9) eine Absaugung anzuschließen, die das Restmaterial aus dem Spalt zwischen Substanzzuführung (3) und Dosierscheibe (11) saugt. Zur Unterstützung der Reinigung wird am Anschlussstutzen (1) pulsierende Druckluft eingeblasen.

Grundsätzlich ist die oben beschriebene Dosiervorrichtung für pulverförmige und granulatförmige Substanzen, abhängig von der Baugröße, bei kleinen bis hin zu großen Dosiermengen einsetzbar. Ein Ausführungsbeispiel für eher kleine Dosiermengen, wie es häufig bei der Probenvorbereitung für analytische Zwecke anzutreffen ist, wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die komplette Zusammenstellung der Dosiervorrichtung

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der aktiven Dosierkomponenten zum besseren Verständnis.

Das Kernstück der Dosiervorrichtung bildet, wie schon oben beschrieben, die Substanzzuführung (3) zusammen mit dem Gleitlager (5) und der Dosierscheibe (11) zusammen mit dem Dosierscheibenträger (10), dem Substanzauslass (9), der Mutter (8), der Rutschkupplung (7) mit dem Druckstück (6), dem oberen Anschlag (4) für die Grobdosierung und dem unteren Anschlag (13) für die Feindosierung. Im Ausführungsbeispiel besitzt die Dosierscheibe (11) einen Durchmesser von 14 mm, die Substanzzuführung (3) einen Durchmesser von 12 mm, und die Auslassbohrung der Substanzzuführung (3) einen Durchmesser von 6 mm. Der Spalt zwischen Substanzzuführung (3) und Dosierscheibe (11) für die Feindosierung sollte mindestens der dreifachen Korngröße der zu dosierenden Substanz entsprechen. Im Ausführungsbeispiel wurde der Spalt einstellbar zwischen 1 mm und 2 mm gewählt. Für den Spalt beim Grobdosieren wurden 3 mm festgelegt. Der Spalt für das Grobdosieren sollte so gewählt werden, das der Schüttkegel über den Rand der Dosierscheibe (11) hinaus ragt. Im Ausführungsbeispiel bewegt sich die Substanzzuführung (3) 2 mm exzentrisch um den Mittelpunkt der Dosierscheibe. Der Substanzauslass (9) hat einen Außendurchmesser von 22 mm. Der Zuführschlauch (2) besitzt einen Innendurchmesser von 12 mm und besteht aus Silikon. Alle anderen Einzelteile, die mit der zu dosierenden Substanz in Berührung kommen sind aus Edelstahl gefertigt. Dosierscheibe (11) und Substanzzuführung (3) bestehen aus nitriergehärtetem Edelstahl.

Die Substanzzuführung (3) ist mittels abgedichtetem Rillenkugellager mit dem Gleitlager (5) montiert. Das Gleitlager (5) wird von der geteilten Lagerplatte (16) aufgenommen. Das Drehmoment wird vom Schrittmotor (19) mittels O-Ring (15) auf das Gleitlager (5) übertragen. Gleitlager (5) und Mutter (8) bestehen aus selbstschmierenden Kunststoff. Der Grundkörper (17) wird aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.

Das Anschlussstück (1) dient der Aufnahme eines Schlauches, der von einem Dosierbehälter oder von einem Trichter kommt. Das Anschlussstück (1) wird von einem elastischen Ring gehalten, der mit der Kappe (18) montiert ist.

Zur Aufnahme der Dosiervorrichtung ist noch ein Stativ erforderlich. Bei Mehrkomponentendosierung können mehrere Dosiervorrichtungen in einer Reihe montiert werden. Das Gefäß (21) wird dann zusammen mit der Waage (22) unter den Dosiervorrichtungen verfahren, um die einzelnen Komponenten in das Gefäß zu dosieren.

Bezugszeichenliste

1

Anschluss für einen Dosiergutbehälter oder einen Trichter

2

Zuführschlauch (flexibles Material z. B. Silikonschlauch)

3

Substanzzuführung (drehbar gelagert)

4

Oberer Anschlag für die Grobdosierung und Klemmstück für den Dosierscheibenträger

5

Gleitlager mit exzentrischer Bohrung

6

Druckstück für die Rutschkupplung

7

Rutschkupplung

8

Mutter mit Bewegungsgewinde

9

Substanzauslass mit Bewegungsgewinde

10

Dosierscheibenträger

11

Dosierscheibe (unteres Dosierstück, feststehend)

13

Unterer Anschlag für das Feindosieren

14

Verdrehsicherung für den Substanzauslass

15

Treibriemen (z. B. O-Ring)

16

Lagerpatte (geteilt)

17

Grundkörper

18

Kappe der Dosiervorrichtung

19

Antrieb (vorzugsweise Schrittmotor)

20

Verdrehsicherung für den Anschluss

21

Gefäß (z. B. ein Schmelztiegel)

22

Waage

25

Zu dosierende Substanz

Claims

1. Dosiervorrichtung zum Dosieren pulverförmiger oder granulatförmiger Substanzen im Laborbereich aber auch für Dosiervorgänge im produzierenden Gewerbe oder speziellen Einrichtungen wie Dosierautomaten, wobei die zu dosierende Substanz (25) einen waagerechten Spalt zwischen einer Substanzzuführung (3) und einer Dosierscheibe (11) ausfüllt und durch die exzentrische Bewegung der Substanzzuführung (3) um den Mittelpunkt der feststehenden Dosierscheibe (11) die zu dosierende Substanz, abhängig vom Drehwinkel, über deren kreisförmigen Rand in einen Substanzauslass (9) schiebt.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisfläche der Auslassbohrung der Substanzzuführung (3) und die Kreisfläche der Dosierscheibe (11), die gemeinsam den waagerechten Spalt bilden, sägezahnförmige Einstiche enthalten, die den sicheren Transport der zu dosierenden Substanz bewirken und eventuelle Klümpchen der Substanz zerkleinern.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierscheibe an einem Dosierscheibenträger (10) befestigt ist, welcher aus dünnen Stegen besteht, die nach oben hin klingenartig ausgebildet sind, damit die dosierte Substanz nicht auf den Stegen liegen bleibt.

4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierscheibe (11), der Dosierscheibenträger (10) und der Substanzauslass (9) eine Einheit bilden.

5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Substanzauslass (9) mit einem Bewegungsgewinde versehen ist, und eine Verdrehsicherung (14), einen oberen Anschlag (4) für das Grobdosieren und einen unteren Anschlag (13) für das Feindosieren besitzt.

6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Substanzauslass (9) von einer drehbar gelagerten Mutter mit Bewegungsgewinde (8) gehalten wird.

7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Mutter (8) ein Drehmoment von dem Gleitlager (5) mittels Rutschkupplung (7) und federndem Druckstück (6) übertragen wird.

8. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Drehrichtung des Gleitlagers (5) der Substanzauslass (9) bis gegen den unteren Anschlag für das Feindosieren (13) angehoben oder bis zum oberen Anschlag für das Grobdosieren (4) abgesenkt wird.

9. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanzzuführung (3) und der Anschlussstutzen (1) mit einem Zuführschlauch (2) aus flexiblen Material, z. B. Silikonschlauch, verbunden sind.

10. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanzzuführung (3) eine Verdrehsicherung (20) aufweist.

11. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (19) der Substanzzuführung (3) aus einem Schrittmotor besteht, und somit die Dosiermenge proportional der Schrittzahl des Antriebes ist.