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Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten, insbesondere geringer Flüssigkeitsmengen,
bei der zur Förderung der zu dosierenden Flüssigkeit eine Meinbranpumpe. an eine
diese steuernde Kolbendruckpumpe angeschlossen ist.
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Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art werden eine Membran und
eine Hilfsflüssigkeit benutzt. Auf der einen Seite der Membran befindet sich die
Hilfsflüssigkeit und auf der anderen Seite die zu fördernde Flüssigkeit. Die beiden
Kammern werden wechselweise durch eine Schaltvorrichtung gefüllt und geleert. Derartige
Fördervorrichtungen ermöglichen die effektive Förderung der zu dosierenden Flüssigkeit
stets nur mit einer Membrankammer, so daß also die andere Membrankammer für die
Förderung nicht zur Verfügung steht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dosiervorrichtung der
eingangs erwähntenArt zu schaffen, bei der beide Membrankammern zur Förderung verwendet
werden können. Dies wird nach der Erfindung in der Weise erreicht, daß die von dem
Druckkolben geförderte, zu dosierende Flüssigkeit den abwechselnd zu füllenden zwei
Pumpenkammern der Meinbranpumpe über Steuereinrichtungen zugeführt wird, die die
Pumpenkammern über ein Vierwegeschaltorgan mit der Zuströmleitung bzw. mit der Ablaufleitung
verbinden. Die von demDruckkolben geförderteund zu dosierende Flüssigkeit wird vorteilhaft
den Pumpenkammern wechselweise über einen mittels derSteuereinrichtungen betätigten
Vierwegedrehschieber zugeführt.
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Die das Membranpumpengehäuse in zwei größenveränderliche Kammern unterteilende
elastische Zwischenwandung besteht aus einem Paar mit Ab-
stand voneinander
angeordneter elastischer Meinbranen, die unter dem Förderdruck der zu dosierenden
Flüssigkeit zunächst gegen die eine Wandung und dann gegen die gegenüberliegende
Wandung des Pumpengehäuses bewegbar sind. Zur Veränderung des Volumens der Pumpenkammern
ist zur Förderung eines einstellbar veränderlichen Flüssigkeitsvolumens in den Raum
zwischen den beiden Meinbranen ein über eine Leitung mit dem Raum in Verbindung
stehender Behälter mit einem in diesem geführten Druckkolben vorgesehen.
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Der Erfindungsgegenstand kann zur mengengenauen Dosierung beliebiger
Flüssigkeiten verwendet werden. Er dient jedoch vorzugsweise zur Dosierung von Chemikalien,
z. B. Reagenzflüssigkeiten in die Meßkammer eines Kolorimeters.
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Die Zeichnung gibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in schematischer Darstellung wieder. Die Gesamtvorrichtung umfaßt einen Chemikalienvorratsbehälter
10, z. B. in Form eines Stahlblechbehälters mit Kunststoffbeschichtung, wie
man ihn für die Lagerung und den Transport chemischer Reagenzien verwendet. Zur
Förderung des Reagens aus dem Behälter 10 ist in eine öffnung des Behälters
eine Vorrichtung 11 zur Druckerzeugung eingebaut, die so eingerichtet ist,
daß die Reagenslösung einer insgesamt niit 12 bezeichneten Dosiervorrichtung mit
einstellbarem Druck zugeleitet wird. Die Druckpumpe 11 bzw. der Druckspeicher
umfaßt einen Pumpenzylinder 15, der in die aus dem Behälter 10
zu fördernde
Flüssigkeit 14 hineinreicht. Am Boden des Pumpenzylinders 15 ist ein Ventil
mit einer Rückschlagkugel 16 angebracht, die in geschlossenem Zustand die
am Boden des Zylinders 15 vorgesehene Leitung 15a absperrt. Ein Kugel-Begrenzungsanschlag
17 sorgt dafür, daß die Kugel 16 beim Saughub nicht zu hoch von ihrem
Sitz abgehoben wird.
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Im Zylinder 15 befindet sich weiter ein Druckkolben 20. Der
Druckkolben nimmt ein Auslaßventil auf, das aus einer Kugel 21 mit einem Sitz auf
dem inneren Ende des Kanals 20a und einem darüber angeordneten Kugel-Begrenzungsanschlag
22 besteht. Weiter umfaßt der Druckkolben 20 einen
Kolbenring
23, der in eine Nut in der Kolbenwandung eingesetzt ist und zur Abdichtung
dient. In dem Druckkolben 20 ist das untere Ende einer hohlen Kolbenstange
25 eingeschraubt, deren oberes Ende mittels eines Gewindes an das untere
Ende eines Kolbenführungsteiles 28 angeschlossen ist. Der Kolbenführungsteil
28 liegt an der Innenwandung des Pumpenzylinders 15 an und trägt mit
seinem oberen Ende einen Schubkolben 29, der im Verhältnis zum Druckkolben
20 einen verhältnismäßig großen Durchmesser bzw. eine große Querschnittsfläche aufweist.
Der Schubkolben 29 befindet sich in einem Arbeitszylinder 30 und wird
im allgemeinen mittels einer Druckfeder 31 in der oberen Endstellung gehalten.
Auf der Stirnfläche des Schubkolbens 29 liegt eine sehr nachgiebige Membrandichtung
33 auf, deren Außenkante z. B. mittels Schrauben 35, 35 zwischen
dem Druckzylinder 30 und dem Zylinderkopf 34 eingespannt ist.
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Die Druckpumpe 11 ist so eingerichtet, daß sie mit jedem verfügbaren
Ausgangsdruck betrieben werden kann. Es können beliebige Arbeitsflüssigkeiten oder
Preßluft verwendet werden. Beispielsweise kann eine Hauswasserversorgungsleitung
40 mittels eines Ventils V und eines Rohres 42 an den Druckzylinder 30
angeschlossen
werden, um den Schubkolben 29 zur Betätigung der Druckpumpe 11 gegen
die Kraft der Druckfeder 31 zu verschieben. Das Ventil V kann von Hand oder
vorzugsweise automatisch mittels eines geeigneten Reglers oder einer Zeitschaltvorrichtung
39, z. B. mit einem Magneten, in voreinstellbaren Zeitabständen betätigt
werden. Das Ventil V ist als Dreiwegeventil ausgebildet. Sobald das Ventil
V die Versorgungsleitung 40 für das Druckmedium, z. B. Druckflüssigkeit oder
Preßluft, absperrt, wird diese mittels einer Leitung 41 aus dem Rohr 42 entleert
bzw. abgeblasen. Das Rohr 42 kann entweder nur zum Druckzylinder 30 oder
auch zu zusätzlichen Druckpumpen, die ähnlich wie die Pumpe 11 arbeiten,
weitergeführt werden.
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Im Betrieb gelangt das Druckmedium aus der Versorgungsleitung 40 bei
geöffnetem Ventil V durch das Rohr 42 in die zwischen dem Zylinderkopf 34 und der
Membran 33 gebildete Kammer. Der Druck wirkt sich auf die verhältnismäßig
große Querschnittsfläche des Schubkolbens 29 aus, drückt diesen abwärts und
preßt die Feder 31 zusammen. Bei der Abwärtsbewegung des Schubkolbens
29 wird auch der Druckkolben 20 nach unten gedrückt und die Kugel 21 von
ihrem Sitz gehoben. Die Flüssigkeit 14 kann nun aus der Kammer 15 b
durch den offenen Kanal 20a des Kolbens 20 strömen. Die in der Kamer 15b
enthaltene Flüssigkeit wurde bei dem voraufgegangenen Saughub des Schubkolbens
29
durch den Kanal 15a am Boden des Pumpenzylinders 15 in die Kammer
15b eingesaugt. Nach Passieren des Kanals 20a strömt die Flüssigkeit 14 durch
die Leitung 25 und den Anschlußstutzen 45 in eine Leitung 47. Der Anschlußstutzen
45 ist in die Kolbenführung 28 eingesetzt. Die Zylinderwandung
30 weist einen Schlitz 30a auf, so daß der Anschlußstutzen 45, der durch
den Schlitz 30a hindurchreicht, mit dem Kolbenführungsteil 28 hin- und herbewegt
werden kann.
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Die Dosierpumpe 12 ist über die biegsame Leitung 47 mit dem Anschlußstutzen
45 verbunden. Die Dosierpumpe 12 umfaßt ein Pumpengehäuse 50 mit zwei durch
eine Trennmembran gebildeten Pumpenkammern 51 und 52. Die Trennmembran
wird dabei zunächst gegen die eine Wandung und dann gegen die andere Wandung des
Gehäuses 50 bewegt und fördert dadurch mit jeder Bewegung ein bestimmtes
Flüssigkeitsvolumen, das dem Volumen einer Pumpenkammer entspricht. Die bewegliche
Zwischenwandung kann aus einer Trennvorrichtung wie z. B. einer einfachen elastischen
Membran oder auch aus einem Paar Membranen 53 und 54 bestehen, die voneinander
durch eine ringförinige Halterung 55 getrennt sind, die zwischen den beiden
Membranen eine Kammer zur Aufnahme eines beliebigen Volumens Flüssigkeit
56 aus einem Behälter 57 bildet. Diese Anordnung gestattet die Bemessung
der von der Dosierpumpe 12 zu dosierenden Flüssigkeitsmenge. Die Flüssigkeit
56 in dem Behälter 57 steht über einen Kanal 55a mit der Kammer
58 zwischen den mit Abstand angeordneten Membranen 53 und 54 in Verbindung.
Zur Veränderung des Flüssigkeitsvolumens 56 im Behälter 57 und gleichzeitig
in der Kammer 58 zwischen den elastischen Membranen ist ein Tauchkolben
60 vorgesehen, der in den Behälter 57
hinein- oder aus diesem herausbewegt
werden kann. Auf dem Ende des Tauchkolbens 60 liegt innerhalb des Behälters
57 eine elastische Membran 61 auf, die das Hindurchtreten von Flüssigkeit
56 entlang der Seitenwandung des Tauchkolbens 60 verhindert. Die Stellung
bzw. Einstellung des Tauchkolbens 60 wird vermittels der Verstellschraube
62 geregelt. Bei Bewegung des Tauchkolbens 60 nach links entsprechend
der Zeichnung, wird das Flüssigkeitsvolumen im Behälter 57 vermindert, während
gleichzeitig das Flüssigkeitsvolumen zwischen den beiden Meinbranen 53 und
54 entsprechend vergrößert wird. Eine Bewegung des Tauchkolbens 60 in umgekehrter
Richtung führt zu einer Verminderung des Flüssigkeitsvolumens in der Kammer
58 zwischen den elastischen Membranen 53 und 54 und zu einer Vergrößerung
des Flüssigkeitsvolumens im Behälter 57 bei gleichzeitiger proportionaler
Vergrößerung des Volumens bzw. der Kapazität der Pumpenkammern
51
und 52. In der Zeichnung sind die Pumpenkammern
51
und 52 mit kugelförmigen Wandungen dargestellt, jedoch können sie natürlich
auch in anderer Form ausgebildet werden.
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Die Flüssigkeit 14 strömt nach Verlassen des Anschlußstutzens 45 der
Druckpumpe 11 durch die biegsame Überströmleitung 47 und das Vierwegeventil
70 sowie durch den Kanal 71 in die Pumpenkammer 51. Bei Eintritt
der Flüssigkeit 14 in die Kammer 51 verdrängt sie die Flüssigkeit 14 aus
der vorher gefüllten Pumpenkammer 52 durch den Kanal oder die Rohrleitung
72 und einen anderen Durchlaß des Ventils 70 in die Ablaufleitung
73. Diese Ablauf- bzw. Förderleitung 73 fördert die Flüssigkeit 14
an ihren Bestimmungsort. Wenn die Flüssigkeit 14 z. B. ein chemisches Reagens darstellt,
kann die Förderleitung 73 so eingerichtet sein, daß beispielsweise ein mengengenaues
Reagensvolumen in die Meßzelle eines kolorimetrischen Analysengerätes dosiert wird.
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Zwecks Einleitung eines neuen Arbeitsspiels öffnet das Ventil V die
Abblase- oder Entleerungsleitung 41. Da die obere Fläche des Schubkolbens
29 unbelastet ist, hebt die Rückführfeder 31 den Druckkolben 20 dann
nach oben, wodurch die Flüssigkeit 14 aus dem Behälter 10 durch das Fußventil
15a, 16, 17
in die Pumpenkammer 15b innerhalb des Zylinders
15
eingesaugt wird. Auf diese Weise wird die Druckpumpe 11 für das nächste Arbeitsspiel
gefüllt. Die Druckpumpe 11 kann als Speicher angesehen werden, da das innerhalb
der Pumpenkammer 15b enthaltene Chemikalien- oder Flüssigkeitsvolumen mehrere
Male, z. B. etwa zehnmal, größer ist als die zur Füllung einer Pumpenkammer der
Dosierpumpe 12 erforderliche Flüssigkeitsmenge. Primär hat der Druckkolben 20 die
Aufgabe, die Flüssigkeit in der Pumpenkammer 15b während des Betriebes der
Dosierpumpe 12 auf einem konstanten Druck zu halten. Nach Füllen der Pumpenkaminer
15b mit Flüssigkeit 14 wird das Dreiwegeventil V betätigt und läßt entweder
Preßluft oder Wasser mit voreinstellbarem Druck in den Speicherzylinderkopf 34 eintreten,
so daß ein gleichmäßiger Belastungsdruck auf den Druckkolben 20 und auf der Flüssigkeit
14 innerhalb der Kammer 15b sichergestellt ist. Mit der vorbeschriebenen
Anordnung wird ein konstanter Druck ausreichender Größe, wie z. B. etwa 1,4 bis
2,1 kg/cm2, bereitgestellt, um die Dosierpumpe 12 während des Dosier- oder Meßvorganges
zu betätigen.
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Es ergibt sich, daß das Vierwegeventil 70, nachdem die Dosierpumpe
die Flüssigkeit aus einer ihrer Meßkammern 52 gefördert hat, gedreht wird,
um Flüssigkeit durch die Leitung 72 in die Kammer 52
strömen zu lassen.
Gleichlaufend mit dem Füllvorgang der Kammer 52 tritt Flüssigkeit
aus der vorher gefüllten Kammer 51. Wie das Ventil V kann auch das Vierwegeventil
70 von Hand bedient werden oder aber automatisch vermittels einer geeigneten
Regel-oder Zeitschaltvorrichtung 75. Die Ventilregelvorrichtungen
39 und 75 können auch so geschaltet werden, daß sie je nach
der besonderen Anwendung oder dem jeweiligen Analysenverfahren entsprechend einem
voreinstellbaren Zeitplan arbeiten. Die Flüssigkeit 14 wird mittels der Dosierpumpe
12 entsprechend zugemessen.