DE9320875U1 - Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten

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Description

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Keil&Schaafhausen
1 -
PATENTANWÄLTE
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten aus einem Vorratsbehälter, insbesondere als Flaschenaufsatzdispenser bzw. als automatische Dosierpumpe, mit einem Dosierkolben, der in einem Zylinder geführt ist, der' wiederum mit einem Ventilblock verbunden ist, der ein aus einem Einlaß- bzw. Ansaugventil- und einem Auslaßventil bestehendes Ventilsystem aufweist und auf dem Vorratsbehälter aufsetzbar ist.
Derartige Dosiervorrichtungen sind bereits seit vielen Jahren bekannt.Sie dienen der dosierten Entnahme von Flüssigkeitsvolumina aus einem Vorratsbehälter und der Abgabe dieser entnommenen dosierten Teilvolumina in ein Auffanggefäß. Der Dosiervorgang erfolgt dabei durch Bewegen des Dosierkolbens in dem vorzugsweise aus Glas bestehenden Zylinder. Dabei sind unterschiedliche Antriebsmöglichkeiten des Dosierkolbens innerhalb des Glaszylinders bekannt.
In den meisten Fällen wird der' Kolben manuell bewegt (DE-PS 26 47 206). Die manuelle Betätigung des Dosierkolbens kann auch über ein Getriebe mit einem Handrad durchgeführte werden (EP 0 096 088 B1). Es gibt aber auch bereits Dosiervorrichtungen, bei denen der Dosierkolben über einen motorischen Antrieb bewegt wird.
Da die Flüssigkeitsdosierungen auch mit aggressivsten Medien unterschiedlicher Viskosität und Dichte wie z.B. Säuren, Laugen, Chemikalien, Klebstoffe, Reagenzien, Diagnostika, Aromen, Essenzen, Gifte, Farbstoffe etc. durchzuführen sind, ist eine besondere Werkstoffauswahl notwendig, die wegen des recht komplexen Aufbaus der bekannten Dosiervorrichtungen diese nicht nur störanfällig, sondern wegen des erheblichen Verschleißes auch teuer im Unterhalt machen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher bei bequemer und leichter Handhabung und einem kostengünstigen Aufbau der Dosiervorrichtung Dosierergebnisse mit hoher Genauigkeit erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bewegung des Dosierkolbens im Zylinder mittels eines elektromagnetischen Antriebs erfolgt. Aufgrund des damit berührungslosen Antriebs wird ein mechanischer Verschleiß im Antriebssystem vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist an dem Dosierkolben ein Stößel aus magnetisierbarem Material angebracht, der zumindest teilweise innerhalb einer Elektrospule angeordnet ist. Damit läßt sich der Dosierkolben durch Anlegen eines elektromagnetischen Feldes innerhalb des Glaszylinders in Abhängigkeit der angelegten Spannung hin- und herbewegen.
Gemäß einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung besteht der Dosierkolben selbst aus einem magnetisierbaren Material und ist zumindest teilweise innerhalb einer Elektrospule angeordnet. In beiden Fällen kann das magnetisierbare Material erfindungsgemäß Weicheisen oder Ferrit-Keramik sein.
Die Elektrospule kann erfindungsgemäß in einem Spulenhalter angeordnet sein, der mit dem Gehäuse der Dosiervorrichtung verbunden ist. Zweckmäßigerweise kann die Verbindung zwischen Spulenhalter und Gehäuse verstellbar ausgebildet sei. Der Spulenhalter weist dabei in Fortbildung dieser erfindungsgemäßen Merkmale ein Außengewinde und das Gehäuse ein Innengewinde auf.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse über eine lösbare Verbindung fest mit dem Ventilblock verbunden. Der Ventilblock kann dabei eine Ausgestaltung haben, wie sie in der DE-PS 26 47 206 beschrieben ist. 5
Der Dosiervorgang läßt sich besonders gut einstellen und verändern, wenn die Position der Elektrospule und die Länge des magnetisierbaren Stößels erfindungsgemäß so gewählt wird, daß bei Anlegen eines elektrischen Stroms an die Elektrospule das elektromagnetische Feld eine derartige Kraft auf den Stößel aufbringt, daß der Dosierkolben soweit angehoben wird, bis der Stößel in dem elektromagnetischen Feld eine Gleichgewichtslage annimmt. Damit läßt sich durch einfache Änderung des Stromes die Hubbewegung des Dosierkolbens und damit das angesaugte Flüssigkeitsvolumen in einfacher Weise verändern.
Erfindungsgemäß kann aber auch ein Anschlag im Bewegungsweg des Dosierkolbens bzw. des Stößels vorgesehen sein. Damit braucht der elektrische Strom an der Elektrospule nicht besonders geregelt zu werden. Eine Veränderung des Dosiervolumens läßt sich bei dieser Ausführung erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß der Anschlag im Gehäuse in Bewegungsrichtung des Dosierkolbens bzw. des Stößels verstellbar angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der der Dosierkolben selbst aus einem magnetisierbaren Material besteht, stützt sich der Dosierkolben vorteilhafterweise über eine Druckfeder an dem Zylinder ab.
In beiden Ausführungsbeispielen kann aufgrund des außerordentlich einfachen Aufbaus der Dosiervorrichtung die Werkstoffauswahl so geschehen, daß eine hohe Resistenz gegen chemische Einflüsse des Dosiermittels erreicht wird. Dies gillt sowohl für Dosiervorrichtungen, die als automatische
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Flaschenaufsatzdispenser als auch als automatische Dosierpum pen mit Schlauchanschluß ausgebildet sind.
Um in die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung ein Meßsystem für die Dosiermenge integrieren zu können, ist in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß die in der Elektrospule induzierte Spannung durch eine nachgeschaltete Elektronik, z. B. einen Brückengleichrichter mit nachgeschalteter Glättung, zum Anzeigen des angesaugten Flüssigkeitsvolumens aufbereitet wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als Stromversorgung für den Aufbau des Magnetfeldes in der Elektrospule ein externes Netzgerät, einen eingebauten Akku und/oder eine eingebaute Batterie vorzusehen.
Schließlich kann durch das erfindungsgemäße Anbringen einer Skala am Gehäuse und eines Zeigers am Halter für die Elektrospule die Möglichkeit geschaffen werden, das gewünschte Flüssigkeitsvolumen voreinzustellen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung! Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht auf eine als Flaschenaufsatzdispenser ausgebildete erfindungsgemäße Dosiervorrichtung,
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Fig. 2. eine Ansicht auf die in Fig. 1 gezeigte Dosiervor richtung mit abgenommenem Gehäuse,
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Dosiervorrichtung,
Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dosiervor 0 richtung und
Fig. 5 in schematischer Darstellung ein Meßsystem für die Dosiermenge zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung.
Die Dosiervorrichtung 1 für Flüssigkeiten besteht im wesentlichen aus einem Dosierkolben 2 und einem Glaszylinder 3, an dem ein Ventilblock 4 mit einem nicht dargestellten integrierten Ventilsystem angebracht ist. Das Ventilsysstem kann den gleichen Aufbau wie das in der DE-PS 26 47 206 beschriebene Dosiergerät haben. Dieses weist ein Einlaß- oder Ansaugventil und ein Auslaßventil auf, bei denen es sich um Kugelventile handelt, die achsparallel im Ventilblock nebeneinanderliegende und durch einen schräg abwärtsgerichteten Kanal miteinander verbunden und schwerkraftbeaufschlagt sind.
In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem Dosierkolben 2 ein Stößel 5 aus magnetisierbarer!! Material, z.B. Weicheisen oder Ferrit-Keramik angebracht. Der Dosierkolben 2 kann ein geschliffener Glaskolben oder ein Kolben mit einer PTFE-Ummantelung sein, wie er in dem EP 0 075 670 B1 beschrieben ist.
Die Bewegung des Dosierkolbens 2 im Glaszylinder 3 erfolgt mittels eines elektromagnetischen Antriebs 6. Hierfür ist im
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Gehäuse 7 der Dosiervorrichtung 1 eine Elektrospule 8 vorgesehen, in der der magnetisierbare Stößel 5 zumindest teilweise angeordnet ist. Die Elektrospule 8 wird von einem Spulenhalter 9 gehalten, der mit dem Gehäuse 7 verstellbar verbunden ist. Hierfür weist der Spulenhalter 9 ein Außengewinde 10 und das Gehäuse 7 ein Innengewinde 11 auf. Die Verstellung kann aber auch durch reines Verschieben des Spulenhalters 9 im Gehäuse 7 erfolgen, wobei der Spulenhalter 9 in der gewünschten Position gegenüber dem Gehäuse 7 arretiert wird. 10
Zwischen dem Gehäuse 7 und dem Spulenhalter 9 kann auch eine starre Verbindung bestehen. Das Gehäuse 7 ist über eine lösbare Verbindung 12 mit dem Ventilblock 4 fest verbunden.
Die Position der Elektrospule 8 und die Länge des Stößels 5 wird so gewählt, daß bei Anlegen eines elektrischen Stroms an die Elektrospule 8 durch das dadurch entstehende elektromagnetische Feld eine Kraft auf den Stößel 5 aufgebracht wird, die den Dosierkolben 2 soweit anhebt, bis der Stößel 5 in dem elektromagnetischen Feld eine Gleichgewichtslage annimmt. Durch das Anheben des Dosierkolbens 2 im Glaszylinder 3 wird eine bestimmte Flüssigkeitsmenge aus einem Vorratsbehälter angesaugt, der in Fig. 1 eine Flasche 13 mit Gewindehals ist. Der Vorratsbehälter kann aber auch ein Kanister, ein Faß oder ein Gebinde etc. sein. Durch Unterbrechen des elektrischen Stroms wirkt auf den Stößel 5 keine Kraft mehr und der Dosierkolben 2 senkt sich durch sein Eigengewicht und stößt dabei die im Glaszylinder 3 befindliche Flüssigkeit durch den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausgießer 14 am Ventilblock 4, in einen nicht dargestellten Auffangbehälter.
Die Flüssigkeitsmenge, die dosiert werden soll, kann auch dadurch eingestellt werden, daß der mit dem Dosierkolben 2 verbundene Stößel 5 beim Ansaugen gegen einen Anschlag 15 fährt, der den Weg des Dosierkolbens 2 begrenzt. Der Anschlag
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15 kann entweder fest oder verstellbar in dem Gehäuse 7 angeordnet sein. Der Anschlag 15 kann Bestandteil des Verschlusses 16 des Gehäuses 7 sein. Der Verschluß 16 kann, wie insbesondere Fig. 1 zeigt, in die obere Öffnung 17 des Gehäuses 7 eingeschraubt werden.
- Die Funktion des Stößels 5 kann aber auch der Dosierkolben 2 selbst übernehmen, wie dies aus dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich ist. Zum besseren Verständnis haben gleiche Bauteile der Ausführungsbeispiele gleiche Bezugszeichen.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Dosiervorrichtung 1 ist die Elektrospule 8 um den Glaszylinder 3 herum auf dem Ventilblock 4 angeordnet. Der in dem Glaszylinder 3 geführte magnetisierbare Dosierkolben 2 stützt sich über eine Druckfeder 18 am Boden 19 des Verschlusses 16 und am oberen Rand des Glaszylinders 3 ab. Der Verschluß 16 ist in das Gehäuse 7 von oben eingeschraubt, während das Gehäuse 7 wieder lösbar mit dem Ventilblock 4 verbunden ist.
Die Elektrospule 8 ist so ausgebildet, daß beim Anlegen eines elektrischen Stromes an die Elektrospule der magnetisierbare Dosierkolben 2 gegen die Kraft der Feder 18 in den Glaszylinder 3 bis in eine kräftemäßige Gleichgewichtslage gezogen wird. Wird der Strom abgeschaltet, drückt die Druckfeder 18 den Dosierkolben 2 nach oben gegen den Anschlag 15 aus dem Glaszylinder 3 und drückt dabei die sich in dem Zylinder befindliche Flüssigkeit durch das nicht dargestellte Auslaßventil im Ventilblock 4 und den Ausgießer 14 nach außen in einen Auffangbehälter.
Die besondere Anordnung einer Elektrospule 8 um den Dosierkolben 2 bzw. den Stößel 5 ermöglicht die Anordnung eines
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Meßsystems für die Dosiermenge in der Dosiervorrichtung 1 . Das Meßsystem 20 ist in Fig 5 schematisch veranschaulicht.
Das Meßsystem 20 besteht im wesentlichen aus einem weiteren ( Spulenpaar 21 , 22, das auf die Elektrospule 8 aufgebracht wird. Dabei wird die eine Spule 21 mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Durch das Eintauchen des Stößels 5 in das Spulenpaar 21, 22 wird eine magnetische Kopplung zwischen den Spulen 21 und 22 hergestellt. Der Kopplungsgrad hängt dabei von der Position des Stößels 5 relativ zu den Spulen 21 und 22 ab und bestimmt dadurch die Größe der in der Spule 22 induzierten Spannung.
Die Größe der in der Spule 22 induzierten Spannung ist damit ein Maß für die Position des Stößels 5 in dem Glaszylinder 3.
Da der Stößel 5 fest mit dem Dosierkolben 2 verbunden ist, ist die in der Spule 22 induzierte Spannung ein Maß für das angesaugte Volumen. Um das angesaugte Volumen anzeigen zu können, läßt sich die Spannung durch eine nicht dargestellte nachgeschaltete Elektronik, z. B. einen Brückengleichrichter mit nachgeschalteter Glättung, aufbereiten.
Damit kann die Dosiervorrichtung 1 auch in rechnergesteuerten Dosiersystemen verwendet werden. Trotz allem ist der Aufbau der Dosiervorrichtung derart einfach, daß sich das ebenso wie der Spulenhalter 9 aus PVC oder PTFE gefertigte Gehäuse 7 mit relativ einfachen Handgriffen zerlegen läßt, so daß das Zylinder-/Kolbensystem gereinigt und ggfIs. sterilisiert werden kann. Das Gehäuse ist dabei so konstruiert, daß bei einer Demontage und anschließenden Montage das voreingestellte Volumen erhalten bleibt.
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Bezugszeichenliste:
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1 Dosiervorrichtung
2 Dosierkolben
3 Glaszylinder
4 Ventilblock
5 Stößel
6 elektromagnetischer Antrieb
7 Gehäuse
8 Elektrospule
9 Spulenhalter
10 Außengewinde
11 Innengewinde
12 lösbare Verbindung
13 Vorratsbehälter (Flasche)
14 Ausgießer
15 Anschlag
16 Verschluß
17 Öffnung
18 Druckfeder
19 Boden
20 Meßsystem
21 Spule
22 Spule

Claims (16)

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    Schutzansprüche:
    1 . Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten aus einem Vorratsbehälter, mit einem Dosierkolben, der in einem Zylinder geführt ist, der wiederum mit einem Ventilblock verbunden ist, der ein - aus einem Einlaß-, bzw. Ansaugventil und einem Auslaßventil bestehendes Ventilsystem aufweist und auf den Vorrätsbehälter aufsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Dosierkolbens (2) im Zylinder (3) mittels eines elektromagnetischen Antriebs (6) erfolgt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dosierkolben (2) ein Stößel (5) aus magnetisierbarem Material angebracht ist, der zumindest teilweise innerhalb einer Elektrospule (8) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (2) aus magnetisierbarem Material besteht und zumindest teilweise innerhalb einer Elektrospule (8) angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Material Weicheisen oder Ferrit-Keramik ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrospule (8) in einem Spulenhalter (9) angeordnet ist, der mit dem Gehäuse (7) der Dosiervorrichtung (1) verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Spulenhalter (9) und Gehäuse (7) verstellbar ist.
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  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenhalter (9) ein Außengewinde (10) und das Gehäuse (7) ein Innengewinde (11) aufweisen.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) über eine lösbare Verbindung (12) mit dem Ventilblock (4) verbunden ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Elektrospule (8) und die Länge des magnetisierbaren Stößels (5) so gewählt sind, daß bei Anlegen eines elektrischen Stromes an die Elektrospule (8) das elektromagnetische Feld eine derartige Kraft auf den Stößel (5) aufbringt, daß der Dosierkolben (2) so weit angehoben wird, bis der Stößel (5) im elektromagnetischen Feld eine Gleichgewichtslage annimmt.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsweg des Dosierkolbens (2) bzw. des Stößels (5) ein Anschlag (15) vorgesehen ist.
  11. 1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (15) im Gehäuse (7) in Bewegungsrichtung des Dosierkolbens (2) bzw. Stößels (5) verstellbar angeordnet ist. 25
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (2) sich über eine Druckfeder (18) einerseits am Boden (19) des Verschlusses (16) und andererseits am Zylinder (2) abstützt.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Elektrospule (8) ein weiteres Spulenpaar (21, 22) aufgebracht ist, deren eine Spule (21 ) mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist, und daß durch das Eintauchen des fest mit dem Dosierkolben (2) verbundenen
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    patentanwälte
    magnetisierbaren Stößels (5) in dieses Spulenpaar (21, 22) eine magnetische Kopplung zwischen den Spulen (21) und (22) hergestellt wird.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Elektrospule (8) induzierte Spannung durch eine nachgeschaltete Elektronik, z.B. einen Brückengleichrichter mit nachgeschalteter Glättung, zum Anzeigen des angesaugten Flüssigkeitsvolumens aufbereitet wird.
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  15. 15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung für den Aufbau des Magnetfeldes in der Elektrospule (8) mittels eines externen Netzgerätes, eines eingebauten Akkus und/oder einer eingebauten Batterie erfolgt.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (7) eine Skala und am Spulenhalter (9) ein Zeiger für die Elektrospule (8) angeordnet sind.
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