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Die Neuerung betrifft eine Labor-Dosiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
US 4 953 643 A ist eine Dosiervorrichtung bekannt, die zwei Förderrohre für eine grobe, schnelle und für eine feine, langsamere Dosierung aufweist, welche in Vibration versetzt werden können, um die Bewegung des Materials in dem jeweiligen Förderrohr zu bewirken. Auch aus der
US 2009 / 0 294 469 A1 ist eine Dosiervorrichtung bekannt, bei der ein einziges Förderrohr in Vibration versetzt werden kann. Zunächst wird mit einer hohen Förderrate dosiert. Nach Erreichen einer bestimmten Dosiermenge wird die Förderrate reduziert, um die Dosierung einer vorbestimmten Dosis präzise einhalten zu können.
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Aus der
DE 20 2013 009 167 U1 ist eine Dosiervorrichtung bekannt, bei der das Förderrohr als Quetschschlauch ausgestaltet ist. Mittels einer Abquetschvorrichtung kann der Materialdurchsatz durch den Quetschschlauch wahlweise freigegeben oder unterbunden werden.
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Aus der
DE 10 2006 034 115 A1 ist eine Dosiervorrichtung für Pulver bekannt, bei der wenigstens ein Teil eines Vorratsgefäßes mittels eines Vibrationserregers in Schwingungen versetzt werden kann: So soll ein gleichmäßiger Pulverausfluss erzielt und die Bildung von Feststoffbrücken vermieden werden. Eine mechanische Verschlussvorrichtung - beispielsweise in Form eines konischen Verschlussstopfens - kann vorgesehen sein, um ein weiteres Ausfließen des Pulvers nach der gewünschten Beendigung des Dosiervorgangs zu verhindern.
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Aus der
US 6 121 556 A ist eine Wägevorrichtung zum schnellen und genauen Wiegen von granularem Material bekannt, die insbesondere zum Dosieren von Schießpulver bestimmt, aber nicht auf diese Anwendung beschränkt ist. Ein volumetrisches Pulvermessgerät wird verwendet, um gleichzeitig eine zuvor gewogene Charge von körnigem Material in ihren endgültigen Behälter, in der Regel eine Patronenhülse, abzugeben, während gleichzeitig eine volumetrisch gemessene Ausgangscharge von Material auf eine Waage abgegeben wird. Das Pulvermessgerät kann als eine Drehtrommel oder ein verschiebbarer Balken handeln. Die Ausgangscharge liegt nahe am, aber unter dem gewünschten Endgewicht. Mit einem als Dribbler bezeichneten Feindosiergerät wird der Ausgangscharge zusätzliches körniges Material zugegeben, bis die Waage anzeigt, dass das gewünschte Gewicht erreicht ist. Die Waage kann als Balkenwaage mit magnetischer Dämpfungsvorrichtung oder als elektronische Waage ausgestaltet sein, und das Feindosiergerät kann als ein beliebiger elektronischer oder mechanischer Dribbler ausgestaltet sein.
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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dosiervorrichtung dahingehend zu verbessern, dass eine sehr präzise Dosierung sichergestellt und innerhalb kurzer Zeit durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Labor-Dosiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, die Dosierung in zwei unterschiedlichen Schritten zu ermöglichen: Einerseits wird ein Großteil der zu dosierenden Menge in Form einer Schnelldosierung aus dem Vorratsbehälter abgegeben. Vor Erreichen der gesamten Dosis wird diese Schnelldosierung beendet, und anschließend wird in Form einer Feindosierung die Restmenge aus dem Vorratsbehälter dosiert, bis präzise die gewünschte Dosis erreicht ist.
Die Dosiervorrichtung nutzt hierzu einen mit einem Rüttler beaufschlagten Führungsabschnitt als so genanntes Feindosierrohr für die erwähnte Feindosierung. Das Feindosierrohr verläuft dabei um eine Biegung, die für einen selbsttätigenden Verschluss des Feindosierrohrs sorgt, sobald der Rüttler nicht aktiviert ist: In Abhängigkeit von dem jeweiligen Dosiergut ist einerseits der freie, vom Dosiergut durchströmbare Innenquerschnitt des Dosierrohrs bemessen, und zweitens ist die Krümmung der Biegung hinsichtlich ihres Winkels und ihres Biegeradius so ausgestaltet, dass ein unkontrolliertes, selbsttätigendes Ausströmen des Dosierguts aus dem Feindosierrohr zuverlässig verhindert ist. Lediglich wenn durch den Rüttler das Feindosierrohr und damit das darin befindliche Dosiergut in Schwingungen versetzt wird, gerät das Dosiergut innerhalb des Feindosierrohrs in eine Bewegung, die dazu führt, dass das Dosiergut innerhalb des Feindosierrohrs in Fluss gerät und aus dem Feindosierrohr herausströmt. Es wird also quasi ein thixotropes Verhalten des Dosierguts erreicht, so dass das Dosiergut nur dann durch das Feindosierrohr strömt, wenn der Rüttler in Betrieb ist.
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Mittels einer elektronischen Steuerung wird der Rüttler angesteuert, so dass, je nach Ausgestaltung des Rüttlers, die Frequenz und die Amplitude der vom Rüttler erzeugten Schwingungen beeinflusst werden kann. Insbesondere kann mittels der elektronischen Steuerung der Rüttler ein- und ausgeschaltet werden, wobei die Einschaltdauer Bruchteile von Sekunden betragen kann oder auch mehrere Sekunden. Dementsprechend feinfühlig kann das Fließverhalten des Dosierguts im Feindosierrohr beeinflusst werden und eine dementsprechend feine, bis hin zur korngenauen Dosierung des Dosierguts ermöglicht werden, wenn es sich bei dem Dosiergut um partikuläres Dosiergut handelt, also um ein in Form einzelner Partikel vorliegendes Dosiergut, welches je nach Partikelgröße als Pulver oder Granulat bezeichnet werden kann. In praktischen Versuchen hat sich beispielsweise herausgestellt, dass Schmelzmittel, wie es für die Röntgenfluoreszenzanalyse zur Herstellung der Probe verwendet wird, in Form von so genanntem Glaspulver hervorragend mit der vorschlagsgemäßen Dosiervorrichtung hochpräzise, nämlich tatsächlich korngenau, dosiert werden kann. Die einzelnen Körner liegen dabei in Form von Glaskügelchen vor, die dem Dosiergut ein nahezu wasserartiges Fließverhalten vermitteln.
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Die Dosierung kann innerhalb einer möglichst kurzen Zeit dadurch bewirkt werden, dass ein Großteil der Dosis in Form der erwähnten Schnelldosierung entnommen wird. Dabei gelangt Dosiergut aus dem Vorratsbehälter durch ein so genanntes Schnelldosierrohr, also durch einen zweiten Führungsabschnitt, der im Unterschied zu dem Feindosierrohr einen biegungsärmeren Verlauf aufweist, beispielsweise vorteilhaft geradlinig verlaufen kann, und/oder der im Unterschied zum Feindosierrohr einen größeren Innenquerschnitt aufweist und somit einen größeren Volumenstrom innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ermöglicht. Das Schnelldosierrohr weist einen Verschluss auf, der die rechtzeitige Unterbrechung der Dosierung ermöglicht, bevor die volle Dosis durch das Schnelldosierrohr geströmt ist. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die elektronische Steuerung, die auch zur Ansteuerung des Rüttlers vorgesehen ist, den Verschluss des Schnelldosierrohrs ansteuert. Da diese elektronische Steuerung ohnehin mit einer Waage verbunden ist, welche das Gewicht der bereits dosierten Menge erfasst, kann mittels dieser elektronischen Steuerung automatisch und rechtzeitig von der Schnelldosierung auf die Feindosierung umgeschaltet werden und die entsprechende Ansteuerung des Verschlusses bzw. des Rüttlers vollautomatisch durchgeführt werden.
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Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Waage nicht integraler Bestandteil der vorschlagsgemäßen Labor-Dosiervorrichtung ist, sondern dass vielmehr eine externe Waage an die Steuerung der Dosiervorrichtung angeschlossen werden kann. Im betrieblichen Alltag ermöglicht dies, dass praktisch beliebige Laborwaagen verwendet werden können, die in praxisüblicher Weise zur Ausgabe elektronischer Signale ausgestaltet sind. Wenn in einem Betrieb oder in einem Labor Waagen eines bestimmten Herstellers bevorzugt werden, kann auch für die Verwendung mit der vorschlagsgemäßen Dosiervorrichtung eine Waage desselben Herstellers verwendet werden, so dass Anschaffung und Instandhaltung der in diesem Unternehmen verwendeten Waagen vereinfacht werden im Vergleich zur Betreuung von Waagen unterschiedlicher Hersteller.
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Vorteilhaft können die Auslässe des Feindosierrohrs und des Schnelldosierrohrs so nahe benachbart angeordnet sein, dass das aus diesen beiden Führungsabschnitten abgegebene Dosiergut in dasselbe Aufnahmegefäß abgegeben werden kann. Auf diese Weise kann für die Dosierung Zeit eingespart werden, da das Aufnahmegefäß nicht von der Schnelldosierung zu der Feindosierung verlagert zu werden braucht.
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Vorteilhaft kann der bereits erwähnte Verschluss des Schnelldosierrohrs dadurch verwirklicht werden, dass das Schnelldosierrohr einen flexiblen Schlauchabschnitt aufweist, dem eine Verschlussklemme von außen anliegt. Diese Verschlussklemme kann einerseits eine Verschlussstellung einnehmen, in welcher sie den Schlauchabschnitt zusammendrückt und somit den ansonsten freien und durchlässigen Innenquerschnitt blockiert. Aus der Verschlussstellung kann die Verschlussklemme in eine Offenstellung bewegt werden, in welcher sie den Innenquerschnitt des Schlauchabschnitts freigibt. Aufgrund der Rückstellkräfte des elastischen, flexiblen Schlauchabschnitts öffnet sich dieser Schlauchabschnitt automatisch, sobald die Verschlussklemme in ihre Offenstellung bewegt wird, so dass nun Dosiergut durch das Schnelldosierrohr und insbesondere durch den erwähnten Schlauchabschnitt strömen kann.
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Der als vorteilhaft angesehene Verschluss für das Schnelldosierrohr ermöglicht eine besonders betriebssichere und auch besonders hygienische Ausgestaltung der Dosiervorrichtung: Es sind keinerlei Schieber, Förderschnecken oder ähnliche Einbauelemente in den Führungsabschnitten erforderlich. Das Förderorgan des Feindosierrohrs besteht in dem Rüttler, der von außen auf das Feindosierrohr einwirkt. Durch das Schnelldosierrohr strömt das Dosiergut automatisch aufgrund der Schwerkraft. Der Verschluss des Schnelldosierrohrs erfolgt mittels der Verschlussklemme ausschließlich von außen. Die beiden Dosierrohre können also frei von Vorsprüngen ausgestaltet werden, die sich ins Innere der Dosierrohre erstrecken und an denen Dosiergut sich anlagern könnte. Dies ist nicht nur in hygienischer Hinsicht vorteilhaft, sondern unterstützt auch eine hochpräzise Dosierung, da beispielsweise keine Reste sich unvermittelt lösen und die gewünschte Dosierung beeinflussen können.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Schnelldosierrohr nicht nur einen separaten Schlauchabschnitt aufweist, um den Verschluss zu ermöglichen, sondern dass dieses Schnelldosierrohr insgesamt als flexibler Schlauch ausgestaltet ist. Auf diese Weise können Übergangsstücke und damit verbundene Unregelmäßigkeiten an der Innenseite des Schnelldosierrohrs vermieden werden.
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Vorteilhaft kann der Vorratsbehälter und die beiden daran angeschlossenen Dosierrohre um eine liegende Achse geschwenkt werden. Die übliche Betriebsstellung kann darin bestehen, dass der Vorratsbehälter an seinem unteren Ende eine Auslassöffnung aufweist, an welche die beiden Dosierrohre anschließen. Wenn der Vorratsbehälter ausgewechselt werden soll, beispielsweise gegen einen neuen, gefüllten Vorratsbehälter, kann aufgrund der schwenkbaren Lagerung der Vorratsbehälter mitsamt der beiden daran angeschlossenen Dosierrohre um die liegende Achse in eine so genannte Wechselstellung geschwenkt werden. In dieser Wechselstellung weist folglich die Auslassöffnung des Vorratsbehälters nach oben. Sollte der Vorratsbehälter nicht vollständig geleert sein, wird in dieser Wechselstellung sichergestellt, dass verbliebenes Dosiergut im Vorratsbehälter verbleibt und nicht unkontrolliert und unerwünscht aus dem Vorratsbehälter herausströmt, sobald dieser von den beiden Dosierrohren abgenommen wird. Umgekehrt kann ein frischer, vollständig gefüllter Vorratsbehälter problemlos an die beiden Dosierrohre angesetzt werden, wenn diese sich in der Wechselstellung befinden, da die Auslassöffnung des neuen Vorratsbehälters in dieser Wechselstellung nach oben gerichtet ist. Erst nach der erfolgten Ankopplung des Vorratsbehälters an die übrige Dosiervorrichtung, insbesondere an die beiden Dosierrohre, wird der Vorratsbehälter nun mitsamt den Dosierrohren aus der Wechselstellung wieder zurück in die übliche Betriebsstellung geschwenkt, in welche die Auslassöffnung des Vorratsbehälters nach unten weist und ein automatischer, durch Schwerkraft unterstützter Auslauf des Dosierguts aus dem Vorratsbehälter ermöglicht ist.
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Der automatische Verschluss des Feindosierrohrs durch das Dosiergut selbst kann in vielen Fällen, je nach dem verwendeten Dosiergut, dadurch ermöglicht werden, dass die Biegung des Feindosierrohrs einen Winkel von wenigstens 70° beschreibt. In der Praxis hat eine Biegung von 90° zu hervorragenden Ergebnissen geführt, da einerseits ein sicherer Verschluss des Feindosierrohres bewirkt werden konnte und andererseits nach Einschalten des Rüttlers das Dosiergut unverzüglich aus dem Feindosierrohr ausströmte. Je nach dem zu verwendenden Dosiergut und je nach dem Innenquerschnitt des Feindosierrohrs, beispielsweise dem inneren Durchmesser eines kreisrunden Dosierrohrs, kann vorgesehen sein, dass die Biegung des Feindosierrohrs 90° oder mehr beschreibt, beispielsweise ggf. sogar einen siphonartigen Verlauf nimmt mit einem Winkel von etwa 180°.
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Auch der Biegeradius des Feindosierrohrs im Bereich seiner Biegung ist ein Parameter, mittels welchem die gewünschte Verschlusswirkung beeinflusst werden kann. Beispielsweise unterstützt ein geringerer Biegeradius diese Verschlusswirkung stärker als ein größerer Biegeradius bei ansonsten gleichen Parametern der Biegung.
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Schließlich beeinflusst auch die Oberflächenbeschaffenheit auf der Innenseite des Feindosierrohrs das Fließverhalten des Dosierguts in der Biegung, beispielsweise aufgrund des Werkstoffs wie z. B. Glas oder Kunststoff, aus dem das Feindosierrohr besteht.
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Durch die vier erwähnten Parameter der Biegung, nämlich deren Winkel, deren Biegeradius, der Querschnittsgeometrie des Feindosierrohrs in der Biegung, und des verwendeten Werkstoffs, kann das Feindosierrohr optimal auf das jeweils zu verwendende Dosiergut abgestimmt werden. Da gebogene Rohrleitungen in unterschiedlichen Ausgestaltungen handelsüblich sind, kann durch einfache Versuche das geeignete Rohr bestimmt werden, welches als Feindosierrohr verwendet werden kann.
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Wenn in der Praxis häufig die Anforderung besteht, unterschiedliche Materialien zu dosieren, kann die vorschlagsgemäße Dosiervorrichtung vorteilhaft erweitert werden, wobei wirtschaftlich vorteilhaft dieselbe Waage und dieselbe elektronische Steuerung beibehalten werden kann. Lediglich die Vorratsbehälter und die damit jeweils verbundenen Fein- und Schnelldosierrohre werden in entsprechend größerer Anzahl bereitgestellt, so dass die Dosiervorrichtung zwei und ggf. noch mehr Vorratsbehälter aufweist, die jeweils mit unterschiedlichem Dosiergut gefüllt sind. Wenn die Vorratsbehälter in einer Art Karussell angeordnet sind, kann der jeweils gewünschte Vorratsbehälter über die jeweils gewünschte Abgabestelle geschwenkt werden, so dass anschließend das betreffende Dosiergut auf die Waage gelangt. Dadurch, dass den jeweiligen Vorratsbehältern auch stets die jeweiligen Dosierrohre zugeordnet sind, werden Verunreinigungen in Form unerwünschter Vermischungen der unterschiedlichen Dosiergüter vermieden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht auf eine vorschlagsgemäße Labor-Dosiervorrichtung in ihrer Betriebsstellung,
- 2 eine Ansicht auf einen Ausschnitt der Dosiervorrichtung aus einem anderen Blickwinkel, und
- 3 eine Ansicht auf die Dosiervorrichtung in ihrer Wechselstellung.
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In den Zeichnungen ist mit 1 insgesamt eine Labor-Dosiervorrichtung bezeichnet. Die Dosiervorrichtung 1 nimmt einen Vorratsbehälter 2 auf, der teilweise mit einem Dosiergut 3 in Form von so genanntem Glaspulver gefüllt ist, also mit einer Vielzahl kleiner Glaskügelchen.
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Der Vorratsbehälter 2 weist eine Auslassöffnung 4 auf, an welche zwei Führungsabschnitte für das Dosiergut 3 anschließen: In 1 ist rechts ein Feindosierrohr 5 dargestellt, welches vom Vorratsbehälter 2 nach unten verläuft und dann eine Biegung 6 in einem Winkel von 90° in die Horizontale beschreibt und von dort bis zu einem Auslass 7 verläuft. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, verläuft das Feindosierrohr 5 in seinem horizontalen Abschnitt durch einen Führungsblock 8, der auf einem Rüttler 9 aufliegt. Der senkrechte Abschnitt des Feindosierrohrs 5, der sich an die Auslassöffnung 4 des Vorratsbehälters 2 anschließt sowie der Bereich der Biegung 6 des Feindosierrohrs 5 sind mit Dosiergut 3 gefüllt, während in dem horizontalen Abschnitt des Feindosierrohrs 5 das Dosiergut 3 nur über eine gewisse Länge des horizontalen Abschnitts vorliegt, so dass zwischen dem Führungsblock 8 und dem Auslass 7 das Feindosierrohr 5 frei von Dosiergut 3 ist.
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Neben dem Feindosierrohr 5 schließt ein Schnelldosierrohr 10 an die Auslassöffnung 4 des Vorratsbehälters 2 an. Das Schnelldosierrohr 10 verläuft mit einer schwachen Biegung von ca. 20° zu einem Auslass 11, wobei es im Bereich seiner Biegung durch eine Verschlussklemme 12 geführt ist, die in den Zeichnungen ihre Verschlussstellung einnimmt. Aus diesem Grund befindet sich in den 1 und 2 Dosiergut 3 im Schnelldosierrohr 10 oberhalb der Verschlussklemme 12, während unterhalb der Verschlussklemme 12 das Schnelldosierrohr 10 frei von Dosiergut 3 ist.
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Die beiden Auslässe 7 und 11 der beiden Dosierrohre enden nah benachbart oberhalb eines Sammeltrichters 14, von dem aus eine Rohrleitung 15 zu einem Abgabekopf 16 verläuft. Der Abgabekopf 16 erstreckt sich in ein Aufnahmegefäß 17, welches auf einer Wiegeplatte 18 einer Waage 19 steht.
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Der dargestellte Aufbau der Dosiervorrichtung 1 ist rein beispielhaft um zu verdeutlichen, dass eine separate Waage 19 nahezu beliebiger Art verwendet werden kann. Um die Transportwege für das Dosiergut 3 innerhalb der Dosiervorrichtung 1 vorteilhaft kurz zu halten, kann die Waage 19 abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer kürzeren Rohrleitung 15 näher an den Auslässen 7 und 11 der beiden Dosierrohre angeordnet sein, oder sie kann sogar auf einem Sockel 20 der Dosiervorrichtung 1 stehen, so dass bei einem entsprechenden Verlauf der Fein- und Schnelldosierrohre 5 und 10 der Sammeltrichter 14 das Dosiergut 3 ggf. unmittelbar in das Aufnahmegefäß 17 abgeben kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Sockel 20 zur Halterung einer elektronischen Steuerung 21, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Notebook-Computer dargestellt ist und auf dem Sockel 20 aufliegt, wobei abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel die elektronische Steuerung 21 auf einer elektronischen Platine verwirklicht sein kann, die im Sockel 20 angeordnet ist. Durch entsprechende Anschlüsse der Labor-Dosiervorrichtung 1 kann eine derartige Steuerung an separate Eingabemittel, wie z. B. Tastatur oder Maus, sowie an separate Ausgabemittel, wie z. B. ein Display, angeschlossen werden, so dass die Bedienung und Beeinflussung der elektronischen Steuerung 21 mittels im Labor ohnehin vorhandener IT-Infrastruktur erfolgen kann und die Dosiervorrichtung 1 möglichst wirtschaftlich ausgestaltet werden kann.
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Der Sockel 20 dient weiterhin dazu, eine Säule 22 zu tragen, an welcher ein Schwenkrahmen 23 um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist. Der Schwenkrahmen trägt den Vorratsbehälter 2 und die Fein- und Schnelldosierrohre 5 und 10 sowie den Führungsblock 8 samt Rüttler 9 sowie die Verschlussklemme 12. In den 1 und 2 befindet sich die Dosiervorrichtung 1 in ihrer Betriebsstellung, in welcher der Vorratsbehälter 2 nach oben aus dem Schwenkrahmen 23 ragt und ihre Auslassöffnung 4 nach unten weist.
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3 zeigt demgegenüber die Dosiervorrichtung 1 in ihrer Wechselstellung, in welcher der Schwenkrahmen 23 um 180° geschwenkt ist. Der Vorratsbehälter 2 hängt nun nach unten aus dem Schwenkrahmen 23 und seine Auslassöffnung 4 weist nach oben. Das untere Ende des Vorratsbehälters 2 befindet sich dabei in einem solchen Abstand oberhalb des Sockels 20, dass der Vorratsbehälter 2 aus einem Anschlussbeschlag 24 herausgeschraubt werden kann, an den einerseits der Vorratsbehälter 2 und andererseits die Fein- und Schnelldosierrohre 5 und 10 anschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Labor-Dosiervorrichtung
- 2
- Vorratsbehälter
- 3
- Dosiergut
- 4
- Auslassöffnung
- 5
- Feindosierrohr
- 6
- Biegung
- 7
- Auslass des Feindosierrohrs
- 8
- Führungsblock
- 9
- Rüttler
- 10
- Schnelldosierrohr
- 11
- Auslass des Schnelldosierrohrs
- 12
- Verschlussklemme
- 14
- Sammeltrichter
- 15
- Rohrleitung
- 16
- Abgabekopf
- 17
- Aufnahmegefäß
- 18
- Wiegeplatte
- 19
- Waage
- 20
- Sockel
- 21
- Elektronische Steuerung
- 22
- Säule
- 23
- Schwenkrahmen
- 24
- Anschlussbeschlag
