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Vorrichtung zum Zumischen einer Flüssigkeitskomponente zu einem Hauptstrom
Die Erfindung betrifft eine Zumischvorrichtung für eine Flüssigkeitskomponente zu
einem Hauptstrom, von dem vor einer Drosselstelle ein Teilstrom abgezweigt und der
ersten Kammer eines Verdrängungsbehälters mit verschiebbarer Trennwand zugeführt
wird, dessen zweite Kammer die zuzusetzende Flüssigkeit enthält.
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Mit derartigen Zumischvorrichtungen kann man sehr hohe Anforderungen
an die Mischgenauigkeit und Mischkonstanz erfüllen, so daß sich diese Vorrichtungen
in der Praxis hervorragend bewährt haben. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß
die Anwendung in bestimmten wichtigen Fällen auf Schwierigkeiten stößt. Ein derartiger
Verdrängungsbehälter kann mit Erfolg nämlich nur in relativ begrenzter Größe hergestellt
und verwendet werden, so daß nach Aufbrauchen einer Füllung notwendigerweise eine
Betriebsunterbrechung eintritt. Dies aber ist insbesondere für Wasseraufbereitungsanlagen
der verschiedensten Art dann unvorteilhaft, wenn laufend einem beträchtlichen Hauptstrom
eine Lösung oder ein Konzentrat od. dgl. zugemischt werden soll und wenn dabei,
was häufig der Fall ist, Betriebsunterbrechungen als unzulässig anzusehen sind.
Eine Vergrößerung des Verdrängungsbehälters ist nur in gewissen Grenzen möglich
und dann außerordentlich kostspielig, wobei das Problem des Dauerbetriebes nicht
gelöst wird.
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Bekannt ist, eine von zwei volumenveränderlichen Arbeitskammern eines
Behälters mit einer Zumischflüssigkeit zu füllen und nach einer mittels eines Durchflußmessers
bestimmten Durchflußmenge des Hauptstroms den Zufluß der Zumischungsflüssigkeit
in der Arbeitskammer abzusperren und die darin befindliche Zumischflüssigkeit durch
Verändern des Arbeitskammervolumens unter dem Druck eines vom Hauptstrom abgezweigten
Teilstroms dem Hauptstrom zuzuführen. Derartige Einrichtungen sind zwar für Dauerbetrieb
geeignet. Die Zumischflüssigkeit wird jedoch nur absatzweise dem Hauptstrom zugeführt,
so daß keine zufriedenstellende Mischung erreicht wird, insbesondere dann, wenn
das Mischverhältnis sehr groß ist. Ein kontinuierliches Zuführen der Zumischflüssigkeit
zum Hauptstrom kann mit derartigen Einrichtungen nicht erreicht werden.
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Bekannt ist auch eine elektrisch gesteuerte Flüssigkeitsmeßvorrichtung
mit zwei getrennten Meßgefäßen. Die Verstellung des die Zu- und Ableitungen der
Meßgefäße kontrollierenden Hahnes erfolgt selbsttätig über Steuerorgane, die beim
Überlaufen eines der beiden Meßgefäße angesprochen werden.
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Derartige Einrichtungen sind nur zum Messen von Flüssigkeitsmengen,
jedoch nicht zum verhältnisgenauen Zumischen einer Flüssigkeitskomponente zu einem
Hauptstrom verwendbar, denn es fehlt jegliche Beziehung der oft schwankenden Durchflußmenge
des Hauptstroms und der gemessenen Flüssigkeit.
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Ferner ist eine Anordnung bekannt zum selbsttätigen Absperren und
Freigeben des Zusatzes abgemessener Mengen von Flüssigkeiten oder Gasen mittels
einer in der Förderleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit vorhandenen Druckdifferenz
mit Hilfe einer die Druckdifferenz überbrückenden Zweigleitung, in die eine Ansaugvorrichtung
eingebracht ist, in deren düsenartiger Verengung eine Bohrung für den Eintritt des
Zusatzmittels vorhanden ist, derart, daß die Eintrittsbohrung mit einer Kammer in
Verbindung steht, in der eine die Zulauföffnung für das Zusatzmittel verschließende
Membran angeordnet ist, die je.nach Vorhandensein oder Abfallen des Unterdrucks
die Zulauföffnungen freigibt oder verschließt. Eine solche Anordnung ist insbesondere
bei niedrigen Leistungen relativ träge, da der Druckunterschied, der die Schaltung
der Membran bewirkt, mit dem Quadrat der Durchflußmenge im Hauptstrom abnimmt. Ferner
leidet die Anordnung an dem schon erwähnten Nachteil, daß nach Erschöpfung der einzigen
für das Zusatzmittel vorgesehenen Vorratskammer eine Betriebsunterbrechung notwendig
ist, die zeitlich erhebliche Ausmaße annehmen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Verdrängungsbehälter
mit verschiebbarer Trennwand arbeitende System auch für Großanlagen und für über
lange Zeit ununterbrochene Zu-
mischung zu verwenden, ohne aber
zu einer Vergrößerung des Verdrängungsbehälters zu greifen, und sie von einer Hilfsenergiequelle
für dieSchaltvorgänge unabhängig zu machen.
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Dies wird dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung zum Zumischen
einer Flüssigkeitskomponente zu einem Hauptstrom, aus dem vor einer Drosselstelle
ein Teilstrom abgezweigt und der ersten Kammer eines Verdrängungsbehälters mit verschiebbarer
Trennwand zugeführt wird, dessen zweite Kammer die dem Hauptstrom zuzuführende Flüssigkeit
enthält, wobei ein zweiter Verdrängungsbehälter gleicher Art und Funktion vorgesehen
ist, der durch mengenabhängig selbsttätiges Umschalten im Wechsel mit dem erstgenannten
Verdrängungsbehälter an das System anschaltbar ist, erfindungsgemäß die zum Betätigen
des Umschaltorgans 12 dienende Schaltarbeit aus der Energie des Hauptstroms entnehmbar
ist. Bei einer weiteren Ausbildung wird die Schaltarbeit einem von der Energie des
Hauptstroms aufgeladenen Energiespeicher entnommen.
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Zweckmäßigerweise ist der Umschalthahn in seiner jeweiligen Schaltstellung
gesperrt, und die Sperrmittel sind z. B. durch die Bewegung der Trennwand des Verdrängungsbehälters
auslösbar.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Ab b. 1 schematisch die Gesamtanlage, A b b. 2 den Deckel des Schaltorgans,
Abt. 3 das Schaltorgan mit betätigenden Bauteilen, A b b. 4 einen Schnitt des Schaltorgans.
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Gemäß der A b b. 1 führt die Hauptstromzuleitung 1 zum bekannten
Dosierventil 2; vom Dosierventil 2 geht die Hauptstromleitung 3 ab. Im Dosierventil
2 erfolgt die Zumischung einer anderen Flüssigkeit zum Hauptstrom. Ferner sind zwei
kleineKessel4 und 5 vorgesehen. Das Innere dieser Kessel ist durch flaschen- oder
sackartige, gegebenenfalls auch andersgeartete Membranen 6 und 7 aus Gummi, gummiertem
Textilstoff od. dgl. in je zwei Kammern 8 und 9 bzw. 10 und 11 geteilt. Die Räume
9 und 10 der Kessel 4 und 5 enthalten zuzumischende Flüssigkeit.
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Die Verbindung zwischen dem Dosierventil 2 und diesen Kesseln erfolgt
über mehrere Leitungen und über einen Umschalthahn, dessen Hauptteil 12 in 1bb.
1 gezeigt ist. Der drehbar auf dem Hauptteil 12 sitzende Deckel 40 ist der Deutlichkeit
halber in A b b. 2 besonders dargestellt.
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Ferner gehören zu der Gesamtanlage ein oder zwei der Übersichtlichkeit
halber nur klein dargestellte Vorratsbehälter 13 und 14 beträchtlichen Rauminhalts,
die ebenfalls über eine Leitung mit dem Hauptteil 12 des Umschalthahnes in Verbindung
stehen.
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Die genannten Bauteile sind in folgender Weise miteinander verbunden:
Der Raum 9 des Kessels 4 steht über die Rohrleitung 15 mit einer Bohrung 16 des
Hauptteiles 12 des Umschalthahnes in Verbindung. Der Raum 10 des Kessels 5 steht
über eine Leitung 17 mit einer Bohrung 18 des Hauptteiles 12 des Umschalthahnes
in Verbindung, wobei die Bohrung 18 mit einer weiteren Bohrung 19 über einen Kanal
20 verbunden ist Der Raum 8 des Kessels 4 steht über die Leitung 21 mit der Bohrung
22 des Hauptteiles 12 des Umschalthahnes in Verbindung. Der Raum 11 des Kessels
5 steht über die Leitung 23 mit der Bohrung 24 des
Hauptteiles 12 des Umschalthahnes
in Verbindung.
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Diese Bohrung 24 ist durch einen Kanal 25 mit einer weiteren Bohrung
26 des Hauptteiles 12 des Umschalthahnes verbunden.
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Vöm Dosierventil 2 geht von einer Stelle höheren Druckes die Leitung
27 ab und führt zur Bohrung 28 des Hauptteiles 12 des Umschalthahnes. Dabei kann
in die Leitung 27 ein Drossel-, Reduzier- oder Verschlußorgan 29. eingebaut sein.
Von einer Stelle geringeren Drucks des Dosierventils 2 geht eine Leitung 30 ab und
führt zu der Bohrung 31 des Hauptteiles 12 des Umschalthahnes. Auch diese Leitung
31 kann mit einem Drossel-, Reduzier- oder Abschlußorgan 32 ausgerüstet sein. Ferner
besitzt das Hauptteil 12 des Umschalthahnes eine Bohrung 33, an die eine ins Freie
führende und gegebenenfalls mit einem Siphon 34 versehene Abflußleitung 35 anschließt.
Die Leitung 36 verbindet die Bohrung 37 des Hauptteiles 12 mit dem oder den Vorratskesseln
13 und 14, und zwar vorzugsweise über Umschalt- oder Abschlußorgane 38 und 39.
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In Ab b. 1 ist das Hauptteil 12 des Schaltorgans ohne Deckel 40 dargestellt;
dieser Deckel 40 ist in der A b b. 2 gezeigt; er besitzt auf der zur Anlage mit
dem in Abb. 1 gezeigten Hauptteil 12 kommenden Fläche Überleitungskanäle 41, 42,
43, 44. Dieser Deckel 40 ist drehbar gegenüber dem Bauteil 12. Zur Betätigung dienen
die etwa radialen Hebel 46, 47.
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Ist nun der Deckel 40 in der Drehstellung der Ab b. 2 auf das Bauteil
12 aufgesetzt, so ergeben sich folgende Vorgänge: Der Kessel 5 ist in zumischender
Wirkstellung.
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Eine Abzweigung des Hauptstroms 1 geht, ohne daß er Zumischung erhalten
hat, aus dem Dosierventil 2 durch die Leitung 27 zur Bohrung 28, von dort durch
den Überströmkanal 41 zur Bohrung 24 und von dort durch die Leitung 23 in den Kesselraum
11. Infolge des Drucks dieses Zuflusses wird die Membran 7 zusammengedrückt, so
daß aus dem Raum 10 durch die Leitung 17 zuzumischende Flüssigkeit zur Bohrung 18
und von dort über den Verbindungskanal 20 zur Bohrung 19 und von dort über den Überströmkanal
43 zur Bohrung 31 fließt. Durch die Leitung 30 fließt die zuzumischende Flüssigkeit
in das Dosierventil 2 ein. Während dieser Zeit ist der Raum 9 des anderen Kessels
4 (der sich also nicht in zumischender Wirkstellung befindet) über die Leitung 15
mit der Bohrung 16 verbunden. Diese Bohrung 16 steht über den Überströmkanal 42
mit der Bohrung 37 in Verbindung, so daß vom Vorratskessel 13 zuzumischende Flüssigkeit
in den Raum 9 einströmen kann. Um das zu ermöglichen, ist der Raum 8 des Kessels
4 über die Leitung 21, die Bohrung 22, den Überströmkanal 44, die Bohrung 33 und
die Leitung 35 mit der freien Atmosphäre verbunden. Nun kann z.B. durch den Gefälledruck
zwischen dem höher liegenden Vorratsbehälter 13 und dem Auslauf 34 das ungemischte
Wasser od. dgl. aus dem Raum 8 ins Freie abgedrängt oder abgesogen werden.
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Dadurch, daß es möglich ist, die Räume 9 und 10 mit einem niedrigeren
Druck als in der Hauptleitung herrschend zu fällen, ist eine große Sicherheit gegen
unerwünschte selbsttätige Überdosierung gegeben.
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Im Inneren der Räume 9 und 10 ist etwa ein gelochtes Rohr 48 bzw.
49 angeordnet, das oben eine ebenfalls durchbohrte Platte 50 bzw. 51 trägt und mit
einem möglichst dicht geführten Gleitstück52 bzw. 53 fest verbunden ist. Sobald
z.B. die Membran
7 zusammengedrückt ist, hebt sich unter dem Einfluß
des Drucks in der Kammer 11 das Rohr 49 an und verschwenkt den Verriegelungshebel
55 derart, daß - in der Darstellung der Ab b. 1 und 3 -der Hebel 46 von der Nase
57 freigegeben wird und unter Auslösung vorher gespeicherter Federkraft der Deckel
40 sich in die andere Endstellung verdreht.
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In der anderen Endstellung des Deckels 40, also nach der soeben erfolgten
Umschaltung, ist nunmehr der Kessel 4 in zumischende Wirkstellung gelangt.
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Es ist jetzt eine Verbindung der Leitung 27 über die Bohrung 28, den
Überströmkanal 41 mit der Bohrung 22 und somit über die Leitung 21 zum Kesselraum
8 geschaffen. Der Kesselraum 9 steht nun in Verbindung mit der Leitung 30, und zwar
über die Leitung 1S, die Bohrung 16, den Überströmkanal 43 und die Bohrung 31. Infolge
des Drucks im Raum 8 wird die Membran 6 zusammengedrückt, und zuzumischende Flüssigkeit
fließt aus dem Raum 9 durch die Leitung 30 in das Dosierventil 2 ein. Dort wird
sie dem Hauptstrom zugemischt. Gleichzeitig wird der Raum 10 des Kessels 5 aus dem
Vorratsbehälterl3 oder 14 wieder aufgefüllt; es besteht nämlich auch leitende Verbindung
zwischen der Leitung 36, Bohrung 37, Überströmkanal 42, Bohrung 18, Leitungl7 und
somit auch dem Inneren des Raumes 10 des Kessels 5.
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Der äußere Raum 11 des Kessels 5 ist über die Leitung 23, die Bohrung
24, die Verbindungsbohrung 25, die Bohrung 26, den Überströmkanal 44 und die Bohrung33
mit dem Abflußrohr35 verbunden, so daß bei sich füllendem Raum 10 und sich somit
ausdehnender Membran 7 das überflüssige Wasser od. dgl. aus dem kleiner werdenden
Raum 11 ins Freie entleert wird. In A b b. 1 sind die Kessel 4 und 5 ferner mit
üblichen Entlüftungshähnen 58 versehen.
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Gemäß der A b b. 3 sind die Bohrungen 24 und 22 über Rohre 59 und
60 mit einem hydraulischen Arbeitszylinder 61 verbunden. Dies kann in der Weise
geschehen, daß die Bohrungen 24 und 22 ganz durch die Stärke des feststehenden Hauptteiles
12 des Schaltorgans (s. auch A b b. 4) hindurchgehen, während alle anderen Bohrungen
Sackbohrungen sind, die mit den zugehörigen Leitungen durch radialen Anschluß oder
entsprechende radiale Bohrungen in Verbindung stehen. Die Leitungen 59 und 60 sind
gemäß A b b. 3 vorzugsweise von unten (in der Darstellung der A b b. 4 von links)
an diese beiden durchgehenden Bohrungen 22 und 24 herangeführt.
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Der hydraulische Arbeitszylinder 61 (A b b. 3) besitzt einen Arbeitskolben
62; die Leitung 59 führt über ein Einstellventil 63 veränderlichen Querschnitts
zum Zylinderwirkraum 64; die Leitung 60 führt über ein gleichartiges Ventil 65 zum
anderen Zylinderwirkraum 66. Die Aufgabe dieses hydraulischen Arbeitsaggregates
ist die Bereitstellung von Speicherarbeit für die Drehbewegung des Deckels 40 des
Schaltorgans. Zu diesem Zweck ist eine etwa in Lagern 67, 68 geführte Schiebestange
69 vorgesehen, die etwa durch eine Gabelöffnung des Hebels 47 des Deckels 40 hindurchtritt.
Auf der Stange 69 sind Stellringe70, 71 od. dgl. angeordnet, an die sich Schraubendruckfedern
72, 73 anlegen. In der in Abt. 3 gezeigten Schaltstellung des Deckels 40 ist der
Zylinderwirkraum 64 über die Bohrung 24 und die Leitung 59 in leitender Verbindung
mit der Zuströmungsleitung 27; der Zylinderwirkraum 64 steht somit unter dem Druck
des Hauptzustroms 1 bzw.
des Drucks im Dosierventil 2. Hierbei ist die Bohrung 22
in leitender Verbindung mit der Bohrung 33, und zwar über den Überströmkanal 44
(A b b. 1 und 2), und somit ist der Zylinderwirkraum 66 in dieser Schaltstellung
drucklos.
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Beim Umschalten wird das Gleitstück 53 durch das Rohr 49 angehoben,
so daß der HebelSS entgegen einer Feder 74 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehachse
75 verschwenkt wird. Die Nase 57 wird dadurch aus dem gabelartigen Teil des Hebels
46 ausgeklinkt. Die gespannte Feder 72 kann nun frei wirken und drückt den Hebe147
nach rechts, bis das gabelartig gestaltete Ende des Hebels 46 über die Nase 56 des
Hebels 54 hinweggeht derart, daß diese Nase 56 einklinkt und die neue Schaltstellung
festhält.
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In dieser neuen Schaltstellung - gegenüber Abb. 2 und 3 ist also
der Deckel40 um seinen Schaltwinkel im Uhrzeigersinn verdreht - ist die Bohrung
22 über den Überströmkanal 41 (A b b. 2) mit der Bohrung 28 (abt.1) verbunden, so
daß nunmehr der Zylinderwirkraum 66 unter dem Druck des Hauptstroms steht. Es bewegt
sich nunmehr der Kolben 62 nach links, da ja jetzt der Zylinderwirkraum 64 über
die Leitung 59, die Bohrung 24, die Verbindungsbohrung 25, die Bohrung 26, den Überströmkanal
44 und die Bohrung 33 mit der Abflußleitung 35 in Verbindung steht und damit drucklos
wird. Die Kolbenstange 76 bewegt, da sie beispielsweise über ein Zwischenorgan 77
fest mit der Stange 69 verbunden ist, diese Stange 69 nach links und spannt die
Feder 73, die sich etwa in dieser Schaltstellung an den nunmehr sich rechts befindenden
Hebel 47 anlegt. Die Geschwindigkeit dieses Spann-oder Speichervorganges kann man
durch entsprechende Einstellung der Ventile 63 bzw. 65 verändern.
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Wird nunmehr wiederum umgeschaltet und ist die in A b b. 3 gezeigte
Schaltstellung des auf dem Hauptteil 12 drehbaren Deckels 40 dann wieder erreicht,
so ist dieser Vorgang durch die dann Arbeit abgebende und dabei sich entspannende
Feder 73 bewirkt worden, wobei sich unter Rückgang des Kolbens 62 wiederum nach
rechts die Feder 72 unter Anlage an den jetzt links befindlichen Hebel 47 gespannt
hat.