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Drehkolben-Dosiergerät für Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich
auf Geräte zum Dosieren von Flüssigkeiten. Sie beruht auf dem bekannt ten konstruktiven
Grundgedanken, ein körniges oder flüssiges Medium mittels eines Meßbehälters zu
dosieren, dem dieses Medium durch eine Zuleitung zugeführt wird, worauf nach Füllung
des Behälters und darauffolgendem Verschließen dieser Zuleitung die Entleerung über
eine Ableitung erfolgt.
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So wird beispielsweise bei einer zum Dosieren von körnigem Kunststoff
bekannten Vorrichtung dieses körnige Material in einen mit waagerechter Achse angeordneten
zylindrischen Meßbehälter eingelassen, der innerhalb eines ruhend angeordneten koaxialen
Zylindergehäuses umläuft. Der umlaufende Meßzylinder hat in seiner Mantelfläche
eine Durchtrittsöffnung. Das Gehäuse hingegen weist zwei Mantelöffnungen auf, und
zwar oben die Einmündung eines Fülltrichters und unten eine Austrittsöffnung. Bei
jedem Umlauf des Meßzylinders wird daher eine seinem Fassungsvermögen entsprechende
Menge des körnigen Materials aus dem Fülltrichter in ihn eingelassen und im Anschluß
hieran nach Fortsetzung des Umlaufs nach unten abgegeben. Da es bei einer solchen
Dosiervorrichtung erwünscht ist, das Fassungsvermögen wahlweise verändern zu können,
sind die beiden Stirnflächen des Zylinders als verschiebbare Kolben ausgebildet.
So ist eine große Zahl von Dichtflächen vorhanden, deren Abdichtung keine Schwierigkeiten
bereitet, wenn es sich um das Dosieren von körnigem oder pulverförmigem Material
handelt. Zur Dosierung von Flüssigkeiten ist eine solche Ausführungsform jedoch
nicht geeignet, weil die große Zahl von abzudichtenden Durchgangsspalten leicht
Anlaß zu Undichtigkeiten geben muß.
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Das Dosiergerät gemäß der Erfindung beruht auf einem anderen konstruktiven
Grundgedanken, und zwar ist es gekennzeichnet durch einen ruhenden Kreiszylinder
mit koaxial den ganzen Zylinderquerschnitt ausfüllendem, um die gemeinsame Achse
umlaufendem Kolben, der auf einer Seite eine von seiner Mantelfläche durch den Kolbenboden
zum freien Zylinderraum führende Aussparung aufweist, so daß der Meßraum durch den
ausgesparten Kolbenboden, den gegenüberliegenden Zylinderboden und den dazwischenliegenden
Teil der Zylinderwandung gebildet ist, während an den Zylinder im Bereich seines
durch die radiale Aussparungsmündung überstrichenen Umfangsstreifens eine Zuleitung
und eine Ableitung angeschlossen sind, die beim Umlauf des Kolbens abwechselnd verschlossen
bzw. geöffnet werden.
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Die Erfindung ist aus den Anforderungen der Praxis erwachsen, wie
sie beispielsweise bei der Herstellung von Papier gestellt werden müssen, im übrigen
aber auch sonst auf den verschiedensten Gebieten der chemischen Industrie bestehen,
und zwar handelt es sich um die Aufgabe, in fortlaufendem Betrieb genau dosierte
Mengen einer oder mehrerer Flüssigkeiten einem Prozeß zuzuführen. Diese Aufgabe
ist durch die Erfindung gelöst. Das Dosiergerät gemäß der Erfindung gestattet es
auch, mehrere verschiedene Flüssigkeiten fortlaufend in bestimmtem Verhältnis miteinander
zu mischen, wobei dieses Verhältnis wahlweise eingestellt werden kann.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar ein kombiniertes Gerät zum Dosieren
von zwei verschiedenen Flüssigkeiten.
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An Hand dieses Ausführungsbeispiels seien auch einige weitere Merkmale
erläutert, die in Fortentwicklung des Grundgedankens der Erfindung neu und vorteilhaft
sind.
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Das dargestellte kombinierte Gerät besteht aus drei Hauptteilen,
einem Dosiergerät A, einem zweiten Dosiergerät B und einem gemeinsamen Antriebsmotor
C. Da die beiden Geräte A und B sich nur durch ihre Abmessungen unterscheiden, sei
die Arbeitsweise zunächst nur an Hand des Geräts A beschrieben.
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Der zylindrische Behälter dieses Geräts ist durch den Zylindermantel
1 gebildet, dessen Hohlraum 16 an beiden Enden abgeschlossen ist. Am linken Ende
dient
zum Abschließen ein Kolben 2, der auf einer umlaufenden Achse 3 befestigt ist, und
zwar ist diese Achse 3 über eine Kupplung4 an den Antriebsmotor C angekuppelt, dessen
Einzelheiten für die Erfindung nicht erörtert zu werden brauchen. Auf der Außenseite
des Drehkolbens 2 ist der zylindrische Behälter 1 durch eine Stirnplatte 5 fest
verschlossen.
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Eine Stopfbuchsendichtung 6 gewährleistet, daß keine Flüssigkeit nach
außen durchtreten kann.
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In gleicher Weise ist der zylindrische Behälter 1 am anderen Ende
durch eine Stirnplatte 7 fest verschlossen, die eine mit Führungsbuchse 8 versehene
Führungsplatte 9 festlegt. Tatsächlich begrenzt wird der Meßraum des Zylinders 1
an diesem Ende jedoch durch einen innen eingesetzten Boden 10, der einen in axialer
Richtung verschiebbaren Kolben darstellt.
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Die als Gewindebolzen ausgeführte Kolbenstange 11 dieses Kolbens 10
ist durch die Buchse 8 längsverschiebbar nach außen hindurchgeführt, wo sie ein
Handrad 12 trägt. Dieses Handradl2 ist (in nicht besonders dargestellter Weise)
an der Buchse 8 drehbar, jedoch axial nicht verschiebbar gehaltert. Mittels dieses
Handrades 12 kann also die Gewindespindel 11 in axialer Richtung verstellt werden,
wodurch der Kolben 10 den Meßraum des Behälters 1 wahlweise vergrößert oder verkleinert.
Zweckmäßig ist es, die Gewindespindel 11 gegen Drehung zu sichern, beispielsweise
mittels einer achsparallelen Führungsnute, um ein Mitdrehen der Gewindespindel 11
mit dem Handgriff 12 mit Sicherheit auszuschließen. Auch andere konstruktive Lösungen
für die axiale Verstellung einer abgedichtet durch eine Stirnwand hindurchgeführte
Kolbenstange sind bekannt, die für diesen Fall Anwendung finden können.
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Das die Flüssigkeit zuführende Rohr wird an einen oben angeordneten
Stutzen 13 angeschlossen, während der Anschlußstutzen 14 für das Ableitungsrohr
unten diametral gegenüberliegt.
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Der Drehkolben 2 hat die Form eines Kreiszylinders mit einer Aussparung
15. Diese Aussparung ist bei dem dargestellten Beispiel an der inneren (rechten)
Radkante dieses Kreiszylinders angeordnet und ist durch eine achsparallele und eine
achssenkrechte Schnittebene begrenzt. Dieser ausgeschnitten zu denkende Körper hat
also etwa die Form eines achsparallelen Prismas mit kreissegmentförmigem Querschnitt.
Wie die Zeichnung zeigt, ist die Höhe dieses Kreissegments kleiner als der Halbmesser
des Kolbens. Diese Aussparung verbindet den Meßhohlraum 16 des zylindrischen Behältersl
mit demjenigen Teil des Kolbenmantels, der sich beim Kolbenumlauf vor den Anschlüssen
13 und 14 vorbeibewegt, und somit in laufender Aufeinanderfolge abwechselnd mit
dem Anschluß 13 oder mit dem Anschluß 14.
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Zu erwähnen ist schließlich noch ein Entlüftungsventil 17, das als
Kugelschwimmerventil ausgebildet sein mag.
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In der gezeichneten Stellung kann aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter,
der an den Stutzen 13 angeschlossen zu denken ist, durch die Aussparung 15 Flüssigkeit
in den Meßraum 16 einströmen. Während des Füllvorgangs entweicht die Luft durch
das Ventil 17, und der Füllvorgang wird beendet, wenn nach Füllung des Behälters
das Ventil 17 die Luftausströmöffnung verschließt.
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Bei der Weiterdrehung des Kolbens 2 wandert die Aussparung 15 in
Umfangsrichtung von der Mündung
13 fort, und es wird diese Mündung durch den anschließenden
zylindrischen Teil des Kolbenmantels verschlossen. Das im Meßhohlraum 16 befindliche
Flüssigkeitsvolumen ist damit abgeschlossen.
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Sobald die Aussparung 15 beginnt, über die Mündung 14 zu wandern,
setzt unter Öffnen des Ventils 17 das Ausströmen der Flüssigkeit ein, so daß während
der Zeitspanne, während der die Aussparung 15 mit der Abflußöffnung 14 in Deckung
ist, der Meßhohlraum 16 völlig entleert wird.
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Schließlich verläßt die Aussparung 15 den Bereich der Mündung 14,
so daß diese wieder durch die zylindrische Mantelfläche des Kolbens 2 verschlossen
wird. Auch die Zuflußöffnung 13 ist zunächst noch verschlossen, bis die Aussparung
15 erneut in ihren Bereich eintritt und das gleiche Spiel sich wiederholt.
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Die Umlaufzahl des Drehkolbens 2 muß natürlich an den Grad der Zähflüssigkeit
des zu dosierenden.
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Mediums angepaßt sein, so daß wirklich bei jedem Umlauf ein Zufluß
und ein Abfluß in dem erstrebten Maße möglich sind. Bei vielen in Betracht kommenden
Flüssigkeiten bestehen in dieser Hinsicht keine Schwierigkeiten, vielmehr genügt
das natürliche Gefälle für die Durchführung des beschriebenen Vorgangs. Wird das
Gerät so aufgestellt, daß die Mündung 13 oben, auf der höchsten Mantellinie des
Zylinders 1 liegt und die Öffnung 14 diametral gegenüber auf der tiefsten Mantellinie,
wie es in jedem Falle zweckmäßig ist, so genügt das Gefälle, um den beschriebenen
Durchfluß zu bewirken. Es ist aber durchaus möglich, auch Flüssigkeiten von einer
gewissen zähen Konsistenz mit dem dargestellten Gerät zu dosieren, indem man das
Einströmen unter Druck vornimmt, während das Ausströmen beispielsweise mit Preßluft,
die über das Ventil 17 zugeführt wird, beschleunigt werden kann. Bei Arbeiten mit
Druck spielt dann auch die genaue Lage des Anschlusses 13 keine entscheidende Rolle.
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Auch die Ausbildung der Aussparung 15 kann in vielerlei Hinsicht
abgewandelt werden. Es mag zweckmäßig sein, diese Aussparnng 15 nicht durch zwei
ebene Flächen abzugrenzen, sondern eine kontinuierlich gekrümmte Begrenzungsfläche
vorzusehen, die eine allmähliche Umleitung der ein- und ausströmenden Flüssigkeit
bewirkt und dadurch das Ein- und Ausströmen begünstigt.
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Da jeweils nur eine der beiden Öffnungen 13 und 14 geöffnet sein
darf, die andere jedoch dabei abgeschlossen sein soll, ist eine gute Abdichtung
zwischen dem Mantel des Drehkolbens 2 und der Innenwandung des Zylindersl erforderlich.
Dieses läßt sich aber unter Verwendung geeigneter Materialien bei genauer Bearbeitung
in durchaus befriedigendem Maße erreichen. So kann man den Zylindermantel aus Stahl
fertigen und seine Innenfläche mit den aus der Motorentechnik bekannten Mitteln
genauestens bearbeiten, während man den Kolben mit einem Mantel aus dem unter den
Handelsnamen »Teflon« bzw. Fluor-Simit, Fluon und P. T. F. E. bekannten Kunststoff
Polytetrafluoräthylen versieht bzw. massiv aus diesem Kunststoff herstellt. Dieser
Kunststoff hat gute Gleiteigenschaften, so daß man ihn auch als »selbstschmierend«
bezeichnet. Es gibt auch andere Möglichkeiten, die es gestatten, die erforderliche
Abdichtung zu erzielen, ohne den Reibungswiderstand für den umlaufenden Kolben in
unangemessener Weise zu erhöhen.
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Es ist ersichtlich, daß durch axiale Verschiebung des Gegenkolbens
10 das Meßvolumen innerhalb der vorgesehenen Grenzen beliebig gewählt und fest eingestellt
werden kann. Diese Verstellung ist sogar während des laufenden Betriebs möglich,
was in vielen Fällen wesentliche Vorteile bietet.
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Das Dosiergerät B, das an den gleichen Antriebsmotor C angekuppelt
ist, entspricht hinsichtlich seines konstruktiven Aufbaus in allen Einzelheiten
dem Gerät A und unterscheidet sich nur durch die Abmessungen. So ist der Durchmesser
des Meßzylinders kleiner, und außerdem ist auch die Länge des Meßhohlraums geringer
gewählt, d. h., beide Grenzen des durch den axial verstellbaren Kolben einstellbaren
Volumens liegen niedriger. Nimmt man an, daß beide Drehkolben mit der gleichen Drehzahl
umlaufen, so werden von den beiden verschiedenen Flüssigkeiten fortlaufend Teilmengen
in dem durch die Abmessungen definierten Verhältnis weitergeleitet. Man hat es also
in der Hand, durch die Wahl des Durchmesserverhältnisses das Dosierungsverhältnis
grob in seiner Größenordnung festzulegen, während die axial verstellbaren Kolben
innerhalb weiter Grenzen nach oben und nach unten kontinuierliche Änderungen dieses
Verhältnisses gestatten.
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Erwähnt sei, daß eine Änderung des Mischungsverhältnisses auch durch
Änderung des Drehzahlverhältnisses möglich ist. Soll jeweils zu einer durch das
Gerät A dosierten Teilmenge auch eine bestimmte Teilmenge der anderen Flüssigkeit
hinzugefügt werden, so ist eine Änderung des Verhältnisses natürlich nur in der
Weise möglich, daß die Drehzahlen jeweils in ein ganzzahliges Verhältnis zueinander
gesetzt werden. Dieses genügt aber durchaus, da ja die axial verstellbaren Kolben
ergänzend hierzu einen kontinuierlichen Ausgleich gestatten, der die durch die Drehzahlverhältnisse
vorgeschriebenen festen Stufen überbrückt. Handelt es sich aber darum, in laufendem
Strom Teilmengen beider Flüssigkeiten weiterzuführen, so daß die Ausgabeimpulse
nicht miteinander synchron zu sein brauchen, dann bietet die kontinuierliche Änderung
des Drehzahlverhältnisses ebenfalls eine bequeme Möglichkeit zur Änderung des Mischungsverhältnisses.
In diesem Falle kann einem der beiden Dosiergeräte ein stufenlos regelbares Getriebe
vorgeschaltet werden.
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Während das dargestellte kombinierte Gerät die Dosierung und gegebenenfalls
Mischung von zwei verschiedenen Flüssigkeiten in aufeinander abgestimmten Teilmengen
bewirkt, können in entsprechender Weise auch noch mehr Geräte in beliebiger Anzahl
miteinander zu einer Einheit vereinigt werden, wobei die gleichen Überlegungen,
die vorstehend angestellt wurden, sinngemäß zutreffen.
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Was die Wahl der Drehzahlen anbelangt, ist natürlich zu beachten,
daß ein ungehindertes Zu- und Abfließen möglich sein muß. In der Regel wird man
mit wenigen Umläufen in der Minute arbeiten und das Meßvolumen entsprechend groß
wählen.
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Erfolgt die genaue Einstellung der Flüssigkeitseinheiten von Hand
mittels der Bedienungsvorrichtung 12, so wird es zweckmäßig sein, eine Skala anzubringen,
auf der die jeweilige Einstellung abgelesen und kontrolliert werden kann. Eine einfache
Lösung besteht darin, daß man am äußeren Ende der axial verschiebbaren Gewindespindel
11 einen Zeiger anbringt, der sich bei Verstellen der Spindel längs einer auf der
Grundplatte des Geräts befestigten Skala be-
wegt. Diese Skala kann zugleich als
Führungsschiene für den Zeiger benutzt werden, der durch seinen Eingriff mit der
Schiene die Spindel, an der er starr befestigt ist, gegen Drehen sichert.
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Es kann die Einstellung aber auch selbsttätig geregelt werden, und
zwar in Abhängigkeit von Meßgeräten der verschiedensten Art, die ja nach dem jeweiligen
Zustand der überwachten Substanz die Dosierung über eine Steuervorrichtung (Servomotor)
ändern, beispielsweise durch Verstellen des Kolbens 10, oder durch Ändern der Drehzahl,
wobei im Falle eines kombinierten Geräts eine solche Regelung an einem oder mehreren
der Einzelgeräte vorgenommen werden kann.
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Das Gerät gemäß der Erfindung kann auch dann Anwendung finden, wenn
eine bestimmte größere Menge abgemessen werden soll. In diesem Falle handelt es
sich nur darum, die richtige Anzahl von Teilmengen festzulegen. Dieses kann mittels
eines einstellbaren Zeitrelais erfolgen oder mittels einer die Umläufe zählenden
Vorrichtung, so daß die Abschaltung erfolgt, wenn die der gewünschten Gesamtmenge
entsprechende Anzahl der Teilmengen durch das Gerät hindurchgelaufen ist. Mittels
solcher Steuervorrichtungen kann eine solche Entnahme größerer Mengen auch periodisch
innerhalb vorbestimmter Zeitabstände wiederholt werden.