DE1598903C2 - Motorgetriebene Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine motorgetriebene Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten mit einer Kolbenbürette, deren Kolben von einer Gewindespindel über ein Zahnradgetriebe wahlweise durch einen elektrischen Dosiermotor und einen weiteren Elektromotor zum schnellen Füllen und Entleeren der Bürette antreibbar ist, und mit einer digitalen Impuls/.ühlvorrichtung für die jeweils abgegebene Flüssigkeitsmenge.

Flüssigkeiten lassen sich sehr genau durch die Bewegung eines Kolbens in einem präzis kalibrierten Zylinder dosieren. Dabei kann der Kolbenvorschub entweder über ein Getriebe von Hand oder durch einen Elektromotor erfolgen. Oft wird auch das Getriebe durch eine in einer Spindelmutter laufende Gewindespindel ersetzt.

Das ausgestoßene Volumen wird entweder auf einer mit der Kolbenachse in Wirkverbindung stehenden Meßuhr abgelesen oder durch eine auf der Spindelmutter sitzenden Trommel unter zusätzlicher Messung der axialen Kolbenverschiebung gemessen. Es ist auch bekannt, das Volumen durch einen mit dem Kolbenvorschub verbundenen mechanischen, mehrstelligen Umdrehungszähler zu bestimmen.

Alle diese Methoden arbeiten gut, solange relativ große Volumina vom Kolben aus dem Zylinder aus- ■ gestoßen werden. Sie sind jedoch wenig zuverlässig, wenn es gilt, z. B. bei automatischen potentiometrischen oder konduktometrischen Titrationen in der Nähe des chemischen Äquivalenzpunktes nur noch sehr kleine Volumina zuzusetzen, um eine Übertitration zu vermeiden. Die geringe Zuverlässigkeit bei sehr kleinen Volumina stört beispielsweise bei einer bekanntgewordenen Anordnung, bei der für den Getriebe- oder Spindelantrieb ein üblicher Induktionsmotor verwendet wird. Dieser Motor arbeitet mit einem Impulsgeber zusammen. Zunächst wird mit einem Dauersignal gearbeitet, welches bei Erreichen einer bestimmten Potentialdifferenz in Einzelimpulse übergeht. Je länger die Impulse und je kürzer die dazwischenliegenden Pausen sind, um so höher ist die Titriergeschwindigkeit (Metrohm Bulletin, Vol. 2. Nr. 3, Okt. 1959, S. 45 bis 53).

Nachteilig ist, daß derartige Spindelantriebe aus elektrischen und mechanischen Gründen eine Tragheit aufweisen, die bewirkt, daß der Rotor des Motors bei kurzen Stromströßen nicht den vollen, der Dauer des Stromimpulses entsprechenden Drehwinkel durchläuft. Bei sehr kurzen Impulsen wird der Rotor überhaupt nicht so weit beschleunigt, daß er mindestens eine Polteilung weiterdrehen könnte. Zufolge dieses nachteiligen Verhaltens eines Induktionsmotors ist eine präzise Dosierung kleinster Substanzen nicht möglich. Ein Zählen der Impulse mit dem Ziel, daraus eine Angabe über die abgegebenen Flüssigkeitsmengen zu erhalten, wäre sinnlos.

In einer anderen bekannten motorgetriebenen Dosiervorrichtung wird eine Impulszählvorrichtung von digitaler elektromechanischer Art zur Ermittlung der abgegebenen Flüssigkeitsmengen verwendet. Der Kolben dieser Dosiervorrichtung ist wahlweise von einem elektrischen Dosiermotor und einem weiteren Elektromotor zum schnellen Füllen und Entleeren der Bürette nntreibbar (USA.-Patentschrift 2 966 175).

Nachteilig ist, daß ein normaler Dosiermotor mit einer Kupplung kombiniert ist. Dieses setzt der Anwendung kurze Impulse und damit dem Ausstoßen sehr kleiner, exakt bemessener und einfach anzeigbarer Flüssigkeitsmengen Grenzen. Sehr kurze Stromimpulse bleiben wegen des prinzipiellen elektromagnetischen Aufbaus.des Motors, aber auch wegen der im Getriebe mit vertretbarem Aufwand nie vermeidbaren Lose praktisch wirkungslos.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Meßgenauigkeit einer motorisch angetriebenen Dosiervorrichtung mit einer Kolbenbürette, speziell beim Abgeben kleiner Volumina, zu erhöhen und zugleich die Anzeige eines dosierten Volumen* zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dosiermotor ein von einem frequenzregelbaren Impulsgenerator, an dem unmittelbar der Impulszähler angeschlossen ist. gespeister Schrittmotor ist.

Ein Schrittmotor spricht, im Gegensatz zu einem Induktionsmotor, auf Grund seines besonderen Aufbaues auch noch auf sehr kurze Impulse an und kann deshalb jeden einzelnen Impuls relativ hochfrequenter Impulsfolgen mit beispielsweise bis zu 1000 Impulsen pro Sekunde, exakt in einen entsprechenden Drehschritt umsetzen. Infolgedessen lassen sich mit Hilfe des vom frequenzregelbaren Impulsgenerator angetriebenen Schrittmotors Volumina herab bis zu 1 μΐ dosieren. In vorteilhafter Weise wird dabei jeder Impuls, der den Schrittmotor antreibt, zugleich auch vom unmittelbar angeschlossenen Impulszähler gezählt und angezeigt.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Impulszähler von elektromechanischer Art, der zugleich als Druckvorrichtung ausgebildet ist.

Zum Füllen oder Spülen des Bürettenzylinders ist für den Antrieb des Kolbens im .Schnellgang ein zweiter normaler Motor vorgesehen. Der Schriumotor tritt im Schnellgang nicht in Tätigkeit. Vorzugsweise ist das zwischen dem Schrittmotor und der Gewindespindel sowie dem weiteren Elektromotor angeordnete Zahnradgetriebe ein Differentialgetriebe.

An die Dosiervorrichtung kann auch ein an sich bekannter Laborschreiber angeschlossen werden, dessen Papiertransportschrittmotor mit dem Impulsgenerator in Schaltverbindung steht.

Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung und an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In einem Zylinder 1 befindet sich, axial verschiebbar, ein Kolben 2, an welchem als Kolbenstange eine Gewindespindel 3 befestigt ist. Die Verschiebung dieses Kolbens 2 und damit das Füllen bzw. das Dosieren erfolgt dadurch, daß ein axial feststehendes, drehbares Zahnrad 3b, das innen als Spindelmulter 3a ausgebildet ist, die Spindel 3 führt, so daß bei einer Drehung des Zahnrades 3b die Spindel 3 axial bewegt wird. Ein unerwünschtes Verdrehen der Spindel 3 wird durch einen an der Spindel befestigten, parallelgeführten Querstab 3c verhindert.

Der Antrieb des Zahnrades 3b erfolgt durch ein Ritzel 4a, das auf der Ausgangswelle eines Differentialgetriebes 4 sitzt. Dieses Dillerentialgetriebe4 besitzt zwei Eingänge 4 b und 4c\ Diesen beiden Eingängen sind Antriebsmotoren 5 und 6 zugeordnet. Bei dem Motor 5 handelt es sich um einen Schrittmotor, der von einem Impulsgenerator 5« mit Frequenzregler Sb gespeist wird. Dem Füllen und Spülen des Zylinders I dient der Elektromotor 6. Deshalb ist seine Drehrichtung umkehrbar. Der jeweils ausgeschaltete Motor erhält durch eine Gleichstromerregung ein hohes Haltcmoment.

In der Zeichnung ist das Differentialgetriebe 4 nur schematisch dargestellt. Der Schrittmotor 5 treibt das Zahnrad Ab nur in einer Richtung an, wodurch der Kolben 2 die vorbestimmte Menge der Flüssigkeit aus einem Auslaßrohr 10 drückt. Der normale Elektromotor 6 treibt das Zahnrad 4 c in beide Drehrichtungen an, so daß der Kolben 2 einmal nach unten zum Ansaugen der Flüssigkeit vom Einlaßrohr 11 und ein andermal nach oben zum Herausdrücken der Flüssigkeit durch das Auslaßrohr 10 bewegt wird. Die Dreh- to richtungsumkehr des Motors 6 wird durch entsprechende Betätigung eines Umschalters 9 vorgenommen. Der Schalter 9 kann entweder von Hand oder durch eine nicht gezeichnete Vorrichtung betätigt werden, wobei diese Vorrichtung, z. B. ein Relais, vom Impulsgeber5a nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen betätigt werden kann, d. h. wenn eine bestimmte Flüssigkeitsmenge durch die Kolbenbewegung das Auslaßrohr 10 verlassen hat. Es besteht hierdurch die Möglichkeit, durch entsprechende Drehrichtung des Motors 6 den nicht mehr benötigten Flüssigkeitsrest auf schnellstem Wege über das Auslaßrohr IO aus dem Zylinder 2 zu entfernen. Der Schalter9 schaltet den Motor6 immer dann ein, wenn der Impulsgeber5a eine vorher bestimmte Anzahl von Impulsen oder eine längere Zeit keine Impulse auf den Schrittmotor5a gegeben hat. Diese beiden Möglichkeiten können wahlweise eingestellt werden

Die Umschaltung des Flüssigkeitsstromes im Zylinder I mit dem Ziel des Füllens oder Spülens des 3« Zylinders 1 bzw. des Dosierens erfolgt durch einen auf das eine Zylinderende aufgesetzten Flachhahn 7. der über ein Gestänge7a von einem Getriebemotor Ib betätigt wird. Die Steuerung dieses Getriebemotors 7b erfolgt zwangläufig durch einen vom Spindelantrieb3a, b, c betätigten Grenzschaltkontakl 8. Wenn also der Kolben 2 eine bestimmte Grenzstellung (z. B. oberer oder unterer Totpunkt) erreicht hat, wird der Kontakt 8 betätigt. Der Flachhahn 7 schaltet den Zylinder 1 entweder auf das Einlaßrohr 11 oder 4" das Auslaßrohr 10 um.

Wenn nun neue Titrationsflüssigkeit durch das Einlaßrohr 11 beim nächsten Kolbenhub (nach unten), welcher durch den Motor 6 aber das Zahnrad 4c, Ritzel 4a und Zahnrad 3b beschleunigt ist, in den Zylinder I angesaugt wird, wirkt bei Erreichen des unteren Totpunktes des Kolbens 2 der Grenzwertkontakt in der Weise auf den Motor 7 b ein, daß der Zylinder 1 mit dem Auslaßrohr 10 verbunden ist. Der Motor 6 wird nach diesem Ansaugvorgang über 5" den Schalter 9 ausgeschaltet. Für den neuen Titrationsvorgang wird nun der Kolben 2 wie bereits beschrieben über den vom Impulsgeber 5a gesteuerten MotorS angetrieben.

Wenn statt der Titrationsllüssigkeit Spüiflüssigkeit durch das Einlaßrohr 11 beim mittels des Motors 6 beschleunigten Kolbenhub in den Zylinder 1 angesaugt wird, schaltet der Flachhahn 7 bei Erreichen des unteren Totpunktes des Kolbens 2 — wie oben erwähnt — vom Einlaßrohr 11 auf das Auslaßrohr 10 ßo um. Allerdings wird hierbei der Motor 6 nicht ausgeschaltet, sondern mittels Schalter 9 in seiner Drehrichtung umgeschaltet, so daß der Kolben mit großer Geschwindigkeit die Spüiflüssigkeit durch das Auslaßrohr 10 herausdrücken kann. Dieser Spülvorgang H$ kann wahlweise einmal oder auch mehrere Male vorgenommen werden.

Die Diskussion dieser beiden Beispiele (Füllen des Zylinders mit Titrationsflüssigkeit, Spülen des Zylinders) zeigt deutlich, daß das Einschalten des Schrittmotors 5 und das Einschalten oder Ausschalten des Motors 6 bzw. seine Drehrichtungsumkehr vom gewünschten Programm abhängt, und zwar durch die Wirkungsverbindung zwischen Schalter 9 und Impulsgeber 5a.

Zur Bestimmung des vom Kolben 2 aus dem Zylinder 1 ausgestoßenen Volumens ist zweckmäßig ein die den Schrittmotor 5 antreibenden Impulse des Impulsgenerators 5a zählender elektronischer oder elektromechanischer Zähler vorgesehen; der letztere kann zum gleichzeitigen Drucken des Zählerresultates ausgebildet sein. Dieser Zähler ist nicht gezeichnet worden, da diese Vorrichtungen bekannt sind.

Zum Registrieren des ausgestoßenen Volumens kann auch ein Laborschreiber vorgesehen sein, dessen Papiertransport von einem zweiten Schrittmotor bewirkt wird, der gleichzeitig mit dem Schrittmotor 5 für den Kolbenantrieb vom gemeinsamen Impulsgenerator 5« betrieben wird.

Die in der Zeichnung gezeigten Elemente, also insbesondere der Zylinder 1 mit seinem Kolben 2 und der Kolbenantriebsschrittmotor 5 mit Impulsgenerator 5a bilden zweckmäßig eine bauliche Einheit. Ein zweiter, ebenfalls vom Impulsgenerator 5 betätigter Schrittmotor zum Antrieb eines Zähl-, Anzeige- oder Druckwerkes zwecks Bestimmung des aus dem Zylinder I ausgestoßenen Volumens kann in beliebiger Entfernung getrennt von der genannten Einheit angeordnet sein.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Motorgetriebene Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten mit einer Kolbenbürette, deren Kolben von einer Gewindespindel über ein Zahnradgetriebe wahlweise durch einen elektrischen Dosiermotor und einen weiteren Elektromotor zum schnellen Füllen und Entleeren der Bürette antreibbar ist und mit einer digitalen Impulszählvorrichtung für die jeweils abgegebene Flüssigkeitsmenge, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiermotor ein von einem elektrischen frequenzregelbaren Impulsgenerator (5 a), an dem unmittelbar der Impulszähler angeschlossen ist, gespeister Schrittmotor (5) ist.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler von elektromechanischer Art ist, der zugleich als Druckvorrichtung ausgebildet ist.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Schrittmotor (5) und der Gewindespindel (3) sowie dem weiteren Elektromotor (6) angeordnete Zahnradgetriebe ein Differentialgetriebe (4. 4/?. 4 c) ist.

4. Dosiervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter Laborschreiber angeschlossen ist, dessen Papiertransportschrittmotor mit dem Impulsgenerator (5a) in Schaltverbindung steht.

5. Dosiervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zum schnellen Füllen und Entleeren der Bürette (1) vorgesehene Elektromotor (6) an einen mit dem Impulsgenerator (Sa) in Schaltverbindung stehenden Steuerschalter (9) angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen