DE1945787A1 - Dosiervorrichtung fuer gasfoermige oder fluessige Stoffe - Google Patents

Description

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Dipl.-lDj;. F..J. KUPFERMANH

Patentanwalt

Anmelder: E.V. Philips' Gioeflampenfabrieken

Akte No. PHN-3490
Anmeldung vom: 9.9.69

"Dosiervorrichtung Tür gasförmige oder flüssige Stoffe".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosiervorrichtung zum Zu- oder Abführen von Mengen gasförmiger oder flüssiger Stoffe zu odor aus einem Raum. Die Dosiervorrichtung ist vorgesehen zum Dosieren jeder gewünschten nicht zu grossen Menge, beispielsweise einige cm³/see bis zu einer Menge Null, wobei der Druck der dosierten Menge von weniger als 1 Atmosphäre bis einige zehn Atmosphären betragen kann.

Eine derartige Dosiervorrichtung Hess sich bisher schwer verwirklichen, weil die zusammenstellenden Teile sehr hohen Anforderungen entsprechen müssen und die

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Kinstol I bn rkoit ebenfalls grosso Schwierigkeiten bereitet. Die erfindungsgemässe Vorrichtung lässt sich dagegen einfach herstellen und die Einstellbarkeit des Debits ist ebenfalls einfach, da keine Schraubenspindeln, Klappen, u.dgl. erforderlich sind. Ausserdem lässt sich mit derselben Vorrichtung die» Zu- .sowie die Abfuhr dor do.«dorten Moiige» zu und aus <>in<»ni Unum dürrIi f'(thron.

Nach der Erfindung ist eine Dosiervorrichtung doi' obengenannten Art dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zylinder ein Kolbensatz vorhanden ist, der aus zwei Kolben gleichen DurchraonHors besteht, zwischen denen sich ein Kolben grösseren Durchmessers befindet und zwischen den Kolben Kammern liegen, und dass einer der zwei gleichen Kolben und eier Kolben mit dem grösseren Durchmesser an ihrem Umfang eine umlaufende Nut aufweisen, wobei in die .beiden Kammern ein Anschlusskanal für den zu dosierenden" Stoff und bei jeder der freien Endflächen der Kolben gleichen Durchmessers ein Anschlusskanal mündet, wobei in einem ein einstellbarer Steuerdruck herrscht, während der andere Kanal mit dem Umgebungsdruck verbunden ist, und der grösste in der Mitte des Kölbensatzes liegende Kolben am Umfang mit mindestens einem axial liegenden Schlitz versehen ist, der eine von der axialen Lage des Kolbensatzes abhängige Verbindung einstellbarer Grosse bildet, zwischen der Kammer, die in der Nähe desjenigen Kolbens liegt, der nicht mit einer umlaufenden Nut versehen ist, und einem in der Zylinderwand vorhandenen ringförmigen Raum, der an

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oinori Kanal zum Abführen zu do.siorondcn Stoffca angeschlossen ist und offene Verbindungen zwischen den beiden auf den genannten Kolben vorhandenen ringförmigen Nuten und uor Kammer, in die der Schütz mündet, vorhanden sind, wobei der Druck in der Kammer, an die sich der Schlitz ansrhli(jsst, durch die Lage des Kolbensatzes im Zylinder geregelt wird, welcher Druck ebenfalls in beiden~ ringförmigen Nuten herrscht, während in der anderen Kammer der Druck des gewünschten V'olumenstromos herrscht, wobei diese andere Kammer mittels eines zwischen den Kolbon- und den Zylinderwandteilen sowohl des grösseren als auch des kleineren Durchmessers gebildeten engen Spaltes mit den beiden ringsherumlaufenden Nuten, in denen der geregelte Druck herrscht, verbunden ist.

Wenn Temperaturschwankungen in dem zu dosierenden Volumenstrom auftreten, oder die Vorrichtung in einem Raum verwendet werden muss, in dem wechselnde Temperaturen auftreten, haben vorzugsweise nach einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung die Materialien, aus denen der Kolben- :satz und der Zylinder bestehen, einen verschiedenen Ausdehungskoeffizionten, derart, dass bei TemperatürSchwankungen die Anderurfg der Spalthöhe die Änderung der Viskosität der Flüssigkeit oder des Gases ausgleicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen Zylinder mit einem darin angeordneten axial einstellbaren Kolbensatz.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Zylinder angedeutet,

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an dem ein Zylinderdeckel 2 befestigt ist. AuT dor rechfen Seite sind drei Anschlussmöglichkeiten 3» ^- und 5 dargestellt; auf der linken Seite ist im Deckel 2 ein« vierte Anschlussmöglichkeit 6 dargestellt. Im Zylinder 1 liegt ein Kolbonsatz, der aus zwei gleichen Kolben 7 und 8 mit einem Durchmos.sor d, und aus einem grösseren Kolben '' mit einem Durchmesser D zwischen den Kolben 7 und 8 besteht. Der Kolben 7 hat eine' ringförmige Nut 10; der Kolben 9 eine ähnliche Nut 11. Zwischen der Endfläche des Kolbe.ns 7 und dem Deckel 2 liegt eine Kammer 12; weiter liegt zwischen dem Deckel 2 und der anderen Seite des KoI-

bens 9-eine Kammer 13· Ähnliche Kanimern, die mit 14 und 15 angedeutet sind, liegen zwischen einer Seitenfläche des Kolbens <> und dem Zylinder 1 und zwischen der Endfläche " des Kolbons 8 und dem Zylinderende.

Zentral im Kolbensatz ist ein Kanal 16 angebracht, der durch Offnungen 17_t 18 und 19 mit den ringförmigen Nuten 10 und 11 und mit der Kammer 14 in offener Verbindung steht, die also miteinander verbunden sind, und in denen also immer derselbe Druck herrscht» In die Anschlussmöglichkeit 3 mündet ein Kanal 20, der durch einen Kanal 21 mit der Kammer 13 in offener Vorbindung steht. Die Anschlussmöglichkeit 5 ist durch einen Kanal 22 mit der Kammer 14 verbunden. Im Umfang des Kolbens 9 liegen vier Schlitze 23; diese Schlitze münden einerseits in die Kammer I^ und bilden eine Verbindung mit einer von der Lage des Kolbensatzes abhängigen Grosse mit einem ringförmigen Raum 2k in der Zylinderwand* Der ringförmige Raum

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Uh ist mittels eines Kanals i»5 mit dem Umgebungsdruck- \^rerbunden. Der Spalt zwischen den Kolbenumfängen und den respektivon Zylinderwändon liegt in der Grössenordnung von .?0 /um.

- . Di <> Wirkung»woiho dor Dosiervorrichtung wird nun für einen aus dem Kanal 20 hinaustretenden Volumenstrom, beispielsweise einen Olstrom, wobei ein gewünschtes Debit zwischen einigen cm³/see. und Null realisiert werden kann, naner erläutert. An den Anschluss 6 ist eine Ölleitung angeschlossen mit einemtDruck p„, der als Steuerdruck bezeichnet wird. Dieser Druck muss je nach dem gewünschten Debit einstellbar sein, beispielsweise mit einem Druckregelventil auf ein hohes Druckniveau und mit einer Flüssigkeitssäule auf ein niedriges Druckniveau. An die Anschlussmöglichkeit 5 ist eine Ölleitung angeschlossen mit einem Druck, dessen Wert p_ in der Kammer 14 durch die Überlappung der Schlitze 23 und des ringförmigen Raumes 2k geregelt wird. Für einen aus dem Kanal 20 hinaustretenden Volumenstrom ist der Regeldruck p„ grosser als der Druck P₁. Nun herrscht in der Kammer 12 der Druck p₂, da durch den Kanal 22, den Kanal 16 und die Offnungen 17, 18 und 19 eine offene Verbindung untereinander vorliegt. In der Kammer 30 herrscht jedoch der Austrittsdruck ρ , da dibse Kammer mit der Austrittsöffnung 3 in offener Verbindung steht. Durch den Druckunterschied p₂ - P₁ zwischen den ringförmigen Nuten 10 und 11 einerseits und der Kammer 13 andererseits entsteht in den beiden ringförmigen Spalten 26 und

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.'-'7 <^%ino J ei πι i na re Slrömuiig. Dor Druckunterschied ρ ^ - ρ geht aus dom Kräftogloiohgewicht des Kolbensatzos hervor, und zwar:

P₃Tf ^d2 + P¹ f (D²-d²) = p2 f (D²-d²)

Daraus folgt:

d²

p.'i -pl= ρ 3

D² - d²

Es stellt sich heraus, dass bei den gegebenen Grossen D und ti, dor Druckunterschied zwischen p2 und. pl ausschliosslich vom Druck p3 abhängig-ist. Bekanntlich ist das Debit durch einen laminaren Widerstand vom Typ, wie dieser durch die^Spalte 26 und 27 gebildet wird, linear abhängig vom Druckunterschied an diesem Widerstand, gemäss der aus der Strömungslehre bekannten Gleichung: (A ^DH³ P2 - pl

^{P =} 12_/U * L
in der 0 das Debit, D der Durchmesser, H die Spalthöhe, yum die Viskosität und L die Spaltbreite ist. Für eine Dosiervorrichtung des beschriebenen Typs mit bestimmten Abmessungen und ftir eine bestimmte Flüssigkeit g±lt bei nahezu konstanter Temperatur, dass 0 = C(p2 - pl), wobei C eine Konstante ist. Das zu dosierende Debit wird also nur durch die Grosse von p3 bestimmt (denn diese ist p„ - pl proportional). Da p3 auf jeden gewünschten Wert einstellbar ist, lässt sich also ein willkürlich kleines Debit einstellen. Die obenstehende Betrachtung gilt bei einer konstanten Temperatur des Ols und bei konstanten Umgebungsdruck. Treten Temperaturänderungeh auf, so hat dies eine Änderung der Viskosität des 01s zur Folge, wo—

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Claims (1)

1. ; , . PIlN. 'j V)O

   durch .•-ich ii 1 μ) das Dobi t ändert . Diese Dobi tabwcicliung infolge (1(M^- V i skosi t ätsabwoi cluing lässt sieh dadurch aus-(',■li'irlicii, dass die Spalthöho H in den Spalten 2(> und 'i7 cl)cnl"iil Is zu (MtHM" Funktion dor Temporatur gemacht wird,

   " II¹
   wodurch aus dor Dob i t formel i'ür laminare .Strömung

   ol)(<nl';il Is kon.sj.ant bleibt. Dies lässt sich durch oino goi'ijiiicto Ma t ori ii Iwah 1 dos Zylinders und dos KoI bonsa tzos verwirklichen. Eine geeignete Bemessung des Kolbendurchmossers und der Spalthöhe kann auch die Unterdrückung von Dobi t sänderungen infolge Temporatureinilüsse fördern.

   Wird ein ziemlich hoher Druck p.'i angewandt und dadurch auch der Druck pl ziemlich hoch, so ist es empfehlenswert, um den Zylinder 1 einen zweiten Zylinder anzuordnen, doi* aiii' beiden Seiten den Zylinder 1 einschlieest, und darin denselben Druck p'.l zuzuführen, so dass auf den I'm fang des Zylinders 1 ebenfalls dieser Druck p2 ausgeübt wi rd .

   Bei der beschriebenen Ausführung \vird die dosierte Menge einem Raum zugeführt; soll diese Menge aus einem Raum abgeführt werden, so wird die Leitung, in der der Druck ρ3 herrscht , mit dem Anschluss ^4 verbunden und dor Anschluss d bleilTt offen.
   PATKNTANSPWrKrHK;

   /i.) Dosiervorrichtung zum Zu- und Abführen von Mengen flüssiger oder gasförmiger Stoffe zu oder aus einem Raum, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zylinder (i) ein KoI-bensatz (7» ^f ^) vorhanden ist, der aus zwei Kolben glei-

   0 0 9 8 13/1207 BAD ORIGINAL

   ' PHN. 3''!K)

   cliiMi Durrliuu'Hi-iiw.s (j, H) bo.stoh t, zwj.sction demon .sich αί,η Kolben grösseren Durchmessers (9) befindet, und zwischen don Kolben Kammern (13, 1^) liegen, und dass einer der zwei gleichen Kolbon (7) und der Kolben mit dem grösseren DurchnicsHPr (')) an ihrem Umfang eirio umlaufende Nut (1O, 11) aufweisen und in die beiden Kammern ein Anschlusskanal (2 1, 22) für den zu dosierenden Stoff und bei jeder der freien Endflächen der Kolben gleichen Durchmessers ein Anschlusskanal (■'•4, () ) mündet, wobei in dem einen ein einstellbarer .Steuerdruck herrscht, während der andere Kanal mi.t dem Umgebungsdruck in Verbindung steht, und wobei der grösste in der Mit to des Kolbensatzes liegende Kolben an dem Umfang mit mindestens einem axial liegenden Schlitz (23) versehen ist, der eine von der axialen Lage des Kolbensatzes abhängige Verbindung einstellbarer Grosse bildet zwischen der Kammer, dio in der Nahe desjenigen Kolbens liegt, der nicht mit einer umlaufenden Nut versehen ist, und einem in der Zylindorwand vorhandenen ringförmigen Raum (iiU) der. an einem Kanal zum Abführen zu dosierenden Stoffes angeschlossen i f-τ und offene Verbindungen zwischen den beiden auf den genannten Kolben vorhandenen ringförmigen Nuten und der Kammer, in die der Schlitz mündet, vorhanden sind, wobei der Druck in der Kammer, an die sich der Schlitz ansohliesst, durch dio Lage des Kolbensatzes im Zylinder geregelt wird, Kelcher Druck ebenfalls in den beiden ringförmigen Nuten herrscht, während in der anderen Kammer der Druck des ge-wünschten Volumenstromes herrscht, wobei· diese andere Kammer mittels eines engen Spaltes zwischen den Kolben und den

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   ,Zy 1 j ridorwand to i lon sowohl· dos grösHoron rt Ih auch dos kleineren Durchmessers mit den beiden umlaufenden Nuten, in denen der geregelte Druck herrscht,verbunden ist.

   ..'-'. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

   kennzeichnet, dass die Materialien, aus denen der Kolbensiitv. innI dor /ylindor bestehen, oin.on vorschi odenon Ausdehnungskoeffizienten haben, derart, dass bei Temperaturschwankungen die Änderung der Spalthöhe die Änderung der~ Viskosität der Flüssigkeit oder des Gases ausgleicht.

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