DE19538516C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosierung von Flüs­ sigkeiten, insbesondere von Wasser, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Dosierverfahren und -vorrichtungen für Flüssigkeiten sind in vielfältiger Art bekannt. So sind neben Verfahren und Vorrichtungen unter Benutzung von Dosierpumpen auch solche bekannt, bei denen Meßbehälter verwendet werden, die nach Erreichen der gewünschten Flüssigkeitsmenge entleert wer­ den. Die erforderliche Füllhöhe wird durch Steuerung des Zulaufs z. B. mittels mechanischer oder elektromechanischer Ventile erreicht. Diese Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß die Absperrvorrichtungen für die Erzielung einer hohen Dosiergenauigkeit sehr genau gefertigt sein müssen, wodurch diese Baugruppen teuer werden.

Aus der DE 38 18 419 A1 ist weiterhin eine Abfüllvorrich­ tung für flüssige Stoffe bekannt, bei der die Flüssigkeit von oben eingefüllt wird und die Abstellung der Flüssig­ keitszufuhr über Elektroden mittels einer elektronischen Verstärkerschaltung gesteuert wird. Voraussetzung für die Anwendung dieser Vorrichtung ist, daß die Flüssigkeit elektrisch leitfähig ist. Diese Vorrichtung weist aber den Nachteil auf, daß bei einer von oben vorgenommenen schnel­ len Füllung des Gefäßes der Flüssigkeitsspiegel uneben sein kann, so daß über die Elektroden eventuell vor oder erst nach Erreichen der gewünschten Flüssigkeitsmenge ein Strom fließt. Dadurch wird die Genauigkeit der Dosierung negativ beeinflußt.

Aus der DE 32 45 594 A1 ist ein Verfahren zur dosierten Abgabe von Frischmilch bekannt, bei dem die unter Überdruck sterilisierter Druckluft stehende Milch aus einem Vorratsbe­ hälter von oben in ein Meßgefäß und danach einer Verbrau­ cherflasche zugeführt wird. Als Meßgefäß wird ein geschlos­ senes Überlaufgefäß mit Überlaufkammer verwendet. Der Füllstand wird mittels eines Füllungsfühlers gemessen, der einen elektrischen Impuls abgibt. Dieser bewirkt das Schlie­ ßen des Einlaßventils und Öffnen des Auslaßventils.

Auch bei diesem Verfahren besteht der Nachteil des unebenen Flüssigkeitsspiegels, der die Genauigkeit der Dosierung negativ beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genaue Dosie­ rung einer Flüssigkeit in einem Meßbehälter mittels weniger Verfahrensschritte und mittels preiswerter mechanischer Baugruppen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird das durch ein Verfahren mit den Merkma­ len nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 4 erreicht.

Bei dem Verfahren zur Dosierung von Flüssigkeiten, insbeson­ dere von Wasser, unter Verwendung eines Meßbehälters mit Überlauf wird die Flüssigkeit blasenfrei in den Meßbehälter eingegeben. Nach Erreichen der durch den Überlauf festgeleg­ ten Dosiermenge wird weiter Flüssigkeit in den Behälter eingegeben, wobei die eingegebene Flüssigkeitsmenge größer ist als die durch den Überlauf abfließende Menge. Nach Beendigung der Eingabe wird auf den Flüssigkeitsspiegel ein Überdruck aufgebracht, der zumindest am Schluß des einset­ zenden Absinkens des Flüssigkeitsspiegels auf das Niveau des Überlaufs auf Null verringert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Flüssigkeit von unten in den Meßbehälter gepumpt wird, wobei das Einpumpen bis zum Erreichen des Überlaufs gegen den Druck der umgebenden Atmosphäre erfolgt, und daß der Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gegen die umgebende Atmosphäre geschlossen wird, sobald der Flüssigkeitsspiegel die Höhe des Überlaufs überschritten hat, und daß dieser Raum spätestens wieder geöffnet wird, sobald der Flüssig­ keitsspiegel das Niveau des Überlaufs erreicht hat.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß in einfacher Weise eine genaue Dosierung möglich ist. Für die blasenfreie Eingabe der Flüssigkeit können bekannte Möglichkeiten genutzt werden. Durch den Einlaß am unteren Ende des Meßbehälters wird aber eine Erhöhung der Einlaßge­ schwindigkeit bei weitestgehender Gewährleistung der Blasen­ freiheit erreicht. Infolge des Einpumpens von Flüssigkeit über den Überlauf hinaus und des anschließenden Absinkens des Flüssigkeitsspiegels unter Überdruck wird ein genaues Einpegeln des Flüssigkeitsspiegels auf das Niveau des Überlaufs erreicht, auch wenn an den Überlauf eine Schlauchleitung angeschlossen ist, deren Lage sich verän­ dern kann. Die unterschiedliche Lage dieser Schlauchleitung hätte ohne Anwendung eines Überdruckes ein unterschiedli­ ches Ablaufverhalten der Flüssigkeit zur Folge. In bestimm­ ten Lagen könnte z. B. durch Lufteinschluß das Ablaufen der Flüssigkeit aus dem Überlauf sogar verhindert werden.

Es ist zweckmäßig, daß die dosierte Flüssigkeitsmenge unter Einwirkung der Schwerkraft aus dem Meßbehälter entfernt wird. Dadurch wird keine zusätzliche Pumpe zum Entleeren des Meßbehälters benötigt.

Bei einer Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten mit einem Meßbehälter weist dieser einen Einlaß für das blasen­ freie Einpumpen der zu dosierenden Flüssigkeit auf. Weiter­ hin weist er einen verschließbaren Auslaß, einen vom Einlaß unabhängigen Überlauf und oberhalb des Überlaufs einen gegenüber der umgebenden Atmosphäre verschließbaren Raum auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Einlaß am unteren Ende des Meßbehälters vorgesehen. Als Einlaß kann insbesondere ein Einfüllstutzen und eine waagerechte Einlaßleitung vorgesehen sein, die in eine senkrechte Leitung größeren Querschnitts mündet, wobei sich die senk­ rechte Leitung nach oben kontinuierlich auf einen konstan­ ten Querschnitt des Meßbehälters erweitert. Dabei ist es zweckmäßig, daß sich die senkrechte Leitung kegelförmig auf einen zylinderförmigen Abschnitt des Meßbehälters erwei­ tert.

Diese Ausführung des Einlasses mit einer Erweiterung ermög­ licht eine Erhöhung der Eingabegeschwindigkeit der Flüssig­ keit, ohne daß sich Blasen bilden.

Der Raum oberhalb des Überlaufs kann einen Deckel mit mindestens einer Lüftungsöffnung aufweisen, der ein ver­ schiebbares Dichtungselement zugeordnet ist, wobei vorzugs­ weise ein in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsspiegel verschieb­ bares Dichtungselement vorgesehen sein kann. Als Dichtungse­ lement kann ein auf einem Schwimmer vorgesehener Dichtungs­ ring oder eine Kugel vorgesehen sein.

Das Meßgefäß kann zur Einstellung unterschiedlicher Dosier­ mengen mit einem in seiner Höhe verstellbaren Überlauf versehen sein.

Für das Ausbringen der dosierten Flüssigkeitsmenge aus dem Meßbehälter kann der verschließbare Auslaß am unteren Ende des Meßbehälters vorgesehen sein, wobei als Verschluß vor­ zugsweise ein Magnetventil vorgesehen ist.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Dosiereinrichtung mit einem Schwimmerventil oberhalb eines Über­ laufs;

Fig. 2 einen gegenüber der Fig. 1 um 90° gedrehten Längsschnitt durch eine Dosiereinrichtung mit einem Kugelventil oberhalb des Überlaufs;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Dosiereinrichtung mit in der Höhe verstellbarem Überlauf.

Die Dosiereinrichtung weist einen Meßbehälter 1 auf, dessen Hauptbestandteile ein zylindrisches Schauglas 6, ein unte­ res Schauglasspannstück 8 und ein oberes Schauglasspann­ stück 4 sind. Das Schauglas 6 besteht aus Glas oder einem durchsichtigen Kunststoff. Im unteren Schauglasspannstück 8 ist ein Einfüllstutzen 9 vorgesehen, der an eine nicht dargestellte Pumpe anschließbar ist. Als Pumpe kann zweckmäßig eine Membranpumpe vorgesehen sein, bei der nach dem Abschalten ein Zurückfließen der Flüssigkeit nicht möglich ist.

An den Einfüllstutzen 9 schließt sich im Schauglasspann­ stück 8 eine waagerechte Leitung 13 an, die in eine senk­ rechte Leitung 14 mündet. Diese weist einen größeren Durchmesser als die waagerechte Leitung auf. Die senkrechte Leitung erweitert sich nach oben kegelförmig bis zum Schauglas 6, d. h. unterhalb des Schauglases 6 ist ein hohlkegelförmiger Abschnitt 15 vorhanden. Die sich in Richtung zum Schauglas 6 hin vergrößernden Querschnitte der Leitungen verhindern das Festsetzen von Blasen an den Wandungen, so daß die Flüssigkeit im Meßbehälter praktisch blasenfrei ist.

Die senkrechte Leitung 14 ist bei diesem Ausführungsbei­ spiel auch die Auslaßleitung für die dosierte Flüssigkeits­ menge. Diese wird durch ein Magnetventil 10 verschlossen, das mittels eines Magnetschalters 11 betätigt werden kann.

Im oberen Schauglasspannstück 4 ist ein Überlaufstutzen 5 angeordnet. Oberhalb des Überlaufstutzens ist ein Raum 16 vorgesehen, der zwischen dem oberen Schauglasspannstück 4, einem Distanzstück 3 und einem Deckel 12 liegt. Dieser Raum 16 ist über einen Durchgang 17 mit dem Schauglas 6 verbun­ den. Im Deckel 12 ist eine Öffnung 18 vorgesehen, die im vorliegenden Beispiel durch einen Schwimmer 2 mit einem Dichtring 19 verschließbar ist.

Vor dem Dosieren einer Flüssigkeitsmenge ist das Magnetven­ til 10 geschlossen. Über den Einfüllstutzen 9 wird mittels der nicht dargestellten Membranpumpe die zu dosierende Flüssigkeit in den Meßbehälter 1 gepumpt. Nachdem der Flüssigkeitsspiegel den Überlaufstutzen erreicht hat, wird der Pumpvorgang nicht abgeschlossen. Dabei wird eine größe­ re Flüssigkeitsmenge gepumpt, als durch den Überlaufstutzen abfließen kann, so daß der Flüssigkeitsspiegel im Meßbehälter weiter ansteigt. Dringt die Flüssigkeit in den Raum 16 ein, wird der Schwimmer angehoben und der Dichtring 19 verschließt schließlich die Öffnung 18, so daß keine Luft mehr entweichen kann. Zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und dem Deckel 12 ist ein Luftpolster vorhanden, daß bei Fortsetzung des Pumpvorganges verdichtet wird.

Zeitgesteuert wird der Pumpvorgang eine gewisse Zeit nach dem Schließen der Öffnung 18 beendet. Infolge des Über­ druckes wird der Flüssigkeitsspiegel nach unten gedrückt. Dabei sinkt der Schwimmer 2 ebenfalls nach unten, so daß die Öffnung 18 wieder freigegeben wird. Wenn der Flüssigkeitsspiegel auf die Höhe des Überlaufstutzens abgesunken ist, herrscht somit über dem Flüssigkeitsspiegel wieder der Umgebungsdruck. Durch diesen zeitweiligen Überdruck wird erreicht, daß die Flüssigkeit unabhängig von der Lage eines an den Überlaufstutzen angeschlossenen Schlauches bis zum Erreichen der Überlaufkante des Überlauf­ stutzens problemlos abfließen kann.

In dieser Ausführungsform ist z. B. die Dosierung von 225 ml Wasser, wie sie für die Mischung von Normzementmör­ teln in einem Labor-Mörtelmischer erforderlich sind, mit einer Abweichung von weniger als einem Mikroliter innerhalb weniger Sekunden möglich.

Die Abdichtung der Öffnung 18 mittels eines Dichtringes 19 stellt nur eine Ausführungsform dar. Andere Abdichtungsar­ ten sind möglich. So ist in der Fig. 2 ein Kugelventil schematisch dargestellt, bei dem eine Kugel 20 in einem Käfig 21 geführt ist. Diese Kugel ist schwimmfähig und wird so durch die Flüssigkeit nach oben gedrückt. Auch hierbei bleibt noch ein ausreichendes Luftpolster zwischen dem Flüs­ sigkeitsspiegel und dem Deckel, so daß sich ein Überdruck aufbauen kann.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 besteht der Überlaufstutzen aus zwei Teilen 5a und 5b. Durch Verschie­ ben des Teiles 5b läßt sich die Überlaufhöhe und damit die zu dosierende Flüssigkeitsmenge um einen gewissen Betrag verändern.

Claims (13)

1. Verfahren zur Dosierung von Flüssigkeiten, insbeson­ dere von Wasser, unter Verwendung eines Meßbehälters mit Überlauf, bei dem

• - die Flüssigkeit blasenfrei in den Meßbehälter eingegeben wird,
• - nach Erreichen der durch den Überlauf festgeleg­ ten Dosiermenge weiter Flüssigkeit in den Meßbehäl­ ter eingegeben wird, wobei die eingegebene Flüssig­ keitsmenge größer ist als die durch den Überlauf abfließende Menge, und
• - nach Beendigung der Eingabe auf den Flüssigkeits­ spiegel ein Überdruck aufgebracht wird, der zumin­ dest am Schluß des einsetzenden Absinkens des Flüssigkeitsspiegels auf das Niveau des Überlaufs auf Null verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit von unten in den Meßbehälter gepumpt wird, wobei das Einpumpen bis zum Erreichen des Überlaufs gegen den Druck der umgebenden Atmo­ sphäre erfolgt, daß der Raum oberhalb des Flüssig­ keitsspiegels gegen die umgebende Atmosphäre ge­ schlossen wird, sobald der Flüssigkeitsspiegel die Höhe des Überlaufs überschritten hat, und daß dieser Raum spätestens wieder geöffnet wird, sobald der Flüssigkeitsspiegel das Niveau des Überlaufs erreicht hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dosierte Flüssigkeitsmenge unter Einwirkung der Schwerkraft aus dem Meßbehälter entfernt wird.

4. Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten, insbe­ sondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Meßbehälter (1), der

• - einen Einlaß (9) für das blasenfreie Einpumpen der zu dosierenden Flüssigkeit
• - einen verschließbaren Auslaß (14),
• - einen vom Einlaß (9) unabhängigen Überlauf (5) und
• - oberhalb des Überlaufs einen gegenüber der umge­ benden Atmosphäre verschließbaren Raum (16) auf­ weist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einlaß (9) am unteren Ende des Meßbe­ hälters vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als Einlaß ein Einfüllstutzen (9) und eine waagerechte Einlaßleitung (13) vorgesehen ist, die in eine senkrechte Leitung (14) größeren Querschnitts mündet, und daß sich die senkrechte Leitung (14) nach oben kontinuierlich auf einen kon­ stanten Querschnitt des Meßbehälters erweitert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die senkrechte Leitung (14) kegelför­ mig auf einen zylinderförmigen Abschnitt des Meßbe­ hälters (1) erweitert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (16) oberhalb des Überlaufs (5) einen Deckel (12) mit mindestens einer Lüftungsöffnung (18) aufweist, der ein Dich­ tungselement (19, 20) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß ein in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsspie­ gel verschiebbares Dichtungselement vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Dichtungselement eine Kugel (20) oder ein auf einem Schwimmer (2) angeordneter Dichtungsring (19) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seiner Höhe verschiebbarer Überlauf (5a, 5b) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der verschließbare Auslaß (14) am unteren Ende des Meßbehälters vorge­ sehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß als Verschluß für den Auslaß ein Magnetven­ til (10) vorgesehen ist.