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Anlage zur Vorbereitung, Wägung und Weiterleitunq einer Probe Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur Vorbereitung, äw7ng und Weiterleitung einer Probe
mit Greifervorxichtungen und einem Dosierer, die einen gemeinsamen Operationspunkt
für ihre Bewegungen besitzen.
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Die Kontrolle von Kernbrennstoffen - sei es aus wirtschaftlichen Gründen
oder um ihren Mißbrauch zu nicht friedlichen Zwecken zu verhindern - erfordert die
Entwicklung von bedienungsfrei, zuverlässig, verfälschungssicher und ausreichend
genau arbeitenden Analysenautomaten zur Bestimmung von Uran- und Plutonium-Konzentrationen
in wäßrigen Lösungen. Als ein besonders erfolgversprechendes Verfahren bietet sich
hierfür die Röntgenfluoreszenzspektrometrie an. Sie wird durch anwesende Fremdelemente
kaum gestört, ist vom chemischen Zustand des zu bestimmenden Elementes weitgehen
unabhängig und kann automatisiert werden.
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Bei der Automatisierung bzw. automatischen Probenvorbereitung ist
aber besonders darauf zu achten, daß die erreichbare Meßgenauigkeit durch die Art
der Probenvorbereitung möglichst wenig beeinträchtigt wird, die Anlage Eichproben
selbständig herstellen und messen kann, die Analysenrate nur durch die reine Meßzeit
bestimmt wird, als Konzentrationsbereich der Uran- und Plutoniumbestimmungen 0,05-250
mg/ml vorgegeben und der Raumbedarf der Anlage durch die Abmessungen einer serienmäßigen
Box begrenzt werden kann.
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Aus der angestrebten, vom Meßverfahren her gegebenen maximalen Genauigkeit
ergibt sich, daß mit einem inneren Standard - besonders geeignet ist Thorium - gearbeitet
werden muß. Um einerseits die Impulsraten, besonders bei der Bestimmung von Plutonium,
nicht unnötig zu erniedrigen, um möglichst lineare Eichkurven zu erreichen und um
andererseits wegen der oft hohen Gamma-Aktivität der Proben mit möglichst wenig
Prohelösunq auszukon-aen, muß der Meßbecherguerschnitt optimal gehalten und in unendlich
dicker Schicht gemessen werden. Da der Konzentrationsbereich für Messungen guter
Genauigkeit zwischen den Grenzen 0,05 bis ;5 g/ml liegt, ist die Originalprobe gegebenenfalls
bis zu 50-fach zu verdünnen. Zur exakten Ermittlung der quantitativen Zusammensetzung
der Meßprohe aus Original'probe, Standardlösung und VerdUnnungsmittel muß zwischen
allen Vermischungsvorgängen gewogen werden.
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Querkontaminationen lassen sich fast ausschließlich nur vermeiden,
indem an geeigneten Stellen der Prohenvorbereitung alle mit den Analyselösungen
in Kontakt kommende Gefäße gegen saubere, neue Einwegteile ausgetauscht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, unter Beachtung der
o.g. Anforderungen an die Automatisierung solcher Messungen, eine Anlage zu bieten,
mit der ein Becher aus einem Bechermagazin entnommen, der Becher mit der Probe versehen
und vorbereitet, die Probe mit Becher gewdgen und in einen Meßbecher oder in einen
Abw fallbehälter eingefüllt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgaben ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
einen Bechergreifer, mit dem ein Becher aus einem Bechermagazin entnehmbar und auf
einen Drehteller stellbar ist, der der gemeinsame Operationspunkt ist, durch einen
Waagengreifer, mit dem der Becher ohne Verkippung zu und von einer Waage vom oder
zum Dreh teller führbar ist, durch mindestens einen Schwenkgreifer, mit dem der
Becher ausgieß- und/oder abstellbar ist und durch eine den Dosierer hildende Halterung
für Dosierzuführungen, die über den Becher auf den Drehteller einstellbar sind.
In bevorzugter Weise sind der Bechergreifr, der Waagengreifer, der Schwenkgreifer
und die Halterung für die Dosierzufßhrungen auf einer gemeinsamen Platte um den
Drehteller herum befestigt. Dabei kann der Bechergreifer die Becher auf einer Kreisbahn
senkrecht zur Platte vom Bechermagazin zum Drehteller und der Waagengreifer die
Becher ohne Verkippung ebenfalls in einer Kreisbahn senkrecht zur Platte bewegen.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäRen Anlage kann jeweils
ein Schazenkgreifer mit und ohne Verkippung auf jeweils einer Seite des Drehtellers
angeordnet sein, wobei der eine Schwenkgreifer in einer ersten Ebene parallel zur
Plattenoberfläche um eine Drehachse schwenkbar, in Richtung der Drehachse heb- und
senkbar und um eine im Schwenkgreifer liegende Achse, die in der ersten Ebene liegt,
kippbar sein. Der weitere Schwenkgreifer ist dann in einer weiteren, der ersten
Ebene parallelen oder deckenden Ebene schwenkbar.
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Der Drehteller kann in einer bevorzugten Weiterführung der Erfindung
in einer Ausnehmung der Platte gelagert und von einer Antriebseinrichtung in Wechseldrehung
versetzbar sein.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, daß die
Halterung des Dosierers aus einem Düsenstock besteht, in dem die Austrittsenden
der Dosierzuführung befestigt sind und der mittels eines Gestänges in einerHreisbahn
senkrecht zur Platte über den Drehteller bewegbar ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 8 mittels
eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Figur 1 zeigt eine Ubersicht über die Anlage.
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Figur 2 zeigt einen Becher, Figur 3 die Mischvorrichtung, Figur 4
und 5 in Seiten- und Aufsicht den Waagengreifer, Figur 6 den Schwenkgreifer und.
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Figur 7 und 8 den Dosierer.
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Zur Messung der Probe ist es erforderlich, daß zu einer definierten
Menge der Originalprobe eine bekannte Menge Thorium, Uran, Plutonium, Strontium
oder Yttriumals innerer Standard zugesetzt und mit der Lösung homogen vermischt
wird. Nach jedem Zusatz einer Lösung wird eine Wägung durchgeführt. Der in die Box
eingebrachten Probe wird an einer nicht näher dargestellten Stelle mit einer Einmalpipette
eine Teilprobe entnommen. Diese wird in den vorher gewogenen Mischbecher, der aus
einem ebenfalls nicht näher dargestellten Magazin stammt, gegeben. Die Restprobe
gelangt wieder in ein nicht näher dargestelltes Lager. Mit den erfindungsgemäßen
Greifersystemen 2, 3 wird der Becher auf einen Drehteller und eine elektronische
Waage gestellt, deren Schaltgewichte mit einem elektrischen Stellantrieb aufgelegt
werden. Nach der Wägung wird die Teilprobe mit einer Dosierung eine bestimmte Menge
einer geeichten Lösung des inneren Standards zugesetzt und erneut gewogen.
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Weitere Reagenzien oder verdünnte Salpetersäure können in gleicher
Weise mit dem erfindungsgemäßen Dosierer 6 zugewogen werden. In entsprechender Art
stellt die Anlage aufgrund vorgegebener Programme Eichproben selbständig her. Nach
Vermischen der Lösung wird mlt einer neuen Pipette eine Meßprobe in einen hier nicht
näher dargestellten Meßbecher übertragen.
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In Figur 1 ist eine schematische Übersicht über die erfindungsgemäße
Anlage dargestellt. Auf einer Platte 1, die die Deckplatte eines Gehäuses ist, welches
die Antriebsmotoren und Antriebsmechanismen (nicht näher dargestellt) für die einzelnen
Systeme enthält, sind der Bechergreifer 2, der Waagengreifer 3 (siehe Figur 4 und
5), der erste Schwenkgreifer 4 (siehe Figur 6), der weitere Schwenkgreifer 5, der
Dosierer 6 (siehe Figur 7 und 8) und der Drehteller 7 (siehe Figur 3), der in einer
Ausnehmung 8 in der Platte 1 steht,-angeordnet. Auf diesen Drehteller 7 sind die
Becher 9 aufstellbar.
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Er bildet den gemeinsamen Operationspunkt für die Greifersysteme 2,
3, 4 und 5 sowie für den Dosierer 6,;An dem Gehäuse mit der Platte 1 sind weiterhin
Druckluftzuführungen 10 angeschlossen sowie elektrische Kabel 11 fitr die Antriebsmechanismen.
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Der Bechergreifer 2 entnimmt aus einem nicht näher dargestellten Bechermagazin
Becher 9, die in dem Bechermagazin mit ihrer Offnung nach unten eingestellt sind.
Die Greifer bzw. die Zangen 12 des Greifersystems 2, welche an einer Halterung 13
befestigt sind, können über den pneumatischen Druckzylinder 14 auf- und zubewegt
werden. Der pneumatische Zylinder 14 wird über die Druckleitung 15 mittels Druckluft
beaufschlagt. Der Rahmen 13 ist über das Doppelgestänge 16 an einer Drehachse 17
befestigt, die an den Blöcken 18 gelagert und an der Plattenoberfläche 1 befestigt
ist. Die Drehachse 17 und mit ihr die Stangen 16 sowie die Fassung 13 können über
das an der Drehachse 17 befestigte Zahnrad 19 vQn einem Motor unter der Plattenoberfläche
1 angetrieben werden.
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Der Becher 9 beschreibt dabei eine Kreisbahn, welche senkrecht zur
Oberfläche der Platte 1 und deren Endpunkt auf dem Drehteller 7 liegt. Dabei steht
dann der Boden des Bechers 9 auf der Oberfläche des Drehtellers 7 auf und seine
öffnung weist nach oben.
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Mit demWaagengreifer3, welcher noch im folgenden näher beschrieben
wird, kann der Becher 9 in der Stellung auf den Drehteller 7
erfaßt
werden und ebenfalls in einer Kreisbahn, welche senkrecht zur Plattenoberfläche
1 liegt ohne Verkinpung, d.h. die öffitung bleibt immer oben, auf eine nicht näher
dargestellte Waage gestellt bzw. von der Waage wiederum auf den Drehteller 7 gestellt
werden.
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Mit dem einen Schwenkgreifer 4.kann der Becher 9 vom Drehteller 7
in einer Kreisbahn, deren Kreisebene parallel zur Oberfläche der Platte 1 liegt,
nach außen geschwenkt und über einem nicht näher dargestellten Meßbecher ausgekippt
werden. Die Höhe des Schwenkgreifers 4 kann parallel zu einer Drehachse (der Schwenkgreifer
wird im folgenden noch näher beschrieben) in der Höhe senkrecht zur Zeichenebene
verstellt und er selbst um eine Achse, welche in der Kreisebene parallel zur Plattenoberfläche
1 liegt, gekippt werden.
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Der Schwenkgreifer 5, der in seinem Aufbau etwa dem Schwenkgreifer
4 entspricht, kann ebenfalls den Becher 9 von dem Drehteller 7 abnehmen und in einer
Ebene, welche ebenfalls parallel zur Plattenoberfläche 1 liegt, neben das Gehäuse
bzw. die Platte 1 wegschenken und dort in einen nicht näher dargestellten Abfallbehälter
freigeben. Der Schwenkgreifer 5 besteht in einfacher Weise aus den beiden Greifarmen
20, welche an einem Rahmen 21 befestigt sind, an dem auch wiederum ein pneumatisch
wirkender Zylinder 22 die öffnungsbewegungen der Greifarme 20 betätigt. Der pneumatische
Zylinder 22 wird über die Druckleitung 23 mit Druckluft beaufschlagt. Das Reifersystem
5 selbst ist an einer Drehachse 24 an der Plattenoberfläche 1 befestigt und kann
mittels eines unter der Plattenoberfläche 1 angebrachten Motors mit Stellantrieb
(nicht näher dargestellt) in die Kreisbewegungen versetzt werden. Der Schwenkgreifer
5 liegt in bevorzugter Weise dem Schwenkgreifer 4 gegenüber, wobei zwischen den
beiden Schwenkgreifern 4 und 5 der Waagengreifer 3 angeordnet ist. Dem Waagengreifer
3 diametral in Bezug auf den Drehteller 7, gegenüber ist der Bechergreifer 2 angeordnet.
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Zwischen dem Schwenkgreifer 5. und dem Bechergreifer 2 liegt der Dosierer
6. Dieser Dosierer 6 ist ebenfalls im folgenden noch näher beschrieben. Er kann
mittels eines Antriebsmechanisaus und einer Hebebewegung über den Drehteller 7 in
Position gebracht werden, so daß Dosierzuführungen 25, die in dem Düsenstock 102
enden über dem Becher auf dem Drehteller>7 in Position stehen.
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In der Figur 2 ist ein Schnitt durch den Becher 9 dargestellt.
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Der Becher besitzt einen Boden 27, an dem und an dessen Innenwandung
28 eine einzelne Rippe 29 befestigt ist. Der Becher selbst kann aus Kunststoff bestehen.
Die Rinne 29 dient zur Verbesserung der homogenen Vermischung der Fliissigkeit (nicht
näher dargestellt), die in den Becher 9 eingefüllt ist und durch die Wechseldrehbewegung
des Drehtellers 7 nach Figur 1 vermischt wird. Es können aber auch in anderen Aus
führngs formen mehrere Rippen 29 innerhalb des Bechers 9 angehracht werden.
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In der Figur 3 ist der Drehteller 7 über der Ausnehmung 8 in der Platte
1 im Schnitt zu sehen. Er ist an einer Achse 30 befestigt, welche in einer Lagerbuchse
31 geführt ist, die mittels dem Andruckring 32 an der Unterseite der Platte 1 befestigt
ist. An freien Ende der Achse 30 ist ein Reibrad 33 befestigt, an dessen Außenumfang
ein Gummiring 34 anliegt. Auf diesen Gunmiring wirkt das Reibrad 35, welches an
der Achse 36 des Motors 37 angeordnet ist. Der Motor 37 ist über den Winkel 38 ebenfalls
an der Unterseite der Platte 1 befestigt. Der Motor 37 ist ein Synchronmotor ohne
Getriebe, der in Wechseldrehungen zu versetzen ist, Die Achse 30 bzw. der Drehteller
7 kann von dem Reibrad 35-des Motors 37 mittels eines Stößels 39 entkuppelt werden,
wobei dieser Stößel in einer Stößelführung 40 am Boden 41 des Gehäuses für die Platte
1 geführt ist. Am unteren Ende des Stößels 39 ist eine Gabel 42 und eine Rolle 43
mit Achse 44 befestigt. Die Rolle 43 kann über die Oberseite 45 der Kurvenplatte
110 laufen, wenn diese cr dem Stößel 46 am Kleinpneumatikzylinder 47 hin und her
beweqt wird. Der Kleinpneumatikzylinder 47 ist selbst über den Führungs-und
Befestigungsteil
48 am Boden 41 angeordnet. Während den Hin- und Herbewegungen der lxurvenplatte
110 bewegt sich der Stößel 39 hoch und runter in einer Ausnehmung 49 innerhalb der
Stößel führung 40. Die Stößelspitze wirkt dabei auf das T23ihrad 33 und hebt den
Drehteller 7 hoch bzw. setzt den Gummiring 34 wieder auf das Reibrad 35 auf.
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Um die Ausnehmung 8 und um den Drehteller 7 herum ist ein Distanzring
50 angeordnet, auf dem ein Führungsring 51 sitzt. Dieser Führungsring 51 dient dazu,
den Boden 27 des Bechers 9 zu haltern, insbesondere dann, wenn der Drehteller 7
in Wechseldrehbewegungen versetzt wird.
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In den Figuren 4 und 5 ist eine Aufsicht und eine Seitenansicht des
Waagengreifers 3 dargestellt. Eine einfachere AusfÜhrungsform dieses Waaqengreifers
3 ist der Bechergreifer 2, wie er bei der Beschreibung der Figur 1 bereits erläutert
wurde. Der Waagengreifer 3 besteht im wesentlichen aus den beiden Greiferklauen
52, welche über die Führungsgabeln 53 und die Lagergabeln 54 am Rahmen 55 von rechteckiger
Form gehaltert sind. Die Greiferklauen 52 haltern einen Becher 9. Sie können auseinandergeciihrt
werden durch den Mitnehmer 56, der über eine Kolbenstange 57 im Pneumatikzylinder
58 gehaltert ist. Dieser Pneumatikzylinder 58 ist er Druckluftzuführungen 59 mit
Druckluft oder dergleichen heaufschlagbar und bewegt die Kolbenstange 57 und damit
auch den Mitnehmer 56 in Richtung Becher 9 bei Druckbeaufschlagung, so daß bei dieser
Druckbeaufschlagung der Becher 9 freigegehen werden kann.
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Der Rahmen 55 ist auf jeder Längsseite mit je zwei Gelenken 60 verbunden,
die im gleichen Ahstand voneinander stehen und an denen jeweils eine Führungsstange
61 (siehe auch Figur 5) drehbar gelagert ist. Diese Führungsstangen 61 verlaufen
parallel zueinander und sind an Gegengelenken 62 ebenfalls drchbar gelagert, wobei
diese wiederum im gleichen bestand voneinander stehen. Die PUhrungsstangen 61 soie
die gedachten Verbindungsgeraden 67 zwischen den
Lagern 60 und
62 bilden ein Parallelogramm. Die Gelenkköpfe 62 sind an den Drehachsen 63 und 64
befestigt, welche wiederum in den Lagerblöcken 65 gelagert sind. Diese Lagerblöcke
65 selbst stehen wiederum auf der Platte 1. Der Antrieb der Bewegung für den Rahmen
55 und mit ihm den Becher 9 erfolgt über die Achse 64 bzw. ein daran angeschlossenes
Zahnrad 66, welches von der Unterseite durch ein nicht näher dargestelltes Gegenzahnrad
angetrieben wird. Dieses Gegenzahnrad ist wiederum mit einem Motor verbunden, der
an der Unterseite der Platte 1 steht. Die Bewegung des Bechers 9 erfolgt ohne Verkippung,
da die Führungsstangen 61 bei der Kreisbewegung senkrecht zur Plattenoberfläche
1 mit den Verbindungslinien von den Gelenken 60 und 62 immer ein Parallelogramm
bilden.
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In Figur 5 ist die Seitenansicht des Waagengreifers 3 nochmals zu
sehen. Der Becher 9 hängt im Rahmen 55 und kann über einen Winkel von ca. 135° von
der linken zur rechten Stellung geführt werden bzw. umgekehrt. Die gedachten Verbindungslinien
67 verlaufen bei dieser Bewegung stets parallel zueinander. Unter der Platte 1 ist
schematisch das Gegenzahnrad 68 dargestellt, welches das Zahnrad 66 an der Achse
64 antreibt.
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In Figur 6 ist der eine Schwenkqreifer 4 dargestellt, dem in einfacher
Ausführungsform der Schwenkgreifer 5 nach Figur 1 entspricht. Zwischen den beiden
Greiferklauen 69 ist der Becher 9 gehaltert. Beide Greiferklauen 69 sind über einen
Bolzen 70 und eine Ausnehmung 71 miteinander verbunden und sind über die Lagerungen
72 am Rahmen 73 befestigt. Der Rahmen 73 weist ebenfalls eine Halterung 74 für einen
Kleinpneumatikzylinder 75 auf und ist selbst über die beiden parallel zueinander
verlaufenden Stangen 106 mit dem Gelenkkopf 76 verbunden. Am vorderen Ende des Kleinpneumatikzylinders
75 ragt der Mitnehmer 77 heraus, der über die Pneumatikdnckzuleitung 78 vorbewegt
werden kann. Die Zurückbewegung erfolgt ueber eine nicht näher dargestellte Rückstellfeder.
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(Dies gilt auch für alle übrigen Pneumatikzvlinder der dbrigen Teile
der Anlage). Der Mitnehmer 77 wirkt überine Ausnehmung 111 auf einen Teil 79 eines
der Greiferklauen 69.
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Der Gelenkkopf 76 ist mit der Gelenkgabel 80 gekoppelt und zwar über
die Drehachse 81. Diese Drehachse weist an ihrem einen Ende ein Zahnrad 82 auf,
welches silber ein nicht näher dargestelltes Gegenzahnrad oder Zahnstange angetrieben
werden kann. Die Drehachse 81 ist derart angeordnet, daß sie durch den Becher 9
hindurchzielt. Bei Drehungen um diese Drehachse 81 wird demnach der Schwenkgreifer
4 um sie gekipPt, so daß im Becher 9 enthaltene Flüssigkeit oder Materialien ausgekippt
werden können.
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Der Gelenkkopf 76 und mit ihm die Gelenkgabel 80 C.;owie der Antrieb
82 sind an einer vertikalen Achse 83 mit einem unter der Platte 1 angeordneten Antrieb
drehbar befestigt. Die Drehbewegungen der vertikalen Achse 83 bewirken, daß der
Schwenkgreifer 4 in einem Kreis, dessen Kreisebene parallel zur Oberfläche der Platte
1 nach Figur 1 liegt, um einen Winkel von ca. 1350 geschwenkt werden kann.
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In Figur 7 und Figur 8 sind eine Seitenansicht und eine Aufsicht des
Dosierers 6 dargestellt. Auf einer Platte 84 mit einer Tropfrinne 85 ist ein Trichter
85 angeordnet, über dem die Brücke 87 des Dosierers 6 im Ruhezustand zum Stehen
kommt. Der Trichter 86 dient dazu, etwaige Tropfen und Vorspulvolumen von Flüssigkeiten
aus den in Figur 8 dargestellten Dosierzuführungen 88 aufzufangen und abzuführen.
In der dargestellten trage ist jedoch die Brücke 87 in ihrer zweiten möglichen Erstellung
über dem Becher 9, der auf dem nicht dargestellten Drehteller 7 steht, gezeichnet.
Die BrÜcke 87 besteht aus einem Rahmen von rechteckiger bzw. quadratischer Form,
der an der gekröpften Führungsstange 89 über den Gelenkkopf 90 und den Gelenkkopf
91 an der Bodenplatte 84 drehbar befestigt ist. Damit die Brücke 87 in-ner in horizontaler
Lage verbleibt, ist sie weiterhin über zwei parallel zueinander verlaufende Führungs-Stangen
92, die an den Gelenken 93, 94 befestigt sind, gehaltert.
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Die Führungsstangen 92, sowie die gedachte Verbindungslinie zwischen
der Drehachse 9 des Gelenkkopfs 90 und der Drehachse 96 des
Gelenkkopfs
91 bilden mit den gedachten Verbindungslinien zu den Drehachsen 97 der Gelenkköpfe
93 und 94 ein Parallelogramm.
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Der Gelenkkopf 91 ist über Lagerblöcke 98 und 99 an der Bodenplatte
84 gehaltert.
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In der Aufsicht nach Figur 8 ist die öffnung 100 des Trichters 86
zu sehen. Die Brücke 87 weist eine Ausnehmung löl auf, in der der Düsenstock 102
befestigt ist, der wiederum einzelne Bohrungen 103 enthält. In diese Bohrungen 103
sind die Dosierzuführungen bzw.
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die Enden der Dosierzuführungen 88 eingefügt. Die Austrittsöffnungen
weisen in Richtung der oberen öffnung des Bechers 9 bzw.
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in Richtung der öffnung 100 des Trichters 86 in der zweiten Endstellung
der Brücke 87.
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Zwischen den beiden Lagerblöcken 98 und 99 ist eine Achse 104 befestigt,
an deren einem Ende der Gelenkkopf 91 für die gekröpfte Führungsstange 89 gehaltert
ist. Ein Zahnrad 105 an der Drehachse 104 wird von einem nicht näher dargestellten
Gegenzahnrad von einem Motor, welcher wiederum unter der Platte 1 liegt, angetrieben.