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Vorrichtung zur Volumendosierung kleiner Flüssigkeitsmengen
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Volumendosierung kleiner Flüssigkeitsmengen,
insbesondere der Katalysatormengen beim Cold-Box-Verfahren, bestehend aus einem
von der Flüssigkeit durchsetzten Metallbaig, an dessen einem Ende eine nur in Ein-
und eine nur in Auslaufrichtung durchlässige tffnung angeordnet ist, während sein
anderes Ende dicht mit einem doppeltwirkenden und In seinem Hubweg stufenlos einstellbaren
Kolben verbunden ist.
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Solche Vorrichtungen werden insbesondere bei der Katalysatordosierung
im Cold-Box-Verfahren angewendet. da es dort auf besonders hohe Genauigkeit der
Dosierung ankommt und die Volumendosierung genauer als eine solche über Zeitsteuerung
im Durchlauf ist.
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Unter den Voltiniendosierungen wiederum - die auf verschiedene Arten
wie z.B. auch über Membransteuerungen u.dgl. erfolgen kann - wird die optimale Genauigkeit
derzeit mit Vorrichtungen erreicht, bei welchen in einem unten geschlossenen Metallbalg
oben zwei Cffnungen angeordnet sind, in die die Zuleitung z.B. vom Katalysatorbehälter
und die Ableitung z.B. zur Mischkammer eines Begasungsgeräts der zu desierenden
Flüssigkeit über Je ein Rückschlagventil so angeschlossen sind, daß die Zuleitungsoffnung
nur in Einströmrichtung und die Ableitungsoffnung nur in Ausstromrichtung durchlässig
ist. Beide tffnungen sind - in der Regel über einen gemeinsamen Einschraubansch
3uß
- in einem Anschlußstopfen angeordnet, der mit dem oberen Ende des Metalibalgs dicht
verbunden ist.
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Die gewünschte Dosierung erfolgt durch eine Dehnung des mit der zu
dosierenden Flüssigkeit gefüllten Metallbalgs um einen genau.bemessenen Hubweg,
wobei er eine entsprechende enge Flüssigkeit über die Zuleitungsöffnung ansaugt
und die genau gleiche Menge danach über die Äbleitungsoffnung ausstößt, sobald er
in seine Ausgangsstellung wieder zurückgedrückt wird Bei den bisher bekannten Vorrichtungen
dieser Art ist der Nletallbalg in einem llohlzylinder untergebracht, der auf seiner
unteren Stirnseite auf einer Zwischenplatte verankert ist, die die Decke eines zweiten,
koaxialen Mohlzylinders bildet, in welchem ein pneumatisch oder hydraulisch betätigter
Kolben gelagert ist. Dieser Kolben ist doppeltwirkend ausgebildet und seine Steuerleitungen
sind üblicherweise in die Zwischenplatte und in die-das untere Ende des zweiten
Xohlzylinders verschließende Fußplatte eingeführt. Der Kolben ist einerseits über
eine koaxiale, die Zwischenplatte abgedichtet durchsetzende schubstange mit dem
Endstopfen des Metallbalgs verbunden, so daß der Kolbenweg mit dem Hubweg des N1etalibalgs
identisch ist. Andrerseits ist der Hubweg des Kolbens nach oben durch die Zwischenplatte
und nach unten durch eine Spindel begrenzt, die die Fußplatte einstellbar durchsetzt.
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Die Nachteile der bisher bekannten Ausführungen liegen darin, daß
sie - obgleich diese Art der Volumendosierung vergleichsweise zu den anderen Dosierungsvorrichtungen
die relativ genaueste ist - nicht die gleichbleibende Genauigkeit der Dosierung
erreicht, wie sie wünschenswert wäre. Beeinträchtigt wird die Genauigkeit durch
eine ganze Reihe von Faktoren: einmal müssen die koaxialen Bauteile Hohlzylinder,
Kolben, Schubstange, Zwischenplatte und Metallbalg sehr exakt montiert werden und
ineinandergreifen, so daß sie völlig spielfrei bewegt werden können, aber zugleich
sicher gedichtet sind. Auch kleinste Abweichungen beeinträchtigen die Laufeigenschaften
und die Dosierung. Wird zum andern der Metallbalg zu rasch gedehnt, dann erfolgt
keine vollständige Füllung und es tritt eine Vergasung ein, die wiederum die Dosierung
ungenau werden läßt. Dieser Vorgang kann dadurch noch verstärkt werden, daß der
Metallbalg mit einem relativ großen Volumen voll mit der zu dosierenden Flüssigkeit
gefüllt ist. Schließlich ist der obere Kolbenanschlag an die Zwischenplatte nicht
optimal genau und gleichbleibend und sein Hubweg kann nur ungenau eingestellt und
von außen nicht geprüft, sondern nur grob abgelesen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
geschilderten Art so auszubilden, daß sie eine auch im längeren Betrieb konstant
bleibende Genauigkeit der Dosierung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Metallba-lg
über seinen unteren. geschlossenen Endstopfen direkt und starr mit dem Kolben verbunden
und mit ihm zusammen in einem gemeinsamen Hohlzylinder untergebracht ist, in den
im Höhenbereich des Metallbaigs die eine und unterhalb des Kolbens die andere seiner
Steuerleitungen einmünden.
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Zweckmäßigerweise ist die Verbindung zwischen Kolben und Endstopfen
auf mehr als halben Kolbendurchmesser bemessen und die gegenüberliegende, untere
Kolbenseite zu einer großvolumigen Höhlung ausgedreht. Weiter ist von Vorteil, wenn
mindestens einer der beiden stopfen des Wetallbalgs mit je einem dessen Lichtraum
weitgehend ausfüllenden Schaft starr verbunden ist, der zugleich den Endanschlag
des Metallbalgs und Kolbens bildet. Die Genauigkeit der Dosierung und ihre Uberwachung
werden weiter dadurch gefördert, daß an der Aussenseite der Vorrichtung eine Gieitführung
parallel zur Kolbenachse starr befestigt ist -und einen Führungsbolzen aufnimmt,
der über ein an seinem unteren Ende befestigtes Joch die genaue Höhe der Spindel
abgreift und mit seinem oberen Ende gegen den Taster einer mit der Gleitführung
fest verbundenen Meß.uhr drückt.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden näher anhand von
kusführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind.
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Es zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
im Vertikalschnitt, Fig. 2 eine Variante der Ausführung nach Fig. 1 und Fig. 3 einen
teilweisen Vertikalschnitt durch ein usführungsbeispiel mit einer Einstell- und
lXnzeigeeinrichtung.
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Wie bei den bisher bekannten Ausführungen ist der Metallbalg 1 an
seinem oberen Ende mit einem Anschlußstopfen 2 dicht verbunden, in den gemäß Fig.
1 ein Einschraubanschluß 3 eingesetzt ist, an welchen über nicht näher dargestellte
Rückschlagventile oder dgl. die Zuleitung und die Ableitung der zu dosierenden Flüssigkeit
angeschlossen sind. Es können gemäß Fig. 2 aber auch die Zu- und Ableitungen über
Einzelanschlüsse eingeleitet werden. Die sie oder den Einschraubanschluß 3 aufnehmenden
Bohrungen 4 durchsetzen den Anschlußstopfen 2 und münden in den Innenraum 5 des
Metallbalgs 1. Dessen anderes, unteres Ende ist mittels eines Endstopfens 6 dicht
verschlossen.
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Ein Hohlzylinder 7 umgibt den Metallbalg 1 und ist an seinen Stirnseiten
mit einer .<nschlußplatte 8 und einer Fußplatte 9 über Dichtungen 10 z.B. mittels
Spannschrauben 11 dicht verschlossen. Der inschlußstopfen 3 ist dabei mit der Anschlußplatte
8 - z.B. mittels Schrauben 12 - starr und dicht verbunden.
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Im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungen weist die erfindungsgemäße
Vorrichtung keine Trennung zwischen Metal3-balgraum und Kolbenraum durch eine Zwischenplatte
auf, sondern der Kelben 13 ist mit dem Endstopfen 6 des Metallbalgs 1 direkt starr
verbunden und mit ihm gemeinsam im Hohlzylinder 7 untergebracht. Die Verbindung
kann gemäß Fig. 3 durch .inschrauben erfolgen oder aber gemäß Fig. 1 oder 2 dadurch,
daß Kolben 6 und Endstopfen 13 ein einstückiges Drehteil bilden, in welchem Fall
sich die genau koaxiale Lage schon bei der Herstellung automatisch ergibt und absolut
unveränderlich bleibt. Ebenso ist die genau koaxiale Lage des Hohlzylinders 7 und
der holbenbuchse 7a durch das Fehlen der Zwischenplatte bisheriger isusführungen
einfach zu erreichen, indem diese z.B. in den Mohlzylinder 7 7 eingeklebt wird (vgl.
Fig. 2) oder stirnseitig an ihn direkt angesetzt wird (Fig. 1 oder 3), in welchem
Fall sie quasi ein Teil des Fjohlzylinders bildet.
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Eine besondere Verbesserung der Funktionseigenschaften kann dadurch
erzielt werden, daß die Kolbenunterseite zu einer großvolumigen Höhlung 13b ausgedreht
wird, wodurch ein relativ großes Luftpolster entsteht, welches einen weicheren,
federnden Kolbenhub beim iOusstoßen bewirkt. Umgekehrt kann die nachteilige Frscheinung
der Blasenbildung und Vergasung beim Saughub dadurch beseitigt werden, daß der .ibwärtshub
des Kolbens 13 - ohne Veränderung des Drucks in den oteuerleitungen - verlangsamt
wird. Dies tritt bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung automatisch
ein, da die vom Steuerdruck beaufschlagte Kolbenoberseite nur aus einer wesentl-ich
verkleinerten Ringfläche besteht. Diese Ringfläche kann gemäß Fig. 3 bei übergangsloser
Verbindung zwischen Kolben 13 und Metallfaltenbalg 6 extrem klein gehalten sein.
Es kann aber auch gemäß Fig. 1 oder 2 eine längere, mehr oder weniger hinterschnittene
Verbindung 14 vorgesehen werden, wobei das Maß der Hinterschneidung auf die jeweils
gewünschte Verlangsamung des Kolben-Abwärtshubs bemessen werden kann. Der Durchmesser
dieser Verbindung 14 ist auf jeden Fall größer als der halbe olbendurchmesse.
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Der Kolben 13 selbst ist zweckmäßigerweise mit mindestens zwei Führungsringen
15 und einem mit einem t Ring hinterlegten Dichtungsring 16 versehen, so daß er
eine einwandfreie Führung in der innenflächig gehonten Kolbenbuchse 7a erhält.
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Sein Hub ist nach unten durch eine die Fußplatte 9 durchsetzende Spindel
17 begrenzt0 auf die die Innenfläche seiner Höhlung 13a anschlägt. Die SI;indel
ist zweckmäßigerweise in einer Führungshülse 18 spiel frei gelagert, in deren tberstrecke
ein stramm gleitender Bolzen 19 geführt list, dessen Cberende den eigentlichen Solbensehlag
bildet, der über die Spindel 17 stufenlos einstellbar ist.
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Der obere, feste anschlag des Kolbens 13 wird erfindungsgemäß dadurch
gebildet, daß mit einem oder mit beiden Stopfen 2-,6
je ein im
Innenraum des Metallbalgs ] angeordneter Schaft 20 starr verbunden ist, dessen Stirnfläche
auf die des anderen Schafts 20 bzw. auf die des anderen stopfens 2,6 anschlägt.
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Auch hier ist es von Vorteil, wenn der schaft 20 mit dem zugehörigen
Stopfen 2 oder 6 eine stoffliche Einheit bildet1 wodurch jede die genauigkeit der
Dosierung schmälernde Differenz zwischen dem Hubweg des Kolbens und dem des Metallbalgs
völlig und auf Dauer ausgeschaltet ist. Der schaft 20 ist zweckmäßigerweise so stark
ausgebildet, daß er den Innenraum 5 des Metallbalgs 1 weitgehend ausfüllt. Hierdurch
wird die sonst das volle Volumen des Metallbaigs 1 ausfüllende Flüssigkeit in vorteilhafter
Weise bis auf einen sehr geringen Rest verdrängt, was sich ebenfalls positiv auf
die Genauigkeit der Dosierung auswirkt. Die Bohrung 4 kann im übrigen - wie in Fig.
1 gestrichelt angedeutet ist - den Schaft 20 in voller Länge durchsetzen.
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Eine weitere Ungenauigkeit der Dosierung entsteht bei den bisher bekannten
Vorrichtungen dadurch, daß die Einstellung des Dosiervolumens über die spindel weitgehend
nach Gefühl und durch usprobieren erfolgen mußte und die jeweils eingestellte Menge
nur grob auf einem Schieber oder einer am Stellrad der Spindel 17 angebrachten skala
abgeschätzt werden konnte.
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Die Erfindung sieht hiergegen vor, an der Vorrichtung - zweckmäßigerweise
an der Fußplatte 9 - eine präzise Gleitführung 21 genau parallel zur Kolbenachse
starr zu befestigen, in der
ein Führungsbolzen 22 spielfrei gleitet.
Dieser greift über ein an seinem unteren Ende befestigtes Joch 23 die genaue Höhe
der Spindel 17 ab. Dieses .greifen kann dadurch erfolgen, daß das spindelseitige
Ende des Jochs 23 in einen die Spindel 17 lose umgreifenden Ring ausmündet, der
auf der oberen Ansatzfläche des an der Spindel 17 starr angesetzten Stellrads 24
aufliegt.
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Die obere Endstrecke des Führungsbolzens 22 ist mit einem Stift 25
versehen, dessen pitze gegen den Taster 26 einer mit der Gleitführung 21 fest verbundenen
Meßuhr 27 drückt.
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Die Skala der Meßuhr 27 kann ohne Schwierigkeit zum direkten Ablesen
des eingestellten Dcsiervolumens beziffert sein.
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Hier wird nun jede Spindelverschiebung über das aufliegende Joch 23
genauestens auf den Führungsbolzen 22 übertragen und kann dann auf der Meßuhr 27
abgelesen werden. Dies ermöglicht nicht nur eine rasche und von vornherein präzise
Einstellung, sondern auch eine rasche und sichere Kontrolle der Einstellung während
der gesamten Betriebsdauer und läßt jede etwa unbeabsichtigte Verstellung der Spindel
17 sofort erkennen.
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Die genaue Auflage des Jochs 23 auf dem Stellrad 24 kann dadurch noch
gefördert werden, daß zwischen ihm und der unteren Stirnseite der Führungshülse
18 der spindel 17 eine vorgespannte Druckfeder 28 angeordnet ist, die das Joch 23
auch
bei ,ibwärtsdrehung der spindel 17 stets und ausreichend kräftig gegen das stellrad
24 drückt. Die Verbindung des anderen Endes des Jochs 23 mit dem Führungsbolzen
22 erfolgt zweckmäßigerweise durch Einspannung zwischen zwei Muttern 29, die zugleich
auch eine Feinjustierung der -.bleseeinrichtung ermöglichen.
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Die Erfindung hat eine Reihe verschiedenartiger Vorteile: vorab ist
die schon zuvor im Einzelnen beschriebene Erhöhung und sicherung der Dosiergenauigkeit
zu nennen. Daneben aber wird durch die wesentliche Verringerung der Einzelteile
die montage der Vorrichtung vereinfacht und beschleunigt. Die Laufeigenschaften
werden verbessert da sie von der genau koaxialen Lage der Teile zueinander abhängt
die bei den bisherigen Ausführungen große ochwierigkeit bereitete und einen hohen
Aufwand erforderte, bei der Erfindung aber leicht und rasch erreicht wird. Langwierige
F-robeläufe können sehr gekürzt und die oft hohe wsfallquote verringert oder beseitigt
werden. Die sehr'schwierige und wartungsaufwendige Abdichtung über die Zwischenplatte
entfällt und ebenso die bei Dichtungsaustausch notwendige Neumontage. Von besonderem
Vorteil ist schließlich der zwischen Metallbalg und Hohlzylinder herrsuchende, von
der Kolbensteuerung ausgehende ständige Gegendruck gegen den Innendruck im Metallbalg,
der bei den bisherigen Ausführungen ohne jeden Gegendruck den Metallbalg erfahrungsgemäß
sehr oft zum Reißen brachte.
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Patentansprüche