-
Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung D 5039 "Dosiervorrichtung"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mengenproportionalen Dosierung von flüssigen
Medien in das strömende Wasser einer Hauptwasserleitung mit einem motorischen Durchflußmesser
und einer hiervon angetriebenen Dosierpumpe.
-
Dosiervorrichtungen dieser Gattung sind im Prinzip bekannt. Sie werden
üblicherweise gebaut für jeweils bestimmte Dosierverhältnisse. Wenn relativ große
Flüssigkeitsmengen dosiert werden sollen, muß auch der die Dosierpumpe antreibende
Durchflußmesser entsprechend groß bemessen werden, damit dieser die für die Dosierpumpe
erforderliche Antriebskraft aufbringen kann. Es ist nun eine bekannte Tatsache,
daß größere Durchflußmesser erst nach Überschreiten einer gewissen minimalen Wassermenge
ansprechen. Das bedeutet, daß derartige Messer erst
oberhalb einer
gewissen Mindestmenge an durchströmendem Wasser in Aktion treten. Dieser Umstand
schließt es aus, daß mit für größere Wassermengen einer Wasserleitung vorgesehene
Durchflußmesser, welche eine Flüssigkeitsdosierpumpe antreiben, auch Flüssigkeiten
dosiert werden können, wenn nur relativ wenig Wasser durch die Wasserleitung fließt.
Nun gibt es Anwendungsfälle, wo sowohl bei sehr geringen als auch bei relativ großen
strömenden Wassermengen in der Wasserleitung dort hinein Flüssigkeiten dosiert werden
müssen. In diesen Fällen versagen die bekannten Dosiervorrichtungen.
-
Die Aufgabe bestand deshalb darin, eine Dosiervorrichtung anzugeben,
womit Flüssigkeiten in eine lt.'asserleitung dosiert werden können, in welche die
durchströmende Wassermenge bis zu etwa 1 : 500 schwanken kann.
-
Die Lösung besteht bei einer Vorrichtung der oben beschriebennen Gattung
darin, daß der Durchflußmesser in einem Bypass zu der mit einem Regelkörper versehenen
Hauptieltung angeordnet ist und daß der Regelkörper in Abhängigkeit von der Druckdifferunz
des Durchflußmessers vermittels eines damit verbundenen und in einem Zylinder gegen
die Wirkung einer Druckfeder verschiebbaren, beidseitig mit dem Differenzdruck beaufschlagbaren
Kolbens steuerbar ist.
-
Der Grundgedanke besteht also darin, daß der in einem Bypass angeordnete
Durchflußmesser nur von einem Bruchteil der gesamten durch die Hauptleitung strömenden
Wassermenge durchflossen wird. Der Messer.kann deshalb entsprechend
klein
gewählt werden. Um nun sicherzustellen, daß das Verhältnis der durch die Elauptleitung
bzw. durch den Bypass strömenden Wassermenge stets konstant ist, ist in der Ilauptleitung
ein Regelkörper vorgesehen. Dieser Regelkörper ist seinerseits in Abhängigkeit von
der am Durchflußmesser auftretenden Druckdifferenz des Wassers-steuerbar. Dies geschieht
vermittels eines mit dem Regelkörper verbundenen und in einem Zylinder verschiebbar
gelagerten Kolbens. Der Kolben wird beidseitig mit dem Differenzdruck beaufschlagt.
Die Anordnung ist so getroffen, daß der Kolben entgegen der Wiilung einer Druckfeder
mit steigender Druckdifferenz im Sinne zunehmender Öffnung der Hauptleitung durch
den Regelkörper verschoben wird. Hierbei muß die Kraft der Druckfeder dem Produkt
aus-Differenzdruck und Querschnitt der voinRegelkörper verschlossenen Hauptleitung
entsprechen.
-
Eine zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß die Dosierpumpenleistung
von der relativen Lage des Regeikörpers vermittels einer, aus einer mit dem Regelkörper
verbundenen Linearisierungskurve und einem damit in Eingriff stehenden, mit der
Dosierpumpe gekoppelten Taststift bestehenden Kulissensteuerung beeinflußbar ist.
-
Durch diese Anordnung wird der Vorteil erreicht, daß die Vorrichtung
im unteren Durchflußbereich bis zu einem zulässigen Differenzdruck am Durchflußmesser
allein durch die ausschließlich von dem Messer angetriebenen Dosierpumpe Zusatz
flüssigkeit in die Hauptleitung dosiert. Weil der Durchflußmesser entsprechend der
durch den Bypass strömenden kleineren Wassermenge relativ klein sein kann, treten
hierbei keine Anlaufschwierigkeiten des Messers auf.
-
Erst oberhalb eines gewissen Differenzdruckes öffnet der Regelkörper
einen mehr oder weniger großen Querschnitt der Hauptleitung und läßt eine entsprechende
Wassermenge dort hindurch. Um die mengenproportionale Dosierung der Zusatzflüssigkeit
weiterhin sicherzustellen, ist eine Kulissensteuerung vorgesehen. Diese Steuerung
besteht aus einer Linearisierungskurve, welche mit dem Regelkörper verbunden ist
und einem Taststift, der mit der Dosierpumpe gekoppelt ist.
-
Eine Verschiebung des Regelkörpers bewirkt gleichzeitig auch eine
Verschiebung der Linearis ierungskurve.
-
Hierdurch erfährt nun seinerseits der Taststift eine entsprechende
axiale Verschiebung dergestalt, daß mit zunehmender Verschiebung die Förderleistung
der Dosierpumpe proportional zunimmt.
-
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß die vom
Durchflußmesser bewirkte und auf den Kolben einwirkende Druckdifferenz über einen
Itehrwegschieber, der seinerseits vermittels eines mit dem Schieber verbundenen
und vom Differenzdruck beaufschlagten Steuerkolbens entgegen der Wirkung einer verstellbaren
Druckfeder verschiebbar ist, in die vom Kolben gebildeten Zylinderkammern einleitbar
ist.
-
Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den Differenzdruck am Durchflußmesser,
bei welchem der Regelkörper öffnet, einzustellen. Dies geschieht durch eine mehr
oder weniger weite Vorspannung der den Steuerkolben abstützenden Druckfeder. Entsprechend
der Stärke dieser Feder
verschiebt sich infolge Einwirkung des
Differenzdruckes zunächst der Steuerkolben und damit dann der Mehrwegschieber, welcher
seinerseits dann die Druckdifferenz in die von dem mit dem Regelkörner verbundenen
Kolben gebildete Zylinderkammern einleitet.
-
In den folgenden Figuren ist die erfindwlgsgemäße Vorrichtung beispielhaft
dargestellt.
-
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus den Durchflußmesser 1, der
hiervon angetriebenen Dosierpumpe 2, dem Bypass 18, dem Regelkörper 5, der Jiauptleitung
19, den Differenzdruckabnahmestellen 14, 1 5, dem Zylinder 20, dem Kolben 8, der
Druckfeder 9, dem Mehrwegschieber 1, dem Steuerkolben 10, der Druckfeder 12 sowie
den Zylinderkammern 20aj 20b.
-
Diese Vorrichtung funktioniert folgendermaßen: Unterhalb einer bestimmten
strömenden Wassermenge schließt der Regelkörper 5 die 1Iauptleitung 19 ab. Das Wasser
kann nur durch den Bypass 18 strömen und treibt den Durchflußmesser 1 an, der seinerseits
die Dosierpumpe 2 antreibt. Es erfolgt eine mengenproportionale Dosierung von Zusatzflüssigkeit
in die Hauptleitung (nicht gezeichnet).
-
Steigt nun der Differenzdruck 14, 15 über seine durch den Anlaufbereich
des Durchflußmessers 1 festgelegte Grenze, so wird der Steuerkolben 10, der auch
als Membran ausgebildet sein kann, entgegen der Wirkung der Druckfeder 12 bewegt
und damit gleichzeitig auch der Plehrwegeschieber 11
verschoben.
IIierdurch wird wiederum eine Verbindung der Zylinderkammern 20a, 20b mit den Differenzdruckanschlüssen
14, 15 hergestellt und der Kolben 8 entgegen der Wirkung der Druckfeder 9 entsprechend
verstellt. Dies bewirkt dann eine gleiche Verschiebung des Regelkörpers 5, der seinerseits
einen bestimmten Querschnitt der Iiauptleitung 19 freigibt.
-
Die Feder 9 bewirkt ferner, daß der Regelquerschnitt der ffauItlcitung
19 im Anlaufbereich des Durchflußmessers 1 dicht ist.
-
Es strömt nunmehr eine gewisse zusätzliche Wassermenge durch die Iiauptleitung
19. Um auch in diese ll'assernenge proportional Zusatzflüssigkeit zu dosieren, bewirkt
die mit dem Regelkörper 5 verbundene Linearisierungskurve 4 in Verbindung mit dem
auf die Dosierpumpe 2 einwirkenden Taststift 3 eine proportionale Erhöhung der Dosierpurìpenleistung.
-
Die Formgestaltung der Linearisierungskurve 4 liegt im Rahmen fachmännischen
Könnens und kann leicht durch einfache Versuche festgelegt werden. hierzu ist es
erforderlich, die bei bestimmten Stellungen des Regelkörpers 5 durch die Hauptleitung
19 strömenden Wassermengen festzustellen und die Linearisierungskurve 4 dergestalt
zu formen, daß zu den jeweiligen Stellungen des Regelkörpers 5 dann ganz bestimmte
Stellungen des Taststiftes 3 gehören, wodurch die erforderliche Leistungsänderung
der Dosierpumpe 2 veranlaßt wird.
-
Die Einwirkung des Taststiftes 3 auf die Punpcnmechanik geschieht
folgendermaßen: Der Taststift 3 ist mit dem Kolben verbunden. Die Vergrößerung des
von ihm zurücklegbaren Weges durch die Bewegung der Linearisieriingskurve 4 bedeutet
auch eine Vergrößerung des Kolbenweges nach Eintauchen in den Zylinder, so daß sich
auch die Fördermenge erhöht.
-
Die Verstellspindel selbst dient der Veränderung der speziellen Zugabemenge
der Dosierflüssigkeit.
-
Um den Durchflußmesser 1 vor llberlastllng zu schützen, ist der Regelkörper
5 zusätzlich mit der Feder 7 belastet. Falls der Differenzdruck 14, 15 ein zulässiges
Maß berschreitet, kann der Regelkörper 5 entsprechend ausweichen und für einen Abbau
des zu hohen Druckes sorgen.
-
Das Sieb 16 verhindert ein Blockieren des Durchflußnessers 1 durch
Schmutzteilchen.
-
Die Ausgestaltung der Dosiervorrichtung gemäß Fig. 2 ist prinzipiell
so aufgebaut wie diejenige gemäß Fig.
-
1. Gleiche Bezugszahlen bedeuten gleiche Teile. In diesem Falle wirkt
jedoch der Differenzdruck 14, 15 direkt über die Zylinderkammern 20a, 20b auf beide
Seiten des Kolbens 8 ein. Die Kraft der Feder 9 muß dem Produkt aus Differenzdruck
14, 15 und dem vom Regelkörper 5 eingenommenen Querschnitt der Hauptleitung 1 9
entsprechen.
-
Auch die Ausgestaltung gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen derjenigen
gemäß Fig. 1 . Allerdings sind die Funktionen des Kolbens 8 und des Zylinders 20
gegenüber der obigen Anordnung kineatisc umgekehrt.
-
Bis zur unteren Anlaufgrenze des Durchflußmessers 1 ist die Iiauptleitung
19 vom Regelkörper 5 geschlossen.
-
Bei steigendem Differenzdruck 14, 15 wird der Kolben 10, der mit dem
Mehrwegeschieber 11 verbunden ist, entgegen der Wirkung der Druckfeder 12 verschoben.
Dadurch gelangt der Differenzdruck 14, 15 über den Schieber 11 in die Zylinderkammern
20a, 20b. Im Gegensatz zur Ausgestaltung der Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und Fig.
2 steht hier der Zylinder 20 mit dem Regelkörper 5 in Verbindung und ist damit gegenüber
dem feststehenden Kolben S verschiebbar. Der vom Regelkörper 5 jeweils freigegebene
Querschnitt der Hauptleitwig 19, der sich aus dem jeweils vorliegenden Differenzdruck
14, 15 ergibt, muß so angepaßt sein, daß sich zwischen dem Durchflußmesser 1 und
dem am Regelkörper jeweils vorhandenen freien Querschnitt ein festes Durchströmverhältnis
einstellt. Die von dem im Bypass 18 angeordneten Durchflußmesser 1 angetriebene
Dosierpumpe 2 dosiert nunmehr proportional zur gesamten durchströmenden Wassermenge
die Zusatzflüssigkeit in die IIauptleitug 19.
-
Durch die vorgeschlagenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
ist es möglich, eine genaue mengenproportionale Dosierung von Zusatzflüssigkeiten
in den Wasserstrom einer Wasserleitung zu erreichen, auch wenn die Wassermenge im
Verhältnis von 1 : 500 schwankt.