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Dosiergerät
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Die Erfindung betrifft ein Dosiergerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Dosiergerät für chemisch aggressive
Flüssigkeiten.
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Dosiergeräte der in Rede stehenden Art dienen der dosierten Entnahme
von Flüssigkeitsteilvolumina aus einem Vorratsbehälter und der Abgabe dieser entnommenen
dosierten Teilvolumina in ein Auffanggefäss. Das Dosiergerät wird mittels eines
Schraubgewindes, einer Schliffverbindung, eines Stopfens oder einer Flanschverbindung,
die am Ventilkopf ausgebildet sind, auf den Vorratsbehälter aufgesetzt. Die Entnahme
aus dem Vorratsbehälter erfolgt über eine am Ventilkopf befestigte Ansaugleitung.
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Ein Dosiergerät der eingangs genannten Art ist aus der DT-OS 23 43
687 bekannt. Nachteilig an dem bekannten Dosiergerät
ist, dass ein
Nachtropfen der Flüssigkeit aus dem Ausgiesser nur dadurch verhindert werden kann,
dass die Ventilkugel des Auslassventils federbeaufschlagt ist. Solche Federn sind
gegenüber den meisten Chemikalien nicht korrosionsbeständig oder verursachen das
Auskristallisieren von Feststoffen aus an sich nicht korrosiven Lösungen. Beide
Vorgänge führen zu Defekten am Auslassventil und damit zur Funktionsuntüchtigkeit
des Dosiergerätes.
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Dieses Problem tritt bei Dosiergeräten nicht auf, bei denen sowohl
der Einlassventilkörper als auch der Auslassventilkörper durch ihre eigene Schwerkraft
gegen den Ventilsitz beaufschlagt sind (DT-OS 20 63 739 und US-PS 3 556 353).
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Nachteilig bei dem einen der beiden bekannten Geräte ist, dass die
aus Glas ausgebildeten Ventilkörper relativ gross ausgebildet sein müssen, um zuverlässig
zu schliessen.
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Dadurch können jedoch nicht beide Ventile gemeinsam im Ventilkopf
untergebracht werden. Das Auslassventil liegt ausserhalb des eigentlichen Dosiergerätes
und ist daher bruchgefährdet und raumbeanspruchend. Bei dem anderen der beiden Geräte
sind zwar beide Ventilkörper als relativ kleine Kugeln ausgebildet, jedoch muss
in Kauf genommen werden, dass der Ausgiesser nicht stationär ist, sondern mit den
Pumptakten gehoben und gesenkt werden muss.
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In den gebräuchlichen Dosiergeräten für chemisch aggressive Flüssigkeiten,
die mit schwerkraftbeaufschlagten Kugelventilen ausgerüstet sind, ist die Ventilkugel
gebräuchlicherweise eine Stahlkugel. Nachteilig bei der Verwendung von Stahlkugeln
ist ihre gegenüber aggressiven Chemikalien unzureichende Korrosionsbeständigkeit,
aber auch ihre Schwere. Die Schwere der Stahlkugel macht sich insbesondere beim
Einlassventil durch zu spätes öffnen bemerkbar. Auf der anderen Seite haben sich
Ventilkugeln aus Glas wegen ihrer zu geringen Schwere in der Praxis nicht durchsetzen
können.
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Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Dosiergerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen wirtschaftlich
herstellbaren, zuverlässig öffnenden und schliessenden, absolut korrosionsfesten,
Einlass- und Auslassventil enthaltenden Ventilkopf aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Dosiergerät vorgeschlagen,
das die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
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Durch die achsparallel nebeneinanderliegende Anordnung der Ventilgehäusebohrungen
im Ventilkopf wird eine kompakte Bauweise des Ventilsystems erreicht. Dabei kann
durch den schräg abwärts gerichteten Verbindungskanal zum Auslassventil auch eine
axial kurze Bauweise des Ventilkopfes erzielt werden. Ein solcher Kanal ist auch
für die Herstellung des Ventilkopfes aus einem massiven PTFE-Block vorteilhaft.
Die aus Stein bestehenden Ventilkugeln weisen für praktisch alle pipettierbaren
Chemikalien eine nahezu ideale Schwere auf und sind gegenüber praktisch allen Chemikalien
korrosionsbeständig Nach einer Weiterbildung der Erfindung bestehen die Ventilkugeln
vorzugsweise aus Achat oder Rubin.
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Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, den Ventilkopf aus einem
einzigen PTFE-Block herzustellen und diesen mit Bohrungen für die Ventilgehäuse
zu versehen. Als Ventilsitze dienen kurze mit einer Zentralbohrung versehene Glaszylinder,
die als Ventilsitzfläche einen Präzisionskugelinnenschliff aufweisen. Diese Ventilsitzkörper
sind in den Ventilkammerbohrungen im Ventilkopf durch Preßsitz gehaltert.
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Eine besonders kostengünstige Ausbildung des Ventilkopfes
wird
dadurch erzielt, dass das Einlassventil in einem Rohrabschnitt oder in einer Schlaucholive
vorgefertigt und dann als fertige Einheit in den Block des Ventilkopfes eingesetzt
wird. Dabei kann die eigentliche Dichtungsstelle durchaus etwas unterhalb und ausserhalb
des eigentlichen Kopfblockes liegen. Der untere Bereich eines in dieser Weise eingesetzten
Einlassventils kann dann als Anschlußstutzen für einen Ansaugschlauch dienen.
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Eine weitere Verringerung der Abmessungen des Ventilkopfes kann im
Querschnitt dadurch erzielt werden, dass der Fuss des Dosierpumpenzylinders exzentrisch
auf dem im wesentlichen zylindrischen Ventilkopfblock befestigt ist. Dabei kann
das Einlassventil durchaus koaxial zur Zentralachse des Ventilkopfes angeordnet
sein. Es muss selbstverständlich lediglich gewährleistet sein, dass sich das Einlassventil
in den Dosierkolbenzylinder öffnet. Durch dieses exzentrische Versetzen des Pumpenzylinders
wird Raum für eine platzsparende Anordnung des Auslassventils geschaffen.
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Dieses Auslassventil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung dabei
vorzugsweise von der Oberseite her peripher achsparallel zur Zentralachse des Ventilkopfs
in diesen eingeformt. Die Auslassventilgehäusebohrung steht in ihrem tiefsten Punkt
mit der Mündung des schrägen Verbindungskanals zur Pumpe bzw. zum Einlassventil
in Verbindung. Über dieser Mündung ist im Preßsitz der mit einer Zentralbohrung
versehene Ventilsitzkörper gehaltert. Der Ventilsitzkörper besteht aus Glas und
weist an seiner oberen Stirnseite als Ventilsitzfläche einen Präzisionskugelinnenschliff
auf.
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Mit dieser Ventilsitzfläche wirkt die Ventilkörperkugel zusammen.
Unterhalb der oberen Stirnseite des Ventilkopfblocks ist ein Radialkanal gebohrt,
der in den axial oberen Bereich der Auslassventilkammer mündet. Auf der gegenüberliegenden
Seite öffnet sich die Radialbohrung in der äusseren Mantelfläche des Ventilkopfes.
Nach einer Weiterbildung
der Erfindung wirken bei dieser Art der
Ausbildung des Auslassventils ein in den Radialkanal (Auslasskanal) eingepasster
oder eingeschraubter Auslasskanalstutzen und der stirnseitige Endverschluss der
Ventilkammerbohrung in der Weise zusammen, dass der in die Ventilkammerbohrung radial
hineinragende Auslasskanalstutzen den an der oberen Stirnseite einseitig geschlossenen
hohlzylindrischen Abschluß stopfen für die Auslassventilkammer axial fixiert, indem
er durch eine im Mantel des Stopfens ausgebildete Bohrung greift. Der Mantel des
Stopfens weist an seinem unteren Rand axiale Ausnehmungen im Mantel auf, um einen
ungehinderten Flüssigkeitsdurchtritt auch dann zu gewährleisten, wenn bei starkem
Durchfluss die Ventilkugel bis vor die untere offene Stirnseite des hohlzylindrischen
Stopfens angehoben wird.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Seitensicht das Dosiergerät mit
einer Vorratsflasche; Fig. 2 im vergrösserten Axialschnitt einen Ventilkopf des
Dosiergerätes und Fig. 3 in vergrösserter Darstellung und im Axialschnitt den Abschluß
stopfen des Auslassventilkanals des in Fig. 2 gezeigten Ventilkopfes.
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Ein Ausführungsbeispiel des Dosiergerätes ist in Fig. 1 in Seitensicht
schematisch dargestellt. Das Dosiergerät 1 ist auf den Hals einer Vorratsflasche
2 aufgeschraubt.
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Das Dosiergerät 1 besteht im wesentlichen aus dem Zylinder 3 und dem
Kolben 4 der Dosierpumpe, dem Ventilkopf 5 mit
dem Ausgiesser 6
sowie der Vorrichtung zur Hubbegrenzung des Dosierkolbens, wobei diese Hubbegrenzungsvorrichtung
aus einer Dosierspindel 7, einer Kopfplatte 8, in der der Kopf der Dosierspindel
7 befestigt ist, einer Anschlagplatte 9, die am Kopf des Zylinders 3 befestigt ist
und durch die die Spindel 7 frei hindurchgreift, sowie aua einlauf der Dosierspindel
7 verstellbare Anschlagmutter 10 besteht.
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In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Dosiergerätes besteht
der Dosierzylinder 3 aus klarem Glas und trägt eine chemikalienbeständige Graduierung.
Der Kolben 4 besteht aus Keramik und ist mit dunkel gefärbtem PTFE beschichtet.
Bei dieser Ausbildung des Kolbens 4 kann das Hubvolumen leicht an der Graduierung
15 auf dem Zylinder 3 direkt mit Hilfe der Unterkante des Kolbens 4 abgelesen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Ventilkopfes 5 ist in vergrösserter Darstellung
im Axialschnitt in Fig. 2 gezeigt. Der Ventilkopf 5 besteht aus einem massiven PTFE-Block
11, in den die entsprechenden Bohrungen eingeschnitten sind.
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Auf der Oberseite des Ventilkopfblocks 11 ist exzentrisch eine zylindrische
Ausnehmung 12 eingeschnitten, die der Halterung des Fusses des Dosierzylinders 3
dient. Zentralaxial im Block 11 ist eine Bohrung 13 vorgesehen, die die Verbindung
zwischen dem Dosierzylinder 3 und dem Einlassventil 14 herstellt. Das Einlassventil
14 besteht im wesentlichen aus einem Glasröhrchen, in dessen Mitte eine Kugelventilkammer
ausgebildet ist. Der Kopf dieses Glasröhrchens ist in einer Ausnehmung 16 koaxial
zur Zentralbohrung 13 im Ventilkopfblock 11 gehaltert. Der Fuss 17 des Einlassventilröhrchens
dient als Anschlußstutzen für die in ie Vorratsflasche 2 hineinragende Ansaugleitung
(in den Figuren
nicht gezeigt). Als Ventilkörper dient eine Kugel
18 aus Achat oder Rubin. Als Ventilsitz dient eine präzisionsgeschliffene Kugelfläche
19, die im Glasröhrchen des Einlassventils 14 ausgebildet ist.
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Das Einlassventil 14 liegt in einer Ausnehmung 20 des Ventilkopfblocks
11. Die Ausnehmung 20 weist ein Innengewinde 21 auf, mit dem der Ventilkopf 5 direkt
oder über einen Adapter auf die Vorratsflasche aufgeschraubt werden kann.
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Ein schräg abwärts verlaufender Kanal 22 verbindet den über dem Einlassventil
14 befindlichen Raum, der auch mit dem Dosierzylinder 3 in Verbindung steht, mit
dem Auslassventil 23. Das Auslassventil 23 ist in einer peripheren axialen Bohrung
24 im Ventilkopfblock 11 ausgebildet. Der Schrägkanal 22 ist dabei so gelegt,dass
er den oberen Rand des Zentralkanals 13 bzw. die Ausnehmung 12 mit dem Fuss der
Auslassventilkammerbohrung 24 verbindet. Oberhalb der Mündung des Kanals 22 in die
Bohrung 24 ist im Preßsitz ein zylindrischer und mit einer Zentralbohrung 25 versehener
Ventilsitzkörper 26 gehaltert. Auf seiner stirnseitigen Oberfläche weist der Ventilsitzkörper
26, der aus Glas besteht, eine präzisionsgeschliffene Kugelfläche als Ventilsitzfläche
auf. Mit dieser Ventilsitzfläche wirkt der Ventilkörper 27, eine aus Achat oder
Rubin bestehende Steinkugel, zusammen. Die Auslassventilkammerbohrung 24 ist auf
ihrer oberen Stirnseite durch einen Stopfen 28 verschlossen, der seinerseits durch
einen radial angeordneten Auslaßstutzen 29, der den Mantel des hohlzylindrisch ausgebildeten
Abschlußstopfens 28 durchdringt, axial fixiert.
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Der Auslaßstutzen 29 ist in eine radiale Bohrung im Ventilkopfblock
11 eingeschraubt oder eingepasst. Der Stopfen 28 ebenso wie der Stutzen 29 bestehen
ebenfalls aus PTFE. Auf den radial aussenliegenden Abschnitt des Auslasskanalstutzens
29
wird der Ausgiesser 6 aufgeschoben oder in anderer Weise an
diesem befestigt.
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Der Abschlußstopfen 28 ist in Fig. 3 in vergrösserter Darstellung
gezeigt. Er hat im wesentlichen die Form eines einseitig geschlossenen Hohlzylinders.
Im Mantel dieses hohlzylindrischen Stopfens ist eine Bohrung 30 ausgebildet, durch
die das radial innere Ende des Auslasskanalstutzens 29 hindurchgreift. Der Auslasskanalstutzen
29 erstreckt sich bis höchstens etwa zur Mitte in den Stopfen 28 hinein.
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Im Mantel des Stopfens 28 sind an dessen unteren Rand axiale Ausnehmungen
31 eingeschnitten. Diese Ausnehmungen gewährleisten, dass die aus dem Dosiergerät
auszugebende Flüssigkeit auch dann ungehindert die Auslassventilkammer über den
Auslasskanalstutzen 29 verlassen kann, wenn durch starke Strömung die Ventilkugel
27 gegen die untere offene Stirnseite des Auslasskanalstopfens 28 gehoben wird.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
das Einlassventil 14 in einem Glasröhrchen ausgebildet, das in den Ventilkopfblock
11 eingesetzt ist. Alternativ kann aber auch das Einlassventil 14 in der gleichen
Weise ausgebildet sein wie das Auslassventil 23. Dann ist der Stutzen 17 zum Anschluss
der Ansaugleitung vorzugsweise ebenfalls einstückig aus dem Ventilkopfblock 11 ausgebildet
und ist in die Zentralkanalbohrung 13 von der Oberseite des Blocks 11 her ein Ventilsitzkörper
eingepasst, der dem Ventilsitzkörper 26 des Auslassventils entspricht.
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Ein Herausheben der Einlassventilkugel aus der so ausgebildeten Einlassventilkammer
beim Einlasstakt kann dabei in einfacher Weise durch eine leichte Verformung des
Blockmaterials nach dem Einsetzen des Ventilsitzkörpers und der Ventilkugel verhindert
werden.
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Die Ventilkugeln sowohl des Einlassventils als auch des
Auslassventils
bestehen in jedem Fall aus Stein, wobei "Stein" in diesem Zusammenhang sowohl ein
mineralisches Gestein als auch ein Halbedelstein oder Edelstein sein kann.
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Solche Steine sind ebenso korrosionsbeständig wie Glas, weisen gegenüber
diesem jedoch den Vorteil der erforderlichen etwas grösseren Dichte auf. Steinkugeln
sind auf der anderen Seite jedoch nicht so schwer wie gleich grosse Stahlkugeln,
die sich in der Praxis als zu schwer erwiesen haben. Die Ventilkugeln bestehen vorzugsweise
aus Achat oder Rubin.
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Diese Werkstoffe sind preiswert, ausreichend hart und verschleissfest,
korrosionsbeständig und mit hoher Präzision kugelförmig zu schleifen und besitzen
ausserdem eine Dichte, die den Ventilen optimale Kenndaten verleiht.
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