DE2804316A1

DE2804316A1 - Dosiervorrichtung fuer fluessige medien

Info

Publication number: DE2804316A1
Application number: DE19782804316
Authority: DE
Inventors: Guido Heyneman; Roland Thieme
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-01
Filing date: 1978-02-01
Publication date: 1979-08-02
Also published as: BE873869A; IT7919625A0; GB2014650B; FR2416359B1; GB2014650A; JPS54111883A; SE7900809L; FR2416359A1; CA1123231A; IT1110382B; US4224281A; NL7900782A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 7g ρ 7^93 non

Dosiervorrichtung für flüssige Medien

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosiervorrichtung für flüssige Medien, bestehend aus einem mit einem Ventilblock in Verbindung stehenden Aufnahmegefäß und einer Bürette, in welcher ein durch einen Motor betriebener Kolben zum Einspeisen einer vorgegebenen Flüssigkeitsmenge in das Aufnahmegefäß geführt ist.

Derartige Dosiervorrichtungen dienen zum genauen Bemessen und Zustellen von Flüssigkeitsmengen, Proben, Reagenzien u. dgl. aus Vorratsgefäßen, z.B. in ein Reaktionsgefäß. Aus der DT-OS 24 48 353 ist es bekannt zum genauen Bemessen des Hubes des Bürettenkolbens eine automatisch arbeitende Bürette zu verwenden. Das aus der Bürette ausgestoßene Flüssigkeitsvolumen wird hier über einen mit einem Ventil versehenen Block mittels einer Rohr- oder Schlauchleitung in ein Aufnahmegefäß geleitet. Eine derartige Dosiervorrichtung ist aus mancherlei Gründen nachteilig. Rohrleitungen bedingen

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meist ein großes vom Durchmesser der Rohrleitung und ihrer Länge abhängiges Totvolumen. Wie schon aus der vorgenannten Druckschrift hervorgeht, ist man bestrebt, das Totvolumen so gering wie möglich zu halten. Sollen mehrere verschiedenartige Flüssigkeiten einem Aufnahmegefäß zugeführt werden, so benutzt man hierfür getrennte Büretten mit Flüssigkeitszu- und -ableitungen. Dadurch werden indessen derartige Anlagen material- und zeitaufwendig. Für einen Einbau in ein automatisch arbeitendes Analysegerät sind solche Anlagen wenig geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für ein automatisch arbeitendes Wasseranalysegerät eine Dosiervorrichtung für flüssige Medien zu schaffen; sie soll raumsparend gebildet sein und es ermöglichen, mit nur einer Kolbenbürette nacheinander verschiedene Flüssigkeiten dem Aufnahmegefäß zuzustellen und ferner in einfacher Weise automatisch zu betreiben sein. Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik, besteht die Erfindung darin, daß

a) im Ventilblock mehrere Einlaßstutzen und mindestens ein Auslaßstutzen angeordnet sind, wobei die Einlaßstutzen jeweils über ein Ventil mit der Bürette verbindbar und die Bürette über einen mit einem gesteuerten Speise- und/oder Entleerungsventil versehenen Kanal mit dem Aufnahmegefäß verbunden ist,

b) das Aufnahmegefäß auf dem Ventilblock aufgesetzt ist und

c) die Hubgröße des Kolbens nach einem vorgegebenen Programm steuerbar ist.

Durch eine derartige erfinderische Ausbildung der Dosiervorrichtung wird es ermöglicht, diese in einer raumsparenden Bauweise zu bilden. Durch eine automatische Steuerung der Ventile und des Kolbenhubes der Bürette

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bildet man das zur Reaktion fähige Gemisch, bestehend aus der Probeflüssigkeit, den Pufferlösungen und den Reagenzien, und zwar unmittelbar benachbart von der Bürette. Zu einem durch einen Programmgeber vorgegebenen Zeitpunkt wird dieses im Aufnahmegefäß bereit-" gestellte Flüssigkeitsgemisch in einen Reaktor eingespeist. Die Dosiervorrichtung wird z.B. derart betrieben, daß man bei einem ersten bemessenen Kolbenhub und Öffnen eines ersten Einlaßventils im Ventilblock die Probeflüssigkeit in das Aufnahmegefäß einspeist. Darauffolgend werden durch Öffnen eines zweiten Einlaßventils und nachfolgendem wiederum bemessenen Kolbenhub eine definierte Menge einer Pufferlösung in das Aufnahmegefäß getrieben. Im nachfolgenden Arbeitsschritt erfolgt durch Öffnen eines dritten Ventils und wiederum bemessenen Kolbenhub die Zufuhr einer dritten genau dosierten Flüssigkeitsmenge, z.B. des Reagenz in das Aufnahmegefäß. Zu einem gegebenen Zeitpunkt werden nunmehr ein Umsteuer- und Auslaßventil betätigt. Zu einem gegebenen Zeitpunkt wird mittels Druckluft die im Aufnahmegefäß enthaltene Flüssigkeit über den Auslaßstutzen in ein Reaktorgefäß getrieben. Der Ventilblock ist als Verteilerkopf gebildet und trägt mehrere in gleichmäßigem Abstand um seine Mittelachse angeordnete, jeweils unabhängige voneinander betätigbare Ventile. Im Ventilblock ist ein in seiner Mittelachse gelegener und mit der Bürette in Verbindung stehender Kanal angeordnet, der sternförmig verlaufende Ventilkanäle aufweist. In der Mittelachse ist fernerhin ein zweiter Kanal gelegen, der über eines der Ventile mit dem ersteren Kanal verbindbar ist und der in das Aufnahmegefäß einmündet. Das Aufnahmegefäß besitzt eine mit einer Druckluftquelle in Verbindung stehende Kappe. Befindet sich der Bürettenkolben in seiner gegen den Ventilblock lastenden Endlage und ist das Auslaßventil und Umsteuerventil in der Offenstellung, so kann die

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Flüssigkeit und die dieser nachströmenden Druckluft in die Umgebungsatmosphäre bzw. in ein Reaktorgefäß entweichen. Zur genauen Bemessung des Dosiervolumens und damit auch der Hubhöhe des Bürettenkolbens ist der Stellmotor für den Bürettenkolben mit einer Lochscheibe ausgerüstet, die mit einem licht-optischen Signalgeber zusammenarbeitet, wobei letzterer mit dem Programmgeber verbunden ist. Beim Einsetzen des Kolbenhubes werden von der Lochscheibe und dem licht-optischen Signalgeber die Weginkremente des Kolbens gezählt, wobei in Übereinstimmung mit der vom Programmgeber vorgegebenen Zählrate die Hubbewegung des Kolbens beendet wird. Durch Umsteuerung der Ventile und Rückhub des Kolbens wird die vorgegebene, genau dosierte Flüssigkeitsmenge in das Aufnahmegefäß getrieben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

In den Zeichnungen ist eine gemäß der Erfindung gebildete Dosiervorrichtung nebst Einzelheiten hierzu dargestellt.

Gemäß Figur 1 besteht die -im allgemeinen mit 1 bezeichnete- Dosiervorrichtung aus dem Aufnahmegefäß 2, dem Ventilblock 3 und der Kolbenbürette nebst ihrem Antriebsmotor 4. Im Ventilblock sind mehrere Einlaßbzw. Auslaßstutzen 5 angeordnet, von welchen hier nur einer in der Schnittzeichnung dargestellt ist. Der Ventilblock besitzt mehr ere steuerbare Ventile 6. Die Einlaß- und der Auslaßstutzen 5 stehen bei geöffneten Ventilen 6 über die Kanäle 7, 7', 8 und 9 mit der Bürette 4 in Verbindung. Ist, wie dargestellt, das Ventil 6¹ offen, so steht die Bürette über den Kanal 9, den Zweikanal 8' und den Kanälen 10 und 11 mit dem Aufnahmegefäß in Verbindung. Gemäß dem Beispiel sind die

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Ventile 6 als Schieber und/oder als Kegelventile gebildet, deren Antrieb im vorliegenden Falle pneumatisch über Stellzylinder 12 erfolgt, welche über Druckluftzuleitungen 13 mit von der Programmsteuerung 14 betätigbaren Ventile (Figur 2) in Verbindung stehen. Die Druckluft wirkt hier gegen einen federbelasteten Kolben derart, daß das Ventil bei Entlüftung des Kolbenraumes unter der Last der Rückstellfeder sofort schließt. Der Kolben 15 der Bürette 4 wird von einem elektrisch betriebenen Stellmotor 16 betrieben; er besitzt eine Gewindespindel und eine Gratführung für die Kolbenstange 17 derart, daß eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen des Motors eine bestimmte Hubgröße des Kolbens zugeordnet ist. Die Motorwelle 18 trägt eine Lochscheibe mit darin kreisförmig in gleichmäßigem Teilungsabstand eingebrachten Bohrungen 20. Eine Lichtschranke bzw. ein optischer Signalgeber 21 steht über Signalleitungen 22 mit dem Programmgeber 14 in Verbindung. Vom Programmgeber betätigte Schalter 23, 24 steuern den Vor- und Rückwärtslauf des Motors 16 bzw. den Saug- und Speisehub des Kolbens 15. Soll beispielsweise eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge in das Aufnahmegefäß 2 eingespeist werden, so ist das Ventil 6' geschlossen, hingegen wird das Ventil 6 geöffnet. Der Kolben 15 befindet sich wie dargestellt in seiner oberen Endlage, wobei seine Stirnfläche den Kanal 9 abdichtet. Durch den Programmgeber wird nunmehr der Kolben in Richtung des Pfeiles 25 um ein, einer bestimmten Zählrate entsprechendes Maß, abwärts bewegt. Dies hat zur Folge, daß sich der Raum über den Kolben innerhalb der Bürette mit Flüssigkeit füllt. Nachdem die Zählrate erreicht ist, schließt das Ventil 6, wohingegen nunmehr das Ventil 6¹ öffnet. Der Kolben wird wiederum entgegen der Pfeilrichtung 25 aufwärts bewegt, so daß nunmehr die Flüssigkeit über die Leitungen 9, 8¹, 10 und in das Aufnahmegefäß eingespeist wird. Darauffolgend

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schließt das Ventil 6^f. Über einen weiteren hier nicht dargestellten Zulaufstutzen wird durch Öffnen eines weiteren Ventils in der vorbeschriebenen Weise wiederum eine einer bestimmten Zählrate entsprechende Menge Flüssigkeit in die Bürette eingesogen und durch den nachfolgenden Rückhub des Kolbens 15 bei geöffnetem Ventil 6' in das Aufnahmegefäß 2 eingespeist usw.. Nachdem alle Flüssigkeitskomponenten in das Aufnahmegefäß 2 eingespeist wurden, wird zur einer vorgegebenen Zeit das Ventil 6¹ und ein dem Ventil 6 entsprechendes weiteres Ventil, das sog. Auslaßventil, geöffnet. Gleichzeitig wird über den Einlaß 26 in der Kappe 27 des Sammelgefäßes 2 Druckluft angelegt, so daß nunmehr die Flüssigkeit über den Kanal 11, 10 das Ventil 6¹ den Kanälen 8¹ und 8 durch einen dem Stutzen 5 identischen Stutzen abströmt.

Anstelle der hier dargestellten Schieber- und Kegelventile 6, die innerhalb des Ventilblockes 3 gelegen sind, können auch, wie gestrichelt bei S angedeutet, außenliegende Schieberventile Anwendung finden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung gemaß Figur 1, Schnittlinie H-II. Wie ersichtlich, sind die Druckluftzuleitungen 13 für die Hubzylinder 12 bzw. 12' der Ventile 6 (Figur 1) über Steuerleitungen 14 und ihren Steuerventilen 28 mit der Druckluftzuleitung verbunden. Die einzelnen Ventile werden vom Programmgeber 14 (Figur 1) über die Steuerleitungen V1· bis V6¹ gesteuert. Die Ventile V1 bis V6 sind derart ausgebildet, daß in ihrer Schließstellung die Leitungen entlüftet sind. Dies hat zur Folge, daß -wie bereits vorbeschrieben- unter der Last der Rückstellfedern die Ventile bei entlüfteten Leitungen 14 in ihrer Schließstellung verharren.

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Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den Ventilblock 3 gemäß der Schnittlinie III-III. Wie ersichtlich, ist die im unteren Teil des Ventilblockes um die Mittelachse 3' gelegene Bohrung bzw. der Kanal 9 sternförmig gegabelt und bildet so die zu den Ventilkegeln 31 bzw. 31' führenden Leitungskanäle 8 bzw. 8', Von der Bohrseite her sind alle Kanäle mittels Stifte oder Magenschrauben 30 verschlossen. In der dargestellten Lage befinden sich alle Ventilkegel 31 der Ventile 6 in der Schließstellung mit Ausnahme des Kegels 31' des Ventils 6¹.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durchden Ventilblock 1 gemäß der Schnittlinie IV-IV. Die Ventilkegel 31 befinden sich in der gleichen Lage wie jene gemäß Figur Vom Ventil 6¹ (Figur 3) führt der Kanal 10 zum Zuführungskanal 11, der mit dem Aufnahmegefäß 2 in Verbindung steht. Die Kanäle 7 führen mittelbar über einen Zweigkanal zu den Einlaß- bzw. Auslaßstutzen 5. Wie durch die Pfeile 32 bis 36 angedeutet, dienen im vorliegenden Beispiel die Stutzen 32 bis 35 als Einlaß hingegen der Stutzen 36 als Auslaßstutzen. Bei einem Wasseranalysegefäß wird beispielsweise durch den Stutzen 32 die Wasserprobe durch den Stutzen 33 ein Schwefelsäuregemisch und durch den Stutzen 34 eine Pufferlösung hingegen durch den Stutzen 35 ein Reagenz mittelbar über das Ventil 6' in das Aufnahmegefäß 2 (gemäß Figur 1) geleitet. Sind alle Ventile mit Ausnahme der Ventilkegel 31'und 37 geschlossen, und wird bei 26 gemäß Figur 1 die im Aufnahmegefäß 2 enthaltene Flüssigkeitsmischung mit Druck beaufschlagt, so fließt die Flüssigkeit, wie bereits beschrieben über den Kanal 11 zum Ventil 6¹ und durch den Kanal 8¹ gemäß Figur 3 zum Sternpunkt und von dort zum Ventilkegel 37 über den Auslaßkanal 7 bei 36 ab.

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78Ρ 75"Q3 BRQ * Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, die dargestellten Ventile 6 auch in anderer Weise, z.B. als elektromagnetisch arbeitende Ventile auszubilden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Der in Figur 1 nur angedeutete Motor 16 ist ein normaler umsteuerbarer Synchronmotor, wobei jedoch die Bemessung der Hubbewegung des Kolbens durch die Lochscheibe erfolgt. Bei Kolbenbüretten ist es bekannt, hierfür digitalgesteuerte Motore zu verwenden. Im Vergleich mit der dargestellten Ausführungsform ist jedoch die Verwendung eines einfachen Synchronmotors wesentlich weniger aufwendig, wobei insbesondere der stoßweise Transport des Kolbens entfällt.

7 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

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Patentansprüche 78 P 7 0 0 3 BRD

( 1J Dosiervorrichtung für flüssige Medien, bestehend aus einem mit einem Ventilblock in Verbindung stehenden Aufnahmegefäß und einer Bürette, in welcher ein durch einen Motor betriebener Kolben zum Einspeisen einer vorgegebenen Flüssigkeitsmenge in das Aufnahmegefäß geführt ist, dadurch gekennzeichnet , daß
a) im Ventilblock (3) mehrere Einlaßstutzen und mindestens ein Auslaßstutzen (5) angeordnet sind, wobei die Einlaßstutzen jeweils über ein Ventil (6) mit der Bürette (4) verbindbar und die Bürette über einen mit einem gesteuerten Speise- und/oder Entleerungsventil (6¹) versehenen Kanal (1O, 11) mit dem Aufnahmegefäß (2) verbunden ist,

b) das..Aufnahmegefäß (2) auf dem Ventilblock (3) aufgesetzt ist und

c) die Hubgröße des Kolbens (15) nach einem vorgegebenen Programm steuerbar ist,
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß der Ventilblock (3) als Verteilerkopf ausgebildet ist und mehrere im Abstand um seine Mittelachse angeordnete, jeweils unabhängig voneinander betätigbare Ventile (12, 12') aufweist.
3. Dosiervorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Ventilblock (3) ein in seiner Mittelachse gelegener und einerseits mit der Bürette (4) in Verbindung stehender Kanal (9) angeordnet ist, der andererseits sternförmig zu den Ventilen (6, 12 bzw. β·, 12') verlaufende Ventilkanäle (8, 8») aufweist.
4. Dosiervorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch

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gekennzeichnet , daß der Ventilblock (3) einen weiteren Kanal (10, 11) aufweist, welcher vom Umsteuerventil (12¹, 6') zum Aufnahmegefäß (2) führt und daß das Aufnahmegefäß (2) eine Kappe (27) mit einem Anschlußstutzen (26) aufweist.
5. Dosiervorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventile (12, 12') im Ventilblock (3) eingesetzt sind.
6. Dosiervorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie Schieberventile (28) aufweist, die außen am Ventilblock (3) geführt sind.
7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Motor (16) für den Bürettenkolben (15) mit einer Lochscheibe (20) ausgerüstet ist, die mit einem licht-optischen Signalgeber (21) zusammenarbeitet, wobei letzterer mit dem Programmgeber (14) verbunden ist.

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