DE3411204C2 - Dosiervorrichtung für die Abgabe einer genau vorgegebenen Flüssigkeitsmenge - Google Patents

Abstract

Bei der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung wird der Kolben eines Vorratsbehälters durch eine zwischen einer Gewindespindel und dem Kolben befindliche Antriebswelle mit einem vorgegebenen Hub bei gleichbleibendem Druck in den Vorratsbehälter eingedrückt. Dadurch wird eine aus dem Hub und dem Querschnitt des Vorratsbehälters sich ergebende Flüssigkeitsmenge am Ausgang des Vorratsbehälters ausgestoßen. Die Steigung des Gewindes bei der Gewindespindel und ein sehr genau voreinstellbarer Drehwinkel, mit dem die Antriebswelle jeweils gedreht wird, ist ein Maß für die Vorwärtsbewegung der Antriebswelle und damit auch für den Hub des Kolbens eines Vorratsbehälters.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung für die Abgabe einer genau vorgegebenen Flüssigkeitsmenge, wie dies im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher erläutert ist.

Aus der EP-OS 00 09 013 ist ein Pipettierungs- und Dosiergerät bekannt, bei dem ein Kolben durch eine Gewindespindel hin und her bewegt werden kann. Die Gewindespindel wird dabei von einem Elektromotor angetrieben, der von einer Steuereinrichtung genau Befehle darüber erhält, in welcher Richtung und mit wie vielen Umdrehungen er die Gewindespindel zu bewegen hat. Da dieses Gerät, wie der Name Pipettierung aussagt, auch zum Ansaugen von Flüssigkeiten geeignet ist. muß die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, daß beim Abgeben der Flüssigkeit keine Reste zurückbleiben. Der Kolben muß also beim Abgeben von genau dosierten Flüssigkeitsmengen immer am Ende der Flüssigkeitsabgabe in seiner Endstellung sein. Zusätzlich sind noch Drucksensoren vorgesehen, die eine automatische Abschaltung bewirken, wenn eine Endstellung

ίο des Kolbens erreicht ist, und die Steuereinrichtung von sich aus den Motor nicht abschalten würde. Die in der EP-OS 00 09 013 dargestellte Dosiereinrichtung erfordert einen eigenen elektrischen Antrieb mit einer dazugehörigen, relativ komplizierten Steuereinrichtung.

Diese Dosiereinrichtung ist als selbständiges Gerät konzipiert und es ist nicht angegeben, auf welche Weise eine Zusammenarbeit mit anderen Apparaturen bei automatisch ablaufenden Prozessen erreicht werden kann. Außerdem ist der Vorratsbehälter fest mit dem Gerät verbunden, so daß die dosierbare abzugebende Flüssigkeitsmenge vorher angesaugt werden muß, ohne daß auswechselbare bereitgehaltene Vorratsbehälter anfügbar sind.

Ein Apparat für die fortlaufende Ausgabe von gleich bemessenen Flüssigkeitsmengen ist bekannt aus der US-PS 37 99 406. Bei diesem Gerät ist eine Einspannvorrichtung für auswechselbare Vorratsbehälter (Flüssigkeit abgebende Spritzen) vorgesehen, wobei der Kolben der jeweils eingespannten Spritze pneumatisch angetrieben wird. Es ist beschrieben, daß gleichmäßige Vorwärtsbewegungen erfolgen, um die gleichmäßige Ausgabe von Flüssigkeitsmengen zu erreichen. Zu diesem Zweck ist ein Druckzylinder vorgesehen, der vorwärts und rückwärts bewegt werden kann. Dabei ist lediglich die jeweilige Endstellung justierbar. Bei der Beschreibung der Zeichnung ist angegeben, daß bei der schrittweise erfolgenden Linkswärts-Bewegung des Antriebskolbens eine genau abgemessene Menge der Flüssigkeit aus der Spritze austritt. Es ist aber nicht genau beschrieben, auf welche Weise ein einzelner Schritt definiert wird, so daß nur vermutet werden kann, daß dies bei der Steuerung des Antriebszylinders geschieht, indem dieser mit einem gewissen Druck für eine vorbestimmte Zeit beaufschlagt wird. Auch bei diesem Gerät ist nichts darüber ausgesagt, in welcher Weise es in einen Produktionsablauf einbezogen werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dosiervorrichtung für die Abgabe einer genau vorgegebenen Flüssigkeitsmenge vorzustellen, die ohne eigenen elektrischen Antrieb und ohne elektrische Steuereinrichtung rein mechanisch betrieben werden kann. Dabei soll die Möglichkeit gegeben sein, die Dosiervorrichtung mit dem Arbeitstakt der Fertigungsmaschine zu steuern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß kein unkontrolliertes Nachfließen von geringen Flüssigkeitsmengen stattfindet, nachdem die zu dosierende Flüssigkeitsmenge abgegeben wurde. Diese Aufgabe wird mit Merkmalen gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben sind.

Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß durch einfach vorzunehmende mechanische Einstellungen, ohne daß dabei eine Zeit- oder Druckregelung vorgenommen werden muß, die zu dosierende Flüssigkeitsmenge sehr genau eingestellt werden kann, die dann mit gleichbleibendem Druck ausgestoßen wird. Weil sofort nach dem Ende des Bewegungsablaufes der Druck weggenommen wird, hört die Flüssigkeit sofort auf zu fließen. Da die Dosiervorrichtung rein mechanisch arbeitet, sind

keinerlei elektrische Sensoren und Steuereinrichtungen erforderlich. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteiansprüchen. Die im folgenden noch näher beschriebene Dosiervorrichtung ist vorwiegend als Teil einer Fertigungsmaschine konzipiert, sie ist aber auch als selbständiges Gerät einsetzbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht der Dosiervorrichtung,

F i g. 2 die zugehörige Draufsicht.

In der Fig. 1 ist dargestellt, wie ein Vorratsbehälter VB im oberen Teil der Dosiervorrichtung eingespannt ist. Es handelt sich dabei vorzugsweise um mit Kolben KO versehene Spritzen, beispielsweise in der Medizin verwendete Einweg-Injektionsspritzen, die durch Aufziehen des Kolbens KO mit der zu dosierenden Flüssigkeit gefüllt werden, bevor sie als Vorratsbehälter VB in die Dosiervorrichtung eingesetzt werden. Eine Schlauchleitung SL, die jeweils eine Dosis der Flüssigkeit zu der Verarbeitungssteüe leitet, wird an den Vorratsbehälter VB angeschlossen.

Der Kolben KO wird beim Einsetzen des Vorratsbehälters VB auf die nach oben bewegliche Antriebswelle A W aufgesetzt. Das untere, mit einem Rändelrad RR versehene Ende der Antriebswelle A W greift in eine Gewindespindel GS ein, die mit einer Gewindebuchse GB durch einen Spannhebel SH in einer Halterung HA eingespannt ist. Nach dem Einsetzen des Vorratsbehälters VB wird zunächst die Antriebswelle A Wdurch Drehen des Rändelrads RR so weit nach oben gedreht, daß das obere Ende der Antriebswelle A Wden Kolben KO des Vorratsbehälters VB leicht berührt. Am oberen Ende der Antriebswelle A W ist ein drehbar gelagerter Teller angebracht, so daß sich der Kolben KO des Vorratsbehälters VB beim Drehen der Antriebswelle A W nicht mitdreht.

Wenn der Vorratsbehälter VB in der zuvor beschriebenen Weise in die Dosiervorrichtung eingesetzt worden ist, kann der Antrieb eingeschaltet werden. Nach dem Einschalten des Antriebs wird die Antriebswelle A W durch einen Antriebszylinder AZ bei jedem Arbeitstakt in Drehung versetzt. Die Größe des Drehwinkels DlVkann dabei sehr genau durch den einstellbaren Hub H des Antriebszylinders AZ vorgegeben werden. Bei jeder Drehung der Antriebswelle A W wird die Gewindespindel GS zusammen mit der Antriebswelle AW so weit nach oben bewegt, wie es durch die Steigung des Gewindes vorgegeben ist. Da die Aufwärtsbewegung der Antriebswelle AW sich unmittelbar auf die Aufwärtsbewegung des Kolbens KO des Vorratsbehälters VB auswirkt, kann mit Gewindespindeln GS und Gewindebuchsen GB, deren Gewinde verschiedene Steigungen haben können, eine Grobeinstellung der zu dosierenden Flüssigkeitsmenge vorgenommen werden. Die Feineinstellung erfolgt, wie bereits beschrieben, durch die Festlegung des Hubes H des Antriebszylinders AZ, wodurch der Drehwinkel DWbestimmt wird.

Die Kraftübertragung vom Antriebszylinder AZ zur Antriebswelle AW geschieht durch eine Kupplung KP, die in eine Nut NU der Antriebswelle A Weingreift und eine Rücklaufsperre besitzt. Dadurch bleibt die Antriebswelle A W in ihrer Lage stehen, wenn der Antriebszylinder AZ nach jedem Arbeitstakt in seine Ruhestellung zurückgefahren wird. Um dabei die Antriebswelle A W sofort für den kurzen Zeitraum festzuhalten, in dem die Rücklaufsperre noch nicht wirksam ist, wird dauernd pneumatisch eine Rücklaufbremse RB gegen die Antriebswelle A Wgedrückt.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Halterung HA. in der die Gewindespindel GS mit der Gewindebuchse GB festgespannt ist, drehbar gelagert. Der bei der Aufwärtsbewegung der Antriebswelle A W entstehende Gegendruck auf die Halterung HA wird durch einen Druckzylinder DZ ausgeglichen.

Der Druck im Druckzylinder DZ ist also so gewählt, daß er dem im Normalbetrieb entstehenden Gegendruck entspricht. Sollte bei einem Arbeitstakt ein erhöhter Druck auftreten, weil möglicherweise die dosierte Flüssigkeitsmenge nicht ordnungsgemäß abfließen kann, beispielsweise wegen Verstopfung der Schlauchleitung, so gerät die Halterung HA aus dem Gleichgewicht, wodurch ein Mikroschalter MS betätigt wird. Dieser Mikroschalter MS ist durch logische Verknüpfung nur dann wirksam geschaltet, wenn die Antriebswelle A Wnach oben bewegt wird. Mit dem Mikroschalter MS kann ein Störungssignal eingeschaltet werden oder aber auf direktem Wege die Maschine stillgesetzt werden. Die für die Betätigung des Mikroschalters MS benötigte Beweglichkeit der Halterung HA kann mit Stellschrauben Sreingestellt werden.

Wenn durch die taktweise Aufwärtsbewegung der Antriebswelle A Wder Kolben KOdes Vorratsbehälters VB in seine Endstellung gebracht worden ist, und der Vorratsbehälter somit leer ist, so wird der leere Vorratsbehälter VB herausgenommen und durch einen vollen Behälter ersetzt. Zu diesem Zweck wird die Gewindespindel CS zusammen mit der Gewindebuchse GB herausgenommen und die Antriebswelle AWso weit nach unten gedrückt, daß der neue Vorratsbehälter VB mit dem ausgezogenen Kolben KO an die dafür vorgesehene Stelle paßt. Nach dem Einsetzen des neuen Vorratsbehälters VB wird die Gewindespindel, die symmetrisch an beiden Enden mit einem Zapfen ausgestattet ist, einfach umgedreht wieder in die Halterung eingesetzt. Danach wird, wie zuvor beschrieben, die Antriebswelle A Wam Rändelrad RR angefaßt und so lange nach oben gedreht, bis das obere Ende den Kolben KO des Vorratsbehälters VB berührt. Dieses einfache Auswechseln eines Vorratsbehälters VB geht sehr schnell vor sich, so daß die dadurch notwendige Stillsetzung einer Fertigungsmaschine nur von kurzer Dauer ist.

Da die an den Vorratsbehälter VB angeschlossene Schlauchleitung SL beweglich ist. kann das andere Ende dieser Schlauchleitung SL durch von der Fertigungsmaschine gesteuerte Einrichtungen jeweils zu der Stelle hin bewegt werden, wo die dosierte Flüssigkeitsmenge benötigt wird. Es ist auch denkbar, daß die jeweilige Dosis zyklisch an verschiedene Stellen geleitet wird. Außerdem sind mit dem freien Ende der Schlauchleitung SL Bewegungen ausführbar, so daß die zu dosierende Flüssigkeitsmenge auf einer Fläche oder entlang einer Linie gleichmäßig verteilt werden kann.

Da die Steuerorgane der Dosiereinrichtung mit der zu dosierenden Flüssigkeit nicht unmittelbar'in Berührung kommen, ist die Dosiereinrichtung völlig verschleißfrei, so daß über einen längeren Zeitraum die

bo einmal eingestellte Dosis konstant bleibt. Es lassen sich auf diese Weise auch viele Arten von Flüssigkeiten dosieren, wodurch eine sehr große Anzahl von hier nicht in allen Einzelheiten aufzählbaren Anwendungsfäüen denkbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dosiervorrichtung für die Abgabe genau vorgegebener Flüssigkeitsmengen in gleichbleibenden Portionen aus einem Vorratsbehälter, mit einem in den Vorratsbehälter mittels einer Gewindespindel mit vorgegebenem Hub bei gleichbleibendem Druck eindrückbaren Kolben zum Ausstoß einer aus dem Hub und dem Querschnitt des Vorratsbehälters sich ergebenden Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter, wobei die Gewindespindel bei jedem Ausstoßtakt durch Drehung um einen voreinstellbaren Drehwinkel den Kolben relativ zur Halterung der Gewindespindel um eine definierte Strecke in den Vorratsbehälter hineinbewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (HA) der Gewindespindel (GS) als beweglicher Waagebalken ausgebildet und drehbar gelagert ist, daß ein Druckzylinder (DZ) vorgesehen ist, der an dem dem Angriffspunkt der Gewindespindel gegenüberliegenden Hebelarm des Waagebalkens angreift und eine Gegenkraft zu dem auf der Gewindespindel (GS) liegenden Druck ausübt, daß eine Ventilsteuerung vorgesehen ist, die sofort nach dem Ende einer jeden Drehbewegung der Gewindespindel den Druckzylinder (DZ) dekomprimiert, wobei die Gegenkraft aufgehoben wird und sich der Druck auf den Kolben sofort abbaut.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Drehpunktes der als Waagebalken ausgebildeten Halterung (HA) Stellschrauben (ST) angeordnet sind, weiche die Drehbeweglichkeit des Waagebalkens begrenzen.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung (HA) ein mit einem ortsfesten Betätigungsstift zusammenwirkender Mikroschalter (MS,} angeordnet ist, der sich dann auf dem Betätigungsstift hin bewegt und die Dosiervorrichtung abschaltet, wenn der Druck auf der Gewindespindel (GS) größer als der voreingestellte Druck im Druckzylinder (DZ) wird.

4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen Spannhebel (SH) zusammen mit der Gewindebuchse (GB) fixierte Gewindespindel (GS) so ausgebildet ist, daß sie nach Erreichen der Endstellung aus der Halterung (HA) herausgenommen und sofort umgedreht wieder eingesetzt werden kann.

5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Rücklaufbremse (RB) vorgesehen ist, die dauernd pneumatisch gegen die Antriebswelle (A W) gedrückt wird.