DE4329632A1 - Dosierpumpe - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe zum Eindosieren
einer Zusatzflüssigkeit in die Impfstelle einer Hauptflüs
sigkeitsleitung, insbesondere in eine Wasserleitung, mit
einem als Tauchkolben ausgebildeten Dosierkolben, der mit
einer Antriebs- und einer Steuereinrichtung verbunden ist,
wobei der Dosierkolben in eine Pumpkammer eintaucht, die
eingangsseitig über eine ein Saugventil aufweisende Saug
leitung mit einem Vorratsbehälter für die Zusatzflüssig
keit und ausgangsseitig über eine ein Druckventil aufwei
sende Druckleitung mit der Impfstelle verbindbar ist.
Derartige Pumpenkonstruktionen sind insbesondere zum
Eindosieren von Wasserbehandlungschemikalien in Wasser
bekannt. Eine derartige Behandlung des Wassers ist z. B.
ein unverzichtbarer Bestandteil in der Dentaltechnik. Dort
würden ohne Wasserkühlung beim Arbeiten mit hochtourigen
Motoren und Turbinen am Zahn und an den weichen Geweben im
Mundraum irreparable Schäden entstehen. Aber auch zum
Ausspülen von Operations- und Zahnbehandlungsresten wird
Wasser verwendet. In den Behandlungspausen, z. B. über
Nacht und am Wochenende, verbleibt das verwendete Wasser
in den zahnärztlichen Geräten und deren Zuleitungen.
Während dieser Zeit können sich im Wasser befindliche
Mikroorganismen vermehren, was zu einem erhöhten Infek
tionsrisiko für die Patienten wird. Dies macht eine Ver
ringerung der Keimzahlen nötig, wobei ein Keimwachstum
nach längeren Arbeitspausen, insbesondere nach den Wochen
enden, verhindert werden muß. Dieses Ziel kann durch die
permanente Zugabe eines geeigneten Entkeimungsmittels
erreicht werden. Dabei ist es nicht nur notwendig, das
Entkeimungsmittel permanent dem Wasser zuzusetzen, sondern
es muß auch ein bestimmtes Mischungsverhältnis erreicht
werden, da es sich bei den verwendeten Entkeimungsmitteln
meist um Zellgifte handelt, die nur in geringen Mengen
dosiert werden dürfen.
Des weiteren muß beachtet werden, daß es sich bei den
verwendeten Entkeimungsmitteln zumeist um ausgasende
Medien handelt. Bei bekannten Dosierpumpen, die als
Kleinstdosierpumpen zur Förderung stark konzentrierter
Fluide in immer kleineren Mengen verwendet werden, berei
ten eben gerade Inhomogenitäten des Fördermediums, nämlich
Gasbläschen, Probleme. Sind diese Gasbläschen z. B. durch
geänderte Druckbedingungen ausgegast, dann sammeln sie
sich in Stillstandszeiten an der höchsten Stelle der
Zulaufseite oder direkt vor dem Pumpenkopf, um dann als
große Luftblase in die Pumpe zu gelangen. Je größer dabei
nun das Schadraumverhältnis, das ist das Verhältnis zwi
schen Schadraum und Hubvolumen, ist, desto schlechter
gelingt es nun der Pumpe, das eingeschlossene Gas soweit
zu komprimieren, daß es wieder ausgeschoben werden kann.
Das Gas wird nur noch hin- und hergeschoben. Ein Bypass
ist eine Möglichkeit, diesen Zustand zu ändern. Jedoch
leidet hierunter die Genauigkeit.
Aus der DE-GM 78 10 210 ist eine Kolben-Dosierpumpe zum
Eindosieren einer Zusatzflüssigkeit in eine Wasserleitung
bekannt. Die Dosierpumpe weist einen als Tauchkolben
ausgebildeten Dosierkolben auf, der die Zusatzflüssigkeit
aus einer Dosiermittelansaugleitung über Rückschlagkugel
ventile in den Kolbenraum fördert. Durch erneutes Eintau
chen des Dosierkolbens in den Kolbenraum tritt das Dosier
mittel über ein Rückschlagventil in die Dosierleitung ein.
Des weiteren weist der Dosierkolben einen oberen Pumpen
raum auf, der ständig von einer Teilwassermenge gespült
wird. Auch ist ein Wassermotor vorgesehen, der den Dosier
kolben antreibt und vom Hauptflüssigkeitsstrom angetrieben
wird. Nachteilig an dieser Dosiereinrichtung ist, daß die
genannte Dosierpumpe aufgrund der Anordnung von Dosiermit
telansaugleitung, Kolbenraum und Dosierleitung sowie der
Rückschlagventile kein Hubvolumen aufweist, das entspre
chend vorgegebenen Anforderungen an die Dosiermenge belie
big angepaßt werden kann. Dies ist aber besonders wichtig,
wenn nur kleine Mengen einer Zusatzflüssigkeit dem Haupt
flüssigkeitsstrom zugeführt werden dürfen. Die Verwendung
einer durch die Hauptflüssigkeit angetriebenen Wasserpumpe
als Antriebsmittel für den Dosierkolben ermöglicht keine
Einstellung eines genauen Mischungsverhältnisses zwischen
Zusatzflüssigkeit und Hauptflüssigkeit. Außerdem ist die
Justage der Anlage für den Betrieb sehr aufwendig, da der
Zeitpunkt des Eindosierens genau eingestellt werden muß.
Das DE-GM 83 00 366 betrifft eine Kolben-Membrandosierpum
pe. Diese weist eingangsseitig eine Saugleitung mit Saug
ventil und einen damit verbundenen Dosierzylinderraum
sowie einen Vorförderraum auf. Ausgangsseitig ist der
Dosierzylinderraum über eine Druckleitung und ein Druck
ventil mit der Dosierstelle verbunden. Um das Dosiermittel
über den Dosierzylinderraum in den Vorförderraum zu beför
dern, ist am als Tauchkolben ausgebildeten Dosierkolben
eine Membran vorgesehen. Des weiteren weist die Dosierpum
pe eine Überlaufleitung für das in den Vorförderraum
gelangte Dosiermittel auf. Ausgasende Bestandteile des
Dosiermittels werden im Vorförderraum aufgefangen. Auf
grund der Ausgestaltung mit Überströmleitung, Saugleitung,
Druckleitung sowie des Vorförderraumes ist die Ausgestal
tung des Dosierkopfes sehr aufwendig. Es sind hierfür eine
große Anzahl von Einzelteilen nötig, woraus sich hohe
Fertigungskosten ergeben. Außerdem sammelt sich die Luft
bzw. angesaugtes Gas im Vorförderraum und die Leistung der
Pumpe fällt ab, bis ein Entlüften vorgenommen worden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dosierpumpe der
eingangs beschriebenen Art unter Vermeidung der aufgeführ
ten Nachteile zu schaffen. Insbesondere soll eine Dosier
pumpe geschaffen werden, die sich durch eine Verringerung
des Schadraumes, den Verzicht auf aufwendige und kostspie
lige Zusatzsysteme sowie eine kostengünstige Fertigung
auszeichnet und die zum permanenten Dosieren einer defi
nierten Menge einer Zusatzflüssigkeit in eine Hauptflüs
sigkeit ermöglicht, wobei das Dosieren zu einem genau
festgelegten Zeitpunkt erfolgt, der durch die Verbraucher
bestimmt wird.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer
Dosierpumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß
mindestens eines der Ventile sowie die zugehörige Leitung
im Inneren des Dosierkolbens angeordnet ist und daß die
Dosierpumpe durch eine Durchflußmeßvorrichtung, durch die
das Gemisch auf Zusatzflüssigkeit und Hauptflüssigkeit
zumindest einem Verbraucher zugeführt wird, gesteuert
wird.
Die Ventile sind in den Stirnseiten der Pumpkammer ange
ordnet. Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Volumen
der Kammer eingangs- und ausgangsseitig durch den Dosier
kolben und die gegenüberliegende Stirnseite der Pumpkammer
sowie durch das geringe Totvolumen, das durch das Volumen
im Ringraum zwischen dem Dosierkolben und dem umgebenden
Gehäuse sowie einer Ringdichtung, das Volumen eines klei
nen Durchlasses im Saugventil sowie gegebenenfalls den
Kanal von der Pumpkammer zum Ventilsitz des (auslaßseiti
gen) Druckventils bestimmt ist, wobei das durch letzteres
gebildete Totvolumen rein durch die statisch notwendige
Stütze für den Ventilsitz des Druckventils (sowie den
gewünschten Durchlaßquerschnitt) bestimmt wird, damit
äußerst klein gewählt werden kann.
Auf diese Weise läßt sich einfach das gezielte Dosieren
steuern, da ein Eindosieren der Zusatzflüssigkeit ledig
lich dann erfolgt, wenn eine bestimmte Menge dem Verbrau
cher zugeführt worden ist. Hierdurch kann es nicht zu
einem Überdosieren kommen. Dadurch, daß die Pumpkammer
eingangsseitig direkt durch das Saugventil und ausgangs
seitig direkt durch den Dosierkolben begrenzt ist, ist das
schädliche Totvolumen weitestgehend minimiert. Dieser
Schadraum- bzw. dieser Totvolumenverringerung wird auch
dadurch Rechnung getragen, daß die erforderliche Drucklei
tung sowie das Druckventil im Inneren des Dosierkolbens
angeordnet sind. Die bei der bisherigen Anordnung der
Druckleitung notwendigen herstellungsbedingten Toleranzen
und die dadurch erzeugten Schadraumanteile werden deutlich
verringert.
Das Verhältnis zwischen Nutzvolumen und Tot- oder Schad
raumvolumen ist dabei < 15. Optimal einstellbar ist dieses
Verhältnis bei einem Nutzvolumen von mehr als 0,33 ml.
Aber auch für ein kleineres Nutzvolumen als 0,33 ml ist
ein Nutz-/Totraumvolumenverhältnis von mehr als 15 mög
lich.
Weiterbildungen sehen vor, daß der Dosierkolben im oberen
Totpunkt OT auf dem den oberen Totpunkt definierenden
Saugventil aufliegt. Damit verbleibt bei der Ruhestellung
des Dosierkolbens im oberen Totpunkt für das im Pumpraum
gebildete oder angesaugte Gas nur die Möglichkeit, sich in
dem Totvolumen anzusammeln. Weiterhin wird dadurch, daß
der Kolben gegen das Saugventil drückt, verhindert, daß
bei z. B. versagendem Druckventil die Hauptflüssigkeit,
insbesondere Wasser, in den Pumpenraum und bei gleichzei
tig versagendem Saugventil in den Vorratsbehälter für die
Zusatzflüssigkeit gelangen kann. Auf diese Weise wird
nicht nur durch das Saug- und Druckventil, die jeweils
Rückschlagventile sind, ein Rückfließen bzw. Rückströmen,
sondern auch durch die Wirkungsweise des Dosierkolbens im
oberen Totpunkt ein solches verhindert.
Beim Saugventil handelt es sich bevorzugt um ein Flatter
ventil. Es kann aber auch ein federbelastetes Ventil sein.
Das Druckventil ist bevorzugt ein Kugelventil. Aber auch
hier kann ein federbelastetes Ventil als Druckventil
verwendet werden.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist der Dosierkolben
von einer als Rückstellfeder dienenden vorgespannten Feder
umgeben. Diese Feder umgibt ebenfalls eine Stellhülse, die
im Gehäuse der Dosierpumpe verstellbar angeordnet ist. Die
Stellhülse dient dabei erfindungsgemäß als Anschlag und
damit als unterer Totpunkt UT bei Bewegen des Dosierkol
bens in Richtung unterer Totpunkt. Auf diese Weise ist das
Hubvolumen des Kolbens sowohl veränderbar und damit das
Nutzvolumen dem jeweiligen Verwendungszweck anpaßbar als
auch für einen definierten Anschlag und damit definierten
unteren Totpunkt des Kolbens gesorgt.
Weiterbildungen sehen vor, daß die Druckleitung am rück
wärtigen Ende des Dosierkolbens im Inneren der Stellhülse
angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein kompaktes Gerät
geschaffen, das nur wenig Raum für die verschiedenen
Leitungen benötigt. Bevorzugt weist die Stellhülse dabei
in ihrem Inneren eine als Druckluftleitung dienende weite
re Leitung auf. Sowohl die Druckleitung als auch die
Druckluftleitung sind dabei im Inneren der Stellhülse als
Schläuche ausgebildet. Diese Ausbildung sorgt dafür, daß
der Dosierkolben sich während des Hubes frei bewegen kann,
ohne daß Druckluft- und Druckleitung störend wirken. Die
Druckluftleitung geht bevorzugt von der Stellhülse ins
Innere des Dosierkolbens über. Durch eine Öffnung im
Dosierkolben ist sie mit einer Druckluftkammer im Inneren
des Gehäuses der Dosierpumpe verbunden. Auf diese Weise
ist dann Druckluft von außen als Arbeitsenergie ins Innere
der Druckluftkammer förderbar. Durch diese Druckluft wird
der Dosierkolben entgegen der Vorspannung der Rückstellfe
der in Richtung des unteren Totpunktes bewegt und führt
dabei den Saughub aus.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
es sich bei der Durchflußmeßvorrichtung um einen Mischbe
hälter sowie zwei Drucksensoren handelt, wobei letztere
jeweils an einem der Ausgänge des Mischbehälters angeord
net sind. Diese Drucksensoren dienen zur Drucküberwachung
der im Mischbehälter befindlichen Mischung aus Zusatzflüs
sigkeit und Hauptflüssigkeit und dienen gleichzeitig als
Regelung der Steuerung der Dosierpumpe. Auf diese Weise
wird immer nur dann, wenn den Verbrauchern eine bestimmte
Menge der Mischung zugeführt worden ist, erneut Zusatz
flüssigkeit in die Hauptflüssigkeitsleitung eingespeist.
Bevorzugt ist der Mischbehälter kugelförmig ausgebildet
und weist zwei Druckkammern auf, die durch eine Membran
voneinander getrennt sind. Diese Druckkammern weisen dabei
eine halbkugelförmige Form auf. Dabei ist die Membran
mittig im Inneren des Druckbehälters zur Begrenzung
der einzelnen Druckkammern angebracht. Die Membran ist
hochflexibel ausgebildet, so daß sie beim Einströmen des
Gemisches durch den Eingang in eine Druckkammer das in der
anderen Druckkammer befindliche Gemisch durch den Ausgang
in Richtung Verbraucher herausdrückt und sich dann nach
der Entleerung dieser Druckkammer an den Ausgang anlegt,
so daß der dort befindliche Drucksensor einen Druckein
bruch feststellt und entsprechende Informationen weiter
leitet, aufgrund derer wiederum Zusatzflüssigkeit in die
Hauptflüssigkeit eindosiert wird. Auf diese Weise wird
immer nur eine definierte Menge mit einem festgelegten
Mischungsverhältnis dem Verbraucher zugeführt. Eine Über
dosierung wird verhindert.
Jede der Druckkammern weist jeweils einen eigenen Eingang
sowie einen eigenen Ausgang auf. Die Ausgänge der beiden
Druckkammern sind dann mit einem Ausgangsventil über zwei
Eingänge desselben verbunden. Das Ausgangsventil dient
dazu, daß durch Schalten des Ausgangsventils jeweils das
Gemisch aus der gerade vollständig befüllten Druckkammer
herausgepreßt werden kann und dann zum jeweiligen Verbrau
cher gelangt. Dieser Umsteuervorgang erfolgt nur dann,
wenn durch die Drucksensoren ein Druckeinbruch beim Ver
schließen des jeweiligen Ausgangs der Druckkammer durch
die Membran gemeldet wird. Die Eingänge der Druckkammern
sind über Druckbegrenzungsventile mit zwei Ausgängen eines
Eingangsventiles verbunden. Diese Eingangsventile werden
entsprechend nach erfaßtem Druckeinbruch geschaltet, damit
jeweils die geleerte Druckkammer nach der Detektion des
Druckeinbruchs mit der Mischung befüllt wird. Dieses
Befüllen erfolgt auch immer nur, nachdem ein Druckeinbruch
an einem der Ausgänge der Druckkammern erfolgt ist.
Das Eingangsventil ist über die Hauptflüssigkeitsleitung
mit der als Druckquelle dienenden Hauptflüssigkeitsversor
gung, insbesondere einem Wasseranschluß, verbunden. Bevor
zugt ist dabei zwischen der Hauptflüssigkeitsversorgung
und dem Eingangsventil die Impfstelle zum Eindosieren der
Zusatzflüssigkeit angeordnet. Die durch den Dosierkolben
angesaugte Menge an Zusatzflüssigkeit wird so über die
Impfstelle in den Wasserkreislauf eingebracht. Diese
eindosierte Zusatzflüssigkeit fließt zusammen mit der über
das Eingangsventil einströmenden Hauptflüssigkeit, insbe
sondere Wasser, in den Mischbehälter, wobei sich die
beiden Flüssigkeiten miteinander vermischen. Auf diese
Weise wird eine bessere Durchmischung erreicht, als wenn
die einzudosierende Zusatzflüssigkeit erst im Mischbehäl
ter eindosiert wird. Bei der Zusatzflüssigkeit handelt es
sich bevorzugt um Wasserstoffperoxid H₂O₂. Wasser
stoffperoxid ist geruchs-, geschmacksneutral und vollstän
dig wasserlöslich. Außerdem verbindet es sich nicht mit
anderen Chemikalien und verhält sich bei geringen Konzen
trationen nicht toxisch.
Der Vorratsbehälter weist bevorzugt ein Volumen von 1 l
auf. Der Mischbehälter weist bevorzugt ein Volumen von
330 ccm auf. Diese Volumina tragen dazu bei, daß ein
Gemisch aus Wasserstoffperoxid und Wasser entsteht, wel
ches auf 30-90 ppm H₂O₂ eingestellt werden kann,
wobei es sich bei dem Wasserstoffperoxid um eine dreipro
zentige Lösung handelt. Durch einen Füllstandssensor am
Vorratsbehälter wird dafür gesorgt, daß eine bestimmte
Füllmenge nicht unterschritten wird, so daß immer eine
definierte Menge an Wasserstoffperoxid in die Hauptflüs
sigkeit, nämlich Wasser, eingespeist werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung,
in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Dosierpumpe unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im ein
zelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungs
gemäße Dosierpumpe im Längsschnitt;
und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung zum permanenten Dosieren
einer mit der Zusatzflüssigkeit ver
setzten Hauptflüssigkeit, in der die
Dosierpumpe und die Durchflußmeßvor
richtung eingebunden sind.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Dosierpumpe 1
weist ein Gehäuse 2 auf, das innen mit mehreren Höhlungen
3, 4 versehen ist. In diese Höhlungen 3, 4 ist ein als
Tauchkolben ausgebildeter Dosierkolben 5 sowie eine Stell
hülse 6 eingesetzt. In der Höhlung 4 ist eine Pumpkammer 7
ausgebildet, die eingangsseitig durch ein auf das Gehäuse
aufgesetztes Saugventil 8 und ausgangsseitig durch den
Dosierkolben 5 begrenzt ist. Das Saugventil 8 weist eine
Klappe 8a als Ventilkörper auf und ist über eine Sauglei
tung 9 mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter
verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Saug
leitungen 9, 10 dargestellt. Das Saugventil kann ein
Flatterventil oder aber jedes andere geeignete Ventil,
z. B. ein federbelastetes Ventil sein.
Im Inneren des Dosierkolbens 5 ist ein Druckventil 11 mit
einem Ventilkörper 11a - hier als Kugelventil mit einer
Ventilkugel - ausgebildet, welches über eine nachfolgende
Druckleitung 12 mit einer nicht dargestellten Dosierstelle
in Verbindung steht. Die Druckleitung 12 ist einerseits im
Inneren des Dosierkolbens 5, andererseits auch im Inneren
der Stellhülse 6 untergebracht. Im Inneren der Stellhülse
6 handelt es sich dabei um einen Schlauch. Beim Druckven
til 11 kann es sich um ein Kugelventil, aber auch um jedes
andere geeignete Ventil, z. B. um ein federbelastetes
handeln. Sowohl das Saugventil 8 als auch das Druckventil
11 sind als Rückschlagventile ausgebildet.
Im Inneren der Stellhülse 6 ist weiter eine Druckluftlei
tung 13 ausgebildet, die im Inneren der Stellhülse 6 ein
Schlauch ist. Die Druckluftleitung 13 geht von der Stell
hülse 6 ins Innere des Dosierkolbens 5 über. Dort weist
der Dosierkolben 5 eine Öffnung 14 auf. Über diese Öffnung 14
ist die Druckluftleitung 13 mit einer Druckluftkammer
15 verbunden, die in der Höhlung 3 ausgebildet ist. Der
Dosierkolben 5 ist innerhalb der Höhlung 3 von einer
Rückstellfeder 16 umgeben. Diese Rückstellfeder umgibt
aber auch die Stellhülse 6. Die Stellhülse 6 ist innerhalb
der Höhlung 3 verstellbar. Sie dient beim Bewegen des
Dosierkolbens 5 als Anschlag für denselben, wenn sich
dieser in Richtung unterer Totpunkt bewegt. In Fig. 1 ist
der Dosierkolben nach erfolgtem Saughub in seiner Lage im
unteren Totpunkt dargestellt. Durch Verstellen der Stell
hülse 6 ist das Nutzvolumen der Pumpkammer 7 vergrößer- bzw.
verkleinerbar. Das Nutzvolumen beträgt bevorzugt mehr
als 0,33 ml. Die Druckluftkammer 15 wird über ein nicht
dargestelltes Druckluftventil über die Druckluftleitung 13
mit Druckluft versorgt. Die Pumpkammer 7 ist in der darge
stellten Stellung des Dosierkolbens 5 mit der Zusatzflüs
sigkeit 7 gefüllt.
Damit kein Austausch zwischen Druckluft und Flüssigkeiten
zwischen den Höhlungen 3 und 4 stattfinden kann, ist der
Dosierkolben 5 mittels Dichtungsringen 18, 19, 20 gegen
über dem Gehäuse 2 abgedichtet. Als Schadraum bleibt bei
dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Dosierpumpe 1
zunächst das mit 23 bezeichnete Totvolumen in der Stirn
seite des Kolbens 5 pumpkammerseitig des Ventilkörpers
11a, wobei dieser Raum gegebenenfalls auch insbesondere
- aus statischen Gründen - als kurzer zylindrischer Kanal
oder ähnlich ausgebildet sein kann. Weiterhin kann ein
Totvolumen 21 im Ringraum zwischen Dosierkolben 5 und
umgebendem zylinderförmig ausgebildetem Gehäuse 2 sowie
Ringdichtung 20 vorgesehen sein. Schließlich verbleibt ein
kleiner Durchlaß als Totvolumen 22 in der Klappe 8a des
Saugventils 8. Das Volumen dieser Schadräume 21, 22, 23
beträgt insgesamt maximal 0,022 ml. Im oberen Totpunkt
liegt der Dosierkolben 5 auf dem Saugventil 8 an und
verschließt dieses. Die Druckluftkammer 15 ist mittels des
nicht dargestellten Druckluftventils entleert worden. Der
obere Totpunkt stellt dabei die Ruhestellung des Dosier
kolbens 5 dar.
In Fig. 2 ist eine Durchflußmeßvorrichtung im Rahmen
einer als Wasserentkeimungsanlage verwendbaren Vorrichtung
24 zum permanenten Dosieren einer mit einer Zusatzflüssig
keit, Wasserstoffperoxid, versetzten Hauptflüssigkeit,
Wasser, dargestellt. Die Vorrichtung 24 weist einen Misch
behälter 25 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel
kugelförmig ausgebildet ist und aus zwei Druckkammern
besteht, die durch eine Membran 28 voneinander getrennt
sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Druckkam
mern 26, 27 halbkugelförmig ausgebildet. Die Membran 28
ist mittig im Inneren des Mischbehälters 25 angeordnet und
hochflexibel ausgebildet. Jede der Druckkammern 26, 27
weist jeweils einen Eingang 29, 30 sowie einen Ausgang 31,
32 auf. An diese Ausgänge 31, 32 kann sich die hochfle
xible Membran 28 anlegen.
Die Ausgänge 31, 32 der beiden Druckkammern 26, 27 sind
mit einem Ausgangsventil 33 über zwei Eingänge desselben
verbunden. Beim Ausgangsventil 33 handelt es sich um ein
3/2-Wege-Elektromagnetventil. Des weiteren befinden sich
vor dem Ausgangsventil 33 an den Ausgängen 31, 32 Druck
sensoren 34, 35. An den Eingängen 29, 30 der Druckkammern
26, 27 ist jeweils ein Druckbegrenzungsventil 36, 37
angeordnet. Die Drucksensoren 34, 35 können piezoresistive
Drucksensoren sein, und bei dem Eingangsventil 38 handelt
es sich um ein 3/2-Wege-Elektromagnetventil.
Das Ausgangsventil 33 ist mit den Verbrauchern 40, 41 für
die Mischung verbunden. Das Eingangsventil 38 ist über
eine Hauptflüssigkeitsleitung 42 mit einer als Druckquelle
dienenden Flüssigkeitsversorgung, hier einem Wasseran
schluß 39, verbunden. Zwischen dem Eingangsventil 38 und
dem Wasseranschluß 39 befindet sich die Impfstelle 43,
über die die Zusatzflüssigkeit, hier Wasserstoffperoxid,
in die Hauptflüssigkeitsleitung 42 eindosiert wird. Zwi
schen der Impfstelle 43 und dem Wasseranschluß 39 sind in
der Hauptflüssigkeitsleitung 42 des weiteren ein Manometer
44 sowie ein Wasserdruckregler 45 vorhanden.
Über die Impfstelle 43 steht die Hauptflüssigkeitsleitung
42 mit der in Fig. 1 beschriebenen Dosierpumpe 1 in
Verbindung. Die Dosierpumpe 1 ist in einem Vorratsbehälter
46 angeordnet, in den die Zusatzflüssigkeit, hier Wasser
stoffperoxid, eingefüllt ist. Weiterhin ist der Dosierzy
linder 1 über ein als Druckluftventil dienendes Eingangs
ventil 47 mit einer Druckluftquelle 48 verbunden. Bei dem
Eingangsventil 47 handelt es sich um ein 3/2-Wegeventil.
Der Vorratsbehälter 46 weist bei diesem Ausführungsbei
spiel ein Volumen von 1 l, der Mischbehälter 25 ein Volu
men von 330 ccm auf. Am Vorratsbehälter 46 kann ein nicht
dargestellter Füllstandssensor zum Messen des Füllstandes
angebracht sein. Bei Unterschreiten eines vorgegebenen
Füllstandes gibt er ein Signal aus. Auf diese Weise soll
dafür gesorgt werden, daß 1 l H₂O₂ ohne verblei
bende Restmenge in den Vorratsbehälter eingebracht werden
kann. Das Wasserstoffperoxid ist mit Silber und Phosphat
versetzt, da reines H₂O₂ nicht längerfristig
lagerbar ist.
Die Funktionsweise ist folgende:
Der Vorratsbehälter 46 ist mit einer 3%-Wasserstoffper oxid-Lösung gefüllt. Der Wasserdruck wird durch den Was serdruckregler 45 auf den gewünschten Betriebsdruck einge stellt. Mittels des Manometers 44 wird er permanent ange zeigt. Das vom Wasseranschluß 39 kommende Wasser fließt über das Eingangsventil 38, je nachdem, welcher Ausgang des Eingangsventils 38 geöffnet ist, in eine der Druckkam mern 26, 27. In Fig. 2 wird dabei gerade die Druckkammer 26 befüllt. Um das in dem Vorratsbehälter 46 befindliche Wasserstoffperoxid in die Hauptflüssigkeitsleitung 42 einzuspeisen, wird das 3/2-Wegeventil 47 betätigt. Druck luft strömt von der Druckluftquelle 48 über die Druckluft leitung 13 in die Druckluftkammer 15 der Dosierpumpe 1 ein. Der Dosierkolben 5 bewegt sich aus seiner Ruhestel lung, während der er auf dem Saugventil 8 im oberen Tot punkt aufliegt, in Richtung des unteren Totpunktes. Der Dosierkolben 5 bewegt sich entgegen der Vorspannung der Rückstellfeder 16, bis er den durch die Stellhülse 6 definierten Anschlag, seinen unteren Totpunkt, erreicht hat. Während dieses Saughubs wird Wasserstoffperoxid aufgrund des vorherrschenden Unterdruckes durch die Saug leitungen 9, 10 aus dem Vorratsbehälter 46 durch das Saugventil 8 in die Pumpkammer 7 eingesogen. Nach Errei chen des unteren Totpunktes verbleibt der Dosierkolben 5 für etwa eine Sekunde in dieser oberen Stellung. Da das Druckventil 11 als Rückschlagventil ausgebildet ist, kann während des Saughubes keine Flüssigkeit zurück in die Pumpkammer 7 gelangen. Nach etwa einer Sekunde entleert sich die Druckluftkammer 15 über die Druckluftleitung 13, und mittels der Rückstellkraft der Rückstellfeder 16 bewegt sich der Dosierkolben in Richtung seines oberen Totpunktes. Da das Saugventil 8 als Rückschlagventil ausgebildet ist, kann keine Zusatzflüssigkeit in den Vorratsbehälter 46 zurückgelangen. Das Druckventil 11 im Inneren des Dosierkolbens 5 öffnet sich, und das Wasser stoffperoxid wird über die Druckleitung 12 zur Impfstelle 43 gefördert. Da das H₂O₂ nur kurzzeitig in der Pumpkammer 7 verweilt, wird die Gasblasenbildung in dieser Pumpkammer 7 weitestgehend unterdrückt. Diese Verweilzeit kurz zu halten ist notwendig, da das O sich leicht vom Wasserstoff abspaltet und ausgast. Das dennoch gebildete Gas sammelt sich bei der Bewegung des Dosierkolbens 5 in Richtung seines oberen Totpunktes in den Schadräumen 21, 22, 23. Hat der Dosierkolben 5 seine Ruhestellung er reicht, wird das Saugventil 8 mittels des Dosierkolbens 5 durch dessen Auflage verschlossen. Hierdurch wird verhin dert, daß, wenn z. B. das Druckventil 11 und das Saugventil 8 während der Ruhestellung des Dosierkolbens 5 eine Was serleckage zulassen würden, kein Wasser in Vorratsbehälter 46 gelangen kann.
Der Vorratsbehälter 46 ist mit einer 3%-Wasserstoffper oxid-Lösung gefüllt. Der Wasserdruck wird durch den Was serdruckregler 45 auf den gewünschten Betriebsdruck einge stellt. Mittels des Manometers 44 wird er permanent ange zeigt. Das vom Wasseranschluß 39 kommende Wasser fließt über das Eingangsventil 38, je nachdem, welcher Ausgang des Eingangsventils 38 geöffnet ist, in eine der Druckkam mern 26, 27. In Fig. 2 wird dabei gerade die Druckkammer 26 befüllt. Um das in dem Vorratsbehälter 46 befindliche Wasserstoffperoxid in die Hauptflüssigkeitsleitung 42 einzuspeisen, wird das 3/2-Wegeventil 47 betätigt. Druck luft strömt von der Druckluftquelle 48 über die Druckluft leitung 13 in die Druckluftkammer 15 der Dosierpumpe 1 ein. Der Dosierkolben 5 bewegt sich aus seiner Ruhestel lung, während der er auf dem Saugventil 8 im oberen Tot punkt aufliegt, in Richtung des unteren Totpunktes. Der Dosierkolben 5 bewegt sich entgegen der Vorspannung der Rückstellfeder 16, bis er den durch die Stellhülse 6 definierten Anschlag, seinen unteren Totpunkt, erreicht hat. Während dieses Saughubs wird Wasserstoffperoxid aufgrund des vorherrschenden Unterdruckes durch die Saug leitungen 9, 10 aus dem Vorratsbehälter 46 durch das Saugventil 8 in die Pumpkammer 7 eingesogen. Nach Errei chen des unteren Totpunktes verbleibt der Dosierkolben 5 für etwa eine Sekunde in dieser oberen Stellung. Da das Druckventil 11 als Rückschlagventil ausgebildet ist, kann während des Saughubes keine Flüssigkeit zurück in die Pumpkammer 7 gelangen. Nach etwa einer Sekunde entleert sich die Druckluftkammer 15 über die Druckluftleitung 13, und mittels der Rückstellkraft der Rückstellfeder 16 bewegt sich der Dosierkolben in Richtung seines oberen Totpunktes. Da das Saugventil 8 als Rückschlagventil ausgebildet ist, kann keine Zusatzflüssigkeit in den Vorratsbehälter 46 zurückgelangen. Das Druckventil 11 im Inneren des Dosierkolbens 5 öffnet sich, und das Wasser stoffperoxid wird über die Druckleitung 12 zur Impfstelle 43 gefördert. Da das H₂O₂ nur kurzzeitig in der Pumpkammer 7 verweilt, wird die Gasblasenbildung in dieser Pumpkammer 7 weitestgehend unterdrückt. Diese Verweilzeit kurz zu halten ist notwendig, da das O sich leicht vom Wasserstoff abspaltet und ausgast. Das dennoch gebildete Gas sammelt sich bei der Bewegung des Dosierkolbens 5 in Richtung seines oberen Totpunktes in den Schadräumen 21, 22, 23. Hat der Dosierkolben 5 seine Ruhestellung er reicht, wird das Saugventil 8 mittels des Dosierkolbens 5 durch dessen Auflage verschlossen. Hierdurch wird verhin dert, daß, wenn z. B. das Druckventil 11 und das Saugventil 8 während der Ruhestellung des Dosierkolbens 5 eine Was serleckage zulassen würden, kein Wasser in Vorratsbehälter 46 gelangen kann.
Das Verhältnis von Nutzvolumen zu Totvolumen beträgt mehr
als 15. Das Nutzvolumen beträgt dabei bevorzugt ca.
0,33 ml und das Totvolumen 0,022 ml. Hierdurch ist es
möglich, ca. 0,33 ml einer 3%-H₂O₂-Lösung dem
Wasser zuzuführen.
Das über die Impfstelle 43 in die Hauptflüssigkeitsleitung
42 eindosierte Wasserstoffperoxid gelangt nun mit dem
Wasser in die Druckkammer 26 des Mischbehälters 25. Wäh
rend des Eindosierens des H₂O₂ ist der Druck des
Wasserstoffperoxids stets höher als der des durch die
Hauptflüssigkeitsleitung 42 strömenden Wassers. Hierdurch
wird erreicht, daß die Zusatzflüssigkeit auch wirklich in
den Mischbehälter 25 gelangt. Das Druckventil 11 der
Dosierpumpe 1 sorgt nach Beendigung des Dosiervorganges
dafür, daß kein Wasser über die Hauptflüssigkeitsleitung
42 und die Impfstelle 43 in die Dosierpumpe 1 gelangen
kann.
Die Membran 28 bewegt sich durch das einströmende Gemisch
aus Wasser und Wasserstoffperoxid in die Druckkammer 27
hinein. Ist der kugelförmige Mischbehälter 25 vollständig
mit dem Gemisch gefüllt, dann verschließt die Membran 28
den Ausgang 32 der Druckkammer 27. Durch das hierdurch
ausgelöste Signal am Drucksensor 35 werden die Eingänge
des Ausgangsventils 33 sowie die Ausgänge des Eingangsven
tils 38 auf die jeweils entsprechende andere Druckkammer
26, 27 umgeschaltet. Der Eingang des Ausgangsventils 33
liegt nun an der Druckkammer 26, der Ausgang des Eingangs
ventils 38 an der Druckkammer 27 an. Gleichzeitig gelangt
ein Signal zum 3/2-Wegeventil 47 für die Druckluft. Ein
neuer Zyklus zum Eindosieren des Wasserstoffperoxids in
der beschriebenen Weise beginnt. Das Gemisch aus Wasser
und Wasserstoffperoxid fließt nun in die Druckkammer 27.
Die Membran 25 bewegt sich in Richtung der zu entleerenden
Druckkammer 26 und drückt das darin befindliche Gemisch
über das Ausgangsventil 33 zu den Verbrauchern 40, 41. Ist
die Druckkammer 26 vollständig entleert, dann legt sich
die Membran 28 am Ausgang 31 der Druckkammer 26 an, und
der Drucksensor 34 registriert einen Druckeinbruch. Dar
aufhin erfolgt wiederum ein Umschalten des Eingangsventils
38, des Ausgangsventils 33 und ein Schalten des Eingangs
ventils 47 für die Druckluft. Ein neuer Zyklus beginnt.
Insgesamt ist damit eine Dosierpumpe und auch eine ent
sprechende Vorrichtung zum Dosieren eines Gemisches aus
Zusatzflüssigkeit und Hauptflüssigkeit geschaffen, durch
die eine genau dosierte Menge einer ausgasenden Zusatz
flüssigkeit der Hauptflüssigkeit zugesetzt werden kann.
Durch das geringe Totvolumen in der Pumpkammer wird das
gebildete oder angesaugte Gas herausgefördert, und auf
grund der kurzen Verweilzeit der Zusatzflüssigkeit in der
Pumpkammer wird die Gasbildung weitestgehend unterdrückt.
Der Saughub des Kolbens läßt sich durch die Stellhülse je
nach Anwendungsfall zwischen 0-12,5 mm einstellen. Bei
4,2 mm Saughub ergibt sich ein Nutzvolumen von 0,33 ml,
bei 12,5 mm Saughub ein Nutzvolumen von 0,98 ml. Aufgrund
eines Verhältnisses von Ruhephase zur Arbeitsphase von
etwa 12 besteht eine Ausgasungsmöglichkeit lediglich in
den verbleibenden Schadräumen. Und es ist möglich, auch
für Verbraucher, die unterschiedliche Mengen, z. B. zwi
schen 30 ccm/min und 1500 ccm/min, des Gemisches benöti
gen, ein solches mit einem genau festgelegten Mischungs
verhältnis zuzuführen. Die Verwendung der erfindungsgemä
ßen Dosierpumpe ist natürlich nicht allein auf das darge
stellte Ausführungsbeispiel begrenzt.
Claims (36)
1. Dosierpumpe zum Eindosieren einer Zusatzflüssigkeit
in die Impfstelle einer Hauptflüssigkeitsleitung,
insbesondere in eine Wasserleitung, mit einem als
Tauchkolben ausgebildeten Dosierkolben, der mit einer
Antriebs- und einer Steuereinrichtung verbunden ist,
wobei der Dosierkolben in eine Pumpkammer eintaucht,
die eingangsseitig über eine ein Saugventil aufwei
sende Saugleitung mit einem Vorratsbehälter für die
Zusatzflüssigkeit und ausgangsseitig über eine ein
Druckventil aufweisende Druckleitung mit der Impf
stelle verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eines der Ventile (8, 11) sowie die zuge
hörige Leitung (9, 10; 12) im Inneren des Dosierkol
bens (5) angeordnet ist und daß die Dosierpumpe (1)
durch eine Durchflußmeßvorrichtung (25, 34, 35),
durch die das Gemisch aus Zusatzflüssigkeit und
Hauptflüssigkeit zumindest einem Verbraucher (40, 41)
zugeführt wird, gesteuert wird.
2. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckventil (11) sowie die Druckleitung (12)
im Inneren des Dosierkolbens (5) angeordnet ist.
3. Dosierpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verhältnis von Nutzvolumen zu Tot- oder
Schadraumvolumen größer 15 ist.
4. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (5) im oberen
Totpunkt OT auf dem den oberen Totpunkt definierenden
Saugventil (8) aufliegt.
5. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß Saug- und Druckventil (8, 11)
jeweils Rückschlagventile sind.
6. Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Saugventil (8) ein Flatterventil ist.
7. Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Saugventil (8) ein federbelastetes Ventil
ist.
8. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Druckventil (11) ein Kugel
ventil ist.
9. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch
gekennzeichnet daß das Druckventil (11) ein federbe
lastetes Ventil ist.
10. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnete daß der Dosierkolben (5) von
einer als Rückstellfeder dienenden vorgespannten
Feder (16) umgeben ist.
11. Dosierpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (16) ebenfalls eine Stellhülse (6)
umgibt.
12. Dosierpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellhülse (6) innerhalb eines Gehäuses (2)
der Dosierpumpe (1) verstellbar angeordnet ist.
13. Dosierpumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stellhülse (6) als Anschlag und
damit als unterer Totpunkt UT bei Bewegen des Dosier
kolbens (5) in Richtung unterer Totpunkt dient.
14. Dosierpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (12) am
rückwärtigen Ende des Dosierkolbens (5) im Inneren
der Stellhülse (6) angeordnet ist.
15. Dosierpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellhülse (6) in ihrem Inneren eine als
Druckluftleitung (13) dienende weitere Leitung auf
weist.
16. Dosierpumpe nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Druckleitung (12) und die Druck
luftleitung (13) im Inneren der Stellhülse (6) als
Schläuche ausgebildet sind.
17. Dosierpumpe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Druckluftleitung (13) von der
Stellhülse (6) ins Innere des Dosierkolbens (5)
übergeht.
18. Dosierpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckluftleitung (13) durch eine Öffnung (14)
im Dosierkolben (5) mit einer Druckluftkammer (15) im
Inneren des Gehäuses (2) der Dosierpumpe (1) verbun
den ist.
19. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Druckluftlei
tung (13) Druckluft als Arbeitsenergie von außen der
Druckluftkammer (15) zuführbar ist.
20. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei der Durchflußmeßvorrichtung (25, 34,
35) um einen Mischbehälter (25) sowie zwei Drucksen
soren (34, 35) handelt, wobei letztere jeweils an
einem der Ausgänge (31, 32) des Mischbehälters (25)
angeordnet sind.
21. Dosierpumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mischbehälter (25) kugelförmig ausgebildet
ist.
22. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter (25)
zwei Druckkammern (26, 27) aufweist, die durch eine
Membran (28) voneinander getrennt sind.
23. Dosierpumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckkammern (26, 27) halbkugelförmig ausge
bildet sind.
24. Dosierpumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (28) mittig im Inneren des Mischbe
hälters (25) angebracht ist.
25. Dosierpumpe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (28) hochflexibel ist.
26. Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 20 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Druckkammer (26, 27)
jeweils einen Eingang (29, 30) sowie den Ausgang (31,
32) aufweist.
27. Dosierpumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgänge (31, 32) der beiden Druckkammern
(26, 27) mit einem Ausgangsventil (33) über zwei
Eingänge desselben verbunden sind.
28. Dosierpumpe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Eingängen (29, 30) der Druckkammern (26,
27) jeweils ein Druckbegrenzungsventil (36, 37)
angeordnet ist.
29. Dosierpumpe nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingänge (29, 30) über die Druckbegrenzungs
ventile (36, 37) mit zwei Ausgängen eines Eingangs
ventils (38) verbunden sind.
30. Dosierpumpe nach Anspruch 27 und 29, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Ausgangs- und das Eingangsventil
(33, 38) 3/2-Wege-Elektromagnetventile sind.
31. Dosierpumpe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eingangsventil (38) über die Hauptflüssig
keitsleitung (42) mit der als Druckquelle dienenden
Hauptflüssigkeitsversorgung, insbesondere einem
Wasseranschluß (39), verbunden ist.
32. Dosierpumpe nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Hauptflüssigkeitsversorgung (39) und
dem Eingangsventil (38) die Impfstelle (43) zum
Eindosieren der Zusatzflüssigkeit angeordnet ist.
33. Dosierpumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzflüssigkeit Wasserstoffperoxid
H₂O₂ ist.
34. Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorratsbehälter (46) ein Volumen von etwa 1 l
aufweist.
35. Dosierpumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mischbehälter (25) ein Volumen von etwa
330 ccm aufweist.
36. Dosierpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (46)
einen Füllstandssensor zum Messen des Füllstandes
aufweist, der bei Unterschreitung eines vorgegebenen
Füllstandes ein Signal ausgibt.
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