DE7730218U1 - Kolben fuer dosiergeraete - Google Patents
Kolben fuer dosiergeraeteInfo
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Description
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Kolben für Dosiergeräte der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Zum Abmessen vorgegebener Teilmengen einer Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter sind seit längerer Zeit sogenannte
Dosiergeräte gebräuchlich. Solche Dosiergeräte sind auf den Vorratsbehälter aufsetzbar und bestehen im wesentlichen aus
einem Glaszylinder, einem in diesem verschiebbaren Kolben, einem Einlaßventil, einem Auslaßventil und einem Aus3.aufrohr.
Durch eine Relativverschiebung des Kolbens gegen den Zylinder in Richtung eines Saugtaktes wird ein abgemessenes Flüssigkeitsvolumen aus dem Vorratsbehälter in den Zylinder gesaugt; durch
anschließendes Relativverschieben des Kolbens im Zylinder in der entgegengesetzten Richtung, nämlich in Richtung des Drucktaktes,
wird das angesaugte und abgemessene Flüssigkeitsvolumen aus dem Zylinder über das Auslaufrohr in eine Vorlage
ausgestoßen. Ein Dosiergeräte der in Rede stehenden Art ist also im wesentlichen eine Kolbenschieber-Dosierpumpe.
Dosiergeräte dieser Art werden überwiegend in chemischen, technischen und medizinischen Laboratorien eingesetzt. Bei
den abzumessenden Flüssigkeiten handelt es sich dabei in den meisten Fällen um konzentrierte Lösungen chemisch agressiver
Reagenzien, beispielsweise um konzentrierte wässrige Mineralsäuren oder Alkalimetallaugen.
Neben der starken Agressivität der zu dosierenden Flüssigkeiten ist ihre häufig recht hohe Konzentration und ihre
Neigung zur Bildung von Verkrustungen im Dosierzylinder eines
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der Hauptprobleme bei diesen Dosiergeräten. Als Werkstoff für alle Teile des Dosiergerätes, die mit dem zu dosierenden
Medium in Berührung kommen, haben sich daher in der Praxis im wesentlichen nur Glas, oxidische Sinterkeramik und
Polytetrafluorethylen (PTFE) bewährt. Der Dosierzylinder dieser Dosiergeräte besteht seit vielen Jahren bei praktisch
allen diesen Geräten aus Glas. Seit langem ist bekannt, daß die ' erwendung eines Dosierkolbens aus Glas oder Keramik in
einem Dosierzylinder aus Glas für viele zu dosierende Medien, insbesondere aber für konzentrierte Alkalimetallaugen, nicht
verwendbar ist. Ist beispielsweise ein Dosierkolben aus Glas mit kleinsten Fertigungstoleranzen exakt in einen Dosierzylinder
eingeschliffen, so frißt sich der Kolben bereits nach kürzester Zeit im Zylinder fest, wenn das zu dosierende
Medium beispielsweise eine 25 %-ige Natronlauge ist. Wird der Glasdosierkolben mit größerer Toleranz in den
Dosierzylinder eingepaßt, so kann zwar das Festfressen des Dosierkolbens im Dosierzylinder über einen längeren Zeitraum
hin vermieden werden, dafür geht durch Ansaugungenauigkeiten jedoch die Dosiergenauigkeit verloren. Auch die Verwendung
von Fetten, selbst von Siliconfetten, verbietet sich wegen der Aggressivität der zu dosierenden Medien.
Der einzige Werkstoff, der sich in der Praxis bislang für die Gleitfläche des Dosierkolbens bewährt hat, ist PTFE.
Die Verwendung massiver Kolben aus PTFE verbietet sich jedoch aufgrund des relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
des PTFE im Vergleich zu Glas. Die in Rede stehenden Dosiergeräte müssen aber ohne weiteres beispielsweise in Sterilisierschränken
bei etwa 120 0C getrocknet und sterilisiert
werden können.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist aus dem gebräuchlichen Stand der Technik, beispielsweise aus der DT-OS 23 43 687
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bekannt, den Dosierkolben aus einem Keramikkern mit einem
PTFE-überzug herzustellen. Dieser überzug kann als Beschichtung
aufgetragen, als Schrumpffolie übergezogen oder j in anderer Weise angebracht sein. Aufgrund des hohen Wärme-
ausdehnungskoeffizienten von PTFE können diese Beschichtungen
nur relativ dünn ausgebildet werden, beispielsweise
j mit Stärken im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm. Beim Auf's
bringen solcher überzüge durch Spritzen, Streichen oder
ί Tauchen müssen Haftvermittler verwendet werden, wenn der
PTFE-überzug auf der Glasoberfläche oder auf der Keramikoberfläche
ausreichend fest haften soll. Die auf diese Weise hergestellten mit PTFE überzogenen Dosierkolben sind
jedoch für eine Reihe hochaggressiver Flüssigkeiten, insbesondere gegen wässrige Natronlauge, nicht beständig. Dies
liegt daran, daß derart dünne PTFE-überzüge nie ganz porenfrei
herstellbar sind. Bei der Verwendung eines solchen Dosierkolbens zum Dosieren von Natronlauge gelangt die Natronlauge
durch diese Poren hindurch und zersetzt den Haftvermittler. Dies führt bereits nach kurzer Zeit zum Ablösen und
zum Zerstören des PTFE-Uberzuges. Die Verwendung dickerer porenfreier "TFE-überzüge oder massiver PTFE-Kolben verbietet
sich wegen der hohen Wärmeausdehnung und der ungenügenden Maßhaltigkeit, mit der solche PTFE-Kolben herstellbar sind.
So ist PTFE beispielsweise nicht mit der für Dosierkolben von Dosiergeräten erforderlichen Präzision schleifbar und
polierbar.
Die Verwendung von Schrumpffolien aus PTFE verbietet sich in der Praxis vor allem wegen des ungewöhnlich hohen Preises
solcher Folien. Außerdem müssen aber auch diese Folien in aller Regel unter Verwendung eines Haftvermittlers aufgetragen
werden wenn sie die erforderliche mechanische Dauerbeanspruchbarkeit aufweisen sollen. Dabei treten jedoch wiederum
die vorstehend genannten Nachteile auf. Wird die
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Schrumpffolie ohne Verwendung eines Haftvermittlers auf dem Keramikkolben angebracht, so sind solche Kolben
nicht beliebig oft bei den gebräuchlichen Trockenschranktemperaturen im Bereich zwischen ca. 110 und 150 0C trockenber,
Die aufgeschrumpfte Folie ermüdet und verspannt sich thermisch, so daß der Kolben unbrauchbar wird.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung diä Aufgabe zugrunde, einen Dosierkolben für ein Dosiergerät
mit Glaszylinder der eingangs genannten Art zu •j schaffen, der für alle aggressiven Medien, die Glas und
; Keramik als Werkstoffe nicht zersetzen, dauerhaft einsetz-
% bar ist, insbesondere zum Dosieren auch konzentrierter Al
§ kalimetallaugen dauerhaft verwendbar ist, der mechanisch
robust und kostengünstig herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Dosierkolben der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im Anspruch
1 genannten Merkmale aufweist.
Das als Dosierkolbenmantel verwendete glasfaserverstärkte
Polytetrafluorethylen (GFPTFE) weist einen je nach dem Graa
der Glasfaserfüllung um etwa 20 bis 50 % niedrigeren linearen ] Wärmeausdehnungskoeffizienten als das ungefüllte PTFE auf.
f Es kann daher bei den gebräuchlichen Kolbendurchmessern im
J Bereich von ca. 10 bis 100 mm ohne weiteres mit Wandstärken
j für den Mantel im Bereich von 1 bis 3 mm eingesetzt werden.
Bei diesen Wandstärken wird zwischen der Oberfläche des aus
Glas oder Keramik bestehenden Kerns des Kolbens und der inneren Oberfläche des Kolbenmantels kein Haftvermittler benötigt.
Der Mantel des Dosierkolbens ist daher nach prinzipiell beliebigen Verfahren bei einer solchen Wandstärke
absolut frei von durchgehenden Kanalporen dauerhaft und völlig unempfindlich auf dem Kolbenkern aufbringbar.
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Der gegenüber dem unverstärkten PTFE wesentlich geringere lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des GFPTFE allein würde
jedoch noch nicht ausreichen, um die absolut unempfindlich mit PTFE ummantelten Dosierkolben herzustellen. Ein wesentlicher
weiterer Faktor der zu diesem Erfolg führt, ist die Tatsache, daß sich GFPTFE im Gegensatz zu unverstärktem
PTFE überraschenderweise mit derselben Präzision schleifen und polieren läßt wie Glas. Dies eröffnet die Möglichkeit,
den GFPTFE-Mantel zunächst mit ausreichend großem Übermaß auf dem Glaskern oder Kerai.tikkern aufzubringen und den so
vorgefertigten Kolben nach Abschluß aller übrigen Verfahrensschritte in der für Glaskolben üblichen Weise präzisionszuschleifen.
Dadurch, daß der Mantel auf den Kern bei Verwendung von GFPTFE als Werkstoff auch in größeren Wandstärken aufgebracht
werden kann, kann zur Herstellung des Mantels vorgefertigtes GFPTFE-Formmaterial verwendet werden, das beispielsweise
durch Wärmeschrumpfung auf dem Kern aufgebracht werden kann. Die Kosten für solches Halbzeug liegen um rund
70 bis 80 % unter den Kosten für die nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen PTFE-Schrumpfschlauchfolien.
Normalerweise sollte das GFPTFE nicht weniger als 10 Gew.-%
und nicht mehr als 60 Gew.-% Glasfasern enthalten. Bei einem Anteil von weniger als 10 Gew.-% Glasfasern wird der
Wärmeausdehnungskoeffizient zu groß, wird die Haftung des Werkstoffes auf dem Kolbenkern verschlechtert und kann der
Mantel nicht mehr präzisionsgeschliffen werden. Bei einem Anteil von über 60 Gew.-% Glasfasern im GFPTFE treten insbesondere
bei der Verwendung der Kolben in Verbindung mit wässriger Natronlauge die gleichen oberflächenverändernden
Effekte und Blockierung auf wie sie bei der Verwendung von Glaskolben in Glaszylindern beobachtet werden.
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» III
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht der Mantel des Dosierkolbens vorzugsweise aus einem mit 20 bis 30 Gew.-%,
insbesondere ca. 25 Gew.-%, GFPTFE.
Vor allem bei größeren Kolbendurchmessern ist der GFPTFE-Mantel vorzugsweise als stirnseitig offenes Rohr ausgebildet,
so daß also auf der Arbeitsfläche des Dosierkolbesrs
die von der Stirnsaite des GFPTFE-Mantels umgebene Stirnfläche des Glaskerns oder Keramikkerns freiliegt. Insbesondere bei
großen Kolbendurchmessern (ca. 30 bis 100 mm) wird dadurch eine erhöhte thermische Stabilität der Maßhaltigkeit des
Dosierkolbens erzielt. Ein Eindiffundieren aggressiver molekularer Bestandteile der zu dosierenden Flüssigkeit entlang
der Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel ist dabei unschädlich, da der Mantel ohne Haftvermittler direkt auf dem
Kern sitzt, also keine Werkstoffveränderung in der Grenzfläche stattfinden kann. Auch ist ein unter Umständen störendes Herausdiffundieren
der in die Grenzfläche eindiffundierten Moleküle durch den Mantel hindurch in radialer Richtung nicht zu
befürchten, da der Mantel bei einer Stärke von vorzugsweise ca. 1 mm absolut frei von durchgehenden Kanalporen ist.
Zur Herstellung des Kolbens wird vorzugsweise von GFPTFE-HaIl
zeug, speziell einem Rohrmaterial ausgegangen, dessen Innendurchmesser geringfügig kleiner, in aller Regel etwa
1 bis 8 %, vorzugsweise etwa 2 bis 3 % kleiner als der Außendurchmesser
des Kerns und dessen Außendurchmesser etwas größer, beispielsweise 2 bis 20 %, vorzugsweise ca. 5 bis
15 % größer als der Solldurchmesser des fertigen Dosierkolbens ist. Dieses Halbzeug wird durch thermische Schrumpfung,
ohne daß ein Haftvermittler erforderlich ist, auf den Kern aufgebracht. Dabei ist dieses Aufschrumpfen durch reinen
thermischen Schwund deutlich von dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufschrumpfen von Schrumpffolien zu unter-
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scheiden, bei denen das Schrumpfen durch eine thermisch ausgelöste Texturrückstellung bewirkt wird.
Zum Aufschrumpfen des GFPTFE-Rohres auf dem Glaskern oder Keramikkern wird das GFPTFE-Rohr in der gewünschten Mantellänge
gleichmäßig erwärmt, und zwar vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen etwa 190 und 250 0C. Bei dieser Temperatur
wird das GFPTFE-Rohr dann auf den auf Umgebungstemperatur (15 bis 30 0C) befindlichen Kern aufgezogen. Nach dem Abkühlen
wird, der GFPTFE-Mantel wie ein Glaskolben auf Präzisionsmaß geschliffen.
Die so erhaltenen Kolben sind mechanisch robust und sind selbst auf der präzisionsgeschliffenen Oberfläche außerordentlich
unempfindlich und können auch im Dauerbetrieb für jedes zu dosierende Medium verwendet werden, das den
verwendeten Werkstoff selbst nicht angreift. Insbesondere kann dieser Kolben in Verbindung mit Glaszylindern ohne
die geringste Beeinträchtigung im Dauerbetrieb für die Dosierung von Alkalimetallaugen eingesetzt werden. Dj.ese
Dosieraufyabe kann mit den bekannten Dosiergeräten bislang nicht gelöst werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Figur zeigt einen Dosierkolben, der aus
dem Kern 1 und dem Mantel 2 besteht. Die in der Darstellung untere Stirnseite des zylindrischen Kolbens ist die das
Hubvolumen im Dosierzylinder begrenzende Arbeitsfläche des Kolbens. Der GFPTFE-Mantel 2 ist ein auch auf der Arbeitsseite des Kolbens offenes Rohr. Die plangeschliffene Arbeitsfläche
wird also von der freiliegenden Stirnseite 3 des Kerns 1 und der diese konzentrisch umgebenden Stirnseite
4 des GFPTFE-Mantels 2 gebildet.
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Claims (4)
- i % al I• · I |• · 1(1 ■·JABGER, GRAMS & PONTANIPATENTANWÄLTEDIPL.CHEM. DR. KLAUS JAEGER DIPL.-ING. KUAUS D. GRAMS DR.-ING. HANS H. PONTANISO3S GAUTING - BERGSTR. 48Vi 8Ο31 STOCKDORF · KREUZWEG 34- 8762 KLEINOSTHEIM · HIRSCHPFAD 3GRA-11-GM\ Wcj -lter Graf u. Co.'' GmbH & Co.Am Bildacker 5-7, 6980 Wertheim/MainKolben für DosiergeräteSchutzansprüchej 1. Kolben für Dosiergeräte mit Glaszylinder, wobei der KolbenI aus einem zylindrischen Kern aus Glas, Keramik oder MetallJ und einem Mantel aus PTFE besteht, dadurch g e k e η η -I zeichnet, daß der Mantel aus einem mit 10 bisI 60 Gew.-% Glasfasern verstärkten PTFE (GFPTFE) besteht.
- 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem mit 20 bis 30 Gew.-% Glasfasern verstärkten PTFE besteht.TELEPHON: (O8(J| B50203Oj Β5740βδ( (ΟΡΡ87ΓΒ82Β · TELEX: B 21 777 Isar d• · ti
- 3. Kolben mit·einem Kern aus Glas oder Keramik nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Mantel zumindest auf der Arbeitsseite des Kolbens stirnseitig offen ist.
- 4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet/ daß der Mantel aus einem vorgefertigten massiven GFPTFE-Rohr besteht, das ohne Haftvermittler thermisch auf den Kern aufgeschrumpft ist.7730218 20.04.78
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19777730218 DE7730218U1 (de) | 1977-09-29 | 1977-09-29 | Kolben fuer dosiergeraete |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19777730218 DE7730218U1 (de) | 1977-09-29 | 1977-09-29 | Kolben fuer dosiergeraete |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7730218U1 true DE7730218U1 (de) | 1978-04-20 |
Family
ID=6683116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19777730218 Expired DE7730218U1 (de) | 1977-09-29 | 1977-09-29 | Kolben fuer dosiergeraete |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7730218U1 (de) |
-
1977
- 1977-09-29 DE DE19777730218 patent/DE7730218U1/de not_active Expired
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