EP0641933B1

EP0641933B1 - Dosiervorrichtung

Info

Publication number: EP0641933B1
Application number: EP94113383A
Authority: EP
Inventors: Peter Bosch; Herbert Lipp; Wolfgang Rosenfeldt
Original assignee: Ritter-IBW Dentalsysteme GmbH
Current assignee: RITTER-IBW DENTALSYSTEME GMBH
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1996-05-22
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: ATE138450T1; DE59400295D1; DE4329632A1; EP0641933A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung 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 aufweisende Saugleitung mit einem Vorratsbehälter für die Zusatzflüssigkeit und ausgangsseitig über eine ein Druckventil aufweisende 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 Infektionsrisiko für die Patienten wird. Dies macht eine Verringerung der Keimzahlen nötig, wobei ein Keimwachstum nach längeren Arbeitspausen, insbesondere nach den Wochenenden, 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 Dosiervorrichtungen, die als Kleinstdosiervorrichtungen zur Förderung stark konzentrierter Fluide in immer kleineren Mengen verwendet werden, bereiten 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 zwischen 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-U- 78 10 270 ist eine Kolben-Dosiervorrichtung zum Eindosieren einer Zusatzflüssigkeit in eine Wasserleitung bekannt. Eine derartige Vorrichtung zeigt auch EP-A-0 007 109. Die Dosiervorrichtung weist einen als Tauchkolben ausgebildeten Dosierkolben auf, der die Zusatzflüssigkeit aus einer Dosiermittelansaugleitung über Rückschlagkugelventile in den Kolbenraum fördert. Durch erneutes Eintauchen des Dosierkolbens in den Kolbenraum tritt das Dosiermittel über ein Rückschlagventil in die Dosierleitung ein. Des weiteren weist der Dosierkolben einen oberen Pumpenraum auf, der ständig von einer Teilwassermenge gespült wird. Auch ist ein Wassermotor vorgesehen, der den Dosierkolben antreibt und vom Hauptflüssigkeitsstrom angetrieben wird. Nachteilig an dieser Dosiereinrichtung ist, daß die genannte Dosiervorrichtung aufgrund der Anordnung von Dosiermittelansaugleitung, Kolbenraum und Dosierleitung sowie der Rückschlagventile kein Hubvolumen aufweist, das entsprechend vorgegebenen Anforderungen an die Dosiermenge beliebig angepaßt werden kann. Dies ist aber besonders wichtig, wenn nur kleine Mengen einer Zusatzflüssigkeit dem Hauptflüssigkeitsstrom 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-U- 83 00 366 betrifft eine Kolben-Membrandosiervorrichtung. Diese weist eingangsseitig eine Saugleitung mit Saugventil und einen damit verbundenen Dosierzylinderraum sowie einen Vorförderraum auf. Ausgangsseitig ist der Dosierzylinderraum über eine Druckleitung und ein Druckventil mit der Dosierstelle verbunden. Um das Dosiermittel über den Dosierzylinderraum in den Vorförderraum zu befördern, ist am als Tauchkolben ausgebildeten Dosierkolben eine Membran vorgesehen. Des weiteren weist die Dosiervorrichtung eine Überlaufleitung für das in den Vorförderraum gelangte Dosiermittel auf. Ausgasende Bestandteile des Dosiermittels werden im Vorförderraum aufgefangen. Aufgrund der Ausgestaltung mit Überströmleitung, Saugleitung, Druckleitung sowie des Vorförderraumes ist die Ausgestaltung 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 Dosiervorrichtung der eingangs beschriebenen Art unter Vermeidung der aufgeführten Nachteile zu schaffen. Insbesondere soll eine Dosiervorrichtung geschaffen werden, die sich durch eine Verringerung des Schadraumes, den Verzicht auf aufwendige und kostspielige Zusatzsysteme sowie eine kostengünstige Fertigung auszeichnet und die zum permanenten Dosieren einer definierten Menge einer Zusatzflüssigkeit in eine Hauptflüssigkeit ermöglicht, wobei das Dosieren zu einem genau festgelegten Zeitpunkt erfolgt, der durch die Verbraucher bestimmt wird.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Dosiervorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens eines der Ventile sowie die zugehörige Leitung im Inneren des Dosierkolbens angeordnet ist und daß die Dosiervorrichtung durch eine Durchflußmeßvorrichtung, durch die das Gemisch aus Zusatzflüssigkeit und Hauptflüssigkeit zumindest einem Verbraucher zugeführt wird, gesteuert wird.
Die Ventile sind in den Stirnseiten der Pumpkammer angeordnet. Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Volumen der Kammer eingangs- und ausgangsseitig durch den Dosierkolben 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 kleinen Durchlasses im Saugventil sowie gegebenenfalls den Kanal von der Pumpkammer zum Ventilsitz des (auslaßseitigen) 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 lediglich dann erfolgt, wenn eine bestimmte Menge dem Verbraucher zugeführt worden ist. Hierdurch kann es nicht zu einem Überdosieren kommen. Dadurch, daß die Pumpkammer eingangsseitig direkt durch das Saugventil und ausgangsseitig 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 Druckleitung 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 Schadraumvolumen 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 möglich.
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 gleichzeitig 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 Flatterventil. 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 Dosiervorrichtung verstellbar angeordnet ist. Die Stellhülse dient dabei erfindungsgemäß als Anschlag und damit als unterer Totpunkt UT bei Bewegen des Dosierkolbens 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 rückwärtigen 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 weitere 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 Dosiervorrichtung 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 Rückstellfeder 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 Mischbehälter sowie zwei Drucksensoren handelt, wobei letztere jeweils an einem der Ausgänge des Mischbehälters angeordnet sind. Diese Drucksensoren dienen zur Drucküberwachung der im Mischbehälter befindlichen Mischung aus Zusatzflüssigkeit und Hauptflüssigkeit und dienen gleichzeitig als Regelung der Steuerung der Dosiervorrichtung. Auf diese Weise wird immer nur dann, wenn den Verbrauchern eine bestimmte Menge der Mischung zugeführt worden ist, erneut Zusatzflüssigkeit 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 Druckeinbruch feststellt und entsprechende Informationen weiterleitet, aufgrund derer wiederum Zusatz flüssigkeit in die Hauptflüssigkeit eindosiert wird. Auf diese Weise wird immer nur eine definierte Menge mit einem festgelegten Mischungsverhältnis dem Verbraucher zugeführt. Eine Überdosierung 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 Verbraucher gelangt. Dieser Umsteuervorgang erfolgt nur dann, wenn durch die Drucksensoren ein Druckeinbruch beim Verschließen 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 Hauptflüssigkeitsversorgung, insbesondere einem Wasseranschluß, verbunden. Bevorzugt 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, insbesondere 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 Mischbehälter eindosiert wird. Bei der Zusatzflüssigkeit handelt es sich bevorzugt um Wasserstoffperoxid H₂O₂. Wasserstoffperoxid ist geruchs-, geschmacksneutral und vollständig wasserlöslich. Außerdem verbindet es sich nicht mit anderen Chemikalien und verhält sich bei geringen Konzentrationen 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, welches auf 30-90 ppm H₂O₂ eingestellt werden kann, wobei es sich bei dem Wasserstoffperoxid um eine dreiprozentige 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 Hauptflüssigkeit, 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 Dosiervorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Figur 1: eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung im Längsschnitt; und
Figur 2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum permanenten Dosieren einer mit der Zusatz flüssigkeit versetzten Hauptflüssigkeit, in der die Dosiervorrichtung und die Durchflußmeßvorrichtung eingebunden sind.

Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 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 Stellhülse 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 Saugleitung 9 mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Saugleitungen 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 Druckventil 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 Druckluftleitung 13 ausgebildet, die im Inneren der Stellhülse 6 ein Schlauch ist. Die Druckluftleitung 13 geht von der Stellhülse 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 Figur 1 ist der Dosierkolben nach erfolgtem Saughub in seiner Lage im unteren Totpunkt dargestellt. Durch Verstellen der Stellhülse 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 dargestellten Stellung des Dosierkolbens 5 mit der Zusatzflüssigkeit 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 Dosiervorrichtung 1 zunächst das mit 23 bezeichnete Totvolumen in der Stirnseite des Kolbens 5 pumpkammerseitig des Ventilkörpers 11 a, 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 Dosierkolbens 5 dar.
In Figur 2 ist eine Durchflußmeßvorrichtung im Rahmen einer als Wasserentkeimungsanlage verwendbaren Vorrichtung 24 zum permanenten Dosieren einer mit einer Zusatzflüssigkeit, Wasserstoffperoxid, versetzten Hauptflüssigkeit, Wasser, dargestellt. Die Vorrichtung 24 weist einen Mischbehälter 25 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet ist und aus zwei Druckkammern besteht, die durch eine Membran 28 voneinander getrennt sind. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Druckkammern 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 hochflexible 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 Drucksensoren 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 Wasseranschluß 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. Zwischen 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 Figur 1 beschriebenen Dosiervorrichtung 1 in Verbindung. Die Dosiervorrichtung 1 ist in einem Vorratsbehälter 46 angeordnet, in den die Zusatzflüssigkeit, hier Wasserstoffperoxid, eingefüllt ist. Weiterhin ist der Dosierzylinder 1 über ein als Druckluftventil dienendes Eingangsventil 47 mit einer Druckluftquelle 48 verbunden. Bei dem Eingangsventil 47 handelt es sich um ein 3/2-Wegeventil. Der Vorratsbehälter 46 weist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Volumen von 1 l, der Mischbehälter 25 ein Volumen 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 verbleibende 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 %-Wasserstoffperoxid-Lösung gefüllt. Der Wasserdruck wird durch den Wasserdruckregler 45 auf den gewünschten Betriebsdruck eingestellt. Mittels des Manometers 44 wird er permanent angezeigt. Das vom Wasseranschluß 39 kommende Wasser fließt über das Eingangsventil 38, je nachdem, welcher Ausgang des Eingangsventils 38 geöffnet ist, in eine der Druckkammern 26, 27. In Figur 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. Druckluft strömt von der Druckluftquelle 48 über die Druckluftleitung 13 in die Druckluftkammer 15 der Dosiervorrichtung 1 ein. Der Dosierkolben 5 bewegt sich aus seiner Ruhestellung, während der er auf dem Saugventil 8 im oberen Totpunkt 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 Saugleitungen 9, 10 aus dem Vorratsbehälter 46 durch das Saugventil 8 in die Pumpkammer 7 eingesogen. Nach Erreichen 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 Wasserstoffperoxid 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 erreicht, wird das Saugventil 8 mittels des Dosierkolbens 5 durch dessen Auflage verschlossen. Hierdurch wird verhindert, daß, wenn z.B. das Druckventil 11 und das Saugventil 8 während der Ruhestellung des Dosierkolbens 5 eine Wasserleckage 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 %-H₂0₂-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. Während 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 Dosiervorrichtung 1 sorgt nach Beendigung des Dosiervorganges dafür, daß kein Wasser über die Hauptflüssigkeitsleitung 42 und die Impfstelle 43 in die Dosiervorrichtung 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 Eingangsventils 38 auf die jeweils entsprechende andere Druckkammer 26, 27 umgeschaltet. Der Eingang des Ausgangsventils 33 liegt nun an der Druckkammer 26, der Ausgang des Eingangsventils 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. Daraufhin erfolgt wiederum ein Umschalten des Eingangsventils 38, des Ausgangsventils 33 und ein Schalten des Eingangsventils 47 für die Druckluft. Ein neuer Zyklus beginnt.
Insgesamt ist damit eine Dosiervorrichtung
und auch eine entsprechende Vorrichtung zum Dosieren eines Gemisches aus Zusatzflüssigkeit und Hauptflüssigkeit geschaffen, durch die eine genau dosierte Menge einer ausgasenden Zusatzflüssigkeit der Hauptflüssigkeit zugesetzt werden kann.
Durch das geringe Totvolumen in der Pumpkammer wird das gebildete oder angesaugte Gas herausgefördert, und aufgrund 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. zwischen 30 ccm/min und 1500 ccm/min, des Gemisches benötigen, ein solches mit einem genau festgelegten Mischungsverhältnis zuzuführen. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung ist natürlich nicht allein auf das dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt.

Claims

Dosiervorrichtung 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 aufweisende Saugleitung mit einem Vorratsbehälter für die Zusatzflüssigkeit und ausgangsseitig über eine ein Druckventil aufweisende Druckleitung mit der Impfstelle verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Ventile (8, 11) sowie die zugehörige Leitung (9, 10; 12) im Inneren des Dosierkolbens (5) angeordnet ist und daß die Dosiervorrichtung (1) durch eine Durchflußmeßvorrichtung (25, 34, 35), durch die das Gemisch aus Zusatzflüssigkeit und Hauptflüssigkeit zumindest einem Verbraucher (40, 41) zugeführt wird, gesteuert wird.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (11) sowie die Druckleitung (12) im Inneren des Dosierkolbens (5) angeordnet ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Nutzvolumen zu Tot- oder Schadraumvolumen größer 15 ist.
Dosiervorrichtung 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.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Saug- und Druckventil (8, 11) jeweils Rückschlagventile sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (8) ein Flatterventil ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (8) ein federbelastetes Ventil ist.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (11) ein Kugelventil ist.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß das Druckventil (11) ein federbelastetes Ventil ist.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (5) von einer als Rückstellfeder dienenden vorgespannten Feder (16) umgeben ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16) ebenfalls eine Stellhülse (6) umgibt.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (6) innerhalb eines Gehäuses (2) der Dosiervorrichtung (1) verstellbar angeordnet ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (6) als Anschlag und damit als unterer Totpunkt UT bei Bewegen des Dosierkolbens (5) in Richtung unterer Totpunkt dient.
Dosiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (12) am rückwärtigen Ende des Dosierkolbens (5) im Inneren der Stellhülse (6) angeordnet ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (6) in ihrem Inneren eine als Druckluftleitung (13) dienende weitere Leitung aufweist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (12) und die Druckluftleitung (13) im Inneren der Stellhülse (6) als Schläuche ausgebildet sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftleitung (13) von der Stellhülse (6) ins Innere des Dosierkolbens (5) übergeht.
Dosiervorrichtung 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 Dosiervorrichtung (1) verbunden ist.
Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Druckluftleitung (13) Druckluft als Arbeitsenergie von außen der Druckluftkammer (15) zuführbar ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Durchflußmeßvorrichtung (25, 34, 35) um einen Mischbehälter (25) sowie zwei Drucksensoren (34, 35) handelt, wobei letztere jeweils an einem der Ausgänge (31, 32) des Mischbehälters (25) angeordnet sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter (25) kugelförmig ausgebildet ist.
Dosiervorrichtung 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.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (26, 27) halbkugelförmig ausgebildet sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) mittig im Inneren des Mischbehälters (25) angebracht ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) hochflexibel ist.
Dosiervorrichtung 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.
Dosiervorrichtung 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.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingängen (29, 30) der Druckkammern (26, 27) jeweils ein Druckbegrenzungsventil (36, 37) angeordnet ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (29, 30) über die Druckbegrenzungsventile (36, 37) mit zwei Ausgängen eines Eingangsventils (38) verbunden sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 27 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs- und das Eingangsventil (33, 38) 3/2-Wege-Elektromagnetventile sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsventil (38) über die Hauptflüssigkeitsleitung (42) mit der als Druckquelle dienenden Hauptflüssigkeitsversorgung, insbesondere einem Wasseranschluß (39), verbunden ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptflüssigkeitsversorgung (39) und dem Eingangsventil (38) die Impfstelle (43) zum Eindosieren der Zusatzflüssigkeit angeordnet ist.ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzflüssigkeit Wasserstoffperoxid H₂O₂ ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (46) (46) ein Volumen von etwa 1 l aufweist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter (25) ein (25) ein Volumen von etwa 330 ccm aufweist.
Dosiervorrichtung 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.