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Dosierapparat
Die Erfindung betrifft einen Dosierapparat zur Einbringung einer Zusatzflüssigkeit in eine unter Druck stehende, den Apparat durchströmende Flüssigkeit in einem bestimmten, einstellbaren Mengenverhältnis.
Dabei wird eine im Volumen veränderbare, durch eine Membran oder einen Balg abgeschlossene Druckkammer mittels eines von einem im Flüssigkeitsstrom liegenden Antriebsorgan, insbesondere Flügelrad, betätigten Steuerorgans, das eine von dem Flüssigkeitsstrom vor einem in diesen eingebauten Druckminderventil abzweigende'und in die Druckkammer führende Zuleitung abwechselnd verschliesst und freigibt, periodisch einem dem Druck der strömenden Flüssigkeit vor dem Druckminderventil annähernd gleichen Druck ausgesetzt. Die Druckkammer bewirkt durch die Bewegung der Membran bzw. des Balges die Förderung der Zusatzflüssigkeit in einer der Durchflussmenge der strömenden Flüssigkeit proportionalen Anzahl von Einzelmengen.
Derartige Dosierapparate werden beispielsweise dazu benutzt, um in Leitungssystemen befindlichen Flüssigkeiten, z. B. Wasser, Lösungen chemischer Stoffe in ganz bestimmten Mengen zuzusetzen, sei es, um den Geschmack oder die Eigenschaften des Wassers zu verbessern, oder Korrosionen bzw. Kesselsteinabsetzungen u. dgl. zu vermeiden.
Es sind Dosierapparate bekannt, bei denen durch eine Anordnung von Düsen und Blenden Wirkdrücke erzeugt werden, durch die nach dem Verdrängerprinzip bestimmte Flüssigkeitsmengen in das Druckflüssigkeitssystem eingebracht werden. Diese Apparate haben den Nachteil, dass sie nur über einen kleinen, begrenzten Wirkungsbereich Flüssigkeitsmengen proportional der Durch flussmenge zu dosieren in der Lage sind ; im übrigen arbeiten sie aber verhältnismässig ungenau und unregelmässig.
Es ist auch eine Ausführung bekannt geworden, bei welcher in der Hauptleitung in Strömungsrichtung hintereinander ein Drosselventil und ein Wassermesser angeordnet sind und der Wassermesser zum Antrieb eines hin-und hergehenden druckentlasteten Steuerschiebers verwendet wird, der eine Seite einer Membranpumpe abwechselnd mit vor dem Druckminderventil entnommenem Druckwasser beaufschlagt und mit der Atmosphäre verbindet. Die andere Seite der Membranpumpe dient zur Förderung der Zusatzflüssigkeit, wobei über entsprechende Saug- und Druckventile einmal Zusatzflüssigkeit aus einem oberhalb der Zumesseinrichtung angeordneten Gefäss einströmt und anschliessend über das Druckventil in das Druckflüssigkeitssystem hinter dem Wassermesser gedrückt wird.
Bei dieser Ausführung ist von Nachteil, dass der benutzte Wassermesser, der an sich schon ein kostspieliges Bauelement darstellt, auch verhältnismässig gross ausgelegt sein muss, um den erheblichen Kraftbedarf der Steuereinrichtung, welcher durch die notwendige Abdichtung nach aussen bedingt ist, zu decken. Bei dieser Ausführung wird die für den Antrieb der Membranpumpe entnommene Druckflüssigkeitsmenge nach Arbeitsleistung ins Freie abgeleitet, geht also dem Leitungssystem verloren. Dies kann sich ebenfalls nachteilig auswirken.
Erfindungsgemäss werden nun die aufgezeigten Mängel der bekannten Dosierapparate dadurch vermieden, dass bei durch das Steuerorgan verschlossener Zuleitung in der Druckkammer vermittels einer diese mit dem Raum hinter dem Druckminderventil verbindenden Ableitung, durch welche die Flüssigkeit in den Hauptstrom zurückgelangt, ein den Druck der strömenden Flüssigkeit hinter diesem Druckminderventil annähernd gleicher Druck hervorgerufen wird.
Es werden also die beiden unterschiedlichen Drücke vor und hinter dem Druckminderventil im Druckflüssigkeitssystem zur Betätigung der Membran-
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pumpe ausgenützt, wobei keine Druckflüssigkeit verloren gehen muss. Nachdem keine Abdichtung des Steuerorganes gegenüber der Atmosphäre erforderlich ist, ist auch die AntrieMeJ : mng ftr das Steuerorgan so niedrig, dass das zu dessen Antrieb verwendete Organ, z. B, der Woltmac-FLügel, verhältnismässig klein dimensioniert sein kann.
Bei dem erfindungsgemässen Dosierapparat wird in dem Druckflusigkeits- system, d. h. in dem Teil des Systems, das von dem Apparat gebildet wird, ei'1c Druckdifferenz erzeugt, die unabhängig vom herrschenden Druck und von der Durchflussmenge stets konstant ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an die von einei Stelle vor dem Druckminderventil in dieDruckkammer führende Zuleitung die Ableitung zum Raum hinter dem Druckminderventil mit gegebenenfalls regulierbarem Querschnitt angeschlossen, und der Querschnitt der Ableitung und der von dem mit Spiel laufenden, als Drehschieber ausgebildeten Steuerorgan gesteuerte Mündungsquerschnitt der im Querschnitt grösseren Zuleitung sind so aufeinander abgestimmt, dass der Druck in der Druckkammer bei überdecktem Mündungsquerschnitt angenähert gleich dem Druck der strömenden Flüssigkeit hinter dem Durckminderventil und bei geöffnetem Mündungsquerschnitt angenähert gleich dem Druck der strömenden Flüssigkeit vor dem Druckminderventil ist.
Auf diese Weise braucht nur eine der beiden Verbindungskanäle zwischen dem Hauptstrom und der Druckkammer gesteuert werden und der hiezu verwendete mit Spiel laufende Drehschieber kann einfachst ausgebildet sein und benötigt kleinste Antriebskräfte.
Wenn auch vorteilhafterweise wegen der geringeren Reibung und somit des kleineren Kraftaufwandes ein Steuerring als Steuerorgan Verwendung finden soll, so lässt sich an dessen Stelle auch eine Drehkolben-bzw. eine druckentlastet Ventileinrichtung vorsehen.
Vorteilhafterweise werden die Apparate in der Weise ausgebildet, dé'ss in d' Wandflächen der Gehäuse Fenster angeordnet sind, durch die hindurch das Arbeiten der Apparate der entsprechenden Organe von aussen kontrolliert werden kann ; soweit möglich, werden die Gehause, In denen sich die arbeitenden Organe befinden, ganz aus durchsichtigem Material hergestellt. Dieses gilt auch für die Vor- ratsbehiilter, ùm in einfacher Weise feststellen zu können, ob in ihnen noch ausreichende Mengen zu lösender Stoffe enthalten sind.
Bei einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform dieser Dosierapparate wird die Druckkammer abwechselnd mit dem Raum höheren Drucks und dem Raum niederen Drucks des Hy : ! ems vor bzw. hinter dem Druckminderorgan verbunden und die Expansion der Druckkammer durch die Beaufschlagung mit Flüssigkeit höheren Drucks dazu ausgenutzt, um eine Steuereinrichtung, wie insbesondere einen Steuerschieber, der vorzugsweise druckentlastet ist, zu betätigen, durch welchen der Zufluss von Druckflüssigkeit aus dem Druckflüssigkeitssystem zu einer zweiten Expansionsdruckkammer sowie der Abfluss der Flüssigkeit aus dieser Kammer ins Freie geregelt wird. In dieser zweiten Druckkammer wird Arbeit geleistet, um die Pumpeinrichtung, z.
B. eine von einem Faltenbalg gebildete volumenveränderbare Kammer, zu betätigen, durch welche die "Impfflüssigkeit" angesaugt und in das Druckflüssigkeitssystem gefördert wird.
Durch eine derartige Ausbildung des Apparates ist es möglich, die Kanalquerschnitte grösser zu wÅah- len und dadurch die Leistung zu verbessern. Dies gilt insbesondere für die Verbindungskanäle zwischen dem Druckflüssigkeitssystem und der die Pumparbeit leistenden Expansionsdruckkammer. Da die die Steuerung bewirkende Expansionsdruckkammer abwechselnd mit dem Raum höheren und dem Raum niederen Druckes verbunden wird, entfällt auch die bisher erforderlich gewesene Druckausgleichsleitung mit verhältnismässig kleinem Querschnitt, wodurch gleichfalls ein exaktes Funktionieren der Apparatur gewährleistet ist.
In den Zeichnungen sind einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der eifjndungsgemässen Dosierapparate dargestellt und werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Dosierapparat für den Einbau in eine Druckflüssigkeitsleitung, und Fig. 2 ebenfalls einen Längsschnitt durch einen Dosierapparat in einer zweiten Ausführungsform ; Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen dritten Dosierapparat, bei dem der in dem Druckflüssigkeitssystem liegende Teil der Apparatur, durch welchen die Druckflüssigkeit hindurchströmt, der in einem vorbestimmten Verhältnis eine zweite Flüssigkeit zugesetzt werden soll, demjenigen der Apparate gemäss Fig. 1 und 2 entspricht.
Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Dosierapparates gemäss Fig. l ist in einem Rohrstück 1 in dem von der Druckflüssigkeit zuerst durchströmten Raum 2 mit einem etwa gleichbleibenden Durchmesser ein Woltman-Flügel 3 gelagert, der über ein Schrittschaltwerk 4 den Steuerring 5 antreibt, der in der Weise ausgebildet ist, dass er über einen Winkel von 1800 eine in der Rohrwandung befindliche Öffnung 6 verschliesst und freigibt. Der Steuerring 5 ist, um den Kraftbedarf so gering wie möglich zu
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halten, so eingepasst, dass sich zwischen ihm und der Rohrwand ein schmaler Spalt von zirka 0, 1 mm befindet.
Durch die Verwendung des Schrittschaltwerks kann trotz des schnell umlaufenden Woltman-Flügels, der bereits bei geringsten Strömungsgeschwindigkeiten anspricht und den Vorteil einer kurzen Baulänge mit sich bringt, die Arbeitsfrequenz der durch dieses Element gesteuerten Organe niedrig gehalten werden.
In Strömungsrichtung hinter dem Woltman-Flügel 3 befindet sich in dem hinteren Raum 7 des Rohrstückes 1 ein Druckminderventil 8, das je zur Hälfte in zwei verschiedenen Stellungen dargestellt ist. Dieses Druckminderventil 8 erzeugt in dem Rohrstück 1 eine durch die Feder 9 einstellbare Druckdifferenz.
An das Rohrstück 1 ist ein Gehäuse 10 angeflanscht, dessen Innenraum durch den Metallbalg 11 unterteilt ist. Der Innenraum 12 des Metallbalges 11 ist durch den Verbindungskanal 13 über die Öffnung 6 mit dem Innenraum 2 des Rohrstückes 1 verbunden, in dem der höhere Druck herrscht. Der Verbindungskanal 13 ist über einen Ausgleichskanal 14 mit dem Raum 7 des Rohrstückes 1 verbunden, in welchem ein niedriger Druck herrscht.
Der Innenraum 15 des Gehäuses 10, der gegen die Druckkammer 12 durch den Metallbalg 11 abgegrenzt wird, ist mit dem Raum 7 des Rohrstückes 1 durch den Kanal 16 verbunden, so dass in diesem stets der gleiche, niedrigere Druck herrscht.
An der Stirnfläche 17 des Metallbalges 11, auf die die Feder 18 wirkt, sitzt ein Kolben 19, der in einer Bohrung 20 gleitend gelagert ist, die mit der Flüssigkeitsansaugleitung 21 in Verbindung steht, in der beiderseits der Bohrung 20 Rückschlagventile 22 und 23 angeordnet sind. Die Leitung 21 führt zu dem Vorratsbehälter 24, in dem sich die in das Druckflüssigkeitssystem einzubringende Flüssigkeit befindet.
Der Hub des Kolbens 19 und damit der der Membrane 17 wird nach oben durch die Stellschraube 25, nach unten durch den Zapfen 26 begrenzt.
Zur Erzielung eines Druckausgleiches sind zwischen der Stirnfläche 17 des Metallbalges 11 und den Wandflächen der Kammern noch zwei weitere Bälge 27 und 28 angebracht ; in letzterem kann sich Flüssigkeit befinden, die über einen Kanal 29 in dem Schauglas 30 die Funktion des Gerätes sichtbar macht.
Wird durch den Steuerring 5 die Öffnung 6 verschlossen, so stellt sich in dem Verbindungskanal 13 und damit auch in der Druckkammer 12 ein Druck ein, der dem Druck im Raum 7 des Rohrstückes 1 entspricht. Der Spalt zwischen dem Ringschieber 5 und der Wandung des Rohrstückes 1 und der Querschnitt des Ausgleichskanals 14 sind so aufeinander abgestimmt, dass bei geschlossener Öffnung 6 der Druck in der Druckkammer 12 nur sehr geringfügig vom Druck im Raum 7 des Rohrstückes 1 abweicht bzw. bei zum Raum 2 geöffneter Verbindung vom Druck im Raum 2. Im Innenraum 15 des Gehäuses 10 herrscht ein Druck, der dem Druck im Raum 7 des Rohrstückes 1 entspricht. Die Feder 18 drückt die Membrane 17 gegen ihren unteren Anschlag 26, wobei der Kolben 19 über das Einlassventil 22 aus dem Behälter 24 eine gewisse Menge Flüssigkeit ansaugt.
Gibt der Steuerring 5 die Öffnung 6 frei, so stellt sich im Verbindungskanal 13 und in der Druckkammer 12 der höhere, im Raum 2 des Rohrstückes 1 herrschende Druck ein. Dadurch wird das Volumen der Druckkammer 12 vergrössert und eine entsprechende Menge Flüssigkeit aus dem Raum 15 durch die Leitung 16 in den Raum 7 des Rohrstückes 1 verdrängt. Bei der Aufwärtsbewegung der Membrane 17 wird der Kolben 19 bis zum einstellbaren Anschlag 25 geschoben, wobei die vorher aus dem Vorratsbehälter 24 angesaugte Flüssigkeit durch das Auslassventil 23 in den Raum 15 gedrückt wird. Diese Vorgänge wiederholen sich bei jeder Drehung des Steuerringes 5 von neuem.
Es ist auch möglich, durch eine wechselseitige Beaufschlagung der Räume 12 und 15 die Druckfeder 18 in Fortfall kommen zu lassen.
Aus Fig. 2 ergibt sich der Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels für den Dosierapparat gemäss der Erfindung. Das Rohrstück l'mit dem Woltman-Flügel 3', dem Steuerring 5'und dem Druckminderventil 8'entspricht demjenigen der ersten Ausführungsform. Gegen das Rohrstück l'ist mit Hilfe einer Platte 31 und von Zugankern 32 ein Gehäuse 33 aus vorzugsweise durchsichtigem Material angeschraubt.
In diesem befindet sich ein Siebboden 34, auf dem Substanzen 35 lagern, die sich in der im Behälter 33 befindlichen Flüssigkeit lösen sollen.
Die Öffnung 6'mündet in ein Rohr 36, das an seinem unteren Ende die Expansionsdruckkammer 37 trägt, die sich im Raum 38 unterhalb des Siebbodens 34 befindet. Die im Boden 31 angebrachte Schraube 39 dient der Begrenzung des Hubs der Stirnfläche 40 der Kammer 37. Der Innenraum des Rohres 36 ist mit dem Raum 7', in dem der niedrigere Druck herrscht, durch den Kanal 41 verbunden. Von diesem
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Kanal 41 zweigt ein Kanal 42 ab, der in den Raum 43 oberhalb des Siebbodens 3-t mündet und in dem ein Rückschlagventil 44 angeordnet ist. Der Kanal 45 mündet in ein steigrohr 46, an jewen unterem Ende ein Rückschlagventil 47 angeordnet ist. Durch diese Leitungen wird der Raum 38, in dem sich sine konzentrierte Lösung der Substanzen 35 befindet, mit dem Raum 7'verbunden.
Der Einfullstutzen 48, der durch eine Schraubkappe 49 luft-und flüssigkeitsdicht verschliessbar ist, dient der Nachfüllung der Chemika- lien 35.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten Lage ist die Öffnung 6' von dem Steuerring 5' verschlossen. In der Druckkammer 37 hat sich über das Rohr 36 und den Kanal 41 der gleiche Dracl eingestellt, der im Raum 7'herrscht.
Wenn der Steuerring 5'die Öffnung 6'freigibt, erfolgt in dem Rohr 36 un, 2 in der Druckkammer 37 einDruckanstieg infolge des höheren Druckes im Raum 2* des Rohrstückes l*. Der die Wandung der Druckkammer bildende Metallbalg dehnt sich dadurch aus, bis er mit seiner Stii'üflche 40 gegen die Anschlagschraube 39 anstösst. Bei der Ausdehnung des Metallbalges findet eine Vergrösserung des Volumens der Druckkammer 37 statt, wodurch eine der Volumenvergrösserung entsprechende Menge Flüssigkeit aus dem Raum 38 verdrängt und über das möglichst tief liegende Auslassventil 47, das Steigrohr 46 und den Kanal 45 in den Raum 7'gedrückt wird.
Verschliesst der Steuerring 5'die Öffnung 6'wieder, so findet infolge der Verbindung mit dem Raum niedrigeren Drucks 7'durch den Kanal 41 im Rohr 36 und in der Druckkammer 37 eine Drucksenkung statt, so dass sich der elastische Metallbalg wieder zusammenzieht. Dadurch wird über den Kanal 42 und das Einlassventil 44 Flüssigkeit aus dem Raum 7'in den Raum 43 nachgesaugt und je : nit die zuvor ausgedrückte Flüssigkeitsmenge wieder ergänzt.
An Stelle der dargestellten Kugelrückschlagventile lassen sich auch einfache Gummiklappenventile verwenden, gleichgültig, welcher Druck in dem Druckflüssigkeitssystem herrscht, da es für diese lediglich darauf ankommt, gegen den Differenzdruck abzudichten, der im Dosierappjrat. selbst herrscht.
Durch den Füllstutzen 48 kann das Filllgut 35, das aus von der Flüssigkeit aufzulösenden chemi- schen Substanzen besteht, ergänzt werden. An diesem sind Vorkehrungen getroffen, damit sich kein Luftpolster unterhalb der Verschlusskappe 49 bilden kann, welcher die ordnungsgem Funktion des Apparates in Frage stellen würde.
Der den Steuerring antreibende Woltman-Flügel 3'kann gleichzeitig auch noch ein nicht dargestelltes Zählwerk treiben, was insofern möglich ist, als der Kraftbedarf für den Si ;"c'ring verhältnismässig gering ist. Dadurch lässt sich gleichzeitig auch die Menge der den Apparat par@@@enden Plüssigkeit ermitteln.
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gestellt.Druckminderorgan befindet sich der Raum höheren Drucks 2",hinter diesem der Pannm niederen Drucks 7".
In der Strömung der Druckflüssigkeit liegt der Woltman-Flügel 3", der über eiu Unter@etzungsgetrie- be 4" den Steuerring 5" in der Kammer 51 antreibt, in welche die Verbindui : feitungen 52 mit dem Raum 2"höheren Drucks, 53 mit dem Raum 7"niederen Drucks und 54 mit Jor Expansionsdruckkam- mer 12", die von der elastischen Membrane 55 abgeschlossen ist, münden. Dix rundungen der erstgenannten zwei Verbindungsleitungen werden periodisch durch den Steuerring 5" freigegeben bzw. verschlossen, so dass in den Kammern 51 und 12"abwechselnd ein höherer und ein niedrigerer Druck herrscht.
Je nach den Druckverhältnissen in der Kammer 12"ändert die Membrane 3" jhre Lage und betätigt dabei den mit ihr verbundenen Steuerschieber 56. Auf die Membrane 55 wirkt such noch die Rückstellfeder 57. Der Raum 58 unterhalb der Membrane 55 steht über dem Kanal 59 rrdt der Zone niedrigeren Drucks 7" in Verbindung.
Durch die Bohrung 60 ist der Steuerschieber 56 druckentlastet. In dem Steuechiebergehäuse 61 befindet sich einKanal62 für die Einleitung von Druckflüssigkeit aus dem Raum 58 in den Expansionsdruckraum 63, der in gleicher Weise wie der Expansionsdruckraum 12" mit einer Membrane 64 abgeschlossen ist. Durch den Kanal 65 im Steuerschiebergehäuse 61 kann bei entsprechender Stellung des Steuerschiebers 56 die Druckflüssigkeit, die im Expansionsdruckraum 63 Arbeit geleistet hat, über die Rohrleitung 66 abfliessen.
Die Membrane 64 ist mit dem oberen Teller 67 eines Faltenbalges 68 verbunden. in dessen Innen-
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71 münden. Die Saugrohrleitungrohrleitung 71 enthält ein Rückschlagventil 74 und ist mit dem Druckflüssigkeitssystem verbunden. Durch die Stellschraube 75 lässt sich der Hub der Membrane 64 bzw. des Kopftellers 67 des Faltenbalges 68 begrenzen.
Die Wirkungsweise des vorbeschriebenen Dosierapparates ist folgende. Durch die durch das Rohrstück l"strömende Flüssigkeit wird der Woltman-Flügel 3"in Drehung versetzt. Dementsprechend wird je nach dem Untersetzungsverhältnis des Getriebes 4" der Steuerring 5" bewegt, der in periodischen Abständen die Mündungen der Verbindungsleitungen 52 bzw. 53 öffnet bzw. schliesst. Ist die Leitung 52 freigegeben, so tritt Druckflüssigkeit aus dem Raum höheren Drucks 2" durch den Verbindungskanal 54 in den Expansionsdruckraum 12", wodurch die Membrane 55 und damit auch der Steuerschieber 56 nach unten gedrückt wird. Der Steuerschieber verschliesst dann den Abflusskanal 65 und öffnet den Zuflusskanal 62, so dass die Druckflüssigkeit aus dem Raum 58 in den Expansionsdruckraum 63 einströmen kann.
Auf der Unterseite der Membrane 64 herrscht Atmosphärendruck ; sie wird ebenfalls nach unten gedrückt, wobei durch die starre Verbindung mit dem Faltenbalgkörper 68 dessen Volumen verkleinert wird und die der Volumenverringerung entsprechende Flüssigkeitsmenge aus dem Innenraum 69 durch die Druckleitung 71 in das Rohrstück l"des Druckflüssigkeitssystem gefördert wird.
Nachdem der Steuerring 5" die Mündung der Leitung 52 verschlossen und die der Leitung 53 geöffnet hat, erfolgt ein Druckausgleich und ein Abströmen von Flüssigkeit aus dem Expansionsdruckraum 12" über die Kanäle 54 und 53 zur Zone niedrigeren Drucks 7". Die Feder 57 drückt dabei die Membrane 55 und den Steuerschieber 56 nach oben, wodurch der Zuflusskanal 62 verschlossen und der Abflusskanal 65 geöffnet wird, so dass die Flüssigkeit, die in dem Expansionsdruckraum 63 Arbeit geleistet hat, in die Abflussleitung 66 abfliessen kann.
Bei der Aufwärtsbewegung der Membrane 64 wird infolge der Volumenvergrösserung des Faltenbalgkörpers 68 durch das Saugrohr 70 Flüssigkeit aus dem Behälter 73 nachgesaugt. Dabei ist die Druckleitung durch das Kugelventil 74 verschlossen.
Dieser Dosierapparat eignet sich insbesondere für den Einbau in solche Druckflüssigkeitssysteme, in die in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsmenge, die einen bestimmten Punkt passiert, eine grössere Menge Impfflüssigkeit, zumeist eine Lösung bestimmter chemischer Stoffe, eingebracht werden muss. Wenn auch dabei ein Teil der Arbeit leistenden Flüssigkeit aus dem Druckflüssigkeitssystem verlorengeht, so steht dies in keinem Verhältnis zu den sonstigen Vorteilen, die die in ihrem Aufbau einfache, wirtschaftlich herstellbare und absolut zuverlässig arbeitende Apparatur bietet.
Handelt es sich um Wasser, welches im Druckflüssigkeitssystem strömt, so dürfte es in den meisten Fällen zweckmässig sein, das Verlustwasser abfliessen zu lassen.
Handelt es sich jedoch um chemische Stoffe oder sonstige wertvollere Flüssigkeiten, so kann die Verlustflüssigkeit ohne grossen Aufwand gesammelt und ohne Schwierigkeiten mittels einer Pumpe wieder in das Druckflüssigkeitssystem eingebracht werden. Dies kann kontinuierlich oder auch periodisch je nach Anfall erfolgen.
Die erfindungsgemässen Dosierapparate sind einfach und zweckmässig in ihrem Aufbau, was'einerseits ihre ständige Betriebsbereitschaft und ein einwandfreies Funktionieren gewährleistet, sowie anderseits ihre wirtschaftliche Herstellung ermöglicht.
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Dosing device
The invention relates to a metering device for introducing an additional liquid into a pressurized liquid flowing through the device in a specific, adjustable quantity ratio.
A pressure chamber, which can be changed in volume and is closed by a membrane or a bellows, is alternately activated by means of a control element operated by a drive element located in the liquid flow, in particular an impeller, the supply line branching off the liquid flow in front of a pressure reducing valve built into it and leading into the pressure chamber closes and releases, periodically exposed to a pressure approximately equal to the pressure of the flowing liquid in front of the pressure reducing valve. Through the movement of the membrane or the bellows, the pressure chamber causes the additional liquid to be conveyed in a number of individual quantities proportional to the flow rate of the flowing liquid.
Such dosing devices are used, for example, to dispense liquids in line systems, e.g. B. add water, solutions of chemical substances in very specific amounts, be it to improve the taste or properties of the water, or corrosion or scale deposits u. to avoid.
There are known metering devices in which active pressures are generated by an arrangement of nozzles and diaphragms, by means of which certain amounts of liquid are introduced into the hydraulic fluid system according to the displacement principle. These devices have the disadvantage that they are only able to dose amounts of liquid proportional to the flow rate over a small, limited area of action; Otherwise, however, they work relatively imprecisely and irregularly.
An embodiment has also become known in which a throttle valve and a water meter are arranged one behind the other in the flow direction in the main line and the water meter is used to drive a pressure-relieved control slide that moves one side of a diaphragm pump alternately with pressurized water taken from before the pressure reducing valve applied and connects with the atmosphere. The other side of the diaphragm pump is used to convey the additional liquid, with additional liquid flowing in from a vessel above the metering device via appropriate suction and pressure valves and then being pressed into the hydraulic fluid system behind the water meter via the pressure valve.
The disadvantage of this embodiment is that the water meter used, which in itself is an expensive component, must also be designed to be relatively large in order to cover the considerable power requirement of the control device, which is caused by the necessary external seal. In this design, the amount of hydraulic fluid taken to drive the diaphragm pump is diverted into the open air according to the work performed and is therefore lost to the line system. This can also be detrimental.
According to the invention, the identified deficiencies of the known metering devices are now avoided in that, when the supply line in the pressure chamber is closed by the control element, the pressure of the flowing liquid is reduced by means of a discharge line connecting it to the space behind the pressure reducing valve through which the liquid returns to the main flow this pressure reducing valve is caused approximately the same pressure.
So there are the two different pressures upstream and downstream of the pressure reducing valve in the hydraulic fluid system to operate the diaphragm
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pump used, whereby no hydraulic fluid has to be lost. Since the control element does not need to be sealed off from the atmosphere, the AntrieMeJ: mng for the control element is so low that the element used to drive it, e.g. B, the Woltmac wing, can be relatively small.
In the metering device according to the invention, the pressure fluid system, d. H. in the part of the system that is formed by the apparatus, ei'1c creates a pressure difference that is always constant regardless of the prevailing pressure and the flow rate.
According to a preferred embodiment of the invention, the supply line leading from a point in front of the pressure reducing valve into the pressure chamber is connected to the discharge line to the space behind the pressure reducing valve with an optionally adjustable cross-section, and the cross-section of the discharge line and that controlled by the control element designed as a rotary slide valve running with play The mouth cross-section of the feed line, which is larger in cross-section, is coordinated in such a way that the pressure in the pressure chamber when the mouth cross-section is covered is approximately equal to the pressure of the flowing liquid behind the pressure reducing valve and when the mouth cross-section is open is approximately equal to the pressure of the flowing liquid in front of the pressure-reducing valve.
In this way, only one of the two connecting channels between the main flow and the pressure chamber needs to be controlled and the rotary slide valve used for this purpose, which runs with play, can be of the simplest design and requires the smallest drive forces.
If a control ring is to be used as a control element because of the lower friction and thus the lower expenditure of force, a rotary piston or rotary piston can also be used in its place. Provide a pressure-relieved valve device.
Advantageously, the devices are designed in such a way that windows are arranged in the wall surfaces of the housing through which the functioning of the devices of the corresponding organs can be controlled from the outside; As far as possible, the housings in which the working organs are located are made entirely of transparent material. This also applies to the storage tanks, so that it can be determined in a simple manner whether they still contain sufficient quantities of substances to be dissolved.
In a further embodiment of this metering apparatus according to the invention, the pressure chamber is alternating with the space of higher pressure and the space of lower pressure of the Hy:! ems connected in front of or behind the pressure reducing element and the expansion of the pressure chamber by the application of higher pressure fluid is used to actuate a control device, such as in particular a control slide, which is preferably depressurized, through which the inflow of hydraulic fluid from the hydraulic fluid system a second expansion pressure chamber and the outflow of the liquid from this chamber to the outside is regulated. In this second pressure chamber work is done to the pump device, for.
B. to actuate a variable-volume chamber formed by a bellows, through which the "inoculation fluid" is sucked in and conveyed into the hydraulic fluid system.
By designing the apparatus in this way, it is possible to select larger duct cross-sections and thereby improve performance. This applies in particular to the connecting channels between the hydraulic fluid system and the expansion pressure chamber performing the pumping work. Since the expansion pressure chamber causing the control is alternately connected to the room with higher and lower pressure, the previously required pressure equalization line with a relatively small cross-section is also omitted, which also ensures precise functioning of the apparatus.
In the drawings, some preferred exemplary embodiments of the metering devices according to the invention are shown and are described in more detail below with reference to the drawings.
1 shows a longitudinal section through a metering device for installation in a pressurized fluid line, and FIG. 2 also shows a longitudinal section through a metering device in a second embodiment; Fig. 3 shows a cross-section through a third metering apparatus, in which the part of the apparatus located in the pressurized fluid system, through which the pressurized fluid flows, to which a second fluid is to be added in a predetermined ratio, corresponds to that of the apparatus according to FIGS. 1 and 2 .
In the embodiment of the inventive metering apparatus according to FIG. 1, a Woltman vane 3 is mounted in a pipe section 1 in the space 2 through which the pressure fluid first flows, with an approximately constant diameter, which drives the control ring 5 via a stepping mechanism 4, which in this way is designed that it closes and releases an opening 6 located in the pipe wall over an angle of 1800. The control ring 5 is to keep the power requirement as low as possible
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hold, fitted so that there is a narrow gap of around 0.1 mm between it and the pipe wall.
By using the stepping mechanism, the working frequency of the organs controlled by this element can be kept low despite the rapidly rotating Woltman wing, which responds even at the lowest flow speeds and has the advantage of a short overall length.
In the direction of flow behind the Woltman vane 3 there is a pressure reducing valve 8 in the rear space 7 of the pipe section 1, half of which is shown in two different positions. This pressure reducing valve 8 generates a pressure difference adjustable by the spring 9 in the pipe section 1.
A housing 10, the interior of which is subdivided by the metal bellows 11, is flanged to the pipe section 1. The interior 12 of the metal bellows 11 is connected by the connecting channel 13 via the opening 6 to the interior 2 of the pipe section 1, in which the higher pressure prevails. The connecting channel 13 is connected via a compensation channel 14 to the space 7 of the pipe section 1, in which there is a low pressure.
The interior 15 of the housing 10, which is delimited from the pressure chamber 12 by the metal bellows 11, is connected to the space 7 of the pipe section 1 through the channel 16, so that the same, lower pressure always prevails in this.
On the end face 17 of the metal bellows 11, on which the spring 18 acts, sits a piston 19 which is slidably mounted in a bore 20 which is connected to the liquid suction line 21, in which check valves 22 and 23 are arranged on both sides of the bore 20 . The line 21 leads to the reservoir 24 in which the fluid to be introduced into the hydraulic fluid system is located.
The stroke of the piston 19 and thus that of the diaphragm 17 is limited upwards by the adjusting screw 25 and downwards by the pin 26.
To achieve a pressure equalization, two further bellows 27 and 28 are attached between the end face 17 of the metal bellows 11 and the wall surfaces of the chambers; The latter can contain liquid which makes the function of the device visible via a channel 29 in the sight glass 30.
If the opening 6 is closed by the control ring 5, a pressure is established in the connection channel 13 and thus also in the pressure chamber 12 which corresponds to the pressure in the space 7 of the pipe section 1. The gap between the ring slide 5 and the wall of the pipe section 1 and the cross section of the compensation channel 14 are coordinated so that when the opening 6 is closed, the pressure in the pressure chamber 12 deviates only very slightly from the pressure in the space 7 of the pipe section 1 or at Space 2 open connection from the pressure in space 2. In the interior 15 of the housing 10 there is a pressure which corresponds to the pressure in the space 7 of the pipe section 1. The spring 18 presses the membrane 17 against its lower stop 26, the piston 19 sucking in a certain amount of liquid from the container 24 via the inlet valve 22.
If the control ring 5 releases the opening 6, the higher pressure prevailing in the space 2 of the pipe section 1 is established in the connecting channel 13 and in the pressure chamber 12. As a result, the volume of the pressure chamber 12 is increased and a corresponding amount of liquid is displaced from the space 15 through the line 16 into the space 7 of the pipe section 1. During the upward movement of the membrane 17, the piston 19 is pushed as far as the adjustable stop 25, the liquid previously sucked in from the storage container 24 being pressed through the outlet valve 23 into the space 15. These processes are repeated each time the control ring 5 is rotated.
It is also possible to omit the compression spring 18 by alternately acting on the spaces 12 and 15.
The structure of the second exemplary embodiment for the metering device according to the invention is shown in FIG. The pipe section 1 'with the Woltman vane 3', the control ring 5 'and the pressure reducing valve 8' corresponds to that of the first embodiment. A housing 33 made of preferably transparent material is screwed against the pipe section 1 'with the aid of a plate 31 and tie rods 32.
In this there is a sieve bottom 34 on which substances 35 are stored, which are to be dissolved in the liquid in the container 33.
The opening 6 ′ opens into a tube 36 which, at its lower end, carries the expansion pressure chamber 37, which is located in the space 38 below the sieve bottom 34. The screw 39 attached in the base 31 serves to limit the stroke of the end face 40 of the chamber 37. The interior of the tube 36 is connected to the space 7 ′, in which the lower pressure prevails, through the channel 41. Of this
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Channel 41 branches off a channel 42 which opens into space 43 above the sieve bottom 3-t and in which a check valve 44 is arranged. The channel 45 opens into a riser pipe 46, at each lower end a check valve 47 is arranged. The space 38, in which a concentrated solution of the substances 35 is located, is connected to the space 7 ′ by these lines.
The filler neck 48, which can be closed airtight and liquid-tight by a screw cap 49, is used to refill the chemicals 35.
In the position shown in FIG. 2, the opening 6 'is closed by the control ring 5'. In the pressure chamber 37, via the pipe 36 and the channel 41, the same Dracl that prevails in the space 7 'has established itself.
When the control ring 5 'releases the opening 6', there is a pressure increase in the pipe 36 and 2 in the pressure chamber 37 as a result of the higher pressure in the space 2 * of the pipe section 1 *. The metal bellows forming the wall of the pressure chamber expands until it hits the stop screw 39 with its stub 40. When the metal bellows expands, the volume of the pressure chamber 37 increases, whereby an amount of liquid corresponding to the increase in volume is displaced from the space 38 and is pushed into the space 7 'via the lowest possible outlet valve 47, the riser pipe 46 and the channel 45 .
If the control ring 5 'closes the opening 6' again, as a result of the connection with the lower pressure space 7 'through the channel 41 in the pipe 36 and in the pressure chamber 37, a pressure reduction takes place, so that the elastic metal bellows contracts again. As a result, liquid is sucked in from the space 7 ′ into the space 43 via the channel 42 and the inlet valve 44 and the previously expressed amount of liquid is replenished.
Instead of the ball check valves shown, simple rubber flap valves can also be used, regardless of the pressure in the hydraulic fluid system, since it is only important to seal against the differential pressure in the dosing device. himself rules.
The filler product 35, which consists of chemical substances to be dissolved by the liquid, can be supplemented through the filler neck 48. Precautions have been taken on this so that no air cushion can form underneath the closure cap 49 which would jeopardize the proper functioning of the apparatus.
The Woltman vane 3 'driving the control ring can at the same time also drive a counter (not shown), which is possible as the power requirement for the Si; "c'ring is relatively low. This means that the amount of the apparatus can also be par @@@ enden Determine liquidity.
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The pressure reducing organ is the space with higher pressure 2 ", behind this the Pannm lower pressure 7".
In the flow of the pressure fluid lies the Woltman vane 3 ″, which drives the control ring 5 ″ in the chamber 51 via a reduction gear 4 ″, into which the connection lines 52 with the space 2 ″ of higher pressure, 53 with the space 7 ″ of low pressure and 54 with Jor expansion pressure chamber 12 ″, which is closed off by the elastic membrane 55, open. The roundings of the first-mentioned two connecting lines are periodically released or closed by the control ring 5 ″, so that a higher and a lower pressure alternately prevails in the chambers 51 and 12 ″.
Depending on the pressure conditions in the chamber 12 ", the diaphragm 3" changes its position and actuates the control slide 56 connected to it. The return spring 57 also acts on the diaphragm 55. The space 58 below the diaphragm 55 is above the channel 59 7 "lower pressure zone.
The control slide 56 is relieved of pressure through the bore 60. In the control slide housing 61 there is a channel 62 for the introduction of pressure fluid from the space 58 into the expansion pressure chamber 63, which is closed with a membrane 64 in the same way as the expansion pressure chamber 12 ″. Through the channel 65 in the control slide housing 61, when the control slide 56, the pressure fluid that has performed work in the expansion pressure chamber 63 flows off via the pipeline 66.
The membrane 64 is connected to the upper plate 67 of a bellows 68. in its interior
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71 flow. The suction pipe conduit 71 contains a check valve 74 and is connected to the pressurized fluid system. The stroke of the diaphragm 64 or the head plate 67 of the bellows 68 can be limited by the adjusting screw 75.
The mode of operation of the dosing apparatus described above is as follows. The Woltman vane 3 "is set in rotation by the liquid flowing through the pipe section 1". Accordingly, depending on the reduction ratio of the gear 4 "the control ring 5" is moved, which opens and closes the mouths of the connecting lines 52 and 53 at periodic intervals. If the line 52 is released, then pressurized fluid emerges from the space of higher pressure 2 "through the connecting channel 54 into the expansion pressure space 12", whereby the membrane 55 and thus also the control slide 56 is pressed down. The control slide then closes the outflow channel 65 and opens the inflow channel 62 so that the pressure fluid can flow from the space 58 into the expansion pressure space 63.
Atmospheric pressure prevails on the underside of the membrane 64; it is also pressed down, the rigid connection with the bellows body 68 reducing its volume and the amount of liquid corresponding to the volume reduction being conveyed from the interior 69 through the pressure line 71 into the pipe section 1 ″ of the hydraulic fluid system.
After the control ring 5 ″ has closed the mouth of the line 52 and opened that of the line 53, pressure equalization and an outflow of liquid from the expansion pressure chamber 12 ″ via the channels 54 and 53 to the zone of lower pressure 7 ″. The spring 57 presses the membrane 55 and the control slide 56 upwards, whereby the inflow channel 62 is closed and the outflow channel 65 is opened so that the liquid that has performed work in the expansion pressure chamber 63 can flow out into the outflow line 66.
During the upward movement of the diaphragm 64, as a result of the increase in volume of the bellows body 68, liquid is sucked out of the container 73 through the suction pipe 70. The pressure line is closed by the ball valve 74.
This metering device is particularly suitable for installation in pressurized fluid systems in which, depending on the amount of fluid that passes a certain point, a larger amount of inoculating fluid, usually a solution of certain chemical substances, has to be introduced. Even if part of the work-performing fluid is lost from the hydraulic fluid system, this is out of proportion to the other advantages offered by the apparatus, which is simple in its construction, can be manufactured economically and operates absolutely reliably.
If it is water that flows in the hydraulic fluid system, it should be useful in most cases to let the lost water flow off.
However, if it is a matter of chemical substances or other more valuable liquids, the lost liquid can be collected without great effort and returned to the hydraulic fluid system without difficulty by means of a pump. This can be done continuously or periodically depending on the attack.
The metering devices according to the invention are simple and expedient in their construction, which on the one hand ensures their constant readiness for operation and proper functioning, and on the other hand enables them to be manufactured economically.
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