DE20303746U1 - Fine dosing unit, used for conveying predetermined amount of gases or liquids, comprises inlet valve, dosing valve and outlet valve in valve block with inlet, outlet and connecting channels - Google Patents
Fine dosing unit, used for conveying predetermined amount of gases or liquids, comprises inlet valve, dosing valve and outlet valve in valve block with inlet, outlet and connecting channelsInfo
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Abstract
Description
FeindosiereinheitFine dosing unit
Die Erfindung bezeichnet eine Feindosiereinheit zum Fördern und Dosieren einer vorbestimmbaren Menge eines Fluids.The invention relates to a fine dosing unit for conveying and dosing a predeterminable amount of a fluid.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, in Geräten zur Gas- bzw. Flüssigkeitschromatographie, Kurzhub-Kolben- und Membranpumpen zur Erzielung einer notwendigen Strömungsgeschwindigkeit eines Analyten durch die Analyseapparatur als auch zur Aufgabe einer bestimmten Menge eines Fluids einzusetzen, wobei diese Pumpen stets einen sehr komplexen Aufbau besitzen, nur in eine Richtung fördern können, empfindlich und kostenintensiv sind.It is known from the state of the art to use short-stroke piston and diaphragm pumps in gas and liquid chromatography devices to achieve the necessary flow rate of an analyte through the analysis apparatus and to add a certain amount of a fluid. These pumps always have a very complex structure, can only pump in one direction, are sensitive and costly.
Eine Pumpe für eine entsprechende Verwendung wird beispielsweise in der Druckschrift DE 40 29 616 C2 beschrieben, wobei eine Anlage zum Fördern eines Strömungsmediums eine Pumpe, eine Steuereinrichtung, eine Pumpensteuereinrichtung und einem Leitungssystem als Strömungspfad für das Strömungsmedium aufweist. Eine Dosiervorrichtung mit einer Hubkolbenpumpe fördert ein Medium aus einem Vorratsbehälter in ein System. Zur Überwachung der Förderung und dem Zählen der Pumpenhübe, werden die im Leitungssystem erzeugten Druckschwankungen aufgenommen, ausgewertet und über die detektierte Pulszahl auf basis der Fördermenge je Pumpenhub die Gesamtmenge bestimmt.
In der Druckschrift DE 36 00 341 Al wird eine Feindosierpumpe für Flüssigkeiten, insbesondere zur Anwendung in der HPLC-Technik offenbart, die eine genauere Bestimmung des Fördereinsatzes und damit eine exaktere Regelung ermöglichen soll. Mittels eines Fördereinsatzmelders, der das Öffnen eines Auslaßventils nach der Pumpe überwacht, wird das Vorhandensein eines Strömungsmediums detektiert. Die Feindosierpumpe besteht im Wesentlichen aus einem Pumpenkopfgehäuse, einem Pumpenkopfschild, einer Pumpenkopfbüchse mit Verdrängerraum, einer Kolbenführungshülse und einem KolbenA pump for such use is described, for example, in the publication DE 40 29 616 C2, where a system for conveying a flow medium has a pump, a control device, a pump control device and a pipe system as a flow path for the flow medium. A dosing device with a reciprocating piston pump conveys a medium from a storage container into a system. To monitor the conveying and count the pump strokes, the pressure fluctuations generated in the pipe system are recorded, evaluated and the total amount is determined using the detected number of pulses based on the conveying quantity per pump stroke.
The publication DE 36 00 341 A1 discloses a fine metering pump for liquids, particularly for use in HPLC technology, which is intended to enable a more precise determination of the feed rate and thus a more precise control. The presence of a flow medium is detected by means of a feed rate indicator, which monitors the opening of an outlet valve after the pump. The fine metering pump essentially consists of a pump head housing, a pump head shield, a pump head bushing with displacement chamber, a piston guide sleeve and a piston.
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an einem Schaftteil. Das Schaftteil ist mit einem Antriebsmechanismus verbunden. Der beschriebene Aufbau der Feindosierpumpe nach dem Tauchkolbenprinzip ist insgesamt sehr aufwändig ausgeführt. Sie ist nur für den Laborbetrieb in unbelasteter Umgebung geeignet.on a shaft part. The shaft part is connected to a drive mechanism. The described structure of the fine dosing pump based on the plunger principle is very complex overall. It is only suitable for laboratory use in an uncontaminated environment.
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Feindosiereinheit zum Fördern und Dosieren einer vorbestimmbaren Menge eines Fluids, vorzugsweise von Gasen und Flüssigkeiten zu entwikkeln, die einen geringen Totraum aufweist, vorwärts und rückwärts fördern kann, selbstansaugend und mit geringem Aufwand herstellbar ist.The object of the invention is to develop a fine dosing unit for conveying and dosing a predeterminable amount of a fluid, preferably gases and liquids, which has a small dead space, can convey forwards and backwards, is self-priming and can be manufactured with little effort.
Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The problem is solved by the features listed in claim 1. Preferred developments arise from the subclaims.
Eine erfindungsgemäßen Feindosiereinheit zum Fördern und Dosieren einer vorbestimmbaren Menge eines Fluids wird aus einer Anordnung von drei elektrisch ansteuerbaren Ventilen in Form von Magnetventilen und einem zugehörigen Ventilblock mit inerten Oberflächen von mediumsberührten Teilen gebildet. An dem Ventilblock mit einer Einlass- und einer Auslassbohrung sowie optionalen Schlauchstutzen sind ein erstes Magnetventil als Einlassventil, ein zweites Magnetventil als Dosierventil und ein drittes Magnetventil als Auslassventil angeordnet. Diese drei Magnetventile stehen über Verbindungskanäle im Ventilblock miteinander in Wirkverbindung. Im stromlosen Zustand sind alle Ventile geschlossen, der Förderkanal ist abgesperrt.A fine dosing unit according to the invention for conveying and dosing a predeterminable amount of a fluid is formed from an arrangement of three electrically controllable valves in the form of solenoid valves and an associated valve block with inert surfaces of parts in contact with the medium. A first solenoid valve as an inlet valve, a second solenoid valve as a dosing valve and a third solenoid valve as an outlet valve are arranged on the valve block with an inlet and an outlet bore and optional hose connectors. These three solenoid valves are operatively connected to one another via connecting channels in the valve block. When de-energized, all valves are closed and the conveying channel is blocked off.
Zum Fördern und Dosieren einer bestimmbaren Menge eines Fluids, insbesondere von Flüssigkeiten oder Gasen wird für einen Förderzyklus zunächst das Einlassventil, dann zeitversetzt das Dosierventil geöffnet, das Einlassventil geschlossen und nach weiterer Verzögerung das AuslassventilTo pump and meter a specific amount of a fluid, especially liquids or gases, the inlet valve is opened first for a pumping cycle, then the metering valve is opened after a time delay, the inlet valve is closed and after a further delay the outlet valve
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geöffnet sowie das Dosierventil geschlossen. Das Dosierventil saugt mittels seines Öffnungshubs über das geöffnete Einlassventil ein Volumen eines Gases oder einer Flüssigkeit an. Beim Schließen des Dosierventils wird ein sich im Ventilraum befindliches Medium verdrängt und durch das geöffnete Auslassventil gefördert, da das Einlassventil zu diesem Zeitpunkt bereits wieder geschlossen ist. Die während eines Zyklus geförderte Menge des Mediums wird im Wesentlichen vom Volumen des Ventilraums des Dosierventils bestimmt. Die Ansteuerung der Magnetventile erfolgt mittels Steuerelektronik, deren Ansteuersignale vorzugsweise mittels Software erzeugt und über geeignete Schnittstellen übertragen werden. Es lassen sich für das Zusammenwirken der drei Magnetventile die Öffnungszeiten, Verzögerungen der Öffnungs- und Schließzeitpunkte sowie die Anzahl der Hübe bzw. ein zu dosierendes Volumen als auch die Anzahl der Zyklen pro Zeiteinheit vorgeben, ebenso wie die Förderrichtung. Des Weiteren kann eine Durchflußerkennung und Rückmeldung der Ventilstellung erfolgen.opened and the dosing valve closed. The dosing valve uses its opening stroke to suck in a volume of a gas or liquid via the open inlet valve. When the dosing valve closes, a medium in the valve chamber is displaced and conveyed through the open outlet valve, since the inlet valve is already closed again at this point. The amount of medium conveyed during a cycle is essentially determined by the volume of the valve chamber of the dosing valve. The solenoid valves are controlled by control electronics, the control signals of which are preferably generated using software and transmitted via suitable interfaces. The opening times, delays in the opening and closing times, the number of strokes or a volume to be dosed, the number of cycles per unit of time and the direction of conveyance can be specified for the interaction of the three solenoid valves.
Die Feindosiereinheit kann als geschlossenes Modul mit interner Steuerelektronik ausgeführt sein, wobei lediglich Anschlüsse für die Zu- und Abführung des zu fördernden Mediums über die Einlass- bzw. Auslassbohrung sowie eine Schnittstelle für Steuersignale und Rückmeldungen sowie der Stromversorgung der Magnetventile nach Außen geführt sind.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerelektronik direkt von einer implementierten Speichereinheit mit darauf abgelegten Daten zu fest vorgegebenen Förderzyklen angesteuert werden, so dass die Feindosiereinheit mit einer internen Energiequelle als autarke Einheit vorliegt.The fine dosing unit can be designed as a closed module with internal control electronics, with only connections for the supply and discharge of the medium to be pumped via the inlet or outlet bore as well as an interface for control signals and feedback as well as the power supply of the solenoid valves being led to the outside.
In a further embodiment, the control electronics can be controlled directly from an implemented storage unit with data stored thereon for fixed feed cycles, so that the fine dosing unit with an internal energy source is available as a self-sufficient unit.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in der universellen Anwendbarkeit der Feindosiereinheit, der Dosierung von geringsten Volumina, des robusten und kostengünstigen Aufbaus mit üblichen Magnetventilen. Der Strö-The advantages of the invention are in particular the universal applicability of the fine dosing unit, the dosing of the smallest volumes, the robust and cost-effective construction with conventional solenoid valves. The flow
mungswiderstand für die zu transportierenden Medien wird verringert, da keine sonst üblichen, unter Federvorspannung stehende Ein- und Auslassventile durch den Arbeitsdruck bzw. das Ansaugvakuum zu überwinden sind.The resistance of the media to be transported is reduced because there are no otherwise usual spring-loaded inlet and outlet valves to overcome by the working pressure or the suction vacuum.
Der Einsatz der Feindosiereinheit ist nicht nur im Labor möglich, sondern diese ist auch unter schwierigen Umweltbedingungen, beispielsweise als Modul für eine Analyseapparatur im Feld und bei entsprechender Ausbildung unter Wasser besonders geeignet.The use of the fine dosing unit is not only possible in the laboratory, but it is also particularly suitable under difficult environmental conditions, for example as a module for an analysis apparatus in the field and, with appropriate training, under water.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand vonThe invention is illustrated by way of example with reference to
Fig. 1 als schematische Darstellung der Anordnung der Magnetventile als Feindosiereinheit undFig. 1 as a schematic representation of the arrangement of the solenoid valves as a fine dosing unit and
Fig. 2 als Signalverlauf der Magnetventilansteuerung
näher erläutert.Fig. 2 as signal curve of the solenoid valve control
explained in more detail.
Nach Fig. 1 besteht eine Feindosiereinheit 1 aus einem Ventilblock 2 mit einer Einlassbohrung 3 und einer Auslassbohrung 4, einem ersten Magnetventil als Einlassventil 5, einem zweiten Magnetventil als Dosierventil 6, einem dritten Magnetventil als Auslassventil 7 sowie zugehörigen inneren Verbindungskanälen 8. Die Magnetventile 5; 6; 7 sind im stromlosen Zustand geschlossen, der Fluidkanal von der Einlassbohrung 3 über die Ventilräume, den Verbindungskanälen 8 zur Auslassbohrung 4 ist dadurch gesperrt. Die Ansteuerung der Magnetventile 5; 6; 7- erfolgt mittels einer Steuerelektronik 9, die eine Schnittstelle 10 zur Übertragung von Steuerbefehlen, die mittels Software und Datenverarbeitungseinrichtung generiert werden, aufweist.According to Fig. 1, a fine dosing unit 1 consists of a valve block 2 with an inlet bore 3 and an outlet bore 4, a first solenoid valve as inlet valve 5, a second solenoid valve as dosing valve 6, a third solenoid valve as outlet valve 7 and associated internal connecting channels 8. The solenoid valves 5; 6; 7 are closed when de-energized, the fluid channel from the inlet bore 3 via the valve chambers, the connecting channels 8 to the outlet bore 4 is thereby blocked. The solenoid valves 5; 6; 7 are controlled by means of control electronics 9, which has an interface 10 for transmitting control commands that are generated by means of software and data processing equipment.
Das Fördern und Dosieren einer bestimmten Menge eines Fluids wird durch eine Abfolge von zeitversetzten Öffnungs- und Schliessvorgängen der Magnetventile 5; 6; 7 bewirkt. Fig. 2 zeigt die Signalverläufe zur Ansteuerung des Einlassventils 5, des Dosierventils 6 und des Auslassventils 7 über der Zeit [t] für einen Förderzyklus. Dieser startetThe conveying and dosing of a certain amount of fluid is effected by a sequence of time-delayed opening and closing processes of the solenoid valves 5; 6; 7. Fig. 2 shows the signal curves for controlling the inlet valve 5, the dosing valve 6 and the outlet valve 7 over time [t] for a conveying cycle. This starts
mit dem Öffnen des Einlassventils 5, während dessen Verbleib im geöffneten Zustand 11 wird das Dosierventil 6 nach einem Intervall 12 ebenfalls geöffnet und saugt über die Einlassbohrung 3 das zu fördernde Medium mittels des Öffnungshubs in seinen Ventilraum und verbleibt im geöffneten Zustand 11. Nach einem weiteren Intervall 12 wird das Einlassventil 5 geschlossen sowie nach Verzögerung um ein Intervall 12, das Auslassventil 7 geöffnet. Das Dosierventil 6 wird bei geöffnetem Auslassventil 7 ein Intervall 12 später geschlossen, wobei das Medium im Ventilraum des Dosierventils 6 verdrängt und durch das Auslassventil 7 zur Auslassbohrung 4 gefördert wird. Zum Schluss wird das Auslassventil 7 ebenfalls wieder geschlossen. Die Zeitspanne für ein Intervall 12 liegt im Bereich von 15 bis 50 Millisekunden. Dieser Parameter wird in vorteilhafter Weise für jedes der Magnetventile 5; 6; 7 mittels einer Software separat in den vorgegebenen Bereichen der Intervalle 12 ebenso eingestellt wie die weiteren Parameter für die Gesamtzahl der Zyklen entsprechend der zu fördernden Menge eines Mediums und die Frequenz der Zyklen.when the inlet valve 5 opens, while it remains in the open state 11, the metering valve 6 is also opened after an interval 12 and sucks the medium to be pumped into its valve chamber via the inlet bore 3 by means of the opening stroke and remains in the open state 11. After a further interval 12, the inlet valve 5 is closed and, after a delay of one interval 12, the outlet valve 7 is opened. The metering valve 6 is closed one interval 12 later with the outlet valve 7 open, whereby the medium in the valve chamber of the metering valve 6 is displaced and pumped through the outlet valve 7 to the outlet bore 4. Finally, the outlet valve 7 is also closed again. The time span for an interval 12 is in the range of 15 to 50 milliseconds. This parameter is advantageously set for each of the solenoid valves 5; 6; 7 is set separately by means of software in the predetermined ranges of the intervals 12, as are the other parameters for the total number of cycles according to the quantity of a medium to be pumped and the frequency of the cycles.
Die Förderrichtung der Feindosiereinheit 1 ist damit auch umkehrbar, indem der beschriebene Zyklus mit dem Öffnen des sonst als Auslassventil 7 fungierenden Magnetventils beginnt .The conveying direction of the fine dosing unit 1 is thus also reversible in that the described cycle begins with the opening of the solenoid valve 7, which otherwise functions as the outlet valve.
Die Fördermenge während eines Förderzyklus wird im Wesentlichen von der Größe des Ventilraums des Dosierventils 6 sowie der Kompressibilität des zu fördernden Mediums bestimmt. Als Dosierventil 6 lassen sich verschiedene Bauarten einsetzen, vorzugsweise Membranventile.The delivery rate during a delivery cycle is essentially determined by the size of the valve chamber of the metering valve 6 and the compressibility of the medium to be delivered. Various designs can be used as the metering valve 6, preferably diaphragm valves.
Verwendete BezugszeichenReference symbols used
1 I7O i &eegr; d &ogr; s i &ogr; r e i &eegr; h c i t1 I 7 O i ? d ? si ? rei &eegr; hcit
2 Ventilblock2 Valve block
3 Einlassbohrung 4 Auslassbohrung3 Inlet hole 4 Outlet hole
5 Einlassventil5 Inlet valve
6 Dosierventil6 Dosing valve
7 Auslassventil7 Exhaust valve
8 Verbindungskanäle 9 Steuerelektronik8 Connection channels 9 Control electronics
10 Schnittstelle10 Interface
■11 geöffneter Zustand■11 open state
12 Intervall12 Interval
Claims (5)
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| DE102020211030A1 (en) | 2020-09-02 | 2022-03-03 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method of operating a pump and fluid supply system using such a pump |
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Effective date: 20030703 |
|
| R163 | Identified publications notified |
Effective date: 20031113 |
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Effective date: 20061001 |