DE4318390A1 - Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten aus einem Vorratsbehälter, insbesondere als Flaschenaufsatzdispenser bzw. als automatische Dosierpumpe, mit einem Dosierkolben, der in einem Zylinder geführt ist, der wiederum mit einem Ventilblock verbunden ist, der ein aus einem Einlaß- bzw. Ansaugventil- und einem Auslaßventil be­ stehendes Ventilsystem aufweist und auf dem Vorratsbehälter aufsetzbar ist.

Derartige Dosiervorrichtungen sind bereits seit vielen Jahren bekannt. Sie dienen der dosierten Entnahme von Flüssigkeits­ volumina aus einem Vorratsbehälter und der Abgabe dieser entnommenen dosierten Teilvolumina in ein Auffanggefäß. Der Dosiervorgang erfolgt dabei durch Bewegen des Dosierkolbens in dem vorzugsweise aus Glas bestehenden Zylinder. Dabei sind unterschiedliche Antriebsmöglichkeiten des Dosierkolbens innerhalb des Glaszylinders bekannt.

In den meisten Fällen wird der Kolben manuell bewegt (DE-PS 26 47 206). Die manuelle Betätigung des Dosierkolbens kann auch über ein Getriebe mit einem Handrad durchgeführt werden (EP 0 096 088 B1). Es gibt aber auch bereits Dosiervorrich­ tungen, bei denen der Dosierkolben über einen motorischen An­ trieb bewegt wird.

Da die Flüssigkeitsdosierungen auch mit aggressivsten Medien unterschiedlicher Viskosität und Dichte wie z. B. Säuren, Laugen, Chemikalien, Klebstoffe, Reagenzien, Diagnostika, Aromen, Essenzen, Gifte, Farbstoffe etc. durchzuführen sind, ist eine besondere Werkstoffauswahl notwendig, die wegen des recht komplexen Aufbaus der bekannten Dosiervorrichtungen diese nicht nur störanfällig, sondern wegen des erheblichen Verschleißes auch teuer im Unterhalt machen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor­ richtung zum Dosieren von Flüssigkeiten der eingangs genann­ ten Art zu schaffen, mit welcher bei bequemer und leichter Handhabung und einem kostengünstigen Aufbau der Dosiervor­ richtung Dosierergebnisse mit hoher Genauigkeit erzielt wer­ den können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bewegung des Dosierkolbens im Zylinder mittels eines elek­ tromagnetischen Antriebs erfolgt. Aufgrund des damit berüh­ rungslosen Antriebs wird ein mechanischer Verschleiß im An­ triebssystem vermieden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an dem Dosierkolben ein Stößel aus magnetisierbarem Material angebracht, der zumindest teilweise innerhalb einer Elektro­ spule angeordnet ist. Damit läßt sich der Dosierkolben durch Anlegen eines elektromagnetischen Feldes innerhalb des Glas­ zylinders in Abhängigkeit der angelegten Spannung hin- und herbewegen.

Gemäß einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung besteht der Dosierkolben selbst aus einem magnetisierbaren Material und ist zumindest teilweise innerhalb einer Elek­ trospule angeordnet. In beiden Fällen kann das magnetisier­ bare Material erfindungsgemäß Weicheisen oder Ferrit-Keramik sein.

Die Elektrospule kann erfindungsgemäß in einem Spulenhalter angeordnet sein, der mit dem Gehäuse der Dosiervorrichtung verbunden ist. Zweckmäßigerweise kann die Verbindung zwi­ schen Spulenhalter und Gehäuse verstellbar ausgebildet sei. Der Spulenhalter weist dabei in Fortbildung dieser erfin­ dungsgemäßen Merkmale ein Außengewinde und das Gehäuse ein Innengewinde auf.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse über eine lösbare Verbindung fest mit dem Ventilblock verbunden. Der Ventilblock kann dabei eine Ausgestaltung haben, wie sie in der DE-PS 26 47 206 beschrieben ist.

Der Dosiervorgang läßt sich besonders gut einstellen und verändern, wenn die Position der Elektrospule und die Länge des magnetisierbaren Stößels erfindungsgemäß so gewählt wird, daß bei Anlegen eines elektrischen Stroms an die Elektrospule das elektromagnetische Feld eine derartige Kraft auf den Stößel aufbringt, daß der Dosierkolben soweit angehoben wird, bis der Stößel in dem elektromagnetischen Feld eine Gleichge­ wichtslage annimmt. Damit läßt sich durch einfache Änderung des Stromes die Hubbewegung des Dosierkolbens und damit das angesaugte Flüssigkeitsvolumen in einfacher Weise verändern.

Erfindungsgemäß kann aber auch ein Anschlag im Bewegungsweg des Dosierkolbens bzw. des Stößels vorgesehen sein. Damit braucht der elektrische Strom an der Elektrospule nicht be­ sonders geregelt zu werden. Eine Veränderung des Dosiervolu­ mens läßt sich bei dieser Ausführung erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß der Anschlag im Gehäuse in Bewegungsrichtung des Dosierkolbens bzw. des Stößels verstellbar angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der der Do­ sierkolben selbst aus einem magnetisierbaren Material be­ steht, stützt sich der Dosierkolben vorteilhafterweise über eine Druckfeder an dem Zylinder ab.

In beiden Ausführungsbeispielen kann aufgrund des außeror­ dentlich einfachen Aufbaus der Dosiervorrichtung die Werk­ stoffauswahl so geschehen, daß eine hohe Resistenz gegen chemische Einflüsse des Dosiermittels erreicht wird. Dies gilt sowohl für Dosiervorrichtungen, die als automatische Flaschenaufsatzdispenser als auch als automatische Dosierpum­ pen mit Schlauchanschluß ausgebildet sind.

Um in die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung ein Meßsystem für die Dosiermenge integrieren zu können, ist in Weiterbil­ dung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß die in der Elek­ trospule induzierte Spannung durch eine nachgeschaltete Elek­ tronik, z. B. einen Brückengleichrichter mit nachgeschalteter Glättung, zum Anzeigen des angesaugten Flüssigkeitsvolumens aufbereitet wird.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als Stromversorgung für den Aufbau des Magnetfeldes in der Elektrospule ein ex­ ternes Netzgerät, einen eingebauten Akku und/oder eine ein­ gebaute Batterie vorzusehen.

Schließlich kann durch das erfindungsgemäße Anbringen einer Skala am Gehäuse und eines Zeigers am Halter für die Elek­ trospule die Möglichkeit geschaffen werden, das gewünschte Flüssigkeitsvolumen voreinzustellen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in Kombination den Gegenstand der Erfindung, un­ abhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht auf eine als Flaschenaufsatzdispenser ausgebildete erfindungsgemäße Dosiervorrichtung,

Fig. 2. eine Ansicht auf die in Fig. 1 gezeigte Dosiervor­ richtung mit abgenommenem Gehäuse,

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung,

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dosiervor­ richtung und

Fig. 5 in schematischer Darstellung ein Meßsystem für die Dosiermenge zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung.

Die Dosiervorrichtung 1 für Flüssigkeiten besteht im wesent­ lichen aus einem Dosierkolben 2 und einem Glaszylinder 3, an dem ein Ventilblock 4 mit einem nicht dargestellten inte­ grierten Ventilsystem angebracht ist. Das Ventilsystem kann den gleichen Aufbau wie das in der DE-PS 26 47 206 beschrie­ bene Dosiergerät haben. Dieses weist ein Einlaß- oder Ansaug­ ventil und ein Auslaßventil auf, bei denen es sich um Kugel­ ventile handelt, die achsparallel im Ventilblock nebenein­ anderliegende und durch einen schräg abwärtsgerichteten Kanal miteinander verbunden und schwerkraftbeaufschlagt sind.

In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem Dosierkolben 2 ein Stößel 5 aus magnetisierbarem Material, z. B. Weicheisen oder Ferrit-Keramik angebracht. Der Dosier­ kolben 2 kann ein geschliffener Glaskolben oder ein Kolben mit einer PTFE-Ummantelung sein, wie er in dem EP 0 075 670 B1 beschrieben ist.

Die Bewegung des Dosierkolbens 2 im Glaszylinder 3 erfolgt mittels eines elektromagnetischen Antriebs 6. Hierfür ist im Gehäuse 7 der Dosiervorrichtung 1 eine Elektrospule 8 vor­ gesehen, in der der magnetisierbare Stößel 5 zumindest teil­ weise angeordnet ist. Die Elektrospule 8 wird von einem Spu­ lenhalter 9 gehalten, der mit dem Gehäuse 7 verstellbar ver­ bunden ist. Hierfür weist der Spulenhalter 9 ein Außengewinde 10 und das Gehäuse 7 ein Innengewinde 11 auf. Die Verstellung kann aber auch durch reines Verschieben des Spulenhalters 9 im Gehäuse 7 erfolgen, wobei der Spulenhalter 9 in der ge­ wünschten Position gegenüber dem Gehäuse 7 arretiert wird.

Zwischen dem Gehäuse 7 und dem Spulenhalter 9 kann auch eine starre Verbindung bestehen. Das Gehäuse 7 ist über eine lösbare Verbindung 12 mit dem Ventilblock 4 fest verbunden.

Die Position der Elektrospule 8 und die Länge des Stößels 5 wird so gewählt, daß bei Anlegen eines elektrischen Stroms an die Elektrospule 8 durch das dadurch entstehende elektroma­ gnetische Feld eine Kraft auf den Stößel 5 aufgebracht wird, die den Dosierkolben 2 soweit anhebt, bis der Stößel 5 in dem elektromagnetischen Feld eine Gleichgewichtslage annimmt. Durch das Anheben des Dosierkolbens 2 im Glaszylinder 3 wird eine bestimmte Flüssigkeitsmenge aus einem Vorratsbehälter angesaugt, der in Fig. 1 eine Flasche 13 mit Gewindehals ist. Der Vorratsbehälter kann aber auch ein Kanister, ein Faß oder ein Gebinde etc. sein. Durch Unterbrechen des elektrischen Stroms wirkt auf den Stößel 5 keine Kraft mehr und der Do­ sierkolben 2 senkt sich durch sein Eigengewicht und stößt dabei die im Glaszylinder 3 befindliche Flüssigkeit durch den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausgießer 14 am Ventilblock 4, in einen nicht dargestellten Auffangbehälter.

Die Flüssigkeitsmenge, die dosiert werden soll, kann auch dadurch eingestellt werden, daß der mit dem Dosierkolben 2 verbundene Stößel 5 beim Ansaugen gegen einen Anschlag 15 fährt, der den Weg des Dosierkolbens 2 begrenzt. Der Anschlag 15 kann entweder fest oder verstellbar in dem Gehäuse 7 an­ geordnet sein. Der Anschlag 15 kann Bestandteil des Ver­ schlusses 16 des Gehäuses 7 sein. Der Verschluß 16 kann, wie insbesondere Fig. 1 zeigt, in die obere Öffnung 17 des Ge­ häuses 7 eingeschraubt werden.

Die Funktion des Stößels 5 kann aber auch der Dosierkolben 2 selbst übernehmen, wie dies aus dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich ist. Zum besseren Verständnis haben gleiche Bauteile der Ausführungsbeispiele gleiche Be­ zugszeichen.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Dosiervorrichtung 1 ist die Elek­ trospule 8 um den Glaszylinder 3 herum auf dem Ventilblock 4 angeordnet. Der in dem Glaszylinder 3 geführte magnetisier­ bare Dosierkolben 2 stützt sich über eine Druckfeder 18 am Boden 19 des Verschlusses 16 und am oberen Rand des Glaszy­ linders 3 ab. Der Verschluß 16 ist in das Gehäuse 7 von oben eingeschraubt, während das Gehäuse 7 wieder lösbar mit dem Ventilblock 4 verbunden ist.

Die Elektrospule 8 ist so ausgebildet, daß beim Anlegen eines elektrischen Stromes an die Elektrospule der magnetisierbare Dosierkolben 2 gegen die Kraft der Feder 18 in den Glaszy­ linder 3 bis in eine kräftemäßige Gleichgewichtslage gezogen wird. Wird der Strom abgeschaltet, drückt die Druckfeder 18 den Dosierkolben 2 nach oben gegen den Anschlag 15 aus dem Glaszylinder 3 und drückt dabei die sich in dem Zylinder befindliche Flüssigkeit durch das nicht dargestellte Auslaß­ ventil im Ventilblock 4 und den Ausgießer 14 nach außen in einen Auffangbehälter.

Die besondere Anordnung einer Elektrospule 8 um den Dosier­ kolben 2 bzw. den Stößel 5 ermöglicht die Anordnung eines Meßsystems für die Dosiermenge in der Dosiervorrichtung 1. Das Meßsystem 20 ist in Fig 5 schematisch veranschaulicht.

Das Meßsystem 20 besteht im wesentlichen aus einem weiteren Spulenpaar 21, 22, das auf die Elektrospule 8 aufgebracht wird. Dabei wird die eine Spule 21 mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Durch das Eintauchen des Stößels 5 in das Spu­ lenpaar 21, 22 wird eine magnetische Kopplung zwischen den Spulen 21 und 22 hergestellt. Der Kopplungsgrad hängt dabei von der Position des Stößels 5 relativ zu den Spulen 21 und 22 ab und bestimmt dadurch die Größe der in der Spule 22 induzierten Spannung.

Die Größe der in der Spule 22 induzierten Spannung ist damit ein Maß für die Position des Stößels 5 in dem Glaszylinder 3. Da der Stößel 5 fest mit dem Dosierkolben 2 verbunden ist, ist die in der Spule 22 induzierte Spannung ein Maß für das angesaugte Volumen. Um das angesaugte Volumen anzeigen zu können, läßt sich die Spannung durch eine nicht dargestellte nachgeschaltete Elektronik, z. B. einen Brückengleichrichter mit nachgeschalteter Glättung, aufbereiten.

Damit kann die Dosiervorrichtung 1 auch in rechnergesteuerten Dosiersystemen verwendet werden. Trotz allem ist der Aufbau der Dosiervorrichtung derart einfach, daß sich das ebenso wie der Spulenhalter 9 aus PVC oder PTFE gefertigte Gehäuse 7 mit relativ einfachen Handgriffen zerlegen läßt, so daß das Zy­ linder-/Kolbensystem gereinigt und ggfls. sterilisiert werden kann. Das Gehäuse ist dabei so konstruiert, daß bei einer Demontage und anschließenden Montage das voreingestellte Volumen erhalten bleibt.

Bezugszeichenliste

1 Dosiervorrichtung
2 Dosierkolben
3 Glaszylinder
4 Ventilblock
5 Stößel
6 elektromagnetischer Antrieb
7 Gehäuse
8 Elektrospule
9 Spulenhalter
10 Außengewinde
11 Innengewinde
12 lösbare Verbindung
13 Vorratsbehälter (Flasche)
14 Ausgießer
15 Anschlag
16 Verschluß
17 Öffnung
18 Druckfeder
19 Boden
20 Meßsystem
21 Spule
22 Spule

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten aus einem Vorratsbehälter, mit einem Dosierkolben, der in einem Zylin­ der geführt ist, der wiederum mit einem Ventilblock verbunden ist, der ein aus einem Einlaß-, bzw. Ansaugventil und einem Auslaßventil bestehendes Ventilsystem aufweist und auf den Vorratsbehälter aufsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Dosierkolbens (2) im Zylinder (3) mittels eines elektromagnetischen Antriebs (6) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dosierkolben (2) ein Stößel (5) aus magnetisierbarem Material angebracht ist, der zumindest teilweise innerhalb einer Elektrospule (8) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (2) aus magnetisierbarem Material besteht und zumindest teilweise innerhalb einer Elektrospule (8) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das magnetisierbare Material Weicheisen oder Ferrit- Keramik ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elektrospule (8) in einem Spulenhalter (9) an­ geordnet ist, der mit dem Gehäuse (7) der Dosiervorrichtung (1) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Spulenhalter (9) und Gehäuse (7) verstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenhalter (9) ein Außengewinde (10) und das Gehäuse (7) ein Innengewinde (11) aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) über eine lösbare Ver­ bindung (12) mit dem Ventilblock (4) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Elektrospule (8) und die Länge des magneti­ sierbaren Stößels (5) so gewählt sind, daß bei Anlegen eines elektrischen Stromes an die Elektrospule (8) das elektroma­ gnetische Feld eine derartige Kraft auf den Stößel (5) auf­ bringt, daß der Dosierkolben (2) so weit angehoben wird, bis der Stößel (5) im elektromagnetischen Feld eine Gleichge­ wichtslage annimmt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsweg des Dosierkolbens (2) bzw. des Stößels (5) ein Anschlag (15) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (15) im Gehäuse (7) in Bewegungsrichtung des Dosierkolbens (2) bzw. Stößels (5) verstellbar angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (2) sich über eine Druckfeder (18) einer­ seits am Boden (19) des Verschlusses (16) und andererseits am Zylinder (2) abstützt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Elektrospule (8) ein wei­ teres Spulenpaar (21, 22) aufgebracht ist, deren eine Spule (21) mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist, und daß durch das Eintauchen des fest mit dem Dosierkolben (2) ver­ bundenen magnetisierbaren Stößels (5) in dieses Spulenpaar (21, 22) eine magnetische Kopplung zwischen den Spulen (21) und (22) hergestellt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Elektrospule (8) induzierte Spannung durch eine nachgeschaltete Elektronik, z. B. einen Brückengleich­ richter mit nachgeschalteter Glättung, zum Anzeigen des ange­ saugten Flüssigkeitsvolumens aufbereitet wird.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung für den Auf­ bau des Magnetfeldes in der Elektrospule (8) mittels eines externen Netzgerätes, eines eingebauten Akkus und/oder einer eingebauten Batterie erfolgt.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (7) eine Skala und am Spulenhalter (9) ein Zeiger für die Elektrospule (8) angeord­ net sind.