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Einrichtung zur Konstanthaltung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels
eines Vorratsgefäßes Iti vielen Fällen besteht die Aufgabe, eine genlau dosierte
Flüssigkeitsmenge einem chemischen Prozeß zuzrtfü'hren.
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Üblich sind hierfür Dosierpumpen, die aber infolge der bewegten Teile
leicht zu Anfälligkeiten, z.13. C'ndichtigkeiten an Ventilen und Stopfbüchsen, neigen.
Besonders können erhebliche Stnrun:gen bei stark korrodierenden Flüssigkeiten und
Temperaturen der Flüssigkeiten nahe ihrem Verdampfungspunlkt auftreten.
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In solchen Fällen sind die bekannten Dosiereinricihtungen mittels
Ausfluß oder Durclifluß von Blenden, Düsen oder Kapillaren von Vorteil. Hierbei
ist aber Voraussetzung, draß der Druck vor dem Dosier-erä t konstant gehalten wird,
cla bei freiem :lusfluß die AusfluBmenge von der Druckhöhe je nach Art der Dosiereinrichtung
quadratisch oder linear abhängig ist.
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Die Erfindung bezweckt die Kon:stantllialtung der Hölle des Flüssigkeitsspiegels
eines Vorratsgefäßes ;n bezug auf einen im Raum festliegenden Punkt, beispielsweise
dieAusflußöffnungdes Dosiergerätes, unabhängig von der Stoffmenge, die sich gerade
im Vorratsgefäß befindet. Dies wird gemäß Erfindung dadurch erreicht, draß das Vorratsgefäß
direkt oder in Verbindung mit Hdhlschwi,mmern in einem zweiten Gefäß sdhwimmt, wobei
Abmessung und Form der Gefäße entsprechend der Dichten der beiden Flüssigkeiten
aufeinander abgestimmt sind. Grun@ds:itzlioh können die dabei verwendeten Gefäße
beliebige
Formen !haben, sofern man sic: entsprechend aufeinander
abstimmt. Praktisch ist es schon aus Herstellungsgründen zweckmäßig, zylindrische
Gefäße zu verwenden.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
schematisch veranschaulicht.
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Abb. i zeigt die grundsätzliche Anordnung einer solchen Einrichtung.
Die zu dosierende Flüssigkeit von der Dichte o1 befindet sich in dem zylindrischen
Vorratsgefäß V vom Querschnitt F1, das mit dem zylindrischen Schwimmergefäß S vom
Querschnitt Fs fest verbunden ist. Dieses Gefäß S schwimmt in einer Flüssigkeit
von der Dichte 221 von der eine vorgegebene Menge in das zylindrische Gefäß "!_
vom Querschnitt F2 eingebracht ist.
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Wird das Gefäß V aufgefüllt, so taucht der Schwimmer S tiefer in die
Flüssigkeit des Gefäßes 7_ ein. Dadurch steigt aber der Flüssigkeitsspiegel H2 in
dem Gefäß Z an, und der Auftrieb des Schwimmers S wird: größer. Es läßt sich nun
rechnerisch zeigen, daß der Flüssigkeitsspiegel im Gefäß L' sich unabhängig von
der in das Gefäß V eingefüllten Flüssigkeitsmenge immer auf die Höhe Ho einstellt,
wenn die Bedingung erfüllt ist:
Die Anordnung nach Abb. i kann zu Schwierigkeiten führen, wenn die Flüssigkeit im
Behälter Z *zu hohen Dampfdruck hat und dadurch eine merkliche Verdunstung auftritt.
In diesem Falle nimmt die Flüssigkeitsmenge im Gefäß Z im Laufe der Zeit allmählich
al>, und die HöheHo ändert sich ganz langsam, sofern man nicht in gewissen Zeitabständen
die Füllung nachprüft und nötigenfalls ergänzt.
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Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn der (-)uersehnitt des Gefäßes
Z unendlich groß ist. In #7iileichung (i) verschwindet dann das zweite Glied, und
die Beziehung vereinfacht sich zu
Ist das Gefäß Z im Durchmesser unendlich groß, so bleibt die Spiegelhöhe H2 konstant,
wenn das Schwimmergefäß S endlichen Querschnitt hat.
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Praktisch' läßt sich dieser Fall auch bei endlichem Querschnitt des
Gefäßes Z verwirklichen, sofern man nur dafür sorgt, daß der Flüssigkeitsspiegel
H2 durch einen Überlauf auf gleicher Höh.: gehalten wird. Der Durchmesser des Gefäßes
Z kann dann beliebig gewählt werden.
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Ab-b. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für diesen Fall.
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Die in Abb. i und 2 gezeigten Anordnungen sind grundsätzlich für alle
vorkommenden Fälle anwendbar; die Dichte 9i der zu dosierenden Flüssigkeit kann
dabei größer oder kleiner sein als die Dichte o.@ der Badflüssigkeit.
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In manchen Fällen kann bei den Ausführungen nach Abb. i und 2 die
hohe Schwerpunktlage der beiden miteinander verbundenen Gefäße V und .S' sich störend
bemerkbar machen, indem das Schwimmersystem instabil wird. Man kann dann die Stabilität
durch ein Gegengewicht G wiederherstellen, wie beispielsweise in Abb. 2 gezeigt
wird. Dabei kann dann das Gegengewicht-das Leergewicht der Behälter V und
S ganz oder auch nur zum Teil ausgleichen.
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Für den Fall, daß die zu dosierende Flüssigkeit schwerer ist als die
Flüssigkeit im Behälter Z, also o1 J o2, lassen sich zweckmäßigere Anordnungen anwenden,
die auch einen Gewichtsausgleich des Schwimmersystems unnötig machen.
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Abb. 3 zeigt eine solche Anordnung, bei der der Schwimmer S wegfällt.
Diese Ausführungsform läßt sich, wie Gleichung (3) ohne weiteres erkennen läßt,
nur in Fällen anwenden, wenn in das Gefäß Z eine vorgegebene Menge Flüssigkeit von
der Dichte 2, eingefüllt wird. plan kann hier also nicht den durch Überlauf U konstant
gehaltenen Flüssigkeitsspiegel H2 im Gefäß Z anwenden.
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Der Spiegel der zu dosierenden Flüssigkeit von der Dichte o1 bleibt
unabhängig von der in das Gefäß i eingebrachten Menge dieser Flüssigkeit auf, der
konstanten Höhe Ha, wenn die Bedingung erfüllt ist:
Bei dieser besonders einfachen, praktischen Ausführung des Erfindungsgedankens besteht
aber bei leicht verdunstbaren Flüssigkeiten im Behälter 7. wieder die Gefahr einer
allmählichen Änderung der Höhe Ho. Diese kann man hier durch die folgende, in Abb.
4 gezeigte Anordnung vermeiden.
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Das die ztt dosierende Flüssigkeit von der Dichte o1 endhaltende zylindrische
Gefäß V vom Querschnitt F1 ist mit einem Hohlschwimmer S fest verbunden, der sich
zweckmäßig als zylindrisches Mantelgefäß konzentrisch um das Gefäß V herumlegt.
Das mit dem Schwimmermantel versehene Gefäß V schwimmt in dem Gefäß Z, das beliebigen
Durchmesser hat und mit einer Flüssigkeit von der Dichte 22 gefüllt ist, deren Höhe
durch einen Überlauf U konstant genalten wird.
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Wird in das Gefäß V Flüssigkeit von der Dichte o1 nachgefüllt, so
hat es das Bestreben, tiefer in die Flüssigkeit von der Dichte 22 einzutauchen,
gleichzeitig wird aber auch der mit dem Gefäß V fest verbundene Schwimmer S mit
eintauchen und die Eintauchtiefe teilweise kompensieren.
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Man kann nun die Abmessungen so wählen, daß unabhängig von der im
Gefäß V befindlichen Menge die Spiegelhöhe Ho die gleiche bleibt. Die theoretischen
Überlegungen zeigen nach Gleichung (i), daß das der Fall ist, wenn
Die in Abb. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele sind besonders dann brauchbar,
wenn die zu dosierende Flüssigkeit im Gefäß Ü auf einer bestimmten, von derUmgebung
abweichendenTemperatur gehalten werden muß. Das Gefäß V kann
auch
als Schmelzgefäß Verwendung finden. wobei der Stoff also in fester Form eingebracht
wird und durch Wärmezufuhr von der Flüssigkeit des Beliiilters 7. aus der festen
in die flüssige Phase übergeführt wird.
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Abh. j zeigt dic Anwendung der Erfindung an einem praktischen Beispiel.
Die zu dosierend; Flüssigkeit \-oti der Dichte o1 befindet sich in dem Speicherlxh@ilter
i und wird je nach Bedarf in größeren oder kleineren 7eitabständen durch Öffnen
des Hahnes z (lern mit einem Schwimmermantel entsprechender Abmessungen versehenen
Gefäß 3 zugeführt. Das Gefäß 3 schwimmt in der Flüssigkeit von der Dichte o_, z.
B. Wasser, in dem Gefäß d, dessen Spiegel durch den Überlauf 5 auf gleicher höhe
gehalten wird. Die in dem Überlauf abfließende Wassermenge wird durch den Zulauf
6 wieder ergänzt. Aus dem Schwimmergefäß 3 wird die hliissigkeit mittels des Heberst
von reichlichem 1)tirdliflußquersclinitt in das Gefäß 8 gefördert, dessen Flüssigkeitsspiegel
mit (lern im Gefäß 3 kominuniziert, Am Boden des Gefäßes 8 befindet sich eine Meßdüse
p, durch die infolge der konstanten THlie Il. stets <iie gleiche Flüssigkeitsmenge
ausfließt. in dem Trichter io aufgefangen und durch die R(ihrleitung i i dem Verbraucher
zugeführt wird.
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Die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten
kann für alle Fälle der NTeß- oder Regeltechnik. in denen es darauf ankommt, einen
Flüssigkeitsspiegel unabhängig von Zu- und Ablauf konstant zu halten, angewendet
wcr@hn. Dichten der beiden Flüssigkeiten aufeinander abgestimmt sind.
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z. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet,
daß das zylindrische 'Gefäß auf einem zylindrischen Schwimmer sitzt, der in dem
mit konstanter Fiiissigkeitsmenge gefüllten zylindrischen zweiten Gefäß schwimmt,
wobei das Verhältnis der Querschnitte von Vorratsgefäß und Schwimmer, vermindert
um das Querschnittsverhältnis von Vorratsgefäß und zweitem Gefäß, gleich dem Verhältnis
der Dichten der Flüssigkeiten im zweiten Gefäß und Vorratsgefäß ist.
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3. Ausführung der Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,
daß das zylindrisolie Vorratsgefäß auf einem zylindrischen Schwimmer sitzt, der
in dem mit einem Leberlauf versehenen zweiten Gefäß schwimmt, wobei sich der Querschnitt
des Vorratsgefäßes zu dem des Schwimmers verhält wie die Dichte der Flüssigkeit
im zweiten Gefäß zur Dichte der Flüssigkeit im Vorratsgefäß.
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Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch i für Flüssigkeiten
im Vorratsgefäß von höherer Dichte als im zweiten Gefäß, dadurch gekennzeichnet,
daß das zylindrische Vorratsgefäß in dem mit konstanter Flüssigkeitsmenge gefüllten
zweiten Gefäß schwimmt, wobei der Querschnitt des Vorratsgefäßes sich zum OOuersahnitt
des zweiten Gefäßes verhält wie die Differenz der Dichten der Flüssigkeiten im Vorratsgefäß
und im zweiten Gefäß zur Dichte der Flüssigkeit im Vorratsgefäß.
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Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch i für Flüssigkeiten
im Vorratsgefäß mit 'höherer Dichte als im zweiten Gefäß, dadurch gekennzeichnet,
d@aß das zylindrische Vorratsgefäß mit einem zylindrischen Schwimmer verbunden ist
und beide in dem mit Überlauf versehenen zweiten Gefäß schwimmen, wobei der Querschnitt
des Vorratsgefäßes sieh zur Summe der Querschnitte von Vorratsgefäß und Schwimmer
verhält wie die Dichte der Flüssigkeit im zweiten Gefäß zur Dichte der Flüssigkeit
im Vorratsgefäß.