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Verfahren und Vorrichtung zur Ausgabe einer vorbestimmten Menge einer
Flüssigkeit aus einem Behälter Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Ausgabe einer vorbestimmten Menge einer Flüssigkeit aus einem Behälter, in dem die
Flüssigkeit unter dem Druck eines mit der Flüssigkeit nicht mischbaren Gases steht.
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Bisher war es nicht möglich, Flüssigkeit in einer vorbestimmten Menge
unter dem Druck eines mit der Flüssigkeit unvermischbaren Gases, wie z. B.
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Stickstoff, aus einem Behälter abzugeben. Hatte man nämlich die Meßkammer
von dem Behälter abgeschlossen, um damit eine bestimmte Menge der Flüssigkeit gegenüber
der noch im Behälter befindlichen Flüssigkeit abzugrenzen, so wurde gleichzeitig
eine Übertragung des in dem Behälter vorhandenen Gasdrucks unterbrochen. Dieser
Gasdruck konnte infolgedessen nicht mehr wirksam werden, um die in der Meßkammer
eingeschlossene Flüssigkeit aus derselben auszutreiben. Bei Gasen, die sich mit
der abzugebenden Flüssigkeit vermischen, besteht diese Schwierigkeit nicht, da zugleich
mit der abzugebenden Flüssigkeit ein Teil des vermischbaren Gases in die Meßkammer
gelangt, so daß dieses Gas auch nach Abschluß der Kammer wirksam werden und die
abgetrennte Flüssigkeitsmenge aus der Meßkammer herausdrücken kann.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu finden, die es gestatten, als Druckgas nicht nur ein solches zu verwenden, das
sich mit der zu dosierenden Flüssigkeit vermischt, sondern auch ein solches, das
mit der Flüssigkeit unvermischbar ist. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung
Luft von atmosphärischem Druck in einer Meßkammer eingeschlossen, dann wird Flüssigkeit
unter dem Druck im Behälter in die Meßkammer gedrückt und dabei die Luft verdichtet,
bis der Druck in der Meßkammer dem im Behälter im wesentlichen gleich ist. Anschließend
wird die Verbindung zwischen dem Behälter und der Meßkammer unterbrochen, so daß
die gewünschte, vorherbestimmbare Menge der Flüssigkeit in der Meßkammer eingeschlossen
ist, und hierauf wird die Meßkammer mit der Außenluft in Verbindung gebracht, wobei
sich die verdichtete Luft entspannt und die Flüssigkeit aus der Meßkammer heraustreibt.
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Bei einer Vorrichtung zur Ausgabe einer vorbestimmten Menge einer
Flüssigkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von einem Ventilgehäuse
ausgegangen, das eine Meßkammer enthält, in der eine Ventileinrichtung mit einem
Einlaß, der die Meßkammer mit dem Behälter verbindet und einem Auslaß, der die Meßkammer
mit
der Außenluft verbindet, derart hin- und herbewegbar ist, daß jeweils nur entweder
der Einlaß oder der Auslaß geöffnet ist. Gemäß der Erfindung ist dabei ein Gehäuse
vorgesehen, das eine Luftkammer aufweist, die mit der Meßkammer ständig in Verbindung
steht.
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Bei den bekannten Vorrichtungen fehlt eine derartige Luftkammer.
Selbst bei einer speziellen Bauweise mit einem ringförmigen Meßraum wird derselbe
bei in der Ruhelage befindlichem Betätigungsorgan vollständig von der abzugebenden
Flüssigkeitsmenge und einem Teil des vermischbaren Gases ausgefüllt. Es verbleibt
also in der Meßkammer keine Luftmenge, die entsprechend dem im Behälter befindlichen
Gasdruck komprimiert werden könnte.
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Ein Ausstoß der in der Meßkammer befindlichen Flüssigkeit kann hierbei
nur bei Verwendung eines vermischbaren Gases als Druckmittel erfolgen. Im übrigen
erfolgt bei der bekannten Bauart der Zutritt von Flüssigkeit und vermischbarem Gas
in die ringförmige Meßkammer durch eine seitliche Eintrittsöffnung, die etwas oberhalb
des Bodens der ringförmigen Meßkammer liegt. Infolgedessen könnte sich die Meßkammer
bei Verwendung der Vorri,chtung mit einem unvermischbaren Gas nicht vollständig
beim Abgeben der Flüssigkeit entleeren, weil am Boden der Meßkammer bis zur Höhe
der Eintrittsöffnung eine Tasche gebildet wird, in der stets
eine
gewisse Menge der Flüssigkeit zurückbleibt.
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Hierbei würde sich infolgedessen die Menge der abgegebenen Flüssigkeit
ändern, je nachdem, in welcher Lage etwa die Vorrichtung gehalten wird, und im übrigen
wäre bei der Anwendung für pharmazeutische Flüssigkeiten eine Vermischung bei Wechsel
des Behälterinhalts und damit eine Verunreinigung zu befürchten.
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Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Ausgabevorrichtung nach
der Erfindung umgibt demgegenüber die Luftkammer die im Ventilgehäuse befindliche
Meßkammer dicht abschließend und sie steht durch Kanäle od. dgl., die am Boden der
Luftkammer münden, mit der Meßkammer in Verbindung.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung einer Ausführungsform
der Erfindung, in welcher gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen. Es zeigt
Fig. 1 eine Ansicht im Aufriß und im Schnitt einer Ausgabepackung mit einem erfindungsgemäßen
Zumeßventil, F i g. 2 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht im Aufriß und im
Schnitt einer Ausgabepackung mit einem Zumeßventil, durch das bestimmte Materialmengen
unter dem Druck eines unmischbaren Gases ausgegeben werden können, F i g. 3 eine
Schnittansicht, gesehen in Richtung der Pfeile 3-3 in F i g. 2, und F i g. 4 eine
der F i g. 2 ähnliche Ansicht, bei welcher jedoch eine Abänderung vorgesehen ist,
um die Ausgabe des Materials unter konstantem Druck, so daß es versprüht werden
kann, zu erleichtern.
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In F i g. 1 bis 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Zumeßventils, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, im Hals 11 eines Behälters 12
angeordnet gezeigt. Das Ventil 10, welches bei der dargestellten Ausführungsform
der Erfindung aus einer an sich bekannten oder Ventilgrundeinheit 13 und aus einer
Hilfseinheit 14 besteht, kann bei der Betätigung des Ventils eine zugemessene Menge
Material M unter dem Druck eines unmischbaren Gases G aus dem Behälter liefern.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit Zumeßventilen üblicher Bauarten Anwendung
finden kann, wird sie hier in Verbindung mit einer Ventilgrundeinheit 13 beschrieben,
die ein rohrförmiges Ventilgehäuse 15 aufweist, das in seinem inneren Ende ein rohrförmiges
Abschlußteil 17 enthält, das mit einer Bohrung 18 versehen ist. Die Bohrung 18 im
Rohr 17 ist bei 18 a erweitert. Im anderen Ende des Gehäuses 15 ist ein elastischer
Deckel 19 mit einer durchgehenden Bohrung 20 angeordnet. Der Bereich zwischen dem
Abschlußteil 17 und dem Deckel 19 bildet eine Meßkammer 21 von bestimmter Größe.
Das Gehäuse 15 ist an seinem äußeren Ende mit einem etwa pfannenförmigen Sitz 22
ausgebildet, auf dem der elastische Deckel 19 aufliegt. Die rohrförmige Wandung
des Ventilgehäuses 15 hat in der Nähe des oberen Endes einen Flansch 23. Der zwischen
dem Flansch 23 und dem Sitz 22 befindliche Teil des Ventilgehäuses 15 ist zwecks
Befestigung des Ventils in den Hals 11 des Behälters 12 eingepreßt.
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Im Ventilgehäuse 15 ist ein Ventilschaft24, der einen inneren Schaftteil
25 und einen äußeren Schaftteil 26 aufweist, die miteinander aus einem Stück bestehen
und durch eine Schulter 27 vonein-
ander getrennt sind, so angeordnet, daß der äußere
Schaftteil sich durch die Bohrung 20 in der Ventilscheibe 19 erstreckt und über
den Behälter herausragt. Der äußere Teil 26 des Ventilschaftes ist mit einem Längskanal
28 versehen und enthält eine seitliche Bohrung 29, welche benachbart der Außenfläche
des Deckels 19 angebracht ist. Der innere Teil 25 des Ventilschaftes 24 erstreckt
sich in die Bohrung 18 des Abschlußteils 17 und ist an seinem Ende mit einer Abflachung
30 ausgebildet, die sich normalerweise innerhalb der Bohrung 18 befindet.
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Ein elastisches Element in Form einer Schraubenfeder 31 od. dgl. drückt
den Ventilschaft 24 nach oben in seine nach außen ragende Ruhestellung, wo durch
die Schulter 27 in Anlage an der Innenfläche des Deckels 19 gedrückt wird, um das
Gehäuse gegen die Außenluft abzudichten. In der Ruhestellung des Ventilschaftes
24 besteht eine Verbindung zwischen der Meßkammer 21 des Gehäuses 15 und dem Inneren
des Behälters 12 durch die Öffnung 18 zwischen dessen Wand und der Abflachung 30
des inneren Ventilschaftteils 25. Das innere Ende der Schraubenfeder 31 stützt sich
unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe auf einer Dichtung 32 ab und drückt
diese in die Erweiterungl8a der Bohrungl8, um diese dichtend abschließen zu können.
In an sich bekannter Weise ist an den Hals 17 des Ventilgehäuses 15 ein Tauchrohr
33 angeschlossen, das sich zum Boden des Behälters 12 erstreckt, um die Strömung
des Materials M in die Meßkammer 21 zu erleichtern.
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Bei dem Betrieb der an sich üblichen Ventilgrundeinheit 13 tritt,
wie ohne weiteres verständlich ist, Material unter dem Druck eines mischbaren Gases,
beispielsweise Freon (Monochloridfluormethan), in die Meßkammer 21 durch das Tauchrohr
33, den Hals 17 und die Öffnung 18, um die Abflachung 30 des inneren Ventilschaftteils
25 herum ein. Wenn sodann das Material aus der MeS kammer ausgegeben werden soll,
wird der Ventilschaft 24 durch Ausübung eines axialen Drucks auf diesen mittels
eines Knopfes oder Betätigungsgliedes 34 niedergedrückt, so daß der innere Ventilschaftteil
25 in die Öffnung 18 bewegt wird. Nachdem die Meßkammer21 gegenüber dem Inneren
des Behälters 12 abgeschlossen worden ist, wird durch ein weiteres Niederdrücken
des Ventilschaftes entgegen der Wirkung der Feder 31 die Bohrung 29 in die Meßkammer
verschoben, wodurch die letztere über den Längskanal 28 mit der Außenluft in Verbindung
gebracht wird. Wenn das Material in der Meßkammer durch die Entspannung des mischbaren
Gases ausgegeben worden ist, wird der Druck auf den Ventilschaft aufgehoben, so
daß dieser durch die Feder 31 in seine Ausgangs- oder Normalstellung zurückgeführt
wird.
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Bisher war es bei Zumeßventilen ähnlich der Ventilgrundeinheit 13
nicht möglich, Materialien unter dem Druck unmischbarer Gase auszugeben.
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Wenn ein unmischbares Gas, beispielsweise Stickstoff, zur Ausgabe
eines Materials M verwendet wird, bleibt das Gas vom Material getrennt und bildet
einen Gaskopf P, der wie ein Kolben auf das Material M wirkt und dieses im Tauchrohr
33 nach oben und in die Meßkammer 21 drückt. Nachdem die Meßkammer vom Inneren des
Behälters durch Niederdrücken des Ventilschaftes 24 abgeschlossen worden ist, wird
das inerte Material in der Meßkammer
21 eingeschlossen, wobei keine
Mittel für dessen Austreiben aus dieser vorgesehen sind, wenn die Kammer bei weiterem
Niederdrücken des Ventilschaftes mit der Außenluft in Verbindung gebracht wird.
Zur Schaffung einer Ausgabeeinrichtung, mit der Material unter dem Druck unmischbarer
Gase ausgegeben werden kann, sind gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen, bei welchen
Luft durch das gemessene Material in einer Kammer eingeschlossen und dadurch verdichtet
wird, so daß sie auf das Material in der Kammer wie ein Kolben wirkt, um dieses
aus der Kammer zu verdrängen, wenn diese gegenüber dem Behälter abgeschlossen und
zur Außenluft geöffnet wird.
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Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ergänzt eine
Hilfseinheit 14, welche eine Luftkammer 35 bildet, die Meßkammer 21 und steht mit
dieser offen in Verbindung. Die Luftkammer, die mit dem Ventilgehäuse 15 der Ventilgrundeinheit
verbunden ist, steht mit der Meßkammer in der Weise in Verbindung, daß die Luft
vom Außenluftdruck in der Meßkammer in die Luftkammer verdrängt und durch das Material
verdichtet wird, das in die Meßkammer und in die Luftkammer fließt, und entspannt
sich dann aus der Luftkammer heraus, um das Material aus dieser und aus der Meßkammer
herauszutreiben, wenn die letztere mit der Außenluft in Verbindung gebracht wird.
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Wie sich am besten aus Fig. 2 ergibt, weist die Luftkammer 35 ein
Gehäuse 36 mit einer Bodenwand 37 auf, die mit einem offenen Hals 38 versehen ist.
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Die Luftkammer ist konzentrisch um das Ventilgehäuse 15 herum so angeordnet,
daß ihre Bodenwand 37 mit einem Hals 38 dichtend und mit Reibung den unteren Teil
des Abschlußkörpers 17 des Ventilgehäuses 15 umschließt. Durch einen Preßsitz od.
dgl. ist das offene Ende des rohrförmigen Körpers 36 mit dem Flansch 23 des Ventilgehäuses
verbunden. Um den Betrieb und die Arbeitsweise des Ventils 10 zu erleichtern und
die verdichtete Luft in der erfindungsgemäßen Weise einzuschließen, ist eine Verbindung
zwischen dem unteren Ende der Luftkammer 35 und dem unteren Ende der Meßkammer 21
vorgesehen. Wie in F i g. 2 gezeigt, sind hierzu Längsnuten 39 in den Seitenwänden
der Meßkammer 21 vorgesehen, die nahe der Bodenwand 37 der Luftkammer durch im Abschlußteil
17 des Ventilgehäuses ausgebildete Kanäle 40 münden.
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Im Betrieb einer erfindungsgemäßen Ventileinheit 10 mit einer Luftkammer
35, die mit einer Zumeßventileinheit 13 üblicher Art verbunden ist, füllt Luft vom
Außenluftdruck die Meßkammer und die Luftkammer, bevor das Material M aus dem Behälter
in diese verdrängt wird, und zwar nach jeder Betätigung des Ventils. Wenn der Ventilschaft
24 so angeordnet wird, daß die Meßkammer zum Inneren des Behälters 12 offen ist,
fließt Material M unter dem Druck eines unmischbaren Gases G durch das Tauchrohr
33 und durch die Öffnungl8 nach oben, um die Meßkammer zu füllen und die in dieser
enthaltene Luft durch die Kanäle 40 in die Luftkammer 35 zu verdrängen. Die Luft
wird im oberen Teil der Luftkammer 35 durch den Druck des Materials M verdichtet,
bis der Luftdruck im wesentlichen gleich dem Gasdruck im Behälter 12 ist. Wenn sodann
das Material aus dem Ventil ausgegeben werden soll, wird der Ventilschaft nach unten
gedrückt, um den Behälter 12 abzuschließen und die Menge Material
innerhalb der Kammer
21 und der Luftkammer 35 zu begrenzen. Durch weiteres Niederdrücken des Ventilschaftes
wird die seitliche Bohrung 29 so verschoben, daß sie innerhalb der Meßkammer 21
liegt, wodurch die Meßkammer und die Luftkammer mit der Außenluft in Verbindung
gebracht werden. Dadurch entspannt sich die in der Tasche A im oberen Teil der Luftkammer
verdichtete Luft, so daß sie das Material vor sich her aus dem Ventil heraustreibt.
Wie ersichtlich, verdrängt die eingeschlossene und verdichtete Luft, welche unter
einem Druck steht, der im wesentlichen gleich dem im Behälter 12 ist, das Material
in Richtung zum Boden 37 der Luftkammer und dann nach oben durch die Kanäle 40 in
die Meßkammer 21 und aus dem Gehäuse 15 durch die seitliche Bohrung 29 und den Längskanal
28 nach außen. Auf diese Weise wird der Inhalt des Ventils 10 vollständig ausgetrieben.
Es ist ohne weiteres verständlich, daß für das einwandfreie Arbeiten des erfindungsgemäßen
Ventils die Luftkammer so zur Meßkammer und zu deren Auslaß angeordnet sein muß,
daß das gesamte Material ausgetrieben wird. Nachdem das Material aus dem Ventil
ausgegeben worden ist, hat die Luft wieder den Außenluftdruck, und das Ventil befindet
sich wieder in einem Zustand, in welchem die Arbeitsfolge wiederholt werden kann.
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Es wurde festgestellt, daß die baulichen Merkmale der Erfindung außer
dem Umstand, daß Material unter dem Druck eines unmischbaren Gases in dosierten
Mengen ausgegeben werden kann, die Ausgabe großer gemessener Mengen Material unter
dem Druck eines mischbaren Gases erleichtern. Der Dampfblock, der sich bisher am
oberen Ende der Meßkammer gebildet hat, wenn die letztere anfänglich mit der Außenluft
in Verbindung gebracht wird und eine große Menge Material ausgegeben werden soll,
wird in der Luftkammer gebildet, so daß er nicht aus dem Ventil austreten kann,
ohne daß er das Material vor sich aus diesem heraustreibt.
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In Fig.4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche
dazu dient, die Ausgabe des Materials unter einem in höherem Maße konstanten Druck
zu ermöglichen, als es unter Ausnutzung des Druckes der verdichteten Luft allein
möglich ist, so daß das Material durch eine nicht gezeigte mechanische Autbrechvorrichtung
zur Bildung eines Sprühstrahls verdrängt werden kann. Zur Ausübung eines in höherem
Maße konstanten Drucks auf das auszugebende Material ist die Luftkammer 35 mit mechanischen
Mitteln für das Zusammenwirken mit der sich entspannenden Luft versehen, um das
Material aus dem Ventil 10 herauszutreiben, wenn dieses betätigt wird. Bei der in
F i g. 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist eine ringförmige Dichtung 41
gleitbar und dichtend innerhalb der Luftkammer 35 um das Ventilgehäuse 15 herum
angeordnet und zum Boden 37 der Hilfskammer durch eine Schraubenfeder 42 od. dgl.
elastisch belastet.
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Zwischen dem Dichtungsring 41 und dem Ende einer Feder 42 kann eine
ringförmige Zwischenlegscheibe 43 angeordnet werden, um die Dichtung starr abzustützen
und eine Abstützfläche für die Feder 42 zu erzielen.
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Im Betrieb der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung
wird das Material M in die Meßkammer 21 und in die Luftkammer 35 verdrängt, um die
Luft in der gleichen Weise zu verdichten, wie in
Verbindung mit
der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform beschrieben. Wenn das Material in das Ventil
durch den Druck im Behälter 12 gedrängt wird und die Luft in der Luftkammer verdichtet
wird, wird die elastische Dichtung 41 in der Kammer entgegen der Wirkung der Feder
nach oben gedrückt, bis die Luftkammer und die Meßkammer gefüllt sind. Sodann wird,
wenn der Ventilschaft 24 betätigt wird, der Druck innerhalb der Meßkammer und der
Luftkammer entspannt, und die Feder drückt die ringförmige Dichtung 41 nach unten.
Dieser konstante Federdruck liefert eine ausreichende Kraft für das Austreiben des
Materials durch irgendeine an sich bekannte mechanische Aufbrechvorrichtung, so
daß das Material in einem gleichmäßigeren Zustand ausgegeben wird.