DE2003541A1 - Photometer fuer Fluessigkeiten - Google Patents

Description

DlpWng. H. Strohschänk

8 München 60

Mutautttrafi*S 27.1.1970-SLa(4)

19O-797P

Photometer für Flüssigkeiten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Photometer zum Messen optischer Eigenschaften, z.B. der Lichtdurchlässigkeit, einer Flüssigkeit, das einen Zylinder mit einer wenigstens teilweise durchsichtigen, die Messung zulassenden Seitenwand, einen darin von einer üblichen Kolbenstange her verschiebbaren Kolben und eine von der stangenfreien Stirnseite des Zylinders ausgehende Saugleitung aufweist, durch welche die zu messende Flüssigkeit durch eine entsprechende Kolbenbewegung in den Zylinder eingesaugt werden kann.

Solche bekannten Photometer dienen zugleich dazu, die zu untersuchende Flüssigkeit aus einem Behälter,z.B. einem Probeglas, durch die Saugleitung in den durchsichtigen Teil des Zylinders hineinzusaügen, woraufhin dieser Teil von einer Lichtquelle her bis zu einer anderseits des Zylinders angeordneten Fotozelle durchleuchtet wird. Wenn das Photometer für wiederholte Messungen unterschiedlicher Flüssigkeiten verwendet wird, ist es zur Vermeidung verfälschter Heßergebnisse erforderlich, daß in dem durchleuchteten Zylinderraum jeweils ausschließlich die zu untersuchende Flüssigkeit vor-

009835/1724

handen ist. Schon Spuren einer vorher untersuchten anderen Flüssigkeit können das Meßergebnis beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, dag eingangs genannte Photometer so zu vervollkommnen, daß durch die Pumparbeit der einen Bestandteil des Photometers bildenden Pumpe nach Möglichkeit eine Art Selbstreinigung des durchleuchtbaren Zylinderraumes erzielt wird. Weiterhin ist angestrebt, die Photometerpumpe zugleich so zu vervollkommnen, daß sie sich besonders gut zu einer fortlaufenden, für die einzelnen Untersuchungen möglichst wenig Zeit erfordernden Anwendung eignet.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Pumpenzylinder stangenseitig auf eine größere lichte Weite abgesetzt ist und der Pumpenkolben zwei entsprechend abgestufte Teile aufweist sowie von einer axialen Verbindungsleitung durchsetzt ist, und daß in der hohl ausgebildeten, zugleich eine Austrittsleitung bildenden Kolbenstange ein doppelt wirkendes Ventil angeordnet ist, das beim Einwärtsbewegen des Pumpenkolbens die beiderseits desselben befindlichen Zylinderräume miteinander verbindet und die Austrittsleitung absperrt und beim Auswärtsbewegen des Pumpenkolbens den stangenseitigen Zylinderraum mit der Austrittsleitung verbindet und die Verbindungsleitung absperrt.

Bei einer solchen Ausbildung der Photometerpumpe wird nicht nur durch die Kolbenverschiebungen entlang der durchleuchtbaren Seitenwand des Pumpenzylinders eine Art Selbstreinigung dieser Wand bewirkt, sondern es kann bei der Absetzung des Pumpenzylinders durch eine geeignete, etwa gleich große Bemessung der beiden v/irksamen Zylinderquerschnitte sichergestellt werden, daß die Pumpe lediglich im Gleichstrom

009835/1724

20035A1

nach der Austrittsleitung hin durchströmt wird und niemals mehr Flüssigkeit vom einwärts bewegten Pumpenkolben her. nach der Saugleitung hin zurückgedrückt werden kann. Durch diese Gleichstromarbeit der Pumpe ergibt sich noch der v/eitere Vorteil, daß der Behälter, z.B. ein Probeglas, aus dem gerade eine Probe in die Pumpe hochgesaugt wurde, schon unmittelbar darauffolgend durch einen nächsten Behälter bzw. ein nächstes Probcglas ausgetauscht werden kann, in welches die Saugleitung schon während des darauffolgenden nächsten Einwärtshubes des Kolbens eingetaucht sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventil zwei an der Austrittsleitung beiderseits in den stangenseitigen Zylinderraum führender radialer Verbindungsüffnungen axial gegenüberliegend festgelegte Ventilsitze und einen relativ zu diesen verschiebbaren Abschlußkörper auf, was eine besonders einfache Steuerung des Ventils in Verbindung mit den Kolbenbewegungen zuläßt.

Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Austrittsleitun^ im Pumpenkolben um einen den Ventilhub etwas übersteigenden Betrag längsver- · schiebbar gelagert und der Abschlufkörper am freien Ende der durch den kolbeneeitigen Ventilsitz hindurchführenden und anderseits am Pumpenkolben festgelegten sowie unmittelbar vor dem Abschlußkörper eine radiale Austrittsöffnung aufweisenden Verbindungsleitung festgelegt. Hiermit ergibt sich eine besonders einfache und zweckmäßige Konstruktion des Ventilsteuerungsmechanismus.

Gemäß einer wiederum anderen, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet das innere Ende der Austrittsleitung einen in einem inneren Zylinderraum des Pumpen-

009835/1724

kolbens dicht geführten inneren Kolben, der einen gegenüber dem Querschnitt der Austrittsleitung größeren Querschnitt aufweist, wobei der stangenseitige Teil des inneren Zylinderraumes mit dem stangenseitigen ZyIInderraum des Zylinders in Verbindung steht. Während ein Spiel zwischen der Auetritteleitung und dem Pumpenkolben dazu führen könnte, daß die beim ersten Hineinbewegen der Auetritteleitung bewirkte Verkleinerung des stangenseitigen Zylinderraumes beim gleichseitigen öffnen des Doppelventile zu einem Zurückdrücken von Flüssigkeit durch die Verbindungsleitung und den saugleitungseeitigen Zylinderraum in die Saugleitung hinein und damit zu einem unerwünschten Auetropfen von Flüssigkeit führt, ist durch die vorgenannte Maßnahme gewährleistet, daß der im Bereich des inneren Stangenendes durch den inneren Kolben begrenzte stangeneeitige Zylinderraum beim ersten Einwärtsbewegen der Austrittsleitung durch die Mitbewegung des mit dieser fest verbundenen inneren Kolbens sogar noch größer wird und somit ein Zurückdrücken von Flüssigkeit nach der Saugleitung hin völlig ausgeschlossen ist.

Andere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen weitere konstruktive Einzelheiten des erfindungegemäßen Photometers.

In der Zeichnung, die ein erfindungsgemäßeβ Photometer in einem schematisch gehaltenen Axialschnitt durch die Photometerpumpe zeigt, ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht .

Das dargestellte Photometer weist einen Pumpenzylinder 3 auf, in dessen eine, der Kolbenstange abgelegene Stirnwand eine Saugleitung 1 kleiner lichter Weite einmündet. Der eaugleitungseeitige Wandteil U dee Zylinders 3 besteht aus einem Glasrohrstück, welches in den stangenseitigen Zylinderteil 9

009835/1724

entsprechend größerer lichter Weite etwas hineinragt. Dabei ist der lichte Ringquerschnitt des stangenseitigen Zylinderteils etwas größer als der lichte Querschnitt des Waridteiles t.

Einerseits des Wandteiles ^ ist eine Lichtquelle 5 und anderseits eine Photozelle 6 angeordnet. Die Lichtquelle kann in üblicher Weise mit optischen Elementen ausgerüstet sein, durch welche durch den durchsichtigen Zylinderteil hindurch nach der Photozelle 6 hin ein aus parallel zueinander gerichteten oder entsprechend konvergierenden Strahlen zusammengesetzter Lichtstrahl ausgesendet wird.

Im Pumpenzylinder 3 ist ein die Unterschiede der lichten Weite der beiden Zylinderteile berücksichtigender abgestufter Pumpenkolben verschiebbar, der mit einem saugleitungsseitigen Teil 7 im Wandteil 4 und mit einem stangenseitigen Teil 8 im stangenseitigen Zylinderteil 9 geführt ist. Ein zwischen den beiden Teilen 7 und 8 des Pumpenkolbens befindlicher Ringraum des Pumpenzylinders 3 ist nach außen entlüftet.

Der Pumpenkolben ist axial von einer Verbindungsleitung 10 durchsetzt, die an ihrem saugleitungsseitigen Ende im dortigen Teil 7 des Pumpenkolbens festgelegt ist. Am anderen, im Bereich des stangenseitigen Teils 8 des Pumpenkolbens befindlichen Ende der Verbindungsleitung 10 ist ein in axialer Richtung doppelseitig wirksamer Abschlußkörper 11 eines doppelt wirkenden Ventils angeordnet, das wechselweise mit einem saugleitungsseitigen Ventilsitz 12 und einem stangenseitigen Ventilsitz 13 zusammenwirken kann. Unmittelbar unterhalb des Abschlußkörpers 11 weist die Verbindunß&Leitung 10 eine radiale Austrittsöffnung lh auf, die bei der dargestellten saugleitungsseitigen Abschlußstellung des Abschlußkörpers 11 durch den Ventilsitz 12 abgeschlossen ist.

009835/1724

Die beiden Ventilsitze 12 und 13 sind in der hohl ausgebildeten und zugleich eine Austrittsleitung 15 bildenden Kolbenstange der Photometerpumpe in einem einen üblichen Ventilhub zulassenden gegenseitigen axialen Abstand angeordnet. Zwischen den beiden Ventilsitzen 12 und 13 weist die Austrittsleitung 15 außerdem in den stangenseitigen Zylinderraum führende radiale Verbindungsöffnungen 17 auf, die sich noch innerhalb einer von der Austrittsleitung 15 durchsetzten axialen Bohrung des stangenseitigen Teils 8 des Pumpenkolbens befinden.

Die in der stangenseitigen Stirnwand des Pumpenzylinders 3 mittels eines Dichtringes 18 dicht geführte Austrittsleitung 15 trägt an ihrem äußeren Ende einen Federteller 15·, an dem eine die Austrittsleitung 15 konzentrisch umgebende und anderseits am Pumpenzylinder 3 abgestützte Druckfeder 20 abgestützt ist, die den Pumpenkolben nachgiebig in seine dargestellte äußere Endstellung vorspannt. An der Außenfläche des Federtellers 15* greift axial ein Steuerglied 19 an, das beispielsweise aus einem pneumatisch gesteuerten Stößel bestehen kann. Durch dieses Steuerglied kann die Photometerpumpe in gewünschten Intervallen angetrieben werden.

In der Kolbenfläche des saugleitungsseitigen Teils 7 des Pumpenkolbens ist nahe deren äußerem Umfang eine Ringnute mit einem in diese eingepreßten elastischen Ring 21 vorgesehen, durch welchen die scharfkantig ausgebildete kreisförmige Kante 22 dieser Kolbenfläche ständig nach außen gegen den Wandteil f des Pumpenzylinders 3 gedrückt wird. Auch der stangenseitige Teil 8 des Pumpenkolbens ist im zugeordneten Teil 9 des PumpeηZylinders 3 mittels eines Dichtringes 23 dicht geführt, der sich jedoch in üblicher Weise an einer äußeren Umfangsstelle des Teils 8 befindet.

009835/1724

Wie aus der Zeichnung weiterhin hervorgeht» ist das innere Ende 16 der Austritteleitung 15 in einem inneren Kolben 24 fettgelegt, der in einem inneren axialen Zylinderraum 25 des Pumpenkolbens um einen Weg verschiebbar geführt ist, der den notwendigen Arbeitehub des Abschlußkörpers 11 zur Betätigung des Doppelventile etwas übersteigt. Die Verbindungsleitung 10 ist in Ende 16 verschiebbar und zugleich abgedichtet geführt. In dem dem inneren Kolben 24 abgelegenen Endbereich des inneren Zylinderraumes 25 ist noch ein Lufteinschlüsse aufweisender elastisch verformbarer Schaumstoff 26 angeordnet, der die durch die Hübe des inneren Kolbens 24 bedingten Volumenänderungen des inneren Zylinderraumes 25 ausgleicht.

Wird die Austrittsleitung 15 vom Steuerglied 19 her in den Pumpenzylinder 3 hineinbewegt, dann verbleibt der Pumpenkolben zunächst in seiner dargestellten äußeren Endstellung, Weil lediglich die Austrittsleitung 15 nebst innerem Kolben 24 in den Pumpenkolben hinein verschoben wird. Dadurch wird der Ventilsitz 12 vom Abschlußkörper 11 wegbewegt, wodurch nunmehr der saugleitungsseitige Zylinderraum des Pumpenzylinders 3 durch die Verbindungsleitung 10 und deren Querbohrung 14 sowie durch die Verbindungsöffnungen 17 der Austrittsleitung 15 hindurch mit dem stangenseitigen Zylinderraum verbunden wird. Bei der weiteren Einwärtsbewegung der Austrittsleitung 15 sitzt dann der äußere Ventilsitz 13 auf dem Abschlußkörper 11 auf, woraufhin bei der anschließenden Weiterbewegung der ganze Pumpenkolben mitgenommen und in den Pumpenzylinder 3 hinein verschoben wird. Da hierbei das Volumen des stangenseitigen Zylinderraumes schneller zunimmt als das Volumen des saugleitungsseitigen Zylinderraumes abnimmt, wird die im saugleitungsseitigen Zylinderraum befindliche Flüssigkeit in den stangenseitigen Zylincerrauni hinübergesaugt,

009835/1724

Zugleich wird durch die scharfe Kante 22 des inneren Teils 7 des Pumpenkolbene der Wandteil 4 des Pumpenzylinders 3 sauber geschabt. Wenn der Pumpenkolben seine innere Endeteilung erreicht hat, ist die gemäß der Zeichnung obere Abschlußstellung des Abschlußkörpers 11 immer noch gesichert. Erst, wenn die Austrittsleitung 15 durch die Kraft der. Schraubenfeder 20 wieder aus dem Pumpenzylinder 3 herausbewegt wird, wird zunächst lediglich der mit der Austrittsleitung 15 verbundene Kolben relativ zum Pumpenkolben nach außen verschoben, bis der Abschlußkörper 11 nach Freigabe des Ventilsitzes 13 nunmehr gegenüber dem kolbenseitigen Ventilsitz 12 abdichtet. Dadurch wird einerseits die Verbindung vom stangenseitigen Zylinderraum zur Austrittsleitung 15 eröffnet und anderseits die Verbindung zum saugleitungsseitigen Zylinderraum unterbrochen. Infolgedessen wird bei der weiteren Auswärtsbewegung der Austrittsleitung 15 mit 'der damit verbundenen Verschiebung des Pumpenkolbens einerseits die im stangenseitigen Zylinderraum vorhandene Flüssigkeit durch die Austrittsleitung 15 herausgepumpt und anderseits neue Flüssigkeit durch die Saugleitung 1 in den saugleitungsseitigen Zylinderraum hineingesaugt. Die frisch in den letztgenannten Zylinderraum hineingesaugte Flüssigkeit kann nunmehr auf ihre Lichtdurchlässigkeit hin untersucht werden, woraufhin die Pur.ipenarbeit in der beschriebenen Weise wiederholt v/erden kann.

im Falle einer einfachen begrenzten Verschiebbarkeit der Austrittsleitung 15 im Pumpenkolben die Gefahr besteht, daß im ersten Augenblick des Einwärtshubes der Austrittsleitung nach dem c'ffnen des Ventils das Volumen des stangenseitigen Zylinderraumes zunächst durch den eindringenden Teil der Austrittsleitung verkleinert wird und dadurch Flüssigkeit aus der Saugleitung 1 austropft, ist ein solcher Mangel bei der dargestellten und beschriebenen Konstruktion ausgeschlossen.

009835/1724

,Während der ersten Einwärtsbewegung der Austrittsleitung wird nämlich der stangenseitige Zylinderraum zunächst um ein der Einwärtsbewegung des inneren Kolbens 24· in den Pumpenkolben entsprechendes Volumen vergrößert. Durch die Bemessung des Querschnittes des inneren Kolbens 24- und des Ventilhubes hat man es in der Hand, die gewünschten Verhältnisse sicherzustellen. Auch durch die jeweilige Anpressung des Abschlußkörpers gegen die Ventilsitze 12 und 13 sind etwa auftretende Leckagen während des Pumpenbetriebes ausgeschlossen.

Aus der Zeichnung geht weiterhin hervor, daß eine in der Stirnwand 2 an die Saugleitung 1 anschließende Eintrittsbohrung 27 in den Pumpenzylinder 3 über radiale Verteilungsbohrungen 28 und eine unmittelbar entlang dem Wandteil H des Pumpenzylinders 3 vorgesehene Ringnute 29 ausmündet. Auf diese Weise wird nicht nur der Wandteil 4 beim Einsaugen neuer Flüssigkeit durch die Saugleitung 1 bespült, sondern es werden beim Einwärtsbewegen des Pumpenkolbens auch die einander gegenüberliegenden Flächen des Pumpenkolbens und der Stirnwand 2 besonders wirksam durch die Flüssigkeit bespült und somit auch von dieser her sauber gehalten.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbeispiels gebunden. So könnte statt des elastisch verformbaren Schaumstoffes auch eine Membrane ähnlich der Membrane einer Barometerdose vorgesehen sein, die den inneren Endbereich des Zylinderraumes 25 vom übrigen Zylinderraum abteilt und den beschriebenen Ausgleich ermöglicht. Wenn man die Austrittsleitung noch über das einmündende Ende der Saugleitung führt, ist ein Austropfen von Flüssigkeit aus der Saugleitung selbst dann ausgeschlossen, wenn das

009836/1724

-ιοDoppelventil gegenüber dem kolbenseitigen Ventilsitz beispielsweise infolge einer Verschmutzung nicht dicht abschließen würde. Vorteilhaft ist es schließlich, wenn die Saugleitung in der dargestellten Weise nur eine sehr kleine lichte Weite aufweist, die ähnlich einer Kanüle die in ihr aufgenonünene Flüssigkeit durch Kapillarwirkung festhält und damit ein Austropfen der in der Leitung lediglich durch ihr Eigengewicht belasteten Flüssigkeit ausschließt. Es sind auch noch andere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

008835/1724

Claims (9)

1. - li -

   ( lj Photometer zum Messen optischer Eigenschaften, z.B. der Lichtdurchlässigkeit, einer Flüssigkeit, das einen Zylinder mit einer wenigstens teilweise durchsichtigen, die Messung zulassenden Seitenwand, einen darin von einer üblichen Kolben-Stange her verschiebbaren Kolben und eine von der stangenfreien Stirnseite des Zylinders ausgehende Saugleitung aufweist, durch welche die zu messende Flüssigkeit durch eine entsprechende Kolbenbewegung in den Zylinder eingesaugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenzylinder (3) stangenseitig auf eine größere lichte Weite abgesetzt ist und der Pumpenkolben zwei entsprecnend abgestufte Teile (7 und 8) aufweist sowie von einer axialen Verbxndungsleitung (10) durchsetzt ist, und daß in der hohl ausgebildeten, zugleich eine Austrittsleitu ;; (15) bildenden Kolbenstange ein doppelt wirkendes Ventil (11 ;s U) angeordnet ist, das beim Einwärts bewegen des Pumpenkolben;* (7, 8) die beiderseits desselben befindlichen Zylinderräume miteinander verbindet und die Austrittsleitung (15) absperrt und beim Auswärtsbewegen des Pumpenkolbens (7, 8) den stangenseitigen Zylinderraum mit der Austrittsleitung (15) verbindet und die Verbindungsleitung (10) absperrt.
2. 2. Photometer⁵ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwei an der Austrittsleitung (15) beiderseits in den stangenseitigen Zylinderraum führender radialer Verbindungsöffnungen (17) axial gegenüberliegend festgelegte Ventilsitze (12 und 13) und einen relativ zu diesen verschiebbaren Ab schlußkür ρ c x^ (11) aufweist.

   009835/172*
3. 3. Photometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritteleitung (15) im Pumpenkolben (7, 8) um einen den Ventilhub etwas übersteigenden Betrag längsverechiebbar gelagert und der Abschlußkörper (11) am freien Ende der durch den kolbenseitigen Ventilsitz (12) hindurchführenden und anderseits am Pumpenkolben (7, 8) festgelegten sowie unmittelbar vor dem Abschlußkörper (11) eine radiale Austrittsöffnung (IU) aufweisenden Verbindungsleitung (10) festgelegt ist.
4. 4. Photometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet» daß das innere Ende der Austrittsleitung (15) einen in einem inneren Zylinderraum (25) des Pumpenkolbens (7, 8) dicht geführten inneren Kolben (24) bildet, der einen gegenüber dem Querschnitt der Austrittsleitung (15) größeren Querschnitt aufweist, und daß der stangenseitige Teil des inneren Zylinderraumes (25) mit dem stangenseitigen Zylinderraum des Pumpenzylinders (3) in Verbindung steht.
5. 5. Photometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Endbereich des inneren Zylinderraumes (25) einen verdichtbaren Raum bildet, beispielsweise in Form eines Lufteinschlüsse aufweisenden elastisch verformbaren Schaumstoffes (26) oder eines luftgefüllten und durch eine Membrane vom übrigen Zylinderraum (25) abgesperrten Raumes.
6. 6. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (7, 8) über eine einerseits am Pumpenzylinder (3) und anderseits an einem am äußeren Ende der Austrittsleitung (15) festgelegten Federteller (15·) abgestützte Druckfeder (20) in seine äußere Endstellung vorgespannt und über ein am Federteller (15^f) angreifendes Steuerglied (19) betätigbar ist.

   009835/1724
7. 7. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß die Saugleitung (1) in den Pumpenzylinder (3) über radiale Verteilungsbohrungen (28) und eine unmittelbar entlang dem Wandteil (M-) des Pumpenzylinders (3) vorgesehene Ringnute (29) ausmündet.
8. 8. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (7, 8) an seiner inneren Kolbenfläche eine elastisch nach außen vorgespannte scharfe Kante (22) bildet.
9. 9. Photometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung (1) als eine Art Kanüle mit entsprechend kleiner lichter Weite ausgebildet ist.

   009835/1724

   Lee te