Kolben für Kolbenbüretten mit genau bearbeiteten Zylindern
Die in der klassischen Massanalyse verwendeten Auslaufbüretten weisen eine Reihe methodischer Mängel auf. So verlangt die Dosierung genauer Flüssigkeitsmengen hohes Geschick in der Hahnbedienung. Bei der Entnahme grösserer Flüssigkeitsmengen ist stets längere Zeit vor dem Ablesen des Volumens zu warten, da andernfalls die die Glaswandung benetzende Flüssigkeit noch nicht abgelaufen ist und ein Nachlauffehler zustande kommen kann. Dass in einem schlecht gereinigten Bürettenrohr schliesslich nicht ablaufende Tropfen hängen bleiben können, führt zu einem mitunter erheblichen Benetzungsfehler. Schlussendlich können durch die im Meniskus der Titrierflüssigkeit zustande kommende Lichtbrechung subjektive Ablesefehler entstehen.
Die bekannt gewordenen, nach dem Verdrängungsprinzip arbeitenden Kolbenbüretten sind weitgehend frei von den genannten Nachteilen. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass entweder in einem genau gearbeiteten Zylinder ein Kolben eingepasst wird, oder aber in einem Zylinder unkritischer Abmessungen ein genau gearbeiteter Kolben eingeschoben wird.
Im ersteren Fall kommt es darauf an, dass der Kolben einerseits völlig dicht hin und her bewegt werden kann, ohne dass andererseits eine zu grosse Reibung auftritt, oder die im Kolben gespeicherte mechanische Vorspannung bei Umkehr der Bewegungsrichtung zu einer Deformation der dichtenden Elemente führt, was sich in einem Volumenfehler bemerkbar machen würde. Es ist weiter zu berücksichtigen, dass eine einwandfreie Dichtung des Kolbens auch bei zu erwartenden Temperaturschwankungen noch gewährleistet bleibt.
Bei den bekannt gewordenen Kolbenbüretten mit genau gearbeitetem Zylinder wird die Dichtungsfunktion bevorzugt mit Lippendichtungen, mechanisch starren Kolbenringen oder elastischen O-Ringen ausgeübt. Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip der Lippendichtung. Es wird ersichtlich, dass aus dem Material des massiven, aus einem Thermoplastwerkstoff bestehenden Kolben mehrere dünne Lippen herausgearbeitet werden. Diese elastischen Lippen legen sich ohne grosse Reibung innen an die Zylinderwand an. Diese Lippen weisen den Nachteil auf, dass die auf dem Umfang der Lippe wirksam werdende dichtende Fläche nur klein ist. Der Gefahr des Flüssigkeitsdurchtrittes wird durch die Anordnung mehrerer Lippen zu begegnen versucht.
Bei den bekannt gewordenen Lippendichtungen besteht jedoch unverändert die Gefahr, dass bei Umkehr der Bewegungsrichtung des Kolbens die Dichtung vorübergehend mangelhaft wird, was sich in einem allmählichen Auffüllen der zwischen den einzelnen Lippen liegenden Kammern mit zu verdrängender Flüssigkeit bemerkbar macht. Hierdurch treten besonders bei der Dosierung kleiner Flüssigkeitsmengen schwer zu beurteilende Volumenfeh ler auf. Im Dauerbetrieb kommt es schliesslich zu einem unerwünschten Flüssigkeitsdurchtritt durch die Lippendichtung, was zu Korrosionserscheinungen an den den Kolben bewegenden Antriebselementen führen kann.
Wird dagegen die Dichtungsfunktion des Kolbens einem im Vergleich zur Lippendichtung breiteren Kolbenring nach Fig. 2 übertragen, so ist hier im Vergleich zur Lippendichtung die am Umfang des Kolbenringes vorliegende Dichtungsfläche grösser. Ein mit einem oder auch mehreren Kolbenringen ausgerüsteter Kolben setzt für die Gewährleistung einer guten Dichtung jedoch ein hohes Mass an mechanischer Präzision voraus. Dem steht die schlechte Bearbeitung von Thermoplastwerkstoffen entgegen. Temperaturschwankungen machen sich ausserdem insofern sehr nachteilig bemerkbar, da die zur Fertigung des Kolbens verwendeten Thermoplastwerkstoffe einen vom Glas des Zylinders stark verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten haben. Bei Unterkühlung besteht deshalb stets die Gefahr des Flüssigkeitsdurchtrittes.
Bei Temperaturerhöhungen treten dagegen störend hohe Reibungskräfte bei der Bewegung des Kolbens auf.
Die weiterhin bekannt gewordenen O-Ringdichtungen nach Fig. 3 vermeiden bereits einen Teil der bisher beschriebenen Mängel. indem zwischen dem starren Kolben u. der starren Zylinderwand ein elastischer, die Dichtungsfunktion übernehmender O-Ring liegt. Die bei Temperaturschwankungen auftretenden Änderungen der Abmessungen werden vom elastischen O-Ring abgefangen.
Nachteile ergeben sich bei den bekannten O-Ring gedichteten Kolben jedoch dadurch, dass der O-Ring in einer auf den starren Kolben eingedrehten ringförmigen Kerbe sitzt und nicht genügend mechanisch fixiert ist.
Besonders bei auftretender trockener Reibung kann es dadurch leicht zu einem Herunterwalken des O-Ringes aus der Kerbe kommen. Auch das Einschieben eines 0 Ring-Kolbens in den Zylinder bringt aus den gleichen Gründen Schwierigkeiten mit sich.
Dichtungsprobleme genau derselben Art treten auch dann auf,-wenn die zweite bekannt gewordene Variante eines Zylinders für Kolbenbüretten zur Anwendung kommt, bei der in einem Zylinder unkritischer Abmessungen ein genau gearbeiteter Verdrängungskörper bewegt wird. Nach Fig. 4 treten die Dichtungsprobleme hier bei der Durchführung des Verdrängungskörpers durch die an einem Zylinderende liegende Dichtung auf.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Kolben für Kolbenbüretten mit genau gearbeiteten Zylindern. Durch die Verwendung eines O-Ringes, der erfindungsgemäss mit einer wählbaren mechanischen Vorspannung an die Zylinderwand angedrückt werden kann, wird zugleich mit dem die Vorspannung erzeugenden Mechanismus ein stabiler Sitz des O-Ringes auf dem Kolben erreicht.
Fig. 5 soll in einem Ausführungsbeispiel den Erfindungsgedanken etwas näher veranschaulichen. 1 stellt den eigentlichen, mit einem tellerförmigen Kopfteil versehenen Kolben dar. Das dem Kopf abgewandte Ende ist mit einem Gewinde versehen, auf das mittels eines Steckschlüssels die Mutter 5 aufgeschraubt werden kann. Je nachdem wie weit die Mutter 5 auf das Gewinde von 1 aufgeschraubt wird, erfolgt eine mehr oder weniger starke Kompression der Schraubenfeder 4, die ihre Spannung an den mit einer konischen Anschrägung versehenen Spanner 3 weitergibt. In Abhängigkeit von dieser Spannung wird der zwischen dem tellerförmigen Kopf von 1 und dem Konus von 3 sitzende O-Ring 2 radial verschoben.
Damit ergibt sich erfindungsgemäss die Möglichkeit, dem O-Ring 2 eine solche Vorspannung zu geben, dass er die ihm übertragene Dichtungsfunktion zwischen Kolben und Zylinderwand bei kleinstmöglicher Reibung voll übernehmen kann. Insbesondere besteht gemäss der Erfindung die Möglichkeit, den Kolben bei gelockerter Mutter 5 und damit entspanntem O-Ring 2 in den Zylinder einzuschieben, ohne dass sich durch einen im trockenen Zylinderrohr klemmenden O-Ring die Gefahr eines Hemnterwalkens oder einer Beschädigung des Ringes ergibt. Nach Zugabe eines Tropfens einer netzenden Flüssigkeit kann dann anschliessend die Mutter 5 so weit auf den Kolben 1 aufgeschraubt werden, dass der O-Ring 2 dicht an der Innenwandung des Zylinders anliegt.
Die sich zwischen Glas und O-Ring ausbildende dichtende Fläche ist leicht von der Glasseite her sichtbar und ermöglicht bei einiger Erfahrung das mühelose Einstellen der richtigen Vorspannung des O-Ringes.