DE10034765A1 - Vorrichtung zur automatischen Probenahme und Dosierung eines Transportgutes, eine Transportkapsel und ein Verfahren - Google Patents

Abstract

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Probenahme und/oder Dosierung eines Transportgutes in einer Transportkapsel (1) sowie die Transportkapsel (1) selbst. Die Transportkapsel (1) wird im wesentlichen hydraulisch oder pneumatisch in einem modularen, erweiterbaren, verzweigten Rohrleitungs- oder Schlauchsystem (2) von der Probenahmestelle (3) zur Analysenstelle (4) oder Behandlungsstelle (8) oder von einer Dosiermittelvorlagenstelle (5) zur Dosierstelle (6) befördert. DOLLAR A Die Probenahme und/oder Dosierung wird mittels Mikroprozessorsteuerung (7) von der Transportkapsel (1) automatisch durchgeführt, wobei auch diskrete Teilmengen eines Transportgutes kontrolliert aufgenommen bzw. abgegeben werden können. DOLLAR A Wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Probenahme- und Analysenautomaten sind wegen Fehlens von Totvolumen in den Leitungen die exakte Übereinstimmung von entnommener und analysierter Probe, ein schneller Transport von Probenahmestelle zur Analysenstelle und von Vorlage- zur Dosierstelle sowie die Verwendung von beliebig kombinierbaren Probenahme-, Behandlungs-, Vorlage- und Dosierstellen und Transportkapseln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Probenahme und/oder Dosierung eines Transportgutes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Transportkapsel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 23 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 38.

Aus dem Stand der Technik sind Rohrpostsysteme (DE 44 09 354 A1) bekannt, die eine Gutmengenprobe von der Probenahmestation zum Labor transportieren.

Aus dem Stand der Technik sind ferner automatische Probenehmer bekannt, die aus einem Analysengegenstand mittels einer Schlauch- oder Rohrleitung einen Probestrom abzweigen und zu einer Analysenvorrichtung transportieren oder ein Dosiermittel von einem Vorlagebehältnis zur Dosierstelle befördern.

Alle bekannten Systeme sind nicht für die kombinierte automatische Probenahme und Dosierung von Transportgütern geeignet.

Infolge der Länge und des Durchmessers der Leitung treten Ver- und Entmischungseffekte oder Temperaturveränderungen auf, die zur Verfälschung der Probe und/oder zu einer ungenauen Zeitzuordnung der Probenahme führen. Die Fehler wachsen bei größerer Länge und/oder bei größerem Durchmesser der Schlauch- oder Rohrleitung. Auf dem Transportweg können die Schlauch- und Rohrleitungen verschmutzt und verstopft werden, sodass Filtersysteme nötig sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, eine Transportkapsel und eine Verfahren zu schaffen, mit denen eine einfachere und exaktere Probenahme und/oder Dosierung selbst kleinster Mengen eines Transportgutes möglich ist. In die Vorrichtung integriert ist der gesamte Vorgang der Probenahme, der Probenvorbehandlung, der Analyse, der Auswertung, der Weiterverarbeitung, der Archivierung und der Dosierung.

Die Verfahrensschritte Probenahme, Dosierung, Rezepturzusammenstellungen, Stoffaustausch, Mischvorgänge, Probenbehandlung sind beliebig kombinierbar. Zeiten und Orte dieser Verfahrensschritte sind definiert und vorherbestimmt zuordbar.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung nach der Erfindung beruht darauf dass in einer Schlauch- oder Rohrleitung, - im folgenden Transportsystem genannt - eine Transportkapsel ein vorherbestimmbares Volumen eines Transportgutes an der Probenahmestelle einsammelt, zu einer Analysenvorrichtung transportiert, das Transportgut dort entleert und anschließend wieder für eine weitere Probenaufnahme zur Probenahmestelle zurücktransportiert wird. Das Bewegen der Tansportkapsel sowie das Befüllen und Entleeren der Transportkapsel wird pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder mechanisch und/oder elektromechanisch vorgenommen. Die Transportkapsel kann sich dabei aktiv oder passiv verhalten, d. h. sie kann durch eine innere Antriebsquelle oder durch äußeren Druck bewegt werden. Alle Vorgänge werden automatisch ausgeführt.

Unter Transportgut wird hier jeder Gegenstand oder jede Substanz verstanden, deren physikalische, chemische und/oder biologische Eigenschaften durch eine Analysenvorrichtung erfassbar sind.

In einer weiteren vorteilhaflen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden von einer Transportkapsel in einem Transportsystem ein Transportgut von einer Dosiervorlagestelle zu einer Dosierstelle befördert und dort abgegeben.

In einer weiteren vorteilhaflen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Transportkapsel nach der Transportaufgabe automatisch gereinigt werden.

In einer weiteren vorteilhaflen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann an einer Mischvorrichtung die Transportkapsel ein Mischgut durch abwechselndes Einsaugen und Herausdrücken vermischen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Transportgut in der Transportkapsel einer physikalischen, chemischen und oder biologischen Behandlung unterzogen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in Anzahl, Größe, Form und Funktion verschiedene Transportkapseln verwendet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an einem Ende der Transportleitung entweder ein Kopfmodul, bei denen die Transportkapsel eine Probenahme und/oder Dosierung vornehmen kann, oder ein Endmodul installiert, bei denen die Transportkapsel gelagert und/oder einer verfahrenstechnischen Behandlung unterzogen werden kann.

An den Elementen sind Anschlüsse für das Druckmedium vorhanden. Vom Endmodul wird die Transportkapsel in Vorwärtsrichtung zum Kopfmodul bewegt. Ebenso wird durch Erhöhung und anschließender Verringerung des Druckes von hier aus die Kolbenbewegung in der Transportkapsel gesteuert. Über den Druckanschluss am Kopfmodul wird die Druckkraft für die Bewegung der Transportkapsel in Rückwärtsrichtung erzeugt.

Das Druckmedium kann vorteilhaft in separaten Druckleitungen erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können Transportleitung und Druckleitung als Doppelrohrsystem ausgebildet sein, wobei im Innenrohr/Innenschlauch die Transportkapsel gleitet und im Außenrohr/Außenschlauch das Druckmedium zu Kopf und/oder Endmodul herangeführt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Kopfmodul eine Verschließvorrichtung auf, die einerseits ein Eindringe von Fluid von der Probenahme- und/oder Dosierstelle verhindert und andererseits die Transportleitung zur Pobenahme- bzw. Dosierstelle druckdicht abschließt, wenn sich keine Transportkapsel im Kopfmodul befindet. Der Verschluss wird von der Transportkapselkanüle geöffnet, sobald die Transportkapsel in das Kopfmodul einfährt und geschlossen, wenn die Kapsel das Kopfmodul wieder verlässt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verschließvorrichtung sind die Vorgänge Öffnen, Verschließen und Abdichten vom Innendruck des Kopfmoduls abhängig. Wem die Transportkapsel in Vorwärtsrichtung zum Kopfmodul bewegt wird, ist der Druck auf der Vorderseite und damit im Kopfmodul geringer als auf der Rückseite. Der Verschluss kann leicht von der Transportkapselkanüle geöffnet werden. Für den Rücktransport der Transportkapsel wird der Druck in dem Kopfmodul gesteigert. Die Transportkapsel wird zurückbewegt. Gleichzeitig wird die Schließkraft für den Verschluss erhöht, die Abdichtung damit verbessert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Verschließvorrichtung Elemente integriert, die dafür sorgen, dass erst nach der Entfernung der Transportkapselkanüle aus dem Kanülenkanal des Kopfmoduls die Schließkraft für die Abdichtung ansteigt. Damit wird verhindert, dass die Rückwärtsbewegung der Transportkapsel unnötig erschwert wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verschließvorrichtung als Klappensystem mit mindestens einer Verschlussklappe vor oder in dem Kanülenkanal des Kopfmoduls ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verschließvorrichtung als aufblasbares Schlauchsystem konstruiert mit mindestens einem Dichtschlauch, der im Kanülenkanal des Kopfmoduls radial, längs oder quer angeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verschließvorrichtung mit mindestens einer Lamelle im, vor oder hinter dem Kanülenkanal des Kopfmoduls angeordnet.

In einer weiteren vorteilhaflen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in dem Transportsystem Weichen und/oder Verteilervorrichtungen verwendet werden, wodurch die Transportkapsel zu verschiedenen Probenahmestellen und/oder zu verschiedenen Analysenvorrichtungen und/oder zu verschiedenen Behandlungsvorrichtungen gelenkt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in dem Transportsystem Module vorgesehen in denen mindestens zwei Transportkapseln gegenseitige Stoffaustauschvorgänge vornehmen können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind an oder in der Transportleitung Sensoren vorhanden, die beim Vorbeigleiten der Transportkapsel ein Signal liefern, mit dem sich die Position der Transportkapsel innerhalb des Transportsystems lokalisieren lässt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Komponenten des Transportsystems modular aufgebaut, sodass das System beliebig erweiterbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Transportsystem Anschlüsse vorhanden, durch die Medien zum Spülen, Erwärmen und/oder Kühlen des Transportsystems und/oder zur Reibungsverminderung der Transportkapsel zu- und abgeführt werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden alle Komponenten des Transportsystems und der Transportkapsel ohne elektrodynamische und elektrostatische Energie und ohne elektrische und elektronische Komponenten aufgebaut, sodass das System für feuer- und explosionsgefährdete Räume und Aufgaben geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine Transportkapsel mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst.

Die Kapsel ist im wesentlichen länglich ausgebildet. Sie besteht aus starren und/oder flexiblen Materialien.

Im Falle einer starren Kapsel ist die Kapsellänge abhängig vom kleinsten Krümmungsradius innerhalb der Transportleitung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kapsel aus flexiblen Materialien gefertigt. Dadurch kann sich die Kapsel kleineren Transportleitungsradien, sowie engen und unterschiedlich geformten Leitungsquerschnitten anpassen.

Die Transportkapsel verfugt entsprechend unterschiedlicher Funktionen über eine Vorder- sowie über eine Rückseite.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kapsel an der Vorderseite mit einer Kanüle versehen, durch die das Transportgut in die Kapsel hinein- oder herausgefördert wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kanüle der Kapsel mit Reinigungselementen (Borsten, Lamellen) versehen. Diese reinigen beim Heraus- bzw. Hereinziehen der Kanüle zugleich den Öffnungskanal des Kopfmoduls.

Auf der Rückseite ist in einer vorteilhaflen Ausgestaltung die Kapsel mit einer Öffnung versehen, durch die ein äußerer Druck auf einen innerhalb der Kapsel befindlichen Kolben ausgeübt werden kann.

Innerhalb der Transportkapsel befinden sich im wesentlichen eine zylindrische Kammer für das Transportgut, ein Kolben zum Ansaugen oder Herausdrücken des Transportgutes, ein Federelement zum Bewegen des Kolbens nach Druckentlastung in der Transportleitung sowie Arretierungselemente zur zwischenzeitlichen Fixierung des Kolbens.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich in der Transportkapselinnenwand mindestens ein Arretierungselement (Ring und/oder Nut) das den Kolben in seiner Bewegung behindert und ihn in einer definierten Lage verharren lässt. Dadurch wird ein Transport der Kapsel mitsamt Kammerinhalt ermöglicht, wenn der Druck in der Transportleitung hinter der Kapsel nur so groß ist, dass er zwar für die Bewegung der Kapsel ausreicht, dass er aber nicht ausreicht, den Kolben aus der Arretierung zu lösen und nach vorn zu schieben. Erst wen die Kapsel an den Anschlag eines Kopfmoduls angelangt ist und anschließend der Druck in der Transportleitung erhöht wird, wird der Kolben aus seiner Arretierung gelöst und kann den Inhalt der Kammer herausdrücken.

Bei einer Probenahme oder Dosierung wird der Kolben von dem Federelement soweit zurückgezogen, bis er vom Arretierungselement fixiert ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Transportkapsel befinden sich mindestens zwei Arretierungselemente in der Kapsel. Durch sie werden Probenahme- und Dosieraufgaben mit vorbestimmten unterschiedlichen Mengen ermöglicht.

Im Falle der Probenahme wird im ersten Schritt der Druck in der Transportleitung soweit verringert, dass der Kalben von dem Federelement vom vorderen Anschlag bis zur ersten Arretierung gezogen wird. Bei einer zeitlich versetzten nachfolgenden Probenahme wird der Druck in der Transportleitung weiter verringert. Der Kolben wird vom Federelement bis zur nächsten Arretierung gezogen. In der Kammer, in der das Transportgut gesammelt wird, entsteht auf diese Weise eine Mischprobe aus zeitlich versetzten Probenahmen. Die Kapsel selbst verbleibt im Kopfmodul.

Im Fall einer Dosierung wird der Kolben durch Erhöhung des Drucks in der Transportleitung von seiner momentanen Arretierung gelöst und bis zur nächsten Arretierung bewegt. Dort verharrt er, bis er durch weitere Druckerhöhung in der Transportleitung zu einer weiteren Arretierung gelangt. Bei diesen vorbestimmten Kolbenbewegungen wird jedes Mal ein definiertes Volumen des Kammerinhaltes an der Dosierstelle abgegeben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kolben innerhalb der Transportkapsel mit einem schallerzeugenden Element versehen, das beim Einrasten des Kolbens in die Arretierung oder beim Herauslösen aus der Arretierung ein Schallsignal erzeugt. Dieses Signal wandert innerhalb der Transportleitung fort. Es kann von einem an einer geeigneten Stelle angebrachten Sensor empfangen und dann weiter ausgewertet werden. Dadurch ist es möglich, einzelne Einraststufen zu ermitteln. Bei gleichzeitiger Druckkontrolle innerhalb der Transportleitung ist so eine gezielte Positionierung des Kolbens und damit eine differenzierbare Probenahme oder Dosierung möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das schallerzeugende Element eine dem Kolben angepasste und am Kolben fixierte elastische Scheibe, die beim Einrasten in das Arretierungselement oder beim Herauslösen in Schwingung gerät.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schwingungssystems werden durch verschieden geformte und/oder konstruierte Arretierungselemente unterschiedliche akustische Signaltöne erzeugt. Damit können absolute Positionen des Kolbens in der Transportkapsel diagnostiziert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 38 gelöst.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Transportgut von einer Probenahmestelle zu einer Analysenstelle oder von einer Entnahmestelle zu einer Dosierstelle mit Hilfe einer Transportkapsel befördert. Das Bewegen der Transportkapsel, das Befüllen und Entleeren wird mittels pneumatischer und/oder hydraulischer und/oder mechanischer und/oder elektromechanischer Hilfsenergie vorgenommen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Beförderung der Transportkapsel innerhalb einer Transportleitung von einem Kopfmodul zu einem Endmodul.

Bei einem Kopfmodul tritt die Kanüle der Transportkapsel aus der Transportleitung heraus. In diesem Zustand kann die Transportkapsel entweder Transportgut von einer Probenahmestelle aufnehmen, an einer Analysenstelle abgeben, an einer Dosiermittelvorlage aufnehmen, an einer Dosierstelle abgeben oder abwechselnd ein- und ausgeben (Spülvorgang).

Endmodule dienen dazu, die Transportkapsel zwischenzulagern, um sie nach einer Richtungsumkehr zu einem anderen Kopfmodul zu befördern.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Endmodulen Behandlungsverfahren für das Transportgut in der Transportkapsel durchgeführt z. B. thermische Behandlung für Aufschlussverfahren, Bestrahlung, Ultraschall etc..

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Transportleitungssystem mit Elementen Uhr die Wegesteuerung sowie der Stationierung der mindestens einen Transportkapsel ausgestattet. Hierzu zählen Weichenelemente, Karussell- und Längsverteiler und Ablagen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in dem Transportsystem Knotenmodule installiert, bei denen mindestens zwei Transportkapseln einen gegenseitigen Transportgutaustausch vornehmen können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Transportsystem Anschlüsse vorhanden, durch die Medien zum Spül, Erwärmen und/oder Kühlen des Transportsystems und/oder zur Reibungsverminderung des Probenträgers zu- und abgeführt werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Transportkapsel mit mindestens einem Arretierungselement für den Kolben versehen. Dieses mindestens eine Arretierungselement behindert den Kolben am Bewegungsablauf. Dadurch wird eine Bewegung der Transportkapsel in Vorwärtsrichtung ermöglicht. Sie kann dabei gleichzeitig ein Transportgut befördern, ohne dass dieses vom Kolben aus der Transportgutkammer herausgedrückt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem Kolben innerhalb der Transportkapsel ein schwingfähiges Element befestigt, das beim Einrasten in die Arretierung und beim Herauslösen aus der Arretierung ein akustisches Signal erzeugt. Das Signal durchläuft die Transportleitung und kann von einem an geeigneter Stelle angebrachten Empfänger detektiert werden. Eine Auswertelogik wertet die Signale aus und bestimmt so die Position des Kolbens. Bei bekanntem Kolbenweg ist die eingesaugte oder abgegebene Transportgutmenge bestimmbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werde die Arretierungselemente verschiedenartig ausgelegt, sodass das schwingfähige Element bei jedem Arretierungselement ein eigenes eindeutig erkennbares akustisches Signal erzeugt. Bei der Signalauswertung kann so die absolute Kolbenstellung ermittelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind an geeigneten Stellen an oder in der Transportleitung Ortungssensoren vorhanden, die ein Vorbeigleiten der Transportkapsel erkennen. Damit kann die Position der Transportkapsel bestimmt werden. Weiterhin ist von Vorteil, dass bei Ausbleiben des erwarteten Ereignisses ein Festsitzen oder ein Verlust einer Transportkapsel erkannt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrensschritte von einer Steuerelektronik - Computer und/oder Software und oder Mikroprozessor - automatisch ausgeführt.

Bei den Verfahrensschritten handelt es sich um Druckmessung, Drucksteuerung und Druckregelung für die Bewegung der mindestens einen Transportkapsel und die Bewegung des Kolbens in der Transportkapsel, die Wegesteuerung innerhalb des Transportsystems, die Positionserkennung der mindestens einen Transportkapsel im Transportsystem, der Positionserkennung und Positionssteuerung des Kolbens der mindestes einen Transportkapsel, der Steuerung der Behandlungsschritte in den Behandlungsmodulen, der Ablauf- und Zeitensteuerung für Probenahme, Dosierung, Analyse und Transportgutaustausch etc., der Messdatenerfassung, Protokollierung, Auswertung und Visualisierung, das Ergreifen von Maßnahmen bei Verstopfungen und Verklemmungen der mindestens einen Transportkapsel, der Reinigungsprozeduren im Transportsystem und Transportkapsel, der Gleitmittelzugabe sowie aller Prozeduren, die notwendig sind, um eine zuverlässige und automatisch Probenahme und /oder Dosierung zu gewährleisten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden alle Komponenten des Transportsystems und die Transportkapsel ohne elektrodynamische und elektrostatische Energie und ohne elektrische und elektronische Komponenten aufgebaut, sodass das System für feuer- und explosionsgefährdete Räume und Aufgaben geeignet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer automatischen Probenahme- und/oder Dosiervorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Transportkapsel an einem Kopfmodul der Transportleitung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Weiche in der Transportleitung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verteiler-Karussells für Transportkapseln,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Behandlungsmoduls (Endmodul) für den sich in der Transportkapsel befindlichen Analysengegenstand,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Knotenelementes für gegenseitige Stoffaustauschprozesse zwischen Transportkapseln,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines akustischen Positionserkennungssystems der Kolbenstellung in der Transportkapsel.

So ist in Fig. 1 ein Probenahmesystem dargestellt, das alternativ auch als Dosiersystem genutzt werden kann. Im folgenden wird ein Probenahmesystem beschrieben. Eine Transportkapsel 1 befindet sich bei einem Kopfmodul 7 an der Probenahmestelle 3. Ein Kompressor 11 erzeugt die für die Bewegung der Tansportkapsel und das Ansaugen des Transportgutes nötige Hilfsenergie.

In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbespielen wird als Hilfsenergie Druckluft verwendet. Alternativ kann hydraulischer Druck, mechanische Zug- und Druckkraft, elektrische, mechanische und/oder elektromechanische Energie als Hilfsenergie benutzt werden.

Durch Öffnen eines Magnetventils 12a wird beispielsweise bei dem Endmodul 9 über den Druckanschluss 13 die Transportleitung 2 mit Druck beaufschlagt. Die Transportkapsel 1 wird gegen den Anschlag des Kopfmoduls 7 gedrückt. Dabei öffnet die Kanüle 16 (Fig. 2) der Transportkapsel 1 den Schließring 22 (Fig. 2) und/oder die Schließklappe 21 (Fig. 2).

Reinigungselemente 23 an der Kanüle 16 dienen zur Säuberung des Kanülenkanals im Kopfmodul 7. Das Entlastungsventil 12b ist geöffnet, damit die Luft vor der Transportkapsel 1 entweichen kann. Befindet sich die Transportkapsel 1 am Anschlag des Kopfmoduls 7 wird der Kolben 17 in der Transportkapsel 1 bei weiter anstehendem oder erhöhtem zum vorderen Anschlag des Zylinders 14 bewegt. Bei Verringerung des Druckes in der Transportleitung 2 wird der Kolben 17 von der Zugfeder 18 zurückgezogen. Dabei saugt er das Transportgut an der Probenahmestelle 3 an. Das Transportgut wird im Raum 15 gesammelt. Die Zugfeder 18 zieht den Kolben 17 bis hinter die Arretierung 19 zurück. Die Arretierung 19 bewirkt, dass auf der Rückseite der Transportkapsel 1 zwar ein definierter Druck aufgebracht werden kann, der für den Transport der Transportkapsel 1 ausreicht. Sie verhindert aber, dass der Kolben 17 nach vorn geschoben wird und das Transportgut 44 aus den Probensammelraum 15 herausdrückt. Erst wenn sich die Transportkapsel 1 an einem Kopfmodul 7 beispielsweise an der Analysenvorrichtung 5 befindet, kann durch Erhöhung des Druckes auf der Rückseite der Transportkapsel 1 der Kolben 17 den Bewegungswiderstand durch die Arretierung 19 überwinden und das Transportgut 44 aus dem Sammelraum 15 drücken. Hat die Transportkapsel 1 das Transportgut 44 an der Probenahmestelle 3 eingesammelt, wird die Transportkapsel 1 in entgegengesetzter Richtung in der Transportleitung 2 vom Kopfmodul 7 zum Endmodul 9 bewegt. Dazu wird am Kopfmodul 7 das Entlastungsventil 12b geschlossen und das Ventil 12a geöffnet. Am Endmodul 9 wird das Entlastungsventil 12b geöffnet und das Ventil 12a geschlossen. Durch Richtungsumkehr wird über ein Weichenelement 4 die Transportkapsel 1 zu einem Kopfmodul 7 bei der Analysenvorrichtung 5 befördert. Durch Druckerhöhung wird das Transportgut 44 aus der Transportkapsel 1 in die Analysenvorrichtung 5 herausgedrückt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Weichenelementes 4. Am oberen Ende wird eine Transportleitung 2, an der Unterseite zwei Transportleitungen 2 angeschlossen. Alternativ sind auch Ausführungen mit weiteren Anschlüssen möglich. über eine Umlenkklappe 26 kann ein rechter oder linker Transportweg für die Transportkapsel 1 freigegeben werden. Die Umlenkklappe 26 dient gleichzeitig zum Druckabschluss eines Teilstranges der Transportleitung 2, so dass unterschiedliche Drücke im Transportsystem verwendet werden können. Die Umlenkklappe 26 wird über ein pneumatisches und/oder hydraulisches und/oder elektromagnetisches Hubelement bestehend aus Zylinder 28, Kolben 29, Druckfeder 30, Hubstange 31 und Druckluftanschluss 13 bewegt. Als Alternative zur Druckfeder 30, die den Kolben 17 im drucklosen Zustand des Zylinders 28 wieder in eine Vorzugslage bewegt kann ein zweiter Druckluftanschluss 13 vorgesehen werden.

Eine weitere Alternative für die Richtungsumlenkung sind einfache Düsen mit Druckluftanschluss an der Verzweigungsstelle des Transportleitung 2. Je nach Ansteuerung der Düsen wird die Transportkapsel 1 in die vorgesehene Richtung umgelenkt. Alternativ kann auch eine Verstellung der Umlenkklappe 27 mittels Luftanblasung. Durch Zusammenschalten von Weichenelementen 4 sind beliebige Streckenführungen des Transportleitungssystems realisierbar.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Probenbehandlungsvorrichtung 6. Nachdem die Transportkapsel 1 der Behandlungsvorrichtung 8 zugeführt worden ist, wird sie von ein oder mehreren Verschlusselementen 45 ganz oder teilweise eingeschlossen und/oder festgeklemmt. Die Verschlüsse dienen auch gleichzeitig der Wärmeisolierung. Heizelemente 32 mit elektrischen Anschlüssen 33 heizen die Transportkapsel 1 mitsamt Analysengegenstand auf (z. B. für CSB-Aufschluss). Nach der Behandlung öffnen die Verschlusselemente 45. Durch Druckaufgabe am Endmodul 9 wird die Probenkapsel 14 wieder aus der Behandlungsvorrichtung 8 herausbewegt.

In Fig. 1 ist ein Abstellelement 9 dargestellt in der eine zweite Transportkapsel 1 zwischengelagert werden kann, die für gleiche oder andere Probenahme- und/oder Dosieraufgaben. Durch Verwendung mehrerer Transportkapseln 1 lassen sich kürzere Probenahme - und/ oder Dosierintervalle erreichen.

Fig. 5 zeigt ein Knotenelement mit vier Transportleitungsanschlüssen 2. Alternative Ausführungen haben mindestens zwei Anschlüsse. In den Knotenelementen können Transportkapseln 1 einen gegenseitigen Austausch von Transportgut 44 entweder direkt oder über eine Mischkammer 39 vornehmen.

In Fig. 7 ist ein Transportsystem schematisch dargestellt, bei dem auf akustischem Wege die Stellung des Kolbens 17 in der Transportkapsel 1 ermittelt werden kann.

Am Kolben 17 ist über ein elastisches Kopplungselement 47 eine schwingfähige Platte 40 befestigt, die beim Lösen aus der Arretierung 19 ein akustisches Signal erzeugt, das in der Transportleitung 2 weiterwandert und an einer geeigneten Stelle von einem Schallwandler (Mikrofon) erfasst und zur weiteren Auswertung zur Verfügung gestellt wird. Das akustische Signal entsteht, wenn durch Erhöhung des Druckes in der Transportleitung 2 die Platte 40 aus der Arretierung 19 nach vorn gedrückt oder von der Zugfeder 18 in die Arretierung 19 zurückgezogen wird.

Bei mehr als einer Arretierung 19 entsteht beim einrasten und Herauslösen aus der Arretierung 19 ein akustisches Signal, sodass mit einer geeigneten Auswertelogik 10 die Position des Kolbens 17 in der Transportkapsel 1 bestimmt werden kann. Von einer bekannten Anfangsstellung des Kolbens 17 und einer vorgegebenen Druckganglinie - Drucksteigerung oder Drucksenkung - in der Transportleitung 2 wird durch Zählen der Akustiksignale die Kolbenposition relativ zur Ausgangsposition ermittelt. Sind die Arretierungselemente 19 unterschiedlich konstruiert, wird bei jedem Arretierungsvorgang ein verschiedenes akustisches Signal erzeugt. Auf diese Weise lässt sich die absolute Position des Kolbens 17 in der Transportkapsel 1 bestimmen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren und von der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (51)

1. Vorrichtung zur automatischen Probenahme und/oder Dosierung von Transportgütern, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Transportleitung (2) eine Transportkapsel (1) angetrieben von einer äußeren Druckkraft an einer Probenahmestelle (3) ein definiertes Volumen eines Transportgutes (44) einsammelt, das Transportgut (44) zu einer Analysen- (5) oder Behandlungsvorrichtung (8) befördert, dort entleert, und anschließend wieder zur Probenahmestelle (3) zurückkehrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in einer Transportleitung (2) eine Transportkapsel (1) ein Dosiermittel von einer Dosiermittelvorlage zu einer Dosierstelle befördert und dort abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, die die Transportkapsel 1) an einer Reinigungsvorrichtung (23) durch Einsaugen und Herausdrücken von Flüssigkeit automatisch gereinigt wird.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Mischgut von der Transportkapsel (1) an einer Mischvorrichtung (39) durch Einsaugen und Herausdrücken automatisch vermischt wird.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Transportgut (44) in der Transportkapsel (1) einer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Behandlung unterzogen wird.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in Anzahl, Größe, Form und Funktion verschiedene Transportkapseln (1) verwendet werden.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden der Transportleitung (2) Kopf- (7) oder Endmodule (9) angeschlossen sind. An einem Kopfmodul (7) nimmt die Transportkapsel (1) Transportgut (44) auf oder gibt es ab. An einem Endmodul (9) wird die Transportkapsel (1) gelagert und/oder samt Inhalt einer verfahrenstechnischen Behandlung unterzogen. Kopfmodul (7) und Endmodul (9) weisen Anschlüsse für die Einleitung der Druckenergie auf, wodurch die Transportkapsel (1) bewegt wird und wodurch die Transportgutaufnahme und - Transportgutabgabe in der Transportkapsel (1) ermöglicht wird. Die Bewegung der Transportkapsel (1) erfolgt vom Endmodul (9) zum Kopfmodul (7) in Vorwärtsrichtung und vom Kopfmodul (7) zum Endmodul (9) in Rückwärtsrichtung.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium in separaten Druckleitung zum Kopfmodul (7) oder zum Endmodul (9) zugeführt wird.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Transportleitung (2) und Druckleitung als Doppelrohrsystem ausgebildet sind, wobei im Innenrohr/Innenschlauch die Transportkapsel gleitet und im Außenrohr/Außenschlauch das Druckmedium zu Kopf- (7) und/oder Endmodul (9) herangeführt werden.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfmodul (7) eine Verschließvorrichtung aufweist, die einerseits ein Eindringen von Fluid von der Probenahme- und/oder Dosierstelle verhindert und andererseits die Transportleitung (2) zur Pobenahme- bzw. Dosierstelle druckdicht abschließt, wenn sich keine Transportkapsel (1) im Kopfmodul (2) befindet.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss von der Transportkapselkanüle geöffnet wird, sobald die Transportkapsel (1) in das Kopfmodul (7) einführt und geschlossen, wenn die Kapsel (1) das Kopfmodul (7) wieder verlässt.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgänge Öffnen, Verschließen und Abdichten vom Innendruck des Kopfmoduls (7) abhängig sind.

13. Vorrichtung nach mindestens einen der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in der Verschließvorrichtung Elemente integriert sind, die dafür sorgen, dass erst nach der Entfernung der Transportkapselkanüle (16) aus dem Kanülenkanal des Kopfmoduls (7) die Schließkraft für die Abdichtung ansteigt.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließvorrichtung als Klappensystem mit mindestens einer Verschlussklappe vor oder in dem Kanülenkanal des Kopfmoduls (7) ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließvorrichtung als aufblasbares Schlauchsystem konstruiert ist mit mindestens einem Dichtschlauch, der im Kanülenkanal des Kopfmoduls (7) radial, längs oder quer angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließvorrichtung mit mindestens einer Lamelle (23) im, vor oder hinter dem Kanülenkanal des Kopfmoduls (7) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in dem Transportsystem Weichen und/oder Verteilervorrichtungen verwendet werden, wodurch die Transportkapsel (1) zu verschiedenen Probenahmestellen (3) und/oder zu verschiedenen Analysenvorrichtungen (5) und/oder zu verschiedenen Behandlungsvorrichtungen (8) gelenkt werden kann.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in dem Transportsystem Module vorgesehen sind, in denen mindestens zwei Transportkapseln (1) gegenseitige Stoffaustauschvorgänge vornehmen können.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Transportleitung (2) Sensoren vorhanden sind, die beim Vorbeigleiten der Transportkapsel (1) ein Signal liefern, mit dem sich die Position der Transportkapsel (1) innerhalb des Transportsystems lokalisieren lässt.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des Transportsystems modular aufgebaut sind, sodass das System beliebig erweiterbar ist.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Transportsystem Anschlüsse vorhanden sind, durch die Medien zum Spülen, Erwärmen und/oder Kühlen des Transportsystems und/oder zur Reibungsverhinderung der Transportkapsel (1) zu- und abgeführt werden können.

22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten des Transportsystems und der Transportkapsel (1) ohne elektrodynamische und elektrostatische Energie und ohne elektrische und elektronisch Komponenten aufgebaut werden, sodass das System für feuer- und explosionsgefährdete Räume und Aufgaben geeignet ist.

23. Transportkapsel (1) zur Aufnahme und Abgabe mindestens eines Transportgutes (44) dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (1) ist im wesentlichen länglich ausgebildet ist.

24. Transportkapsel (1) nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass die Transportkapsel (1) aus starren Materialien gefertigt ist.

25. Transportkapsel (1) nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass die Transportkapsel (1) aus starren und flexiblen Materialien gefertigt ist.

26. Transportkapsel (1) nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass die Transportkapsel (1) aus flexiblen Materialien gefertigt ist.

27. Transportkapsel (1) nach den Ansprüchen 23 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Transportkapsel (1) entsprechend unterschiedlicher Funktionen über eine Vorder- sowie über eine Rückseite verfügt.

28. Transportkapsel (1) nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 27 dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (1) an der Vorderseite mit einer Kanüle (16) versehen ist, durch die das Transportgut (44) in die Kapsel (1) hinein- oder herausgefördert wird.

29. Transportkapsel (1) nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 28 dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (16) der Kapsel (1) mit Reinigungselementen (23) (Borsten, Lamellen) versehen ist.

30. Transportkapsel (1) nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 29 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite die Kapsel (1) mit einer Öffnung versehen ist, durch die ein äußerer Druck auf einen innerhalb der Kapsel (1) befindlichen Kolben (17) ausgeübt werden kann.

31. Transportkapsel (1) nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 30 dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb der Transportkapsel (1) eine zylindrische Kammer für das Transportgut (44) befindet, ein Kolben (17) zum Ansaugen oder Herausdrücken des Transportgutes (44), ein Federelement (30) zum Bewegen des Kolbens (17) nach Druckentlastung in der Transportleitung (2) sowie Arretierungselemente (19) zur zwischenzeitlichen Fixierung des Kolbens (17).

32. Transportkapsel (1) nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass an der Transportkapselinnenwand mindestens ein Arretierungselement (19) (Ring und/oder Nut) angebracht ist, das den Kolben (17) in seiner Bewegung behindert und ihn in einer definierten Lage verharren lässt.

33. Transportkapsel (1) nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 32 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Probenahme oder Dosierung der Kolben (17) von dem Federelement (30) soweit zurückgezogen wird, bis er vom Arretierungselement (19) fixiert ist.

34. Transportkapsel (1) nach Anspruch 33 dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei Arretierungselemente (19)in der Kapsel (1) befinden.

35. Transportkapsel (1) nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 34 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (17) innerhalb der Transportkapsel (1) mit einem schallerzeugenden Element (40) versehen ist, das beim Einrasten des Kolbens (17) in die Arretierung (19) oder beim Herauslösen aus der Arretierung (19) ein Schallsignal (41) erzeugt.

36. Transportkapsel (1) nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, dass das schallerzeugende Element 40 eine dem Kolben (17) angepasste und am Kolben (17) fixierte elastische Scheibe ist, die beim Einrasten in das Arretierungselement (19) oder beim Herauslösen in Schwingung gerät.

37. Transportkapsel (1) nach Anspruch 35 oder 36 dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Schwingungssystems durch verschieden geformte und/oder konstruierte Arretierungselemente (19) unterschiedliche akustische Signaltöne erzeugt werden.

38. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Transportgut (44) von einer Probenahmestelle (3) zu einer Analysenstelle (5) oder von einer Entnahmestelle zu einer Dosierstelle mit Hilfe einer Transportkapsel (1) befördert wird.

39. Verfahren nach Anspruch 38 dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der Transportkapsel (1), das Befühlen und Entleeren mittels pneumatischer und/oder hydraulischer und/oder mechanischer und/oder elektromechanischer Hilfsenergie vorgenommen wird.

40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39 dadurch gekennzeichnet dass die Beförderung der Transportkapsel (1) innerhalb einer Transportleitung (2) von einem Kopfmodul (7) zu einem Endmodul (9) erfolgt.

41. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 40 dadurch gekennzeichnet, dass in Endmodulen (9) Behandlungsverfahren für das Transportgut (44) in der Transportkapsel (1) durchgeführt werden, z. B. thermische Behandlung für Aufschlussverfahren, Bestrahlung, Ultraschall etc..

42. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 41 dadurch gekennzeichnet, dass das Transportleitungssystem mit Elementen für die Wegesteuerung sowie der Stationierung der mindestens einen Transportkapsel (1) ausgestattet ist.

43. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 42 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Transportsystem Knotenmodule installiert sind, bei denen mindestens zwei Transportkapseln 1 einen gegenseitigen Transportgutaustausch vornehmen können.

44. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 43 dadurch gekennzeichnet, dass im Transportsystem Anschlüsse vorbanden sind, durch die Medien zum Spülen, Erwärmen und/oder Kühlen des Transportsystems und/oder zur Reibungsverminderung des Probenträgers zu- und abgeführt werden können.

45. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 44 dadurch gekennzeichnet, dass die Transportkapsel (1) mit mindestens einem Arretierungselement (19) für den Kolben (17) versehen ist.

46. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 45 dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (17) innerhalb der Transportkapsel (1) ein schwingfähiges Element (40) befestigt ist, das beim Einrasten in die Arretierung (19) und beim Herauslösen aus der Arretierung (19) ein akustisches Signal (41) erzeugt.

47. Verfahren nach Anspruch 46 dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungselemente (19) verschiedenartig ausgelegt werden, sodass das schwingfähige Element (40) bei jedem Arretierungselement (19) ein eigenes eindeutig erkennbares akustisches Signal (41) erzeugt.

48. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 47 dadurch gekennzeichnet, dass an geeigneten Stellen an oder in der Transportleitung Ortungssensoren vorhanden sind, die ein Vorbeigleiten der Transportkapsel (1) erkennen.

49. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 48 dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbleiben des erwarteten Ereignisses ein Festsitzen oder ein Verlust einer Transportkapsel (1) erkannt werden kann.

50. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 49 dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte von einer Steuerelektronik - Computer und/oder Software und oder Mikroprozessor (10) - automatisch ausgeführt werden. Bei den Verfahrensschritten handelt es sich um Druckmessung, Drucksteuerung und Druckregelung für die Bewegung der mindestens einen Transportkapsel (1) und die Bewegung des Kolbens (17) in der Transportkapsel (1), die Wegesteuerung innerhalb des Transportsystems, die Positionserkennung der mindestens einen Transportkapsel (1) im Transportsystem, der Positionserkennung und Positionssteuerung des Kolbens (17) der mindestens einen Transportkapsel (1), der Steuerung der Behandlungsschritte in den Behandlungsmodulen, der Ablauf und Zeitensteuerung für Probenahme, Dosierung, Analyse und Transportgutaustausch etc., der Messdatenerfassung, Protokollierung, Auswertung und Visualisierung, das Ergreifen von Maßnahmen bei Verstopfungen und Verklemmungen der mindestens einen Transportkapsel (1), der Reinigungsprozeduren im Transportsystem und Transportkapsel (1), der Gleitmittelzugabe sowie aller Prozeduren, die notwendig sind, um eine zuverlässige und automatisch Probenahme und/oder Dosierung zu gewährleisten.

51. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 38 bis 50 dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten des Transportsystems und der Transportkapsel (1) ohne elektrodynamische und elektrostatische Energie und ohne elektrische und elektronische Komponenten gefertigt werden, sodass das System für feuer- und explosionsgefährdete Räume und Aufgaben geeignet ist.