-
Selbsttätiges Gasanalysengerät Zusatz zur Patentanmeldung B 55458
Ix b /421 (Auslegeschrift 1 116 922) Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des
selbsttätigen Gasanalysengeräte,s nach Patentanmeldung B 55458 IXb/421 (deutsche
Auslegeschrift 1 116 922).
-
Das Gerät nach der genannten Hauptpatentanmeldung beschreibt ein
in allen räumlichen Lagen zuverlässig arbeitendes unempfindliches und selbsttätiges
Gasanalysengerät bzw. Gasspürgerät, das bei Erreichen einer kritischen Konzentration
einer zu untersuchenden Gaskomponente eine Fernanzeige, eine Alarmanlage oder gegebenenfalls
auch eine Frischluftanlage in Tätigkeit setzt.
-
Das Gerät besteht aus einer Pumpe, die mittels Verbindungsleitungen
über einen Steuerschieber mit einem Absorptionsgefäß und daran angeschlossenen Volumenmeßgerät
in Verbindung steht, wobei ein Vorratsbehälter für die Absorptionsmasse über einen
Injektor an die Einsaugleitung des Gerätes angeschlossen ist. Hierbei werden zwecks
Erreichung einer selbsttätigen Betriebsweise Pumpe und Steuerventil im Sinne zeitlich
aufeinanderfolgender Analysen angetrieben. Das Volumenmeßgerät löst mittels eines
Peilstabes bei Erreichen der kritischen Konzentrationen die Fernanzeige, die Alarm-
oder Belüftungsanlage aus.
-
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die universelle Verwendbarkeit
des vorgnannten Gasanalysengerätes und seine Meßgenauigkeit zu erhöhen.
-
Nach der Erfindung wird das Gerät mit einer Vorrichtung mit mehreren
Vorratsbehältern für verschiedene Absorptionsmassen ausgerüstet, wobei die einzelnen
Vorratsbehälter mittels einer automatischen Vorrichtung oder eines Zeitschaltwerks
nacheinander in Arbeitsstellungen gebracht werden und dabei gleichzeitig der Peilstab
in diejenige Stellung gerückt wird, die der gewählten Konzentrationsgrenze des jeweiligen
zu analysierenden Gases entspricht.
-
Durch diese Vervollständigung des Gerätes nach der Hauptanmeldung
ist es möglich, automatisch mehrere Gase selektiv nacheinander in einem Gerät zu
analysieren. Dies ist z. B. besonders in Bergwerken von großem Nutzen, wo nicht
nur die Anreicherung der Luft mit Grubengas (cd4), auch die mit Kohlenoxyd (CO)
und nicht zuletzt auch der Gehalt an Kohlendioxyd (C °2) überwacht werden muß.
-
Es ist ferner wünschenswert, die Arbeitsweise des Gerätes leichter
kontrollieren zu können. Daher wird vorgeschlagen, den Druckverlauf eines jeden
Arbeitsspiels im Absorptionsgefäß mittels eines an sich bekannten Trommel- bzw.
Bandschreibers od. dgl. in einem Druck-Zeit-Diagramm festzuhalten.
-
Um die Meßgenauigkeit der Anlage zu erhöhen, wird ferner vorgeschlagen,
den Kolben des Volumenmeßgerätes als Differentialkolben auszubilden, wobei durch
den beim Messen des im Absorptionsgefäß absorbierten Gasvolumens eine die Kolbenreibung
ganz oder teilweise aufhebende Kraft ausgeübt wird.
-
Hierdurch wird in einfacher Weise eine hohe Meßgenauigkeit erzielt,
durch die eine rechtzeitige Warnung vor Schlagwetter- oder Leuchtgasexplosionen
gegeben wird.
-
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Zeichnung zeigt schematisch
den Aufbau des Gasanalysengerätes.
-
Ein ElektromotorlO treibt über eine Welle 11 (schematisch angedeutet)
eine Pumpe 12, z. B. eine Flügelradpumpe bekannter Bauart. Der Einlaß der Pumpe
12 ist über Leitungen 13, 13' mit dem Steuergehäuse 14 und dem Absorptionsgefäß
44, und über Leitung 15, 15' mit dem Volumenmeßgerät 17 verbunden. Der Auslaß 18
der Pumpe 12 ragt ins Freie.
-
An Leitung 13 ist ein Rohr 19 angeschlossen, das in ein Auffanggefäß
20 für verbrauchte Absorptionsmasse mündet.
-
Das Steuergehäuse 14 enthält einen Kolben 25 mit vier Durchlässen
26, 27, 28, 28', ferner eine Feder 29, die den Kolben 25 über einen Stößel 30 ständig
gegen eine Programmscheibe 31 drückt. Die Ansaugleitung 35 führt zu einer Vorrichtung
mit mehreren Vorratsbehältern 38, die auf einem Drehtisch 80 befestigt sind. In
jeden Vorratsbehälter 38 ragen Kapillarröhrchen 37. Sie tauchen in verschiedene
Absorptionsmassen. Die oberen Enden 36 der Kapillarröhrchen
münden
in Venturirohre 35". Diese sind so angeordnet, daß sie nacheinander in fluchtende
Stellung mit der Ansaugleitung 35 gebracht werden. Wie in der Zeichnung angedeutet,
sind beide Teile mit Flanschen 79 versehen, so daß sich eine gute Dichtung erzielen
läßt. Die Vorratsbehälter 38 besitzen Füllstutzen 81. Sie sind so gebaut, daß innerhalb
der Vorratsbehälter 38 stets gleicher Druck wie außen herrscht. Die Einsaugleitung
35 ist hinter dem Steuergehäuse 14 durch ein kurzes Rohr 35' mit dem Absorptionsgefäß
44 verbunden.
-
Das Volumenmeßgerät 17 besteht aus einem abgesetzten Rohr 45 geeigneter
Länge, in dem sich ein Differentialkolben 82 mit dem Kolben 82a und 82 b bewegen
kann. Beide Kolben 82 a und 82 b stehen über eine Stange 83 miteinander in Verbindung.
-
Durch Fettschmierung wird eine ausreichende Abdichtung bei leichter
Verschiebemöglichkeit erreicht.
-
Der zwischen den beiden Kolben 82 a und 82 b befindliche Raum ist
über eine Leitung 84 an das Steuergehäuse 14 angeschlossen. In der gezeichneten
Stellung des Steuerkolbens 25 mündet die Leitung 84 in den Durchlaß 28'. An die
Leitung 84 ist ferner ein Behälter 85 größeren Volumens angeschlossen. Er dient
zum Ausgleich der Druckveränderungen, die beim Verschieben des Differentialkolbens
in dem Raum zwischen den Kolben 82 a und 82b eintreten.
-
Die Flächenvergrößerung des Kolbens 82 a gegenüber 82b muß so gewählt
sein, daß die hierdurch auf die Kolben wirkende Zusatzkraft während der Messung
gerade die Größe der Reibungskräfte erreicht. Überwiegt die Zusatzkraft die Reibungskräfte,
so wird das im Absorptionsgefäß befindliche Gas komprimiert. Es wird also in diesem
Falle ein größeres Volumen gemessen, als tatsächlich absorbiert wurde. Umgekehrt
liegen die Verhältnisse, wenn die Zusatzkraft kleiner als die Reibungskräfte ist.
Als Reibungskräfte werden diejenigen Kräfte verstanden, die sich dem bewegenden
Kolben entgegenstellen.
-
Der Differentialkolben erlaubt dem Konstrukteur, den durch Reibung
auftretenden Meßfehler mit guter Annäherung zu korrigieren. Am anderen Ende des
Absorptionsgefäßes 44 befindet sich eine Bohrung 47, in der ein Peilstab 48 gasdicht
geführt ist. Im Innern des Peilstabes 48 sind elektrische Leitungen 49 verlegt,
die zu den Kontaktstiften 50 führen. Die Leitungen 49 stehen über eine Stromquelle
51 mit einer Klingel 52 als Alarmanlage in Verbindung. Der Peilstab 48 läßt sich
durch den Lenker 86 in der Bohrung 47 verschieben. Zwischen dem Gehäuse des Absorptionsgefäßes
44 und dem Peilstab 48 ist eine Feder 87 angeordnet. Diese hat das Bestreben, den
Peilstab 48 nach unten zu drücken. Der Lenker 86 ist an einen bei 99 gelagerten
Balken 88 angeschlossen. Das andere Ende des Balkens 88 wird durch die Kraft der
Feder 87 gegen eine Programm-bzw. Kurvenscheibe 89 gedrückt. Diese sitzt zusammen
mit dem Drehtisch auf einer gemeinsamen Welle 90, die über einen Kegeltrieb 91 von
einem Motor 112 angetrieben wird.
-
Mittels der Programmscheibe 89 wird der Peilstab 48 verstellt und
dabei diejenige kritische Konzentration eines in der Luft vorhandenen Gasbestandteils
eingestellt, bei der die Klingel 52 oder eine sonstige Anlage alarmiert.
-
Die Programmscheibe 31 ist so gestaltet, daß nacheinander der Steuerkolben
25 in die verschiedenen Stellungen gebracht wird, wie weiter unten näher er-
läutert
ist. Neben der Programmscheibe 31 ist eine zweite Programmscheibe 60, die während
der gezeichneten Stellung des Steuerkolbens 25 den Stromkreis 62 des Motors 10 über
einen Schalter 61 schließt. Die Pumpe 12 wird hierdurch angetrieben.
-
Mit 63 ist eine Stromquelle bezeichnet. Mit 65 ist angedeutet, daß
die Programmscheiben 31, 60 durch einen (nicht dargestellten) Motor mit Untersetzungsgetriebe
angetrieben werden. Beispielsweise kann dieser Antrieb so gewählt werden, daß die
Programmscheiben 31, 60 eine Umdrehung pro Minute machen.
-
In diesem Falle erfolgt in jeder Minute eine Analyse.
-
Zur Kontrolle des im Absorptionsgefäß 44 stattfindenden Druckverlaufs
treibt die Welle 65 gleichzeitig einen Trommel- bzw. Bandschreiber 100, dessen mit
dem Absorptionsgefäß 44 verbundenes Manometer gegebenenfalls mit Hebelübersetzung
über einen Schreibzeiger die Drücke festhält.
-
Die Welle 65 treibt ferner über ein Vorgelege 105 ein Untersetzungsgetriebe
106. Statt dessen kann auch ein gesondertes Zeitschaltwerk verwendet werden. Das
Untersetzungsgetriebe 106 treibt eine Programmscheibe 107 und versetzt diese in
langsame Drehung, etwa eine Umdrehung in 10 Minuten. Auf der Programmscheibe 107
ist ein Nocken 108, der den Schalter 109 betätigt. Der Schalter 109 ist in unterbrochener
Stellung gezeigt. Der Schalter 109 ist über elektrische Leitungen mit einer Magnetspule
110, einem Endschalter 111 und dem Motor 112 und einer Stromquelle 63' verbunden.
Die Magnetspule 110 umgibt einen Eisenkern 113. Letzterer ist bei 114 geführt und
wird durch die Kraft der Feder 115 und eine Verbindungsstange 116 ständig nach unten
gedrückt. Der Endschalter 111 ist in unterbrochener Stellung gezeigt. Er besteht
aus einem pilzförmigen Stempelll7, der in dem Gehäuse gelagert ist und sich in vertikaler
Richtung bewegen kann.
-
Der Stempel 117 steht ständig unter der Kraft einer schwachen Federll8,
die ihn nach oben zu drücken sucht und in deren Endstellung er mittels seiner Strombrücke
119 die Anschlüsse des Endschalters 111 elektrisch verbindet. An dem Drehtisch 80
sind ferner zwei federnde Zungen 120 angebracht.
-
Sie sind radial nach außen gerichtet und etwa so breit wie der Durchmesser
des pilzförmigen Stempels 117. Die rechts gezeichnete Zunge 120 ist unbelastet und
daher horizontal gerichtet; die linke Zunge dagegen ist nach oben abgebogen. Sie
drückt auf den Stempel 117 und unterbricht den Stromkreis zum Motor 112.
-
Jede Zunge 120 ist unmittelbar unterhalb der Vorratsbehälter 38 am
Drehtisch 80 angebracht.
-
An dem Anker 113 ist ferner ein Haken 121 angebracht. Dieser ist
imstande, das äußerste Ende der links gezeichneten Zunge 120 anzuheben und damit
den Schalter 111 zu betätigen, d. h. den Stromkreis des Motors 112 zu schließen.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Sobald der Schalter
109 durch den Nocken 108 betätigt wird, fließt durch die Magnetspule 110 ein Strom;
der Ankerll3 wird entgegen der Kraft der Feder 115 hochgezogen. Hierdurch nimmt
der Haken 121 die links gezeichnete Zunge 120 mit. Infolgedessen schließt der Schalter
111 den Stromkreis für den Motorll2. Motorll2 treibt über den Kegeltrieb 91 die
Welle 90 des Drehtischs 80 an, wobei sich die Zunge 120 von dem Haken 121 löst.
Da die Zunge jedoch aus dem Bereich des Stempels 117
geschwenkt
ist, bleibt der Schalter 111 geschlossen.
-
Der Drehtisch 80 befördert den nächsten Vorratsbehälter38 wie folgt
in Arbeitsstellung: Nach dem Beispiel der Zeichnung, wo nur zwei Vorratsbehälter
angeordnet sind, macht der Drehtisch 80 eine halbe Umdrehung. Da nun die vorher
rechts befindliche Zunge 120 den Stempel 117 niederdrückt, wird der Stromkreis für
Motor 112 geöffnet.
-
Der Motor 112 bleibt sofort durch eine Magnetbremse stehen. Die Vorratsbehälter
35 sind somit selbsttätig vertauscht worden. Kurz nach der Drehung des Drehtisches
80, öffnet der Nocken 108 auch den Stromkreis für die Magnetspule 110, wonach der
Eisenkern 113 durch die Kraft der Feder 115 wieder nach unten gedrückt wird. Der
Haken 121 bewegt sich dabei nahezu widerstandslos an dem äußeren Ende der Zunge
120 vorbei in die gezeichnete Stellung. Da die Welle 90 gleichzeitig auch die Kurvenscheibe
89 mitdreht, ist während der Schwenkbewegung der Peilstab 48 in diejenige neue Stellung
gerückt worden, die der kritischen Konzentrationsgrenze des nun zu absorbierenden
Gases entspricht.
-
Die Wirkungsweise des Analysengerätes ist wie folgt: Sobald die Kurvenscheibe
60 den Schalter 61 betätigt, läuft der Motor 10 und damit die Pumpe 12 an.
-
Die Kurvenscheibe 31 hat dabei den Steuerkolben 25 in die gezeichnete
Lage gebracht. Die Pumpe 12 saugt die Luft über die Leitungen 13', Bohrung 28, Leitung
13 aus dem Absorptionsgefäß 44. Gleichzeitig wird über Leitung 15', Bohrung 27,
Leitung 15 Luft aus dem Raum oberhalb des Kolbens 82 a des Volumenmeßgerätes und
über Leitung 84 die Luft zwischen den Kolben 82a und 82b abgesaugt. Sobald ein genügend
großes Vakuum erzeugt ist, drückt die Kurvenscheibe 31 den Steuerschieber in eine
neue Stellung. In dieser fluchtet die Bohrung27 mit den Leitungen 35 und 35'. Alle
übrigen Leitungen sind abgeschlossen. Gleichzeitig öffnet der Schalter 61 den Stromkreis,
wodurch die Pumpe zum Stillstand kommt. Die Leitungenl3, 15 sind nunmehr abgeschlossen.
Die Bohrung 27 des Steuerkolbens 25 stellt über den Einlaß 35 und Leitung 35' eine
Verbindung zwischen der Außenluft und dem Absorptionsgefäß 44 her. Infolge des Druckunterschiedes
strömt Luft in das Absorptionsgefäß 44. Die an den oberen Enden der Kapillaren 36
vorbeiströmende Luft reißt dabei Absorptionsmasse - z. B. Natronlauge - mit in das
Absorptionsgefäß 44 hinein.
-
Durch die Querschnittsverengung im Venturirohr 35" wird eine erhöhte
Geschwindigkeit und gute Durchwirbelung zwischen Luft und Absorptionsmasse erzielt.
Beim Einströmen wird der Differentialkolben des Volumenmeßgerätes in seine Ausgangslage
(in der Zeichnung nach oben) geschoben. Sofort nach dem Einströmvorgang bringt die
Kurvenscheibe 31 den Steuerkolben 25 in die nächste Stellung, bei der alle Leitungen
verschlossen sind; lediglich die Bohrung 26 stellt über Öffnung 15", Leitung 15'
eine Verbindung mit dem Außendruck her, so daß auf die dem Absorptionsgefäß 44 abgewandte
Seite des Differentialkolbens nunmehr Außendruck wirkt.
-
Infolge der inzwischen stattfindenden Absorption eines Bestandteiles
der Luft, z. B. Kohlensäure, verringert sich das in dem Absorptionsgefäß 44 ein-
geschlossene
Luftvolumen. Der Differentialkolben wird hierdurch in Richtung auf das Absorptionsgefäß
geschoben. Die Länge seines hierbei zurückgelegten Weges entspricht dem Volumen
der absorbierten Gaskomponente, z. B. Kohlensäure. Sobald bei einer dieser Messungen
der Kolben 82 b gegen die Kontakte 50 des Peilstabes 48 drückt, schließt sich ein
Stromkreis und setzt die Klingel 52 in Betrieb.
-
Die beschriebenen Vorgänge beginnen hieran anschließend wieder von
vorn.