DE1673145A1 - Vorrichtung zum Nachweis oder Entdecken von Verunreinigungen mittels auf einem umlaufbaren Koerper angebrachten Anzeigeelement - Google Patents

Vorrichtung zum Nachweis oder Entdecken von Verunreinigungen mittels auf einem umlaufbaren Koerper angebrachten Anzeigeelement

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DE1673145A1
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Description

Bad Gandersiieimf den 29. Juni 1967
Dip4.-Ing. Horst Rose
Dipl.-Ing. Pefer Kos β I
Patentanwälte
Bad Gandersheim
Br*un«chweig*r Straße 22
LARS-ERIK TAKMELIN, Stockholm und
SS S S 3 S S S S S β XZ SS S ü 31S S S 3 S X S M. S Ci = SS a = S 3 S K
AfiliOLD BRAN1TTE, Sund byi>erg, Scliweden
sssssrcB sastsssst =e = = »e= ssnssssssa
Vorrichtung sum Nachweis oder Entdecken von Veruareinigungen mittels auf einem umlaufbaren Körper angebrachten Anzeigeelamenten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis oder Entdecken von Verunreinigungen in Luft, Gas oder Dampf mittels auf einem umlaufbaren Körper angebrachten Anzeigeelementen.
Zweck der Erfindung ist es, eine zuverlässige λ und schnell arbeitende aber gleichzeitig einfache Vorricnttmg-achweis und Entdecken von Verunreinigungen in Luft, Gas, Dampf od.dp^l. zu schaffen. Der Ausdruck "Luft" in der .folgenden Beschreibung umfasst auch andere Gase oder Dampf. , α.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung soll ermöglichen, dass eine umlaufende Scheibe nit so grosser Geschwindigkeit in Umlaute*-getetit wird, dass sie in einfacher Weise als eine Luftpumpe mit ausreichend hohe»
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Leistung ausgebildet werden kann, so dass sie zum Aufnehmen und Anreichern von Gasen und Aerosolen benutzt werden kann und weiterhin dass mehrere Proben in ein und demselben Arbeitsvorgang genommen werden können. Durch die Kombination verschiedener Reagenzmittel an den gleichzeitig genommenen Proben kann die Anwesenheit einer grossen Anzahl von Substanzen nachgewiesen werden«
Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise mit Vorteil militärisch verwendet werden, um in der Luft befindliche- chemische und biologische Kampfmittel nachzuweisen und/oder zu bestimmen* Als Beispiele für zivile Verwendungsgebieten kann Nachweisen von Kohlenoxyd in Garagen, Fahrzeugen oder Wohnzimmern, sowie Nachweisen von Cyanwasserstoff nach Rauchen gegen Ungeziefer erwähnt werden. Weitere Verwendungsgebiete sind Gasanalyse, Alkoholtest und Kessen von Verunreinigungen in Luft.
Zu diesen Zwecken bisher bekannten Vorrichtungen sind im allgemeinen sehr kompliziert und eignen sich daher nicht für eine schnelle und zuverlässige Anzeige von Verunreinigungen. Eine bekannte Vorrichtung enthält eine umlaufbar angeordnete kreisförmig« Scheibe, an deefen Umkreis Anzeigeelemente angeordnet sind und beim Um-
dmr zu
lauf der Scheibe in Kontakt mitTprüfenden Luft gebracht werden* Diese Vorrichtung weist jedoch verschiedene, sehr erhebliche Nachteile auf. Zunächst kann die Luftmenge, von der die Probe entnommen worden ist, nicht be~
friedigen*" bestimmt werden, was einen quantitativen lach weis der Verunreinigungen unmöglich sacht* Weiterhin
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steht eine Verdünnung der Probeluft während des Nehmens der Probe deswegen, weil die Anzeigeelementejft in den gleichen Luftvolumen umlaufen/ und gleichzeitig wird der Aufnahmegrad von der Partikelgrösse der Verunreinigung-
abhängig, da kleinere Partikel bei einem derartigen Umlauf der Anzeigeelemente eine grössere Neigung als gras8ere Partikel besitzen, seitlich der Anzeigeelemente infolge der vor ihnen gebildeten Luftkissen auszuweichen· Dies bedeutet seinerseits, dass selbst geringe Änderungen der Umlaufgeschwindigkeit zu* veränderten Auf- m nahoebedingungen führen, da eine Verringerung der Umlaufgeschwindigkeit eine Aufnahme von grösseren Partikel begünstigt, so dass die Genauigkeit der Probeentnahme unbefriedigend wird.
Diese Sachteile werden bei der Vorrichtung <$etnäse der Erfindung vollständig vermieden, die im Prinzip die Anwendung eines pumpenartigen, umlaufenden Körpers umfasst, der die erforderliche Luftdurchströnsung durch ein oder mehrere Anzeigeelemente herbeiführt und zu die- -sem Zweck in besonderer Veise ausgebildet ist, sowie mittels einer an sich bekannten, z.B. von Hand betätigten Antriebsvorrichtung, in der Luft mit einer äusserst hohen Drehzahl in Umlauf gesetzt wird.
Die Neuheit der Vorrichtung gemäes der Erfindung besteht i« Wesentlichen darin, dass der umlaufende
Körper aus einer Scheibe besteht, die radiale Kanäleji aufweist, welche am Umkreis der Scheibe in als Luftausläese dienende öffnungen ausmünden und in der Nähe des
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Zentrums der Scheibe mit in der Scheibe angebrachten, als Lüfteinläsee dienenden, die Anzeigeelementen enthaltenden Offnungen in Verbindung stehen; die Scheibe wird In an sich bekannter Weise z.B. dadurch in Umlauf gesetzt, dass man von Hand an zwei mit einander verdrillten und in der Nähe des Zentrums der Scheibe durch je ; ein Loch geführten Schnüren zieht.
Durch die Vorrichtung genäse der Erfindung werden im Vergleich mit bisher zu diesem Zweck bekannten Vorrichtungen unter anderem die folgenden forteile erreicht :
1. Dadurch dass die Luft mittels Pumpwirkung durch die Anzeigeelemente iBaugt wird, erzielt man eine fast vollständige Aufnahme der Verunreinigungen der Luft, was nicht nur eine qualitative sondern auch eine in den meisten Fällen ausreichende quantitative Bestimmung erlaubt.
2. Da die Anzeigeelemente ie voraus mit geeigneten ReagenzroitteIn präpariert und mittels eines einfachen Handgriffs ausgetauscht bezw. auf dl« Vorrichtung angebracht werden können, wenn sie nicht schon von Anfang an dort montiert sind, wird eine sehr kurse Probeentnahmezeit erreicht, was ein erheblicher Vorteil beim Peststellen von in der Luft gegebenenfalls befindlichen Kampfmitteln ist und anderen Verunreinigungen« da ein Zeitgewinn von einigen Sekunden in diesen Fall· von entscheidener Bedeutung sein kann.
3· Durch die vorgeschlagene Antriebavorrich-
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tung kann die Vorrichtung sehr schnell^ mit der erforderlichen hoben Drehzahl in Umlauf gesetzt werden* Versuche haben gezeigt, dass die erzielte Umlaufgeschwindigkeit 50.000 Umdrehungen per Minute übersteigen kann· Infolge der hohen Drehzahl kann die Vorrichtung bei beibehaltener hohen Leistung sehr kleine Abmessungen und geringes Gewicht erhalten, was auch zu ihrer Zweckmässigkeit insbesondere für die Anwendung in Feld beiträgt^ und auaserdem aus Kostengesichtspunkte ihre Verwendung für einmaligen Gebrauch ermöglicht.
4. Durch ihre einfache Bauart eignet sich die Vorrichtung zur Massenherstellung für einmaligen Gebrauch.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 die Vorrichtung perspektivisch, teilweise la Schnitt zeigt,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsfora der Erfindung perspektivisch darstellt,
Fig. 3 eine zweckm'ässige Ausführungsfor« der Anseige&emente für halb-quantitative Probeentnahme veranschaulicht,
Fig. 3a bis 3d e verschieden« Auefütarung-•n einer Einzelheit der Anzeigeelement· dar,
Fig. 4 - 6 Diagraeme «eigen, die das Aufnahmevermögen der Anzeigeelement· bei Verwendung von Droseelsoheiben sowie die Druck- bezw. Voluaenleistongen der Torrichtung zeigen, und
fig. 7-8 Diagramme über Kalibrieruagebeiepiele
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darstellen.
In der Zeichnung besitzt eine kreisförmige Seheibe 1 radiale Kanäle 2 alt Einlassen 3 in der Nähe des Zentrums der Scheibe und Auslässen 4- am Umkreis der Scheibe. Die Einlasse sind Bit Anzeigeelementen 5 versehen, die von der Luft durchströmt werden und beispielsweise aus Filtrierpapier bestehen und zur Aufnahme von Gasen oder Aerosolen bestimmt sind. Zwei mit einander verdrillte Schnüre 6, 7 laufen durch je ein Loch 8, 9 in der Kähe des Zentrums der Scheibe. Die Enden der Schnüre sind an Handgriffe 11, 12 befestigt· Wenn man in diesen Handgriffen sieht und abwechseln nachgiebt kann die Scheibe, da die Schnüre verdrillt sind, in Umlauf mit einer sehr hohen Drehzahl abwechselnd in der einen oder anderen Richtung gesetzt werden, wobei die Scheibe wie' eine Luftpumpe wirkt, die Luft durch die Anzeigeelemente 5 saugt. Auf der Scheibe sind um die Anzeigeelemente 5 herum z.B. verschiedenfarbige Ringe IO zur Identifizierung der verschiedenen Elemente angebracht. Die Ende der beiden Schnüren sind mit einander durch die Handgriffe verbunden, die beispielsweise aus zwei Gummischläuchen 11ι 12 besteben können.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungeform sind die Anaeigeleaente 5 mit den zugehörigen Einlassen auf einem Halter 13 angeordnet, der an der Scheibe 1 austauschbar angeordnet ist. Der Halter kann la eine von eine« Flansch 14 gebildete Tasche eingeschoben und in der eingeschobenen Lage mittels eines Zapfens.15 .festgelegt m
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werden, der in ein entsprechendes Loch 16 auf dem Halter eingeführt werden kann. Auf der Oberseite des Flansches 14 können geeignete Farbenraarken 17 auf der einen oder auf beiden Seiten der Anzeigeelemente angebracht sein* Die in Fig* 2 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung kann soeit in einfacher Weise für wiederholte Anwendungen eingerichtet werden.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind in verschiedener Weise bemessene Drosselscheiben 18 hinter die Anzeigeelemente 5 eingeschaltet, so dass verschiedene Luftmengen durch die Anzeigeelemente gesaugt werden können. Für ein Reagenzmittel bestimmter Empfindlichkeit enthält man dann bein Entnehmen der Probe beispielsweise einen deutlich markierten Farbenwechsel auf denjenigen zwei in den Luftelnlässen angebrachten Anzeigeelementen «i«4, durch die die grÖ3ste Luftmenge strömt, eine unbedeutende Farbenanderung auf demjenigen Anzeigeelement, das von einer geringeren Luftmenge durchströfflt wird.und keinen Ausschlag auf dem Anzeigeelement mit der stärksten Drosselung dee Luftstroms. Die beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise in folgender Weiae angewandt werden. y
Zum nachweis von einer gegebenen Verunreinigung, beispielsweise Kohlenoxyd, werden sweckaaesig Anstigeeleeente 5 angewandt, die einen Farbenausschlag unmittelbar während des Hehaens der Probe geben* Wird hierfür beispielsweise Palladiuechlorid angewandt, so wird das Anzeigeelement bei Anwesenheit von Kohlenoxyd durch Reduk-
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tion S5U freiem Palladium scbwarzgefärbt. Natürlich können auch andere Reagenzmittel angewandt und auch andere Verunreinigungen als Kohlenoxyd nachgewiesen werden.
Soll nur eine einzige Verunreinigung unter einer Anzahl vermuteter Verunreinigungen nachgewiesen werden, so wird eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Anzeigeelementen zur Aufnahme von bekannten Gasen und Aerosolen angewandt. Nach beendeter Entnahme der Probe werden verschiedene Reagenzmittel auf den verschiedenen Anzeigeelementen angebracht. Hat man hierbei beispielsweise als Phosgenreagenzmittel Dimethylasinobenzaldehyd und Phenylnaphtylamin angewandt« so wird das Anzeigeelement bei Anwesenheit dieser Substanz grün-gefärbt.
Natürlich kann man mittels der Vorrichtung gemäss der Erfindung auch den Verschmutzungsgrad in Form von Aerosolen in der Luft dadurch untersuchen, dass das auf den Anzeigeelementen gesammelte Material nach Entnahme der Probe in bekannter Weise einer quantitativen Bestimmung unterworfen wird, beispielsweise gravimetrisch oder nach Extraktion der Anzeigeelement· mittels üblichen analytischen Methoden. °
Die Verwendung der i· Zusammenhang alt Fig. 5 beschriebenen Drosselung der hinter den Ans·igeelementen 5 belogenen Luftkanälen wird in den in Fig. 4 und 5 dargestellten Diagrammen näher veranschaulicht. Bas Diagramm nach Fig. 4 veranschaulicht die relative Aeroeolgewichtsmenge V, die auf den verschiedenen AnseigeeleHienten a, b» c, d aufgenommen vlrd, wenn der Durchmesser D m
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der Kanäle nach den Lufteinlässen in verschiedener Weise gedrosselt worden ist.
Beim Versuch wurde beispielsweise eine umlaufende Scheibe (Pig. 4) mit einem Durchmesser von 40 mm und einem Gewicht von etwa 2,5 g angewandt. Der Durchmesser der Lüfteinlässe betrug 4 mm und der Durchmesser der grössten Drosselscheibe (hinter dem Anzeigeelement a) betrug ebenfalls 4 mm. Beim Versuch wurde ein Zinkchloridnebel als Prüf medi um angewandt und die ita Diagram an-
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gegebenen Gewichtsmengen V wurden durch W^gung der Anzeigeelemente nach Entnahme der Probe erhalten. Beim Anzeigeelement d, das einer normalen Luftdurchsaugung ausgesetzt war, wurde eine !«enge gewogen, die etwa 85 % der in der Erobeluft befindlichen Prüfsubstanzroenge entsprach« Die auf dem Anzeigeelement a empfangene Gewichtsmenge wurde durch Stosseffekt verursacht, da der Luftkanal in diesem Pail mittels einer Drosselscheibe vollständig geschlossen war (Fig. 3a).
Die Ergebnisse einer ähnlichen untersuchung bei Bestimmung von gasförmigen Verunreinigungen gehen aus den in Fig. 5 gezeigten Diagramm hervor. Bei diesem Versuch hatte die unlaufende Scheibe der Vorrichtung ebenfalls einen Durchmesser von 40 mm und ein Gewicht von etwa 2,5 g* Die Scheibe 1 wies 5 Lufteinlässen auf, von denen jeder einen Durchmesser von 4 ma hatte, und als Anzeigeelement a - e wurden mit Gel belegte Zellulosefilter verwendet. Der Durchmesser C der grössten Drosselscheibe betrug 4 mm, das heisst ®? war ebenso grcee vie *
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der Durchmesser der Lüfteinlässe bezw« der Anzeigeelement^ und als Prüfsubstanz wurde ein radioaktives Kittel, wie mit Tritium gekennzeichnetes Essigsäureanhydrid verwendet. Wie aus dem Diagramm hervorgebt, sind die von. den Anzeigeelement en aufgenommenen Gewichtsmengen 7 nicht direkt proportional dem Drosslungsgrad, was auf einem erhöhten Druckabfall über die Anzeigeelemente bei erhöhter Luftgesebwindigkeit und geänderter Filtrierungewirkung beruhen dürfte» Die auf dem Anzeigeelement a gemessene Gewichtsmenge V dürfte hauptsächlich u.a. durch den Diffusionseffekt verursacht worden sein, da der Luftkanal in dieses Fall durch eine DroβseIscheibe mit gleichem Durchmesser wie den Durchmesser des Lufteinlasses vollständig abgeschlossen war.
Zur Peststellung der Druck- und Volueenleistung etc. der Vorrichtung wurden einige Versuche u.a. mit einer Vorrichtung vorgenommen, deren Scheibe einen Durchmesser von 4Ό mm, ein Gewicht von zirka 2,5 g* elfte Stärke von 4· mm und eine Einlasefläche von 1 ce besass. Sie Vorrichtung wurde bei« Versuch mittels eines elektrischen Motors lh der Probierbank sub Umlauf gebracht; die hierbei erhaltenen Werte gehen aus dem in Fig. 6 gezeigten Diagramm hervor. In Fig. 6 ist entlang der linkeSr vertikalen Achse de* freiear Luftstrom in Liter/Bin, bei einer Luftquer- schnittsfläche von 1 cm und die Strömungsgeschwindigkeit
m der Luft in X/Sek. abgesetzt worden« Entlang der rechten vertikalen Achse ist der statische Unterdrück ρ in na Wassersäule (Strömung - 0) abgesetzt worden« Entlang der Horisontalachse ist die Umlaufgeschwindigkeit der *
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Scheibe in Umdrehungen pro Winute abgesetzt worden- Die Kurve F zeigt die Laufströmung und die Kurve S den statischen Unterdruck.
Bei anderen vorgenommenen Untersuchungen bat es sich gezeigt, dass die vorliegende Vorrichtung mittels der beschriebenen Handantriebsvorrichtung bis zu einer Höchstgeschwindigkeit von etwa 50.000 Umdrehungen pro Winute beschleunigt werden kann. Die Vorrichtung arbeitet dabei wie eine Pumpe mit sehr hohen Leistungen hinsichtlich des statischen Drucks und der Luftkapazität. £3 wurde auch festgestellt, dass die Höchstgeschwindigkeit der Scheibe mit geringeren Durchmesser wächst, und da höhere Geschwindigkeiten die Kapazität der Vorrichtung hinsichtlich durchgesagter Luftmenge pro Flächeneinheit der Anzeigefläche erhöht, soll der Durchmesser der Scheibe so gering ausgeführt werden, wie es für den jeweiligen Zweck am geeignetsten ist. Hierbei ist zu beachten« dass auch das Gewicht der Scheibe und die Beschaffenheit der Antriebeschnur die Umlaufgeschwindigkeit beeinflussen. Fig. 7 und 8 stellen In Blagrammfora Kalibrierbeispiele für eine Luftprüf vorrichtung nach der Erfindung dar· Die Scheibe 1 bestand aus einen Pappekreisel mit eines Diameter von 40 mm, ein Gewicht von 2,5 g und mit Lüfteinläs-β·η von 3»5 ma Diameter alt Anzeigeelementen.
Nach Flg. 7 ist die Scheibe von eine«? elektikriechen Motor mit regelbaren Drehzahl in eine«" Prüf bank zur BeetiaaungjJer Druck- und Volumenleistungen dee Kreisels angetrieben. Entlang der Vertikalachse ist die durch*
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die Anzeigeelemente eingesaugte Luftmenge A in Liter pro Minute sowie auch die Luftmenge B in Liter pro Minute ohne Anzeigeelemente oder Filter abgesetzt worden« Entlang der Horizontalachse ist die Umlaufgeschwindigkeit im Umdrehungen pro Minute abgesetzt worden· Die Kurve X stellt den Luftstrom ohne Anzeigeelement^ oder Filter und Kurve Y den Luftstrom mit Anzeigeelementen oder Filtern dar.
Fig. 8 veranschaulicht Kalibrierbeispiele mit der Scheibe von Hand angetrieben· Die Umlaufgeschwindigkeit R/Min, ist von Oscilloscopeintragungen abgesetzt worden« Entlang der Vertikalachse rechts ist die durch die Anzeigeelemente oder Filter eingesaugte Luftmenge in Liter pro Minute abgesetzt worden« Die Zeit fur jeder Pumpenhub «0,6 Sek. ist entlang dem Abstand T abgesetzt worden, und die schraffrierte Fläche bezieht sich auf die integrierte Luftmenge * 10 Lit./Min. Die Kurve Z stellt die Umlaufgeschwindigkeit und Kurve U den Luftstrom dar·
Die bei der Vorrichtung angewandten Anzeigeelemente können «us Filterpapier oder aus andere« geeignetes Material bestehen und sie können entweder i· voraus oder auch erst nach der Entnahme der Probe mit geeigneten Reagenzmitteln präpariert werden.
Die Vorrichtung kann Infolge ihrer Einfachheit, insbesondere wenn sie für einmaligen Gebrauch aus Papier oder Plast ausgebildet wird, zu einem sehr niedrigen Freie hergestellt werden und kann daher beispielsweise ohne grSssere Kosten zu jeder Gaeaaskenaosrüstung für *
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sowohl zivilen wie militärischen Gebrauch gehören»
Wenn die Vorrichtung für einmaligen Gebrauch bestimmt ist, kann sie nach der £i«vendung als Spielsache dienen und kann dann beispielsweise mit einem beim Umlauf der Scheibe ein Geräusch hervorrufenden Element oder dergleichen ausgerüstet werden.
Die Vorrichtung ermöglicht weiterhin eine äu83erst kurze Probeentnamnezeit ohne umfassende Vorarbeiten oder Nacharbeiten, was von entscheidender Bedeutung z.B. für den Gebrauch im Felde ist. Dadurch, dass bereits sehr geringe Substanzmenge durch die mittels, der Pumpwirkung erzielte Anreicherung der Probesubstanz auf den Anzeigeelementen nachgewiesen werden können wie dadurch, dass eine Hehrzahl von Proben gleichzeitig entnommen und somit eine Mehrzahl von Stoffen durch die Präparierung der Anzeigeelementen mit verschiedenen Reagenzmittelkoubinationen gleichzeitig nachgewiesen werden können, erhält man durch die Erfindung ein.'wirksames und genau arbeitendes Instrument für eine schnelle Bestimmung ▼on etwaigen Verunreinigungen sowohl in Iwft wie in anderen Gasen oder Dämpfen.
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Claims (6)

1673H5 I» Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Nachweis von Verunreinigungen in Luft, anderen Gasen oder Dampf mittels auf einem umlaufbaren Korper angebrachten Anzeigeelementen» dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufbare Korper aus einer Scheibe besteht, die radiale Kanäle aufweist, welche as Umkreis der Scheibe in als Lüfteinlässe ausgebildete öffnungen ausmünden und in der Nähe des Zentrums der Scheibe mit in der Scheibe angebrachten, als Lufteinlässe angeordneten, Anzeigeelemente enthaltenden öffnungen in Verbindung stehen und dass die Scheibe derart ausgebildet ist, dass sie in bekannter Weise durch Ziehen an swei verdrillten und in der Nähe des Zentrums der Scheibe durch ein Loch geführten Schnüren zum Umlaufen gebracht wird·
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeelemente entfernbar oder austauschbar in den öffnungen befestigt sind.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die AnzeigeelementejC auf einem Halter angeordnet sind, der entfernbar auf der Schei-
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be befestigt werden kann.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3i dadurch gekennzeichnet, dass der Kalter in eine von einem Flansch gebildete Tasche einechiebbar und in seiner eingeschobenen lage mittels eines von der Scheibe herausragenden Zapfeis fest leg bar ist, der in einer auf dem Halter angebrachten Aussparung angebracht werden kann.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite des Flansches Farbmarken In gleicher Höhe mit dem Anzeigeelement aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, dass die öffnungen einen mindestens teilweise verringerten Durchstroadiameter be-•itst.
7· Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Durchströmdiameters der als Luftauslass bestimmten öffnungen in diesen entfernbar angeordnete DrosseIscheiben eingeschaltet sind.
Patentanwalt· t>lpl.-!ng. Hellmuth Kotei Dfpl.-lng. Horst Ru ·· CMpl.-lng. Peter Kosel
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