DE2243619A1 - Pumpvorrichtung und sonde sowie einrichtung mit sonde zur probenentnahme aus einer fluessigkeit - Google Patents

Description

DIPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINq

PATENTANWÄLTE

MÖNCHEN 80 (BOGENHAUSEN) Λ λ # λ λ «. q1 BERLIN 33 (DAHLEM)

KOLBERGER STRASSE 21 Z Z Hh O D ItJHOTTENWEGIS

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Telegramme: Consideration Berlin

816/13 894 DE 1. September 1972

Patentanmeldung

der Firma MiLRKLAND SPECIALTY ENGINEERING LTD.

3216 Wharton Way, Mississauga, Ontario, Kanada

"Pumpvorrichtung und Sonde sowie Einrichtung mit Sonde zur Probenentnahme aus einer Flüssigkeit"

Die Erfindung bezieht sich auf die Entnahme von Proben aus Flüssigkeiten, und zwar insbesondere aus solchen Flüssigkeiten, in denen Feststoffteilchen aufgeschlämmt sind, wie dies von Meer-, Fluß- und Kanalwasser oder auch. Gebrauchtwasser bekannt ist. Eine derartige Probenentnahme dient vor allem dazu, den Verschmutzungsgrad der geweiligen Flüssigkeit zu bestimmen.

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Es sind bereits Pumpvorrichtungen für die angedeuteten Zwecke bekannt. Eine dieser Pumpvorrichtungen besitzt einen versenkbaren Behälter, der ein bestimmtes Volumen aufweist und der mit der Umgebung lediglich über drei öffnungen verbunden ist. Die erste dieser öffnungen bildet einen Flüssigkeitseinlaß, durch den Flüssigkeit aufgrund des hydrostatischen Druckes in den Behälter eindringen kann. Biese erste Öffnung ist mit einem Schließorgan bestimmter Art versehen, das einen Flüssigkeitsrückstrom verhindern soll. Die zweite öffnung bildet einen Flüssigkeitsauslaß, durch den die im Behälter angesammelte Flüssigkeit aus dem Behälter entfernbar ist. Die dritte öffnung schließlich bildet einen Gaseinlaß, durch den Druckluft oder ein Druckgas in den Behälter gelangen kann, um einerseits die Flüssigkeit aus dem Behälter herauszutreiben und andererseits das Schließorgan zu schließen.

Das Schließorgan wird von einer elastisch deformierbaren Muffe gebildet, die sich vom Boden des Behälters nach oben erstreckt und die in der Ruhelage eine Form hat, welche einem Entenschnabel ähnelt. In der Tat besitzt . die Muffe in der Nähe ihrer Eintrittsöffnung einen annähernd konischen Teil und in der Nähe ihres der Eintrittsöffnong gegenüberliegenden Endes einen abgeplatteten Teil, der einen Längsspalt bildet, welcher durch einen Druck auf die Außenfläche der Muffe schließbar ist.

Senkt man eine bekannte Pumpvorrichtung in die Flüssigkeit, drückt der hydrostatische Druck in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in den Behälter. Diese Flüssigkeitsmenge kann durch Beaufschlagung des Behälters mit Druckluft oder Druckgas durch die Gaseintrittsoffnung aus dem Behälter wieder herausgetrieben werden.

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Der Gasdruck verformt dabei die Muffe des Schließorgans derart, daß der Spalt geschlossen bleibt.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß mit Hilfe einer geeigneten Druckgassteuerung der Behälter wiederholte Male gefüllt werden kann und die im Behälter angesammelte Flüssigkeitsmenge über den Flüssigkeitsauslaß in eine geeignete Sammelvorrichtung überführbar ist.

Wie sich gezeigt hat, kann es bei Anwendung einer Pumpvorrichtung der beschriebenen Art passieren, daß vergleichsweise große Körper mit der Flüssigkeit in den Behälter gelangen. Dabei läßt sich nicht ausschließen, daß ein Teil dieser Körper zwischen den Lippen des Spaltes der Muffe des Schließorganes hängenbleibt und daß der sich im Behälter aufbauende Gasdruck nicht ausreicht, um die Dichtigkeit der Muffe zu gewährleisten. Die Folge ist, daß eine gewisse Flüssigkeitsmenge durch das Schließorgan, welches einen Rückfluß verhindern soll, zurückfließt und der Gesamtwirkungsgrad der Pumpvorrichtung auf diese Weise vermindert wird. Es liegt auf der Hand, daß eine derartige Verminderung des Gesamtwirkungsgrades unerwünscht ist.

Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung für Flüssigkeiten mit einem Behälter mit einer ersten einen Flüssigkeitseinlaß bildenden und mit einem einen Rückfluß verhindernden Schließorgan versehenen Öffnung, einer zweiten einen Flüssigkeitsauslaß bildenden Öffnung, aus der Flüssigkeit in eine Sammelvorrichtung überführbar ist, und einer dritten einen Gaseinlaß für ein Gas zur abwechselnden Beaufschlagung des Innenraums des Behälters mit Gasdruck und Atmosphärendruck bildenden Öffnung.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpvorrichtung der vorstehenden Art zu schaffen, die die Nachteile der weiter oben beschriebenen bekannten Pumpvorrichtung nicht aufweist, und einen rückstromfreien Pumpvorgang gewährleistet· Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dritte öffnung unterhalb des Niveaus in den Behälter mündet, das die Flüssigkeit während des Füllvorganges des Behälters aufgrund des Gleichgewichtes zwischen dem hydrostatischen Druck und dem Druck eines sich im Behälter oberhalb des genannten Niveaus bildenden Gassackes erreicht, und daß das Volumen des Gassackes so gewählt ist, daß der Auslaß des Schließorgans sich oberhalb dieses Niveaus befindet·

Die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung bietet den Vorteil, daß das Flüssigkeitsniveau niemals den Auslaß des zur Rückflußsicherung dienenden Schließorgans erreicht. Ein Flüssigkeitsrückstrom durch das Schließorgan während der Beaufschlagung des Behälters mit Gasdruck wird also selbst dann verhindert, wenn das Schließorgan nicht völlig einwandfrei schließt, weil sich in seinem Austrittsspalt Fremdkörper befinden.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Sonde zur Probenentnahme mit einer Pumpvorrichtung der erfindungsgemäßen Art sowie eine Einrichtung zur Probenentnahme aus einer Flüssigkeit mit mindestens einer solchen Sonde·

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine als Sonde zur Probennahme ausgebildete Pump-

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vorrichtung nach der Erfindung;

Fig.1A perspektivisch und im Schnitt das Schließorgan der Pumpvorrichtung gemäß Fig. 1·

S¹Ig. 2 eine Ansicht der Pumpvorrichtung von unten und

Pig» 3 eine Einrichtung zur Probenentnahme mit Sonden nach der Erfindung.

Bei der Pumpvorrichtung gemäß den Figuren Ϊ, 1A und 2 handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die in diesen Figuren dargestellte Pumpvorrichtung besitzt einen Behälter mit einem abnehmbaren Boden 2 und einer Glocke 3« Alles besteht aus einem geeigneten Material, wie Metall oder Kunststoff, das gegenüber der zu pumpenden Flüssigkeit resistent ist.

Der Hals der Glocke 3 ist mit einem Gewinde versehen und weist eine Ringnut 4 auf, in der ein Dichtungsring 5 angeordnet ist, der die Dichtigkeit des Behälters 1 im Bereich des Bodens 2 sicherstellt.

Der Boden ist in- seiner Mitte mit einer Öffnung 6 versehen, die vorzugsweise quadratisch ausgebildet ist, um die Montage des Behälters mit Hilfe eines viereckigen Schlüssels zu erleichtern. Es ist auch möglich, zwei sich gegenüberliegende Zellen zu verwenden, in die ein Schlüssel mit im Zellenabstand angeordneten Vorsprüngen eingreifen kann.

Die quadratische Öffnung erstreckt sich nach oben und bildet einen Ansatz 7 mit zylindrischer Außenfläche. Am Ansatz 7 ist ein Schließorgan 8 befestigt, das von einer Muffe aus

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einen synthetischen oder natürlichen Elastomer besteht. Das Schließorgan 8 hat im wesentlichen die in Figur 1A dargestellte Art, die als Entenschnabel bezeichnet werden kann. Es besitzt einen unteren zur Befestigung dienenden Teil 8a, der den Ansatz 7 umgibt, und auf diesem durch einen Schlauchbinder 9 gehalten wird.

An den Teil 8a schließt sich ein annähernd konischer Teil 8b an. Dieser wiederum geht in einen abgeflachten Teil 8c über, der an seinem freien Ende zwei Lippen 10 bildet.

Der Boden 2 ist außerdem mit einer von einer Gewindebohrung gebildeten Öffnung 11 versehen, in die ein Anschlußstück 12 eingeschraubt ist, durch das der Inhalt des Behälters entleert werden kann.

In der Seitenwand der Glocke 3 befindet sich eine weitere von einer Gewindebohrung gebildete Öffnung 13 mit einem Anschlußstück 14, durch das der Behälter 1 mit Druck beaufschlagbar ist. Dieses Anschlußstück 14 steht mit einer Druckgasquelle in Verbindung, die beispielsweise von einer Druckluftquelle gebildet werden kann und in den Figuren nicht dargestellt ist.

Wie im folgenden näher erläutert wird, bestimmt die Höhe der Öffnung 13 in der Wand des Behälters 1 gegenüber dem von den Lippen 10 des Schließorganes 8 gebildeten Auslaß die einwandfreie Funktion der Pumpvorrichtung·

Die Pumpvorrichtung arbeitet wie folgt:

I*

Sobald die Pumpvorrichtung in die zu pumpende Flüssigkeit eingetaucht, das Anschlußstück 12 mit einem Reservoir verbunden und das Anschlußstück 14 über eine Steuereinrichtung,

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wie beispielsweise einem Dreiwegeventil, mit einer Druckgasquelle und der Atmosphäre in Verbindung bringbar ist, füllt der Behälter sich unter der Voraussetzung, daß das Anschlußstück Ή mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Die Lippen 10 des·Schließorgans 8 entfernen sich hierbei voneinander und lassen Flüssigkeit passieren. Das Niveau der Flüssigkeit steigt progressiv im Behälter bis über die Öffnung 13 hinaus, bis der Druck des Gases oberhalb der Flüssigkeit im Gleichgewicht mit dem hydrostatischen Druck "der Flüssigkeit steht. Die Höhe der Öffnung 13 ist gemäß der Erfindung so· gewählt, daß beim Erreichen dieses Gleichgewichtszustandes das Flüssigkeitsniveau noch unterhalb der Lippen 10 liegt, und zwar annähernd die in Figur 1 durch die strichpunktierte Linie X dargestellte Lage einnimmt.

Unter den genannten Voraussetzungen tauchen die Lippen nicht in die Flüssigkeit ein. Dies bedeutet, daß sie nicht unbedingt einwandfrei schließen müssen.

Nachdem die Flüssigkeit im Behälter 1 das Niveau,X erreicht hat, schaltet man das Steuerventil um und leitet über das Anschlußstück 14 Druckgas in den Behälter. Der Gasdruck treibt die im Behälter 1 enthaltene Flüssigkeit durch das Anschlußstück 12 der Öffnung 11 in eine Aufnahmevorrichtung. Gleichzeitig deformiert der Gasdruck das Schließorgan 8 derart, daß die Lippen 10 einander nähern, wie dies in Figur 1A gezeigt ist.

Selbst wenn ein Fremdkörper eine vollständige Schließung des Schließorgans 8, verhindert, kann durch das Schließorgan keine Flüssigkeit zurückströmen, weil die Lippen

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sich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus befinden·

Statt dessen sucht das Schließorgan aufgrund seiner Deformation, die sich im Spalt befindlichen Fremdkörper nach unten auszustoßen.

Gemäß der Erfindung befindet sich die Öffnung 11 mit dem Anschlußstück 12 im Boden 2 des Behälters 1. Dies bedeutet^ daß selbst dann, wenn sich in der Flüssigkeit aufgeschlämmte Stoffe am Boden des Behälters 1 absetzen, diese gleichwohl unter dem Gasdruck aus dem .Behälter herausgetrieben werden. Die dargestellte Anordnung bietet mithin gegenüber Lösungen, bei denen sich die Öffnung 11 in der Seitenwand befindet, Vorteile.

In Figur 3 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der die beschriebene Pumpvorrichtung als Sonde zur Probenentnahme Verwendung findet. Diese Einrichtung gestattet es, diskontinuierlich Flüssigkeitsproben aus einem Fluß R oder aus einem anderen Gewässer zu entnehmen.

Eine oder mehrere als Sonden ausgebildete Behälter 1 sind in das Wasser abgesenkt und mit einem Schrank 15 verbunden, der ständig am Ufer des Flusses verbleibt, falls beispielsweise eine fortlaufende Überwachung der Verschmutzung des Flusses E beabsichtigt ist.

Jede Sonde ist mit einer biegsamen Leitung 16 zur Überführung der entnommenen Proben zum Schrank 15 und mit einer biegsamen Leitung 17 zur Druckgasversorgung versehen.

Der Schrank 15 besitzt einen Boden 18, welcher eine bestimmte Zahl von Sammelbehältern 19 trägt, die über Rohre 20 mit Trichtern 21 in Verbindung stehen. Die Trichter 21 sind

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in eine Zwischenwand 22 eingearbeitet.

Die von !"laschen gebildeten Sammelbehälter 19 lassen sich selbstverständlich entfernen und periodisch austauschen, um die gesammelten.Proben im Labor analysieren zu können.

Die Trichter 21 sind über den Umfang eines Kreises verteilt, in dessen Mitte ein Verteiler 23 angeordnet ist, der die Proben auf die einzelnen Sammelbehälter 19 nach einem bestimmten Programm verteilt.

Der Verteiler 25 besitzt einen Rotor 24, welcher in einer Ausnehmung 25 der Zwischenwand 22 gelagert ist. Die Achse des Rotors fällt mit der Achse des Kreises der Trichter 21 zusammen. Die Ausnehmung 25 bildet gewissermaßen einen Schwenkzapfen für den Rotor 24. Im Rotor 24- befindet sich ein Kanal 26, der einerseits mit einer Leitung 27 über eine Bohrung 28 in der Zwischenwand 22 verbunden ist und andererseits mit einem Ausguß 29 in Verbindung steht, welcher am Rotor 24· befestigt ist.

Die Länge des Ausgusses 29 ist gleich dem Radius des Kreises, auf dem die Trichter liegen. Dichtringe 30 dienen zur Gewährleistung einer einwandfreien Abdichtung des Rotors 24· in der Ausnehmung 25»

Der Rotor 24- wird durch einen Schrittmotor 31 angetrieben, welcher von einem Bügel 32 gehalten wird, der am Schrank befestigt ist. Die Leitung 27 steht mit einem Rückflußverhinderer 33 in Verbindung, der von einer Schale gebildet wird, in die die mit den Sonden verbundenen biegsamen Leitungen 16 münden. · >,

Der oder die Behälter 1 sind mit einer'automatischen Steuer-

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vorrichtung 34 verbunden, die einen elektrischen Speisekreis 35 aufweist und die außerdem mit einer Druckgasquelle, wie beispielsweise einer nichtdargestellten Druckluftflasche, in Verbindung steht. Die im einzelnen auszuführenden Operationen werden durch ein Programmschaltwerk 36 gesteuert, das vom Speisekreis 35 gespeist wird und mit Dreiwegeventilen 37 in Verbindung steht, die den Leitungen 17 zugeordnet sind.

Außerdem wird auch der Schrittmotor 31 durch das Programmschaltwerk gesteuert.

Die Einrichtung kann zahlreiche Programme ausführen, die durch das Programmschaltwerk 36 vorprogrammiert werden können.

Bei Verwendung nur einer einzigen Sonde ist es beispielsweise möglich, die entnommenen Proben auf vierundzwanzig Sammelbehälter 19 zu verteilen. Das Programmschaltwerk 36 · kann hierbei so eingestellt sein, daß es periodisch zwölfmal in der Stunde über einen Zeitraum von zehn Sekunden Druckgas in den Behälter 1 einströmen läßt, wobei die auf diese Weise entnommenen Proben sämtlich in einen der Sammelbehälter entleert werden.

Das Programmschaltwerk 36 kann so ausgelegt sein, daß es jede Stunde den Schrittmotor 31 in Bewegung versetzt. Die Folge ist, daß der Ausguß 29 um einen Trichter 21 weitergeschwenkt und mit einem anderen Sammelbehälter 19 in Verbindung gebracht wird, der die Proben der nächsten Stunde sammelt.

Es versteht sich, daß die Ausbildung der Steuervorrichtung dem Durchschnittsfachmann keine Schwierigkeiten bereitet und hier daher nicht näher erläutert zu werden braucht.

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Claims (10)

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   Patentansprüche :

   1J Pumpvorrichtung für Flüssigkeiten mit einem Behälter

   it einer ersten einen Flüssigkeitseinlaß bildenden und mit einem einen Rückfluß verhindernden Schließorgan versehenen Öffnung, einer zweiten einen Flüssigkeitsauslaß bildenden Öffnung, aus der Flüssigkeit in eine Sammelvorrichtung überführbar ist, und einer dritten einen Gaseinlaß für ein Gas zur abwechselnden Beaufschlagung des Innenraums des Behälters mit Gasdruck und Atmosphärendruck bildenden Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Öffnung (13) unterhalb des Niveaus (X) in den Behälter (1) mündet, das die Flüssigkeit während des Füllvorganges des Behälters aufgrund des Gleichgewichtes zwischen dem hydrostatischen Druck und dem Druck eines sich im Behälter oberhalb des genannten Niveaus (Z) bildenden Gassackes erreicht, und daß das Volumen des Gassackes so gewählt ist, daß der Auslaß des Schließorgans (8) sich oberhalb dieses Niveaus (X) befindet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließorgan (8) von einer elastisch verformbaren, in den Behälter (1) ragenden Muffe gebildet wird, die einen ersten unmittelbar mit der ersten Öffnung (6) in Verbindung stehenden annähernd zylindrischen ersten Teil (8a), einen annähernd konischen zweiten Teil (8b) und einen sich hieran anschließenden abgeflachten dritten Teil (8c) aufweist, welch letzterer zwei Lippen (10) bildet, die den spaltfö'rmigen Auslaß des Schließorgans begrenzen, der im Normalzustand geschlossen ist, sich durch hydrostatischen Druck öffnen läßt und unter der Einwirkung von in den Behälter eingeführten Druckgas .gegen den hydrostatischen Druck schließbar ist.

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   PATENTANWÄLTE

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3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) von einer Glocke (3) gebildet wird, deren Hals durch einen ringförmigen Boden (2) geschlossen ist, an dem das Schließorgan (8) befestigt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) die den Flüssigkeitseinlaß bildende öffnung (6) aufweist und sich an diese ein ringförmiger Ansatz (7) anschließt, der sich vom Boden in das Innere des Behälters (1) erstreckt und zur Befestigung des Schließorgans (8) dient.
5. 5· Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die den Flüssigkeitsauslaß bildende öffnung (11) im Boden (2) angeordnet ist.
6. 6. Sonde zur Entnahme von Proben aus einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5 aufweist.
7. 7· Einrichtung zur Probenentnahme aus einer Flüssigkeit mit mindestens einer Sonde gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Aufnahme von Flüssigkeitsproben dienende Sammelbehälter (19) aufweist, die mit der Sonde bzw. den Sonden über einen Verteiler (23) in Verbindung stehen, und daß sie mit einer Steuervorrichtung (3*0 versehen ist, durch die einerseits die Sonde bzw. Sonden abwechselnd mit Gasdruck und Atmosphärendruck beaufschlagbar und andererseits der Verteiler steuerbar ist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelbehälter (19) von Flaschen gebildet werden, die selektiv über den Verteiler (23) mit der Sonde bzw. den Sonden verbindbar sind.

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   DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR..INQ. MANFRED BÖNINO PATENTANWÄLTE
9. 9· Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Verteiler (23) einen drehbaren Ausguß (29) besitzt, der an einem Rotor (24·) befestigt ist, durch den er über einen von mehreren Trichtern (21) überführbar ist, die mit den Sammelbehältern (19) in Verbindung stehen, und daß der Ausguß während seiner Drehbewegung mit der Sonde oder den Sonden verbunden ist und durch einen von der Steuervorrichtung (34·) gesteuerten Schrittmotor (31) antreibbar ist.
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Steuervorrichtung mit einer Druckgasquelle in Verbindung steht, die über ein von einem zur Steuervorrichtung gehörenden Programmschaltwerk (36) gesteuerten Ventil (37) mit der den Gaseinlaß bildenden Öffnung (14·) einer oder mehrerer Sonden verbindbar ist.

    MB: DG

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