DE3430130A1

DE3430130A1 - Vorrichtung zur entnahme von fluessigkeitsproben

Info

Publication number: DE3430130A1
Application number: DE19843430130
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Ing. Fink (FH), 7407 Rottenburg
Original assignee: Buehler Edmund & Co GmbH
Current assignee: Montec International Ltd United Kingdom
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1986-02-27
Also published as: DE3430130C2; US4817445A

Description

Edmund Bühler GmbH & Co.

Im Schelmen 11 7400 Tübingen-Wellhelm

Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus natürlichen oder künstlichen Sammeloder Fließräumen, mit einem zylindrischen Probengefäß, das durch einen freibeweglichen- Kolben in zwei Zylinderkammern unterteilt ist, von denen eine eine öffnung für die Probenflüssigkeit und die anderen eine öffnung für ein Kolbenantriebsmedium aufweist.

Es sind bereits verschiedene Probenentnahmegeräte bekannt, mit welchen aus Gewässern und Abwässern automatisch Proben entnommen und in Probengefäße abgefüllt werden können. Dabei erfolgt die Probenentnahme im allgemeinen unter Einsatz von Fördereinrichtungen, insbesondere Druck- oder Saugpumpen.

Für die Entnahme von Flüssigkeitsproben mit sehr leicht flüchtigen Stoffen, z.B. chlorierten oder halogierten Kohlenwasserstoffen, sind die bekannten Probenentnahmegeräte jedoch nicht einsetzbar, weil bei ihnen nicht sichergestellt ist, daß die Proben unter völligem Luftabschluß

entnommen werden und bei der Probenentnahme nicht einem zu starken Überdruck oder einem zu starken Unterdruck ausgesetzt werden, was eine Verflüchtigung dieser Stoffe aus der Flüssigkeitsprobe erleichtert. Auch müssen häufig am Entnahmeort sowie beim Auftreten gefährlicher Stoffe Unfallverhütungsrichtlinien beachtet und Vorsorgemaßnahmen getroffen werden, die sich mit herkömmlichen Probeentnahmegeräten im allgemeinen nicht erfüllen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Entnahme von Flüssigkeitsproben so auszubilden, daß mit ihnen eine Probeentnahme unter völligem Luftabschluß und unter weitgehender Vermeidung einer Druckbelastung der Flüssigkeitsprobe erfolgen kann und die Flüssigkeitsproben bis unmittelbar zur Probenanalyse unter völligem Luftabschluß und unter Vermeidung von Druckbelastungen transportierbar sind.

Die gestellte Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzielung der Probenentnahme unter Luftabschluß der Probenflüssigkeit die Öffnung des Probengefäßes für die Probenflüssigkeit unmittelbar der Probenflüssigkeitseinlaß ist und der leckfrei geführte Kolben bis in eine Ausgangsstellung dicht vor der Probenflüssigkeitsöffnung verstellbar ist, daß das Probengefäß mit seiner anderen Öffnung über eine beidseitig sperrende und leckagefreie Steckkupplung mit einem Anschluß für das Kolbenantriebsmedium verbunden ist und daß das Probengefäß gleichzeitig das Probentransportgefäß bildet. Dabei kann die Probenflüssigkeitsöffnung des Probengefäßes mit einem Rückschlagventil versehen sein.

Mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung kann eine automatische Probenentnahme unter völligem Luftabschluß in beliebiger Tiefe aus einer Flüssigkeit erfolgen. Die entnommene Flüssigkeitsprobe verbleibt bis unmittelbar vor der Probenanalyse im gleichen Behältnis, nämlich dem Probengefäß, das sich aus einem völlig neutralen und die Proben nicht beeinflußbaren Werkstoff herstellen läßt. Die leckagefreie Steckkupplung erlaubt eine sichere und einfache Handhabung der Vorrichtung beim Wechseln der Probengefäße. Die Probengefäße lassen sich einfach aufbauen und über ihre öffnungen leicht reinigen. Die ganze Vorrichtung läßt sich auf mobile Verhältnisse und zum Einsatz an jeder Stelle in der Natur auslegen.

Die Vorrichtung kann für das Kolbenantriebsmedium zweckmäßig eine Dosiereinrichtung aufweisen, die aus einem Dosierpumpenzylinder mit einem gegen eine Rückstellfeder bis in eine definierte Stellung beweglichen Pumpenkolben besteht, wobei die das Kolbenantriebsmedium aufnehmende Zylinderkammer des Dosierpumpenzylinders über ein erstes Ventil mit der Steckkupplungsstelle und über ein zweites Ventil mit einem Speicherbehälter verbindbar ist und die beiden Ventile jeweils auf entgegengesetzte Durchlaßrichtungen eingestellt oder umschaltbar sind. Mit Hilfe dieser Dosiereinrichtung läßt sich ein hydraulisches oder pneumatisches Betriebssystem darstellen, das am Entnahmeort ohne stromführende und elektrische Bauteile arbeiten kann, und damit nach entsprechenden Unfallverhütungsvorschriften in explosionsgefährdeten Zonen einsetzbar ist. Dabei kann der Pumpenkolben des Dosierpumpenzylinders entweder mechanisch bewegbar ausgebildet oder aber pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sein. Bei einer hydraulischen Betätigung des Dosierpumpenkolbens ist der Dosierpumpenzylinder zweckmäßig mit einer seiner Zylinderkam-

mern über ein Steuerventil an eine Steuermedium-Druckquelle anschiießbar, wobei als Kolbenantriebsmedium und als Steuermedium zweckmäßig Flüssigkeiten unterschiedlicher Zusammensetzung Verwendung finden können. Als Kolbenantriebsmedium und als Steuermedium sind aber auch Gase einsetzbar.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung;

Fig. 2 ein Probengefäß in gefülltem Zustand vor seiner Entleerung;

Fig. 3 das Probengefäß nach seiner Entleerung.

Gemäß dem Systembild der Fig. 1 läßt sich die Vorrichtung in drei Hauptteile gliedern, nämlich in das Probengefäß 10, eine Dosiereinrichtung 11 und einen Betriebs- und Steuerteil 12. Das Probengefäß 10 ist aus einem lösungs- und diffusionsbeständigen Werkstoff hergestellt, beispielsweise als Glaszylinder ausgebildet, und weist einen kolbenstangenlosen, freibeweglichen und abdichtend an der Wandung des Probengefäßes 10 anliegenden Kolben 13 auf, der das Probengefäß in zwei veränderliche Kammern 14 und 15 unterteilt. Die eine Kammer 14 dient zur Aufnahme der Flüssigkeitsprobe und weist am Ende des Probengefäßes 10 eine öffnung 16 auf, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Rückschlagventil 17 versehen ist. Der

Kolben 13 ist auf seiner der Zylinderkammer 14 zugewandten Seite mit einem Ansatz 18 versehen, der so bemessen ist, daß er bis zum Rückschlagventil 17 in die Öffnung 16 ragt, wenn sich der Kolben 13 in einer Ausgangslage am unteren Ende des Probengefäßes 10 befindet. In dieser Ausgangslage ist also die Zylinderkammer 14 vollständig verschwunden und der zugehörige Gefäßraum vollständig und praktisch luftraumfrei vom Kolben 13 ausgefüllt.

Die andere Zylinderkammer 15 ist zur Aufnahme eines hydraulischen Kolbenantriebsmediums bestimmt und weist eine entgegengesetzt zur Öffnung 16 am Probengefäß 10 angeordnete Öffnung 19 auf, die als Anschlußteil für eine in der Systemzeichnung nur symbolisch angedeutete, beidseitig sperrende und leckagefreie Steckkupplung 20 ausgebildet. Die Steckkupplung 20 ist über ein Einwegventil 21 mit einer Öffnung

22 eines Dosierpumpenzylinders 23 der Dosiereinrichtung 11 verbunden.

Der Dosierpumpenzylinder 23 weist einen Kolben 24 mit einer aus dem Dosierpumpenzylinder 23 herausgeführten Kolbenstange 25 auf. Der Kolben 24 ist gegen die Kraft einer Rückstell-Druckfeder 26 im Dosierpumpenzylinder 23 verstellbar. Das Ende der Kolbenstange 25 liegt an einem verstellbaren Anschlag 27 an, mit welchem die Ausgangsstellung des Kolbens 24 und die Vorspannung seiner Rückstellfeder 26 beeinflußbar sind. Die Bewegung des Kolbens 24 gegen die Kraft seiner Rückstellfeder 26 erfolgt mittels eines hydraulischen Steuermediums, das aus dem Betriebs- und Steuerteil 12 über eine Leitung 28 in eine Kammer 29 des Dosierpumpenzylinders

23 gelangt. Eine zweite hydraulische Verbindungsleitung 30 führt vom Betriebs- und Steuerteil 12, der bei explosionssicheren Vorrichtungen entfernt angeordnet sein kann, über

ein Einwegventil 31 zur öffnung 22 des Dosierpumpenzylinders 23. Die beiden Einwegventile 21 und 31 im Bereich der Dosiereinrichtung 11 sind so ausgebildet, daß sie jeweils in entgegengesetzten Richtungen sperren. Bei einer abgewandelten Ausführungsform der dargestellten Vorrichtung können hier auch umschaltbare Ventile verwendet werden.

Der Betriebs- und Steuerteil 12 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Speicherbehälter 32 für das Kolbenantriebsmedium, einen Speicherbehälter 33 für das Steuermedium, eine Pumpe 34 zur Förderung des Steuermediums sowie ein zwischen der Verbindungsleitung 28 und der Pumpe 34 angeordnetes schaltbares Mehrwegeventil 35 auf. Außerdem weist der Betriebs- und Steuerteil 12 eine nur schematisch angedeutete Steuerschaltung 36 auf, mit welcher für eine automatische, beispielsweise zeitabhängig gesteuerte Probenentnahme der Einsatz der Pumpe 34 und das Mehrwegeventil 35 gesteuert werden.

Fig. 2 zeigt das Probengefäß 10 mit der in seiner Zylinderkammer 14 enthaltenen, durch die öffnung 16 unter Luftabschluß eingebrachten Flüssigkeitsprobe. Dabei befindet sich der freibewegliche Kolben 13 z.B. am oberen Ende des Probengefäßes 10. Das von der Steckkupplung 20 abgenommene gefüllte Probengefäß 10 wird am Ort der Probenanalyse mit seiner öffnung 19 wiederum an eine beidseitig sperrende und leckagefreie Steckkupplung 37 angeschlossen, die mit einer Druckquelle für das Kolbenantriebsmedium verbunden ist, beispielsweise über eine Leitung 38 und einen Hahn mit einer Leitung 40 des Trinkwasser-Versorgungsnetzes.

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Pig. 3 zeigt das Probengefäß 10 nach dem Entleeren der Flüssigkeitsprobe in ein Analysengefäß 41. Mit dem als Kolbenantriebsmittel verwendeten Trinkwasser, das über die öffnung

19 in das Probengefäß eingeleitet wird, ist der Kolben 13 in seine untere Endstellung und Ausgangsstellung für eine neue Probennahme bewegt worden. Nach dem Entleeren wird das Probengefäß 10 von der Steckkupplung 37 abgenommen und bei Bedarf einer Reinigung unterzogen. Reinigungsflüssigkeit kann hierbei durch die öffnung 16 unter Druck oder Vakuum eingegeben werden. Vor dem erneuten Anschluß der Probengefäße 10 an die Steckkuplung 20 der Vorrichtung wird Jedoch immer der Kolben 13 durch Einfüllen von Wasser durch die öffnung 19 des Probengefäßes 10 in die aus Fig. 3 ersichtliche Ausgangslage gebracht.

Nach dem Ankuppeln des Probengefäßes 10 an die Steckkupplung

20 befindet sich also der Kolben 13 in seiner unteren Ausgangslage, und die Zylinderkammer 15 des Probengefäßes 10 ist mit Wasser gefüllt. Vor Beginn der Probenentnahme wird durch die Pumpe 34 Steuermedium, beispielsweise in Form von Hydrauliköl oder ähnlichem, durch die Leitung 28 in die Kammer 29 des Dosierpumpenzylinders 23 gedrückt, sodaß sein Kolben 24 gegen die Rückstellfeder 26 bis in eine Endstellung bewegt wird. Dabei gelangt das in seiner von der Rückstellfeder 26 eingenommenen Kammer befindliche Kolbenantriebsmedium, also hier Wasser, durch die öffnung 22 und über das Einwegventil 31 und die Leitung 30 in das Sammelgefäß 32. Wird anschließend das Mehrwegeventil 35 umgeschaltet und über dieses Ventil die Leitung 28 in den Sammelbehälter 33 für das Steuermedium entlüftet, wird der Kolben 24 des Dosierpumpenzylinders 23 durch die Kraft der Rückstellfeder 26, jedoch gedämpft durch das rückströmende Hydrauliköl 28, in seine durch den beweglichen Anschlag 27 bestimmte Aus-

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gangsstellung zurückbewegt. Dabei wird durch den sich bildenden leichten Unterdruck das Einwegventil 21 geöffnet und das in der Kammer 15 des Probengefäßes 10 befindliche Wasser über die Steckkupplung 20 durch die öffnung 22 in den Dosierpumpenzylinder 23 eingesaugt. Es wird hierbei eine durch die Pumpenzylinderabmessungen und den Hub des Pumpenkolbens 24 genau definierbare Menge von Wasser aus der Kammer 15 des Probengefäßes 10 abgesaugt. Mit der Entnahme des Wassers wird der freibewegliche Kolben 13 des Probengefäßes 10 nach oben bewegt und dadurch die zu entnehmende Flüssigkeit durch die öffnung 16 des Probengefäßes 10 in das Probengefäß eingesaugt. Der ganze ProbenentnahmeVorgang läuft relativ langsam und mit geringem Unterdruck ab, sodaß die eingangs erwähnte Verflüchtigung von Kohlenwasserstoffen aus der Flüssigkeit vermieden wird.

Die Vorrichtung läßt sich auf verschiedene Weise abwandeln. Beispielsweise kann der Pumpenkolben 24 über die Kolbenstange 25 auch mechanisch verstellt werden. Das Kolbenantriebsmedium muß nicht über die Leitung 30 in einen Sammelbehälter 32 gefördert werden, sondern könnte über das Einwegventil 31 auch ins Freie abgeführt werden.

Claims

Patentansprüche

1.1 Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus na-. ' türlichen oder künstlichen Saramel- oder Fließräumen, mit einem zylindrischen Probengefäß, das durch einen freibeweglichen Kolben in zwei Zylinderkammern unterteilt ist, von denen eine eine Öffnung für die Probenflüssigkeit und die andere eine öffnung für ein Kolbenantriebsmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Probenentnahme unter Luftabschluß der Probenflüssigkeit die öffnung (16) des Probengefäßes (10) für die Probenflüssigkeit unmittelbar der Probenflüssigkeitseinlaß ist und der leckfrei geführte Kolben (13) bis in eine Ausgangsstellung dicht vor der Probenflüssigkeitsöffnung (16) verstellbar ist, daß das Probengefäß (10) mit seiner anderen öffnung (19) über eine beidseitig sperrende und leckagefreie Steckkupplung (20) mit einem Anschluß für das Kolbenantriebsmedium verbunden ist und daß das Probengefäß (10) gleichzeitig das Probentransportgefäß bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenflüssigkeitsöffnung (16) des Probengefäßes (10) mit einem Rückschlagventil (17) versehen 1st.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie für das Kolbenantriebsmedium eine Dosiereinrichtung (11) aufweist, die aus einem Dosierpumpenzylinder (23) mit einem gegen eine Rückstellfeder (26) bis

In eine definierte Stellung beweglichen Pumpenkolben (24) besteht, und daß die das Kolbenantriebsmedium aufnehmende Zylinderkammer des Dosierpumpenzylinders (23) über ein erstes Ventil (21) mit der Steckkupplung (20) und über ein zweites Ventil (3D mit einem Speicherbehälter (32) verbunden ist, wobei die beiden Ventile (21, 31) jeweils auf entgegengesetzte Durchlaßrichtungen eingestellt oder umschaltbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (24) des Dosierpumpenzylinders (23) mechanisch bewegbar ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierpumpenzylinder (23) hydraulisch betätigbar und mit einer Zylinderkammer (29) über ein Steuerventil (35) an eine Steuermedium-Druckquelle (Pumpe 34) anschließbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstellung des unter der Vorspannung der Rückstellfeder (26) stehenden Kolbens (24) des Dosierpumpenzylinders (23) mittels eines veränderlichen Anschlages (27) einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Probengefäß (10) und die Dosiereinrichtung (11) räumlich getrennt von einem Betriebsund Steuerteil (12) und daher explosionssicher angeordnet sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Pojrbengefäß (10) mit seinen mit der Probenflüssigkeit in Berührung kommenden Teilen aus einem in bezug auf das Probenmedium inerten Material gefertigt ist.

Verfahren zum Füllen des Probengefäßes einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb der Dosiereinrichtung (11) durch eine Rückstellung des Pumpenkolbens (24) des Dosierpumpenzylinders (23) aus seiner definierten Endstellung Kolbenantriebsmedium aus der einen Zylinderkammer (15) bei sperrendem zweiten Ventil (3D der Dosiereinrichtung über das erste Ventil (21) in den Dosierpumpenzylinder gezogen wird und durch den dabei mitbewegten Kolben (13) des Probengefäßes (10) eine der abgezogenen Menge an Kolbenantriebsmedium entsprechende Menge von Probenflüssigkeit durch die öffnung (16) ohne Luftkontakt in die Zylinderkammer (14) des Probengefäßes (10) einströmt.