DE3444013A1 - Verfahren zum pruefen von materialproben und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum pruefen von materialproben und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
PATENTANWÄLTE.SPOTT UND PUSCHMANN
•Η-
Windsor, Berkshire SL4 3ST, Pu/rei Großbritannien
Verfahren zum Prüfen von Materialproben und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Proben aus feinteiligem Feststoff-Material sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Für das Steuern und überwachen moderner Lebensmittel-Fabriken besteht ein Bedürfnis für schnelle Analysen verschiedener Parameter
des Ausgangs- oder Rohmaterials und der Endprodukte, wie zum Beispiel Protein- und Fettgehalt, Feuchtigkeit und Farbe. Früher
sind solche Messungen chargenweise in Laboratorien durchgeführt worden unter Benutzung konventioneller physikalischer und chemischer Meßmethoden, was viele Stunden, oft sogar Tage, zu deren
Vollendung erforderte. Die zu analysierenden Rohmaterialen und Lebensmittelprodukte können Milchpulver, Eierprodukte, Weizen,
Mehl, Kuchen-Gemenge, Stärke und andere pulverartige Produkte umfassen.
In den letzten Jahren hat die moderne Technologie Instrumente geschaffen, die es ermöglichen, die geforderten schnellen Analysen
durchzuführen. Beispiele solcher Instrumente sind verschiedene Ausführungsformen von Spektrometern, wie zum Beispiel Reflexions-Spektrometer. Diese Instrumente messen zerstörungsfrei in bezug
auf die zu messende Probe und abhängig von der Bestrahlung der Probe mit Wellen einer bestimmten Frequenz und messen die reflek-
tierte Strahlung, die durch die charakteristischen Eigenschaften
der zu prüfenden Probe gedämpft wird. Als Beispiel eines solchen Instrumentes sei auf das "Nahe Infrarot-Reflexions-Spektrometer"
- nachfolgend als N.I.R. bezeichnet - verwiesen.
Wenn solche Instrumente in Laboratorien zum Prüfen von Proben aus feinteiligen Lebensmittel-Materialien benutzt werden, ist
das sorgfältige Packen und Reinigen der Proben- oder Prüfzelle von überragender Bedeutung, da mangelhafte Flächen und Übertragungen
von Teilen einer Probe zu einer nachfolgenden zu unzuverlässigen Test-Resultaten führen.
Zusätzlich zur Notwendigkeit der Vorbereitung der Proben bestehen ferner große Anforderungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit
der Probennahme sowohl beim Rohmaterial als auch bei den Produkten innerhalb regelmäßiger Intervalle, um ein repräsentatives
Bild von deren Zusammensetzung zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen,
um Proben von feinteiligen Feststoff-Materialien zu prüfen, bei
selbsttätiger Entnahme und Darbietung sowie Wegführung der Proben in bezug auf eine fernsteuerbar instrumentierte, einen Meßkopf
aufweisende Meßanordnung.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung hinsichtlich des Verfahrens
gelöst durch das Überführen eines kontinuierlichen Stromes des feinteiligen Feststoff-Materials in einen freien Fall, durch
Verschließen eines im Material-Strom angeordneten, oben und unten verschließbaren Proben-Auffangbehälters, Leeren des Inneren
des Auffangbehälters von verbleibendem Material durch den offenen Boden, Verschließen des Bodens des Auffangbehälters und
Öffnen seines oberen Verschlußorganes, Einführen einer im Auffangbehälter
sich ansammelnden Materialprobe und instrumentatives Prüfen dieser Materialprobe.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Instrumentation ein Nahes Infrarot- Reflex ions -Spektrometer.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird nach dem Ansammeln einer Materialprobe im Auffangbehälter mindestens ein
Teil dieser Materialprobe verdichtet und die Prüfung am verdichteten Material durchgeführt.
Hinsichtlich der Vorrichtung ist die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Gerät gelöst, das einen im Materialstrom angeordneten Auffangbehälter umfaßt, der einen offenen
Boden und Einlaß aufweist, welche durch bewegliche Verschließorgane wahlweise selektiv verschließbar sind, sowie Mittel zum
Spülen des Inneren des Auffangbehälters, so daß dort verbleibendes Material durch den offenen Boden fallen kann, und durch
eine Instrumentation für das Prüfen der im Behälter befindlichen Materialproben.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält das Gerät Verdichtungsmittel, um zumindest einen Teil der im Auffangbehälter
angesammelten Materialproben für Prüfzwecke zu verdichten.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ermöglichen ein selbsttätiges Prüfen verschiedener Parameter in sogenannter "on line" Arbeitsweise von aus einem zu überwachenden Materialstrom selbsttätig
in vorbestimmten Intervallen entnommenen Materialproben in zuverlässiger, jederzeit reproduzierbarer Weise, so daß ständig
ein repräsentatives Bild über die Zusammensetzung der zu überwachenden Materialien verfügbar ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung mehr
oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Ansicht eines nach der
Erfindung aufgebauten Gerätes,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht des Gerätes nach Figur 1,
Figur 3 in vergrößerter Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Teiles des Gerätes
nach Figur 1,
Figur 4 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines gemäß der Erfindung konstruierten Gerätes und
Figur 5 ein Blockschaltbild zur Darstellung der
Schaltungsverbindungen der verschiedenen Teile des Gerätes nach Figur 1.
Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, ist ein Proben-Auffanggefäß 1
an einer Wand 2 einer Einschütte 3 angeordnet, durch welche feinteiliges Feststoff-Material frei fallen kann. Das Proben-Auffanggefäß 1 umfaßt eine Frontplatte 4 und Seitenwände 5, die Stege 6
zur Verbindung des Auffanggefäßes mit einer Montageplatte 7 aufweisen, welche eine mit einer Glasplatte 8 verschlossene öffnung
aufweist. An der Frontplatte 4 ist mittels Gelenken 9 und 10 ein oberer Verschluß 11 sowie ein unterer Verschluß 12 angelenkt, die
jeweils seitliche Arme 13 und 14 aufweisen, in denen sich Schlitze 15 und 16 befinden,*die jeweils Fortsätze 17 und 18 von Betätigungseinrichtungen 19 und 20 eingreifen.
Eine pneumatische Versorgungsleitung 21 durchsetzt die Frontplatte
4 und ist mit einem sogenannten Fischschwanz-Luftverteiler 22 innerhalb des Proben-Auffanggefäßes verbunden.
in -8-
Vom Proben-Auffanggefäß 1 entfernt angeordnet, das heißt, auf
der anderen Seite der Wand 2, ist eine Meßvorrichtung 23, vorzugsweise eine Meßvorrichtung mit einem Nahen Infrarot-Reflexions
Spektrometer, angeordnet und weist einen Aufnahme-Kopf 24 auf.
Die Schaltungsverbindungen des vorstehend beschriebenen Gerätes
sind in Figur 5 dargestellt, in der das Proben-Aufnahmegefaß 1
und die Meßvorrichtung 23 durch sogenannte "black boxes" angedeutet sind. Ferner ist zu ersehen, daß das Proben-Aufnahmegefäß über eine Leitung 21 mit einer pneumatischen Steuerungseinrichtung 25 verbunden ist, die durch einen Mikroprozessor 26
gesteuert ist. Die Meßvorrichtung 23 ist ferner durch einen weiteren Mikroprozessor 27 gesteuert, beide Mikroprozessoren 26 und
27 werden über eine Stromquelle 28 versorgt.
Das gesamte Gerät ist von einem Gehäuse umschlossen, das unter Überdruck steht und so ausgebildet ist, daß es gegenüber möglichen Staubexplosionen geschützt ist.
Alle mechanischen Teile außerhalb des genannten Gehäuses sind pneumatisch betätigt und gegenüber dem Gehäuse-Innenraum durch
geeignete Staubdichtungen geschützt sowie elektrisch geerdet, um die Ausbildung von statischen Aufladungen im oder am Gerät
zu verhindern zwecks Schutz gegen mögliche Staubexplosionen.
Bei Inbetriebnahme des Gerätes unter der Steuerung durch den Mikroprozessor 26 wird der Verschluß 11 kurz geschlossen und wieder geöffnet, um auf seiner Oberfläche etwa aufgebrachtes Mehl
von dort "wieder zu entfernen. Der Verschluß 11 ist dann wieder geschlossen in der in Figur 2 mit der Bezugsziffer 29 bezeichneten Position und ein abführender Luftstrahl aus dem Luftkanal
erzeugt einen Luftkubus, der sich über den gesamten Auffangbehälter erstreckt. Zusätzliche Luftstrahlen 30 können vorgesehen
sein, um einen Fischschwanz ähnlichen Luftstrahl quer über das Glasfenster 8 zu erzeugen. Die Kombination dieser Luftstrahlenmuster verursacht eine erhebliche Turbulenz in dem teilweise ge-
schlossenen Auffangbehälter, so daß seine Flächen von den Luftstrahlen
sauber gefegt werden; auf diese Weise erfolgt eine effektive Reinigung des Inneren des Auffangbehälters und zurückbleibendes
Material fällt durch den offenen unteren Verschluß aus dem Auffangbehälter. Daraufhin wird der Verschluß 12 geschlossen,
also in die in Figur 2 mit der Bezugsziffer 31 bezeichnete Position überführt und die beschriebene Luftreinigung
endet. Daraufhin wird der obere Verschluß 11 geöffnet, so daß sich der Auffangbehälter mit feinteiligem Feststoff-Material
füllt, welches innerhalb der Schütte 3 - vgl. Figur 1 - unter dem Einfluß der Schwerkraft frei von oben nach unten fällt. Auf
diese Weise bildet sich eine leicht gepackte Probenanhäufung innerhalb des Auffangbehälters, wie dies mit der Bezugsziffer
32 in Figur 1 angedeutet ist. Nach einem geeigneten Zeitintervall wird durch den Mikroprozessor 27 die Meßsequenz eingeschaltet
und dabei die eigentlichen Messungen durchgeführt.
Hieran anschließend werden der untere Verschluß 12 geöffnet und erneut die reinigenden Luftstrahlen eingeschaltet, so daß hierdurch
die im Auffangbehälter befindliche Materialprobe fluidisiert
wird und infolge des geöffneten unteren Verschlusses nach unten fallen und sich damit mit dem übrigen Schüttgut wieder
vereinigen kann.
Der vorstehend beschriebene Prozeß wird entsprechend der im Mikroprozessor vorgesehenen Programmierung wiederholt unter Berücksichtigung
eines typischen Probenzeitintervall-Bereiches, zum Beispiel von einer Minute bis mehreren Stunden.
Die vorgesehene Probensequenz kann von Hand übersteuert werden, beispielsweise für Wartungszwecke, und zwar ohne Unterbrechung
des die Schütte 3 durchsetzenden Materialstromes.
Schließlich können Sensoren allen sich bewegenden Teilen des Gerätes
zugeordnet werden, um sicherzustellen, daß im Falle irgendwelcher Fehler ein totales Abschalten des Systems durchführbar
ist, um auf diese Weise die Möglichkeit von Staubexplosionen zu
verhindern.
Beachtung müssen die dem angewandten Meßverfahren eigenen Erfordernisse finden, und zwar hinsichtlich des Probenfenster-Materials, des Abstandes des Meßkopfes vom Probenfenster und der automatischen Selbstkalibrierung und überwachung. Das Probenfenster 8
kann beispielsweise aus einem optischen Glas bestehen und kann elektrisch leitfähig gemacht werden durch Vakuum-Aufdampfung
einer Zinnoxid-Schicht. Ferner können Vorkehrungen getroffen werden für das Einsetzen dünner weißer Keramikfliesen, um eine
Selbstüberwachung durchführen zu können. Die Steuerung hierfür erfolgt ebenfalls durch den genannten Mikroprozessor und muß in
diesen einprogrammiert werden, wenn eine solche Selbstüberwachung gewünscht oder erforderlich ist.
In Figur 4 ist eine Modifikation des in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Gerätes dargestellt, und zwar durch die
Anordnung einer Verdichtungsvorrichtung 33. Diese umfaßt einen Arbeitszylinder 34 mit einem Verdichtungskopf 35, der so positioniert ist, daß bei Inbetriebnahme des Arbeitszylinders ein Anteil 36 der im Auffangbehälter angesammelten Probe aus feinteiligem Feststoff-Material bis zu einem bestimmten Grade komprimiert
wird. Durch diese Vorrichtung werden Fehler behoben, die ihre Ursache in der Korngröße des Probenmaterials und ihrer Packung im
Bereiche unmittelbar in der Nachbarschaft des Probenfensters 8 haben. Der Arbeitszylinder 34 wird vorzugsweise pneumatisch betrieben, er kann aber auch durch eine andere Verdichtungseinrichtung ersetzt werden, zum Beispiel durch eine Archimedische Schraube oder eine Federvorrichtung.
Selbstverständlich ist es möglich, das vorstehend beschriebene Gerät zu modifizieren, zum Beispiel in der Weise, daß in weniger
gefährdeter Umgebung die pneumatische Steuereinrichtung durch eine
elektrische oder elektro-mechanische Steuereinrichtung ersetzt wird, auch kann der Meßkopf und die Probenvorrichtung von den ver-
bleibenden elektronischen Steuereinrichtungen gänzlich getrennt werden.
Das erfindungsgemäße Gerät kann als sogenanntes "on line"-Meßgerät
für die Prüfung jedweder Art pulvriger Produkte unter Verwendung von Strahlen-Meßmethoden angewendet werden, zum Beispiel
Prüfen von Tierfutter, Mehl, Milchpulver, Eiprodukten, Sojaprodukten,
Zement oder Kalk.
Claims (13)
1. Verfahren zum Prüfen von Proben aus feinteiligem Feststoff-Material,
gekennzeichnet durch das Überführen eines kontinuierlichen Stromes des feinteiligen Feststoff-Materials
in einen freien Fall, durch Verschließen eines im Material-Strom angeordneten, oben und unten verschließbaren
Proben-Auffangbehälters, Leeren des Inneren des Auffangbehälters von verbleibendem Material durch den
offenen Boden, Verschließen des Bodens des Auffangbehälters
und Öffnen seines oberen Verschlußorganes, Einführen einer im Auffangbehälter sich ansammelnden Materialprobe
und instrumentatives Prüfen dieser Materialprobe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß für das Prüfen ein Nahes Infrarot-Reflexions-Spektrometer
verwendet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ansammeln einer Materialprobe
im Auffangbehälter mindestens ein Teil dieser Materialprobe verdichtet und die Prüfung am verdichtete Material
durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abführen des im Auffangbehälter
befindlichen Probenmaterials pneumatisch erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es unter Überdruck durchgeführt wird.
_2_
6. Gerät für das Prüfen einer Probe aus feinteiligem Feststoff-Material, das als konstanter Materialstrom im freien Fall gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen im Materialstrom angeordneten
Proben-Auffangbehälter (1), der einen offenen Boden und Einlaß aufweist, welche durch bewegliche Verschließorgane (11, 12)
wahlweise selektiv verschließbar sind, durch Mittel (22, 30) zum Spülen des Inneren des Auffangbehälters (1), so daß dort
verbleibendes Material durch den offenen Boden fallen kann,
und durch eine Instrumentation (23, 24) für das Prüfen der
im Behälter (1) befindlichen Materialproben.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Instrumentation ein Nahes Infrarot-Reflexions-Spektrometer umfaßt.
8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Verdichtungsmittel (34), um zumindest einen Teil der
im Auffangbehälter (1) angesammelten Materialproben für Prüfzwecke zu verdichten.
9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsmittel einen Arbeitskolben (34) umfassen.
10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor (36) zur
Steuerung der Prüfvorgänge des Gerätes vorgesehen ist.
11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß es zwecks Schutz gegen mögliche Staubexplosionen in einem unter überdruck stehenden Gehäuse angeordnet ist.
12. Verfahren zum Prüfen von Proben aus feinteiligem Feststoff-Material, gekennzeichnet durch die wesentlichen Merkmale in der Beschreibung.
13. Gerät zum Prüfen von Proben aus feintei1igem Feststoff-Material, gekennzeichnet durch die gegenständlichen Merkmale in der Beschreibung und in den Figuren 1 bis 3 bzw. 4 und 5 der Zeichnung.
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