DE3926559C2 - Von Hand betätigbare Probenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Probenpumpe mit einer unter einer Federvorspannung stehenden kompressiblen Faltenbalg­ anordnung, die einen flexiblen, luftdichten Faltenbalg um­ faßt.

Speziell befaßt sich die Erfindung mit dem Gebiet der von Hand gehaltenen und von Hand betätigbaren Probenpumpen, also mit Pumpen zur Gewinnung von Luftproben zur Über­ prüfung der Umgebungsluft, wie sie beispielsweise aus der US-A-3,119,272 und inbesondere aus der DE-A-10 07 523 be­ kannt sind. Eine von Hand zu haltende Probenpumpe wird in der nachveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift DE 38 11 698 A beschrieben.

In der Industrie muß das dafür zuständige Überwachungsper­ sonal häufig Proben der Umgebungsluft nehmen, um eine Gefährdung der Belegschaft durch bestimmte chemische Stoffe in der Atemluft frühzeitig zu erkennen. Zur Gewinnung von entsprechenden Luftproben können von Hand gehaltene und von Hand bediente Probenpumpen verwendet werden, die eine definierte Probe aus der Umgebungsluft durch ein mit einem chemischen Reagenz ausgerüstetes, insbesondere colorimetrisches Teströhrchen ziehen, welches die Bestimmung der Konzentration mindestens eines bestimmten chemischen Stoffes in der Luftprobe ermöglicht.

Es gibt mehrere verschiedene Typen von von Hand betätigten und in der Hand gehaltenen Probenpumpen, die bereits bisher verwendet werden, um Luftproben durch Test- bzw. Detektorröhrchen zu saugen. Zu diesen Pumpentypen gehören beispielsweise Pumpen mit einem zusammenpreßbaren Gummi- oder Kunststoffballon, Faltenbalgpumpen mit Rückholfeder und Kolbenpumpen mit oder ohne Rückholfeder.

Das Grundprinzip aller bekannten Pumpentypen besteht darin, eine Luftprobe mit definiertem Volumen durch das angeschlossene Teströhrchen zu ziehen. Speziell colo­ rimetrische Teströhrchen sind dabei derart geeicht, daß die Konzentration der zu ermittelnden Chemikalie in der Luft durch die axiale Länge angezeigt wird, auf der ein Reagenz im Inneren des Rohres verfärbt wird, wenn eine bestimmte Luftmenge von beispielsweise 100 ml durch das Röhrchen gesaugt wird. Die Röhrchen können dabei auch so geeicht sein, daß sie zur Auswertung der Belastung von unterschiedlichen Volumina der Proben geeignet sind. Wenn ein bestimmtes Probenvolumen vorgegeben ist, ist es jedoch wichtig, daß die bei einer Probennahme durch das Test­ röhrchen gesaugte Luftmenge exakt das vorgegebene Volumen hat. Folglich ist die Genauigkeit, mit der die Konzen­ trationsanzeige an dem Teströhrchen erfolgt, direkt proportional zur Genauigkeit, mit der das jeweilige Volumen einer Probe eingehalten wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, daß eine Probenpumpe zuverlässig eine genau vorgegebene Menge an Probenluft durch das Teströhrchen zieht.

Die drei vorstehend erwähnten Typen von Probenpumpen sind sich hinsichtlich eines Aspektes sämtlich ähnlich. Um eine Luftprobe anzusaugen wird nämlich zunächst die Luft während eines Druck- bzw. Auslaßhubes aus einer Kammer im Inneren der Pumpe herausgepreßt. Das Entleeren der Kammer führt dann beim Ansaugen der Luftprobe zunächst zu einem Unterdruck. Dieser Unterdruck wird abgebaut, wenn durch das Teströhrchen hindurch wieder Luft in die Kammer eingesaugt wird.

Bei jedem der bekannten Pumpentypen ergeben sich hin­ sichtlich der Genauigkeit des Probenvolumens und der einfachen Betätigung der Pumpe typische Vor- und Nachteile. Dabei ist eine einfache Bedienbarkeit ein wichtiges Merkmal jeder Probenpumpe, da die Pumpe in vielen Fällen mit nur einer Hand betätigt werden muß, beispielsweise wenn die Bedienungsperson bei der Proben­ entnahme eine Leiter an einem Eisenbahnwaggon oder einem anderen Fahrzeug emporsteigen muß oder eine Treppe bzw. eine Leiter an einem Speichertank.

Von den bekannten Probenpumpen erfüllt keine gleichzeitig die Forderung der Möglichkeit einer Einhandbedienung und der exakten und wiederholbaren Bemessung des Probenvo­ lumens. So lassen sich Ballonpumpen zwar bequem mit einer Hand bedienen, das Volumen der entnommenen Proben schwankt jedoch, da das Zusammenpressen des Ballons in einem exakt vorgegebenen Umfang nicht gewährleistet ist. Ein Beispiel für eine derartige Ballonpumpe ist beispielsweise die THUMBPUMP (Daumenpumpe), die von der Anmelderin in den Handel gebracht wird. Andererseits arbeitet eine Kolben­ pumpe hinsichtlich des Probenvolumens sehr genau, läßt sich jedoch nur mit zwei Händen bedienen. Ein Beispiel für eine solche Kolbenpumpe ist die von der Firma Sensidyne, Largo, Florida, USA hergestellte Kolbenpumpe. Bei dem dritten Typ von Probenpumpen, nämlich den Faltenbalg- Probenpumpen, ist es bisher ebenfalls noch nicht gelungen, gleichzeitig die Möglichkeit einer Einhandbedienung und eine exakte Einhaltung des Probenvolumens zu erreichen. Beispielsweise wird von der Firma Drägerwerk AG, Lübeck, Deutschland, eine Probenpumpe mit der Typenbezeichnung 800-26065 hergestellt, bei der das Probenvolumen schwankt, weil der Faltenbalg beim Druck- bzw. Auslaßhub nicht zuverlässig vollständig zusammengedrückt wird. Bei dieser bekannten Faltenbalg-Probenpumpe sind zwei Rückholfedern und ein Gummimantel vorgesehen. Da die Rückholfedern der Faltenbalganordnung die einzigen stabilisierenden Rahmen­ elemente der Pumpe bilden, hat nämlich der Faltenbalg die Tendenz, sich beim Druckhub zu verformen bzw. abzuknicken, wenn er zusammengepreßt wird. Dies führt unter Umständen zu einer unvollständigen Entleerung der Luftkammer und damit zu einem verringerten Probenvolumen. Ein solches verringertes Probenvolumen kann aber bei der Bestimmung der Konzentration einer Chemikalie in der Probe zu Fehlern von 10 bis 15% führen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Probenpumpen besteht darin, daß in der Luftkammer immer noch ein Unterdruck herrschen kann, obwohl die optische Prüfung der Proben­ pumpe den Eindruck vermittelt, daß bereits ein komplettes Probenvolumen angesaugt wurde. Aus diesem Grunde wurden bei Kolbenpumpen bereits Druckanzeiger verwendet, um den Druckausgleich zwischen Luftkammer und Umgebung anzuzei­ gen, wie dies beispielsweise bei der erwähnten Probenpumpe der Firma Sensidyne der Fall ist.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Hand-Probenpumpe anzugeben, welche einerseits mit einer Hand betätigt werden kann und welche andererseits jeweils ein exakt definiertes Proben­ volumen ansaugt.

Diese Aufgabe wird bei einer Probenpumpe der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird eine mit einer Hand betätigbare Hand-Probenpumpe geschaffen. Die Pumpe umfaßt Ansaug­ einrichtungen mit einer durch Federkraft betätigten Faltenbalganordnung, welche eine Rückholfeder, einen Faltenbalg bzw. eine Gummihülle und mehrere konzentrische Stabilisierungsringe umfaßt. Die Faltenbalganordnung ist im Inneren einer starren Rahmenanordnung von geringem Gewicht angeordnet, welche eine als Stößel dienende Stange und den Faltenbalg während des Kompressionshubes stabili­ siert und dadurch bewirkt, daß der Faltenbalg sich bei seiner Kompression und bei seiner Ausdehnung längs einer geraden Linie bewegt. Die durch den Rahmen bewirkte Stabilität gewährleistet dabei, daß die im Inneren des Faltenbalges gebildete Kammer bei jedem Druck- bzw. Kompressionshub gleichmäßig entleert wird.

Bei Benutzung der erfindungsgemäßen Hand-Probenpumpe wird ein (beidseitig geöffnetes) Teströhrchen luftdicht mit der Pumpe verbunden und die Stange wird von der Hand der Bedienungsperson in Richtung des Faltenbalges gedrückt.

Dabei ist am inneren Ende der Stange eine Druckplatte befestigt, die am einen Ende des Faltenbalges montiert ist. Die Stange wird von dem Rahmen derart gehaltert, daß seitliche Bewegungen der Stange verhindert werden. Beim Druckhub drückt die Stange den Faltenbalg zusammen, wobei die im Faltenbalg enthaltene Luft über ein Rückschlag­ ventil ausgetrieben wird. Wenn sich die Feder des Faltenbalges nach Beendigung des Druckhubs wieder zu dehnen beginnt, wird im Inneren des Faltenbalges ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck bewirkt, daß Luft durch das Teströhrchen hindurch an einer Einlaßöffnung in den Faltenbalg hineingesaugt wird. Die einströmende Luft öffnet dabei eine Rückschlagventil an der Einlaßöffnung des Faltenbalges. Während die Probe das Teströhrchen passiert, verfärbt sich ein Bett bzw. eine Beschichtung aus einem chemisch aktiven Material im Inneren des Test­ röhrchen in Abhängigkeit von der Konzentration des zu überwachenden Schadstoffs in der Luftprobe.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Hand-Probenpumpe ferner mit einem Druckanzeiger versehen, der den Differenzdruck zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck im Inneren des Faltenbalges anzeigt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß im Inneren eines Faltenbalges häufig noch ein gewisser Unterdruck vorhanden ist, obwohl der Faltenbalg von außen gesehen den Eindruck vermittelt, als ob er bereits in seine Ausgangslage zurückgekehrt sei. Dieser Unterdruck wird erst im Verlauf einiger Sekunden nach dem Erreichen der Ausgangslage des Faltenbalges ausgeglichen. Um sicherzustellen, daß vor dem Abschluß der Probenentnahme tatsächlich ein vollständiger Druckaus­ gleich erreicht ist und damit das vorgegebene Probenvolumen, wird bei dieser Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Probenpumpe eine entsprechende Anzeige des Druckanzeigers abgewartet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Hand- Probenpumpe gemäß der Erfindung im nicht-be­ tätigten Zustand, wobei einige Teile im Schnitt dargestellt und andere weggebrochen sind; und

Fig. 2 eine der Darstellung gemäß Fig. 1 ent­ sprechende Darstellung der Probenpumpe am Ende eines Kompressions- bzw. Druckhubes mit zusammengepreßten und entleerten Faltenbalg.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Hand-Probenpumpe 100 im entspannten bzw. nicht-betätigten Zustand. Die Probenpumpe 100 arbeitet mit einer Faltenbalganordnung, um eine Luft­ probe in das Innere der Pumpe zu ziehen. Die Faltenbalg­ anordnung umfaßt eine Feder 101 - beim Ausführungsbeispiel eine Schraubenfeder - und etwa sechs konzentrische Stabi­ lisierungsringe 119, wobei diese Elemente 101, 119 von einem luftdichten, flexiblen Faltenbalg 102 umschlossen sind. Der Faltenbalg 102, welcher beispielsweise aus einem Gummimaterial hergestellt sein kann, bildet um die Feder 101 und die Ringe 119 eine tatsächlich luftdichte innere Kammer. Die Faltenbalganordnung ist in einem starren Rahmen 103 angeordnet, welcher den äußeren Umfang des Faltenbalges 101 umgibt. Der Rahmen 103 sichert und stabilisiert die Position des Faltenbalges 102 in der Weise, daß sich die Feder 101, nachdem sie zuvor zusammengepreßt wurde, längs einer geraden Linie wieder bis zum Erreichen ihrer Ausgangsposition ausdehnt. Dies verhindert, daß die Feder sich bei ihrem Zusammenpressen oder ihrer Ausdehnung verformt bzw. abknickt, wodurch Schwankungen des Volumens der angesaugten Luftprobe vermieden werden. Das eine Ende eines Rohres bzw. eines Halses 105 ist an dem Rahmen 103 befestigt. Das andere Ende des Rohres bzw. Halses 105 wird in eine Öffnung eingesetzt, die durch einen Handgriff-Anschlag 106 hindurch geht. Anschließend wird der Anschlag 106 starr an dem an ihm angrenzenden Ende des Rohres bzw. Halses 105 befestigt.

Der Hals 105 dient der gleitverschieblichen Aufnahme und Führung einer Stange 108. Das Rohr bzw. der Hals 105 verhindert bei der Benutzung der Pumpe seitliche Bewegungen der Stange 108. Am äußeren Ende der Stange 108 ist ein Handgriff bzw. ein Betätigungsknopf 107 befestigt, der dem Benutzer eine Betätigung der Pumpe gestattet, ohne daß die Gefahr einer Verletzung durch die Stange 108 im Bereich der Handfläche des Benutzers bestünde. Das andere Ende der Stange 108 ist starr in der Mitte einer flachen, kreisrunden Druckplatte 104 befestigt, die mit dem einen Ende der Feder 101 verbunden ist und die an ihrem äußeren Umfang dichtend mit dem Faltenbalg 102 verbunden ist.

Am gegenüberliegenden Ende des Faltenbalges 102 ist in dem Rahmen 103 eine Auslaßöffnung 118 vorgesehen. In der Auslaßöffnung 118 befindet sich ein Rückschlagventil 117, welches das Austreiben von Luft aus der durch den Falten­ balg 102 begrenzten inneren Kammer gestattet, während es andererseits das Einströmen von Außenluft in das Innere des Faltenbalges 102 verhindert. Ein Einlaßfitting 109 für ein Teströhrchen 110 ist an dem Rahmen 103 rings um eine Einlaßöffnung 111 desselben befestigt und besteht beispielsweise aus Gummi. Das Einlaßfitting 109 dient bei der Probennahme der Aufnahme und Halterung eines Test­ röhrchens 110 (Fig. 2). In der Einlaßöffnung 111 ist ein Rückschlagventil 116 angeordnet, welches das Einströmen von Luft in den Faltenbalg 102 ermöglicht, jedoch beim Zusammenpressen des Faltenbalges 102 eine Luftströmung aus dem Faltenbalg 109 und durch das Teströhrchen 110 ver­ hindert.

In dem Rahmen 103 ist ferner eine dritte Öffnung 112 vorgesehen, die der Aufnahme des einen Endes eines Verbindungsschlauches 113 dient, dessen anderes Ende mit einem Druckanzeiger 114 verbunden ist, der an der Außen­ seite des Rahmens 103 montiert ist. Der Druckanzeiger 114 zeigt an, wann der Druck im Inneren des Faltenbalges 102 nach dem Ausdehnen desselben wieder gleich dem Umgebungs­ druck ist; auf diese Weise erhält der Benutzer eine Anzeige, wann der durch die Faltenbalganordnung zunächst erzeugte Unterdruck abgebaut ist und damit eine Anzeige, daß die Probenpumpe 100 eine Luftprobe mit dem vorge­ gebenen Volumen durch ein mit dem Einlaßfitting 109 verbundenes Teströhrchen 110 gesaugt hat.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Hand-Probenpumpe 100 am Ende eines Kompressionshubes. Beim Arbeiten mit der Probenpumpe bricht der Benutzer zunächst beide Enden des Probenröhrchens 100 ab und setzt dann das eine Ende in das Einlaßfitting 109 der Pumpe 100 ein. Der Benutzer greift dann mit den Fingern hinter den Anschlag 106, wie wenn er einen Pistolengriff erfassen würde, während der Betäti­ gungsknopf 107 sich an der Handfläche des Benutzers befindet. Durch Schließen der Hand zu einer Faust wird von der Handfläche ein Druck gegen den Betätigungsknopf 107 ausgeübt, so daß die Stange 108 gegen die Mitte der Druckplatte 104 drückt. Wenn sich die Druckplatte 104 entgegen der Vorspannung der Feder 101 nach innen - bzw. in Fig. 2 nach rechts - bewegt, wird die Feder 101 gegen den Rahmen 103 zusammengedrückt, bis die Bewegung des Betätigungsknopfes dadurch beendet wird, daß dieser sich an den Anschlag 106 anlegt. Beim Zusammenpressen der Feder 101 wird die Luft aus dem Inneren des Faltenbalges 102 über das Rückschlagventil 117 durch die Auslaßöffnung 118 ausgetrieben. Zu diesem Zeitpunkt zeigt der Druckanzeiger 114 für das Innere des Faltenbalges 102 den Druck Null an, wenn die verdrängte Luft aus der Faltenbalganordnung ausgetrieben ist.

Wenn der Benutzer dann seine Hand öffnet, beginnt sich die Feder 101 zu dehnen und zieht den Faltenbalg 102 und die Stabilisierungsringe 119 auseinander, bis die Feder 101 wieder ihre ursprüngliche Länge hat. Beim Ausdehnen der Feder 101 ergibt sich im Inneren des Faltenbalges 102 ein Unterdruck, der von dem Druckanzeiger 114 angezeigt wird. Der Unterdruck im Inneren des Faltenbalges 102 hat zur Folge, daß Umgebungsluft durch das an beiden Enden offene Teströhrchen 110 hindurch über die Einlaßöffnung 111 mit dem Rückschlagventil 116 in den Faltenbalg 102 gesaugt wird. Beim Zurückkehren der Feder 101 in ihre Ausgangs­ position werden gleichzeitig die Stange 108 und der Betätigungsknopf 107 nach außen in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt. Das Einströmen der Umgebungsluft durch das Teströhrchen 110 und die Einlaßöffnung 111 setzt sich dabei bis zum völligen Ausgleich des zunächst im Inneren des Faltenbalges 102 vorhandenen Unterdruckes fort.

Die Länge des Kompressionshubes für den Faltenbalg 102 und die Feder 101 bestimmt das Volumen der Luftprobe, die von der Pumpe 100 angesaugt wird. Beispielsweise wird zum Ansaugen einer Luftprobe mit einem Volumen von 100 ml eine Feder 101 mit einem Außendurchmesser von 4,42 mm (1,74 Zoll) und einer Länge von 8,26 mm (3,25 Zoll) mit Hilfe der Stange 108 um 34,93 mm (1,375 Zoll) zusammen­ gepreßt. Dabei bestimmt die Länge der Stange 108 zwischen dem Betätigungsknopf 107 und dem als Griffelement dienen­ den Anschlag 106 die Länge der Kompression von Feder 101 und Faltenbalg 102 und damit das Volumen der angesaugten Probe. Zum Ändern des Volumens der angesaugten Probe kann der Abstand zwischen dem Betätigungsknopf 107 und dem Anschlag 106 vergrößert oder verringert werden. Ferner kann an dem Anschlag 106 ein mechanischer Hubzähler 115 angeordnet sein, welcher anzeigt, wie oft der Betätigungs­ knopf 107 gegen den Anschlag 106 gedrückt wurde bzw. wie oft die Pumpe benutzt wurde.

Wenn eine Luftprobe von 200 cm³ genommen werden soll, kann der Benutzer die Pumpe 100 nach deren erster Betätigung ein zweites Mal betätigen, ohne das Teströhrchen 110 auszuwechseln.

Wegen der linearen Kompression der Feder 101 innerhalb eines starren Rahmens 103 kann der Benutzer sicher sein, daß die Federlänge beim Kompressionshub um das gewünschte Maß verringert wird. Dies bietet gegenüber den vorbe­ kannten Pumpen wesentliche Vorteile, beispielsweise gegenüber der von der Firma Drägerwerke gestellten Pumpe, bei der die beiden Faltenbalgfedern und der Faltenbalg beim Zusammenpressen deformiert und geknickt werden können, so daß der Benutzer bei dem Versuch, die Feder voll zusammenzudrücken, mit beiden Händen Druck auf die Pumpe ausüben muß. Dadurch daß erfindungsgemäß die Stange 108 im Inneren des starren Halses 105 geführt und daß die Stange 108 mit der Mitte der Druckplatte 104 der Falten­ balganordnung verbunden ist und daß die Stabilisierungs­ ringe 119 konzentrisch im Inneren des Faltenbalges 102 angeordnet sind, wird dagegen der Faltenbalg linear zusammengedrückt und kann sich während des Kompressions­ hubes oder des Ansaughubes nicht verwinden oder seitlich ausweichen. Daher kann mit der erfindungsgemäßen Pumpe ein exakt vorgegebenes Volumen mit hoher Wiederholgenauigkeit angesaugt werden.

Claims (3)

1. Probenpumpe mit einer unter einer Federvorspannung stehenden kompressiblen Faltenbalganordnung, die einen flexiblen, luftdichten Faltenbalg umfaßt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
im Inneren des Faltenbalges (102) sind eine Rückhol­ feder (101) und mehrere starre, konzentrische Stabili­ sierungsringe (119) vorgesehen;
rings um den äußeren Umfang des Faltenbalges (102) ist ein starrer Rahmen (103) angeordnet, der an seinem einen Ende einen hohlen Hals (105) zur gleitver­ schieblichen Aufnahme und Positionierung einer als Stößel dienenden Stange (108) aufweist, wobei an dem Hals (105) ein nach außen abstehender Handgriff (106) vorgesehen ist, der das Halten der Pumpe (100) und das Betätigen der Stange (108) mit einer Hand ermöglicht;
an dem einen Ende des Faltenbalges (102) ist eine Druckplatte (104) befestigt, die in ihrer Mitte starr mit der Stange (108) verbunden ist;
an dem anderen Ende des Faltenbalges (102) sind zwei Öffnungen (111, 118) mit jeweils einem zugeordneten Rückschlagventil (116 bzw. 117) vorgesehen, von denen das eine bei einem Ansaughub und das andere bei einem Auslaßhub des Faltenbalges (102) öffnet; und
an der mit dem beim Ansaughub öffnenden Rückschlag­ ventil (116) versehenen Öffnung (101) ist ein Anlaßfitting (109) für ein Teströhrchen (110) vorgesehen.

2. Probenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckanzeiger (114) vorgesehen ist, der mit dem Inneren des Faltenbalges (102) in Verbindung steht, um den dort herrschenden Druck anzuzeigen.

3. Probenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rahmen (103) ein Hubzähler (115) vorgesehen ist, welcher anzeigt, wie oft ein den Hub der Stange (108) begrenzendes Element (107) in Kontakt mit dem Rahmen (103) der Probenpumpe (100) gelangt.