DE4114748A1 - Probenentnahmevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme einer Probe, insbesondere aus einem flüssigen Material, beispielsweise Papierbrei. Die Probenentnahmevorrichtung enthält ein Gehäuse, welches an einer Grenzfläche eines Prozesses angeordnet ist, sowie ein Element, welches in Verbindung mit dem Gehäuse zur Probenentnahme angeordnet ist. Zur Probenentnahme wird das Element durch Verschieben relativ zu dem Gehäuse durch eine Öffnung oder ähnliches in dem Gehäuse in eine Betriebsposition und in Verbindung mit einem fließenden Material gebracht. In einer Nicht-Betriebsposition schneidet das Element zur Probenentnahme die Verbindung zwischen der Öffnung in dem Gehäuse und dem Prozeß ab.

Die US-Patentschriften 41 97 746 und 46 35 470 sowie die britische Patentschrift 14 00 607 bilden den Stand der Technik. Diese Veröffentlichungen beschreiben eine Vielfalt an Lösungen für die Durchführung eines Probenentnahmeverfahrens. Hinsichtlich einer zweckmäßigen Ausführung jedoch sind die angegebenen Lösungen nicht zufriedenstellend, insbesondere im Hinblick auf den eigentlichen Probenentnahmevorgang.

In der US-A 41 97 746 ist eine Probenentnahmevorrichtung vom Pipettentyp beschrieben, welche natürlich nicht dazu geeignet ist, eine Probe aus geschlossenen Verfahren zu entnehmen. Eine Probenentnahmevorrichtung, wie sie in der US-A 46 35 470 angegeben ist, kann nur eine sehr kleine Probenmenge bei jedem Probenentnahmevorgang entnehmen. Darüber hinaus versagt eine solche Probenentnahmevorrichtung leicht, da sich das Element zur Probenentnahme während der Rückkehrphase verklemmen kann, wenn eine Flüssigkeit, aus der eine Probe entnommen wird, unerwünschte Partikel enthält. Ein Probennehmer, wie er in der GB-14 00 607 angegeben ist, enthält ein sehr langes Probenentnahmerohr, das leicht verstopfen kann. Dieser Probennehmer weist zusammen mit dem Probenentnahmerohr ein verhältnismäßig kompliziertes Spülsystem auf.

Zusammenfassend läßt sich also hinsichtlich des Standes der Technik feststellen, daß die verfügbaren Lösungen nicht zufriedenstellend sind, soweit die Steuerung einer Flüssigkeit während eines Probenentnahmevorgangs betroffen ist, besonders dann, wenn ein fließendes oder flüssiges Material, wie Papierbrei, unerwünschte Partikel enthält, welche während des Probenentnahmevorgangs ein Element verstopfen oder zerstören können, welches zur Durchführung der Probenentnahme verwendet wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Probenentnahmevorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, Proben, insbesondere aus einem unter Druck stehenden oder fließenden flüssigen Material, in bestimmten Abständen in einfacher und zuverlässiger Weise zu entnehmen. Die Probenentnahmevorrichtung soll eine völlig offene Anordnung schaffen, die eine gute Flüssigkeitssteuerung bei der Probenentnahme gewährleistet, wobei die Probenmenge, die in das Innere des Probennehmerkörpers eintritt, eine im wesentlichen freie Durchflußmöglichkeit von dem Prozeß durch ein die Probenentnahme bewirkendes Element hat.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Probenentnahmevorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Element zur Durchführung der Probenentnahme ein im wesentlichen schachtartiges Element aufweist, welches sich in Betriebsposition zur Probenentnahme teilweise von dem zugehörigen Gehäuse oder Körper in den Prozeß hinein erstreckt, und welches durch seine Innenfläche zusammen mit den inneren Bauteilen des Gehäuses einen Einlaßkanal (V) für flüssiges Material bildet, der die entnommene Probenmenge zu einer Einheit, einem Bauteil oder ähnlichem weiterleitet, die bzw. das als Auslaß für die Probe vorgesehen ist. Das schachtartige Element, das vorzugsweise ein zylinderförmiges, zylindrisch-konkav geformtes Teil ist, dient während der Probenentnahme als Flüssigkeitstransportvorrichtung, und die Flüssigkeit fließt durch einen gemeinsam von dem schachtartigen Element und der Öffnung in dem Gehäuse gebildeten Einlaßkanal in das Innere des Gehäuses. Während der Probenentnahme ist die Öffnung des Gehäuses vorzugsweise an dem zentralen Abschnitt des schachtartigen Elements angeordnet.

In den Unteransprüchen werden weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Probenentnahmevorrichtung angegeben. Die dort angegebenen Ausgestaltungen stellen sicher, daß die Entnahme einer Probe in jeder Situation in der bestmöglichen Weise erfolgen kann und eine Verschiebung des Elements zur Probenentnahme in eine Nicht-Betriebsposition auch dann möglich ist, wenn die Flüssigkeit unerwünschte Partikel enthält. Vorzugsweise dient ein Giebel des schachtartigen Elements als Verschlußeinrichtung, wenn sich das Element zur Probenentnahme in seiner Nicht-Betriebsposition befindet.

Eine erfindungsgemäße Probenentnahmevorrichtung wird nun im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Probenentnahmevorrichtung, die an einer Grenzfläche eines Prozesses angeordnet ist;

Fig. 2 einen Querschnitt des Elements aus Fig. 1, das zur Probenentnahme dient, entlang der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 das Element aus Fig. 1 zur Probenentnahme entlang der Schnittlinie III aus Fig. 2.

Die in der Zeichnung gezeigte Probenentnahmevorrichtung enthält ein Gehäuse 1, welches ein Probenentnahmeelement 2 aufweist. Als Hauptbestandteile umfaßt das Probenentnahmeelement 2 ein schachtartiges Element 3 und eine Betätigungsstange 5 oder ein ähnliches Bauteil, welche über einen Giebel 4, der in dem Gehäuse 1 angeordnet ist, mit dem schachtartigen Element 3 verbunden ist. Die Stange 5 ist mit einem nicht gezeigten Stellantrieb, beispielsweise einem pneumatischen Zylinder, zur Verschiebung des Probenentnahmeelements 2 verbunden. In Fig. 1 ist das Probenentnahmeelement 2 in seiner Betriebsposition gezeigt. Es wurde durch eine Verschiebung der Betätigungsstange 5 mittels eines Stellantriebs, wodurch das schachtartige Element entlang seiner Längsachse verschoben wurde, dorthin gebracht (entsprechend einer Verschiebung nach links in Fig. 1). Dadurch ist das schachtartige Element 3 teilweise durch eine an einer Vorderseite 6 eines zylindrischen Teils 25 des Gehäuses 1 befindlichen Öffnung 7 in einen Prozeß P hineingeschoben worden. Nun kann Flüssigkeit in das Innere des Gehäuses 1 durch einen Einlaßkanal 8 eintreten, welcher durch die Innenfläche 32 des schachtartigen Elements 3 und die Öffnung 7 des Gehäuses 1 begrenzt wird. Die Flüssigkeit fließt entlang des mit dem Pfeil V gekennzeichneten Weges, der durch die inneren Strukturen des Gehäuses begrenzt wird. Der untere Teil des Gehäuses 1 weist ein vorzugsweise nach unten gerichtetes Bauteil 9 auf, durch welches die Probenmenge in einen Probenbehälter 10 transportiert wird, wo die Probenmenge dann analysiert werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Querschnittsfläche des Bauteils 9 größer als der des Einlaßkanals 8, so daß die Fließgeschwindigkeit der Probenmenge erheblich herabgesetzt wird. Die Probenmenge kommt deshalb in dem Probenbehälter 10 mit einer vernünftigen Geschwindigkeit an, selbst wenn der Verfahrensdruck hoch ist.

Nach Aufnahme einer Probe wird das Probenentnahmeelement 2 in eine Nicht-Betriebsposition verschoben (entsprechend einer Bewegung nach rechts in Fig. 1; dies ist nicht gezeigt), wobei ein Giebel 11 des schachtartigen Elements 3, der in Richtung des Prozesses P orientiert ist, die Öffnung 7 in dem Gehäuse 1 verschließt. Um ein vollständiges Verschließen der Öffnung sicherzustellen, können die Kanten 12 des schachtartigen Elements und/oder der Rand der Öffnung 7 in dem Gehäuse 1 mit Schneidekanten versehen sein, wodurch Partikel, wie Knollen oder Stengel, die in dem Einlaßkanal 8 und/oder dem schachtartigen Element 3 abgelagert sind, durchtrennt werden und das Probenentnahmeelement 2 in die Nicht-Betriebsposition verschoben werden kann.

In Fig. 1 ist auch eine an dem Gehäuse 1 angeordnete Spülvorrichtung 13 gezeigt, die zur Spülung des Inneren des Gehäuses 1 und des schachtartigen Elements 3 verwendet wird. Beim Betrieb der Spülvorrichtung 13, beispielsweise durch Öffnung des schematisch angegebenen Ventils 14, kann eine Ventileinrichtung 16 einer Spüleinheit 15 durch den Druck eines Spülmittels, insbesondere Wasser, geöffnet werden, wodurch das Innere des Gehäuses sowie das schachtartige Element 3, die sich im wesentlichen in Übereinstimmung mit einer an der Spüleinheit befindlichen Öffnung 17 befinden, gespült und insbesondere gereinigt werden können. Die Ventileinrichtung 16 ist als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet. Das Rückschlagventil enthält eine Scheibe 18, die mittels einer Feder 19 vorgespannt ist und gegen den Rand der Öffnung 17 der Einheit 15 gepreßt wird, um das Eindringen einer Flüssigkeit in die Wasserspüleinheit 15 während der Probenentnahme zu verbinden, auch wenn in dem Prozeß P ein hoher Druck herrscht. Darüber hinaus ist das Rückschlagventil vorzugsweise so ausgestaltet, daß die Spülflüssigkeit einen kräftigen Sprühstrahl erzeugt, der durch einen ringförmigen Spalt, der von der Öffnung 17 und der Scheibe 18 gebildet wird, über den ganzen Umfang ausgerichtet ist. Dies ist möglich, da das Spülmittel mit einem dem Gegendruck der Feder 19 entsprechenden Druck und mit hoher kinetischer Energie abgegeben wird, was zu guten Spülergebnissen führt. In Fig. 1 ist mit gestrichelten Linien und den Pfeilen S die Betriebsstellung der Spülvorrichtung während eines Spülvorgangs gezeigt. Wenigstens bei manchen Ausgestaltungen kann es von Vorteil sein, die Spüleinrichtung unterhalb der Einheit 9 mit einem schematisch gezeigten Ventil 20 zu versehen, wodurch ein durch das Bauteil 9 fließendes Spülmittel unabhängig von der Probenentnahmeleitung über eine separate Leitung 22 in einen Abwassersammelbehälter 21 geführt werden kann.

Fig. 1 zeigt weiterhin eine Grenzfläche 23 zu einem Prozeß P, die eine Öffnung 24 für ein zylindrisches Befestigungselement 25 in dem Gehäuse 1 aufweist. Die Öffnung 24 trägt ein zylindrisches Glied 26, das sich von dem Prozeß P nach außen erstreckt und oben auf dem zylindrischen Element 25 des Körpers 1 angeordnet ist. Die Elemente 25 und 26 enthalten Flansche 27, 28, die mit einem Verschlußring 29 mit einer Dichtung 30, welche zwischen den Flanschen 27 und 28 angeordnet ist, zusammengeschlossen sind.

Beim Betrieb des schachtartigen Elements 3 kann es von Vorteil sein, wenn dieses mit der Betätigungsstange 5 um die gemeinsame Längsachse drehbar angeordnet ist und beispielsweise in 90°-Abständen feststellbar ist. Die Drehbewegung kann beispielsweise durch einen außerhalb des Gehäuses 1 angeordneten und nicht gezeigten Stellantrieb erfolgen, der an der Betätigungsstange 5 angreift. Der Stellantrieb kann beispielsweise ein pneumatischer Zylinder sein. Die Möglichkeit des Drehens des schachtartigen Elements beim Probenentnahmevorgang ist insoweit vorteilhaft, als eine in dem schachtartigen Element befindliche Öffnung 31 stromabwärts gerichtet werden kann, wenn eine Probe aus einem fließenden flüssigen Material entnommen wird und die Gefahr besteht, daß möglicherweise in der Flüssigkeit enthaltene Partikel die Öffnung des schachtartigen Elements, insbesondere die Schnittkanten, oder das Innere des Gehäuses 1 beschädigen. Auch während des Spülens kann das schachtartige Element in eine Vielzahl von Stellungen gedreht werden, um die Sauberkeit des Elements für nachfolgende Probenentnahmen sicherzustellen.

Das schachtartige Element 3 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei die Querschnittsfläche im wesentlichen der Öffnung 7 des Gehäuses 1 gleich ist. Im Querschnitt betrachtet, ist die Innenfläche 32 des schachtartigen Elements 3 wie dessen Boden kreisförmig. Das Querschnittsprofil des Bodenabschnitts 33 des schachtförmigen Elements 3 ist röhrenförmig mit gleichmäßiger Dicke und kreisförmigem Querschnitt. Im Querschnitt des schachtartigen Elements betrachtet, bilden die Kanten 12 der Öffnung 31 des schachtartigen Elements 3 in einem Mittelabschnitt K einen Winkel von weniger als 180°, dessen Scheitelpunkt der Mittelpunkt des Querschnitts des schachtartigen Elements ist. Die Innenfläche 32 des schachtartigen Elements 3 setzt sich in Richtung auf die Kanten 12 als zur Innenfläche 32 tangentiale Verlängerungen 38 fort, wobei diese Verlängerungen in einem Winkelabstand von etwa 180°, im Querschnitt des schachtartigen Elements betrachtet, abgesetzt sind. Zwischen dem Mittelabschnitt K und dem Giebel 11, der die Öffnung 7 in dem Gehäuse 1 verschließt, weist das schachtartige Element 3 ein abgeschrägtes Verbindungsstück 34 auf, das von den Seiten des schachtartigen Elements 3 her in ein V-förmiges Teil konvergiert, wenn es in senkrechter Richtung zur Längsachse des schachtartigen Elements betrachtet wird. Auch die Kanten des Verbindungsstücks 34 sind mit einer Schneidekante versehen. Das V-förmige Teil weist einen gekrümmten Boden 35 auf, welcher mit einer äußeren Querschnittsfläche 36 des schachtartigen Elements 3 bündig ist. Dies gewährleistet diagonale Schneidekanten im Verbindungsstück 34 und an der Öffnung 31 des schachtartigen Elements 3. In paßgenauer Übereinstimmung mit dem Giebel 4, welcher mit der Betätigungsstange 5 verbunden ist, befindet sich zwischen dem Mittelabschnitt K und dem Giebel 4 ein Verbindungsstück 37, das steiler als das mit dem Giebel der Öffnung 7 des Gehäuses 1 verbundene Verbindungsstück 34 ist. Das schachtartige Element 3 kann weiterhin wenigstens eine Verstrebung oder ähnliches aufweisen, die insbesondere im Mittelabschnitt K zur Verbindung der Kanten mit­ einander angeordnet ist.

Hinsichtlich des genauen Aufbaus und Betriebs der Spülvorrichtung 13 wird auf eine weitere Patentanmeldung des Anmelders mit dem Titel "Probenentnahmevorrichtung" verwiesen.

Claims (11)

1. Probenentnahmevorrichtung zum Entnehmen einer Probe, insbesondere aus einem fließenden Material, wie Papierbrei, mit
einem an einer Grenzfläche eines Prozesses angeordneten Gehäuse (1) und
einem dem Gehäuse zugeordneten Probenentnahmeelement (2), wobei zur Probenentnahme das Probenentnahmeelement (2) so eingerichtet ist, daß es durch eine Öffnung (7) in dem Gehäuse (1) in eine Betriebsposition in Verbindung mit einem fließenden Material bringbar ist und wobei das Probenentnahmeelement (2) in einer Nicht-Betriebsposition die Verbindung zwischen der Öffnung (7) in dem Gehäuse (1) und einem Prozeß (P) unterbricht,
dadurch gekennzeichnet, daß das Probenentnahmeelement (2) ein im wesentlichen schachtartiges Element (3) aufweist, welches sich in der Betriebsposition des Probenentnahmeelements (2) teilweise von dem Gehäuse in den Prozeß (P) hinein erstreckt und durch seine Innenfläche (32) zusammen mit den inneren Bauteilen des Gehäuses (1) einen Flüssigmaterialeinlaßkanal (V) zu einem Bauteil (9) für den Probenauslaß bildet.

2. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kante (12) des schachtartigen Elements (3) und/oder der Rand der Öffnung (7) in dem Gehäuse (1) wenigstens teilweise eine Schneidekante aufweist.

3. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schachtartige Element (3) einen Giebel (11) aufweist, der in der Nicht-Betriebsposition des Probenentnahmeelements (2) als Verschlußeinrichtung dient, und die Kante (12) des schachtartigen Elements (3) wenigstens in einem von einem Verbindungsstück (34) in der Nähe des Giebels (11) bedeckten Abschnitts mit einer Schneidekante versehen ist, wobei sich die Kante (12) in bezug auf die Längsachse des schachtartigen Elements (3) in einer Schräglage befindet.

4. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Probenentnahmeelement (2) weiterhin eine in dem Gehäuse (1) angeordnete Betätigungsstange (5), die an einem Giebel (4) des schachtartigen Elements (3) befestigt ist, aufweist, und das schachtartige Element (3) mittels der Betätigungsstange (5) in Richtung der Längsachse des schachtartigen Elements (3) in die Betriebsposition verschiebbar ist, vorzugsweise mittels eines außerhalb des Gehäuses (1) angeordneten Stellantriebs.

5. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schachtartige Element (3) wenigstens in seiner Betriebsposition um seine Längsachse drehbar ist.

6. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen des schachtartigen Elements (3) im Querschnitt sowie die Öffnung (7) in dem Gehäuse (1) kreisförmig ausgebildet sind.

7. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schachtartige Element (3) einen Mittelabschnitt (K) aufweist, dessen Kante im wesentlichen parallel zur Längsachse des schachtartigen Elements (3) verläuft, wobei im Querschnitt des schachtartigen Elements (3) die Kanten einer Öffnung (31) in dem schachtartigen Element (3) an dem Mittelabschnitt (K) einen Winkel von weniger als 180° bilden, wobei der Scheitelpunkt des Winkels durch den Mittelpunkt des Querschnitts des schachtartigen Elements (3) gebildet wird.

8. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem Mittelabschnitt (K) und dem die Öffnung (7) des Gehäuses (1) verschließenden Giebel (11) des schachtartigen Elements (3) angeordnetes Verbindungsstück (34), von der Seite des schachtartigen Elements (3) her in senkrechter Richtung in bezug auf seine Längsachse betrachtet, im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.

9. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, in senkrechtem Schnitt zur Längsachse des schachtartigen Elements (3) betrachtet, die Kanten des Mittelabschnitts (K) des schachtartigen Elements (3) sowie die inneren Abschnitte davon durch tangentiale Verlängerungen der Innenfläche (32) des schachtartigen Elements (3) gebildet sind, wobei die Verlängerungen in einem Winkelabstand von etwa 180°, im Querschnitt des schachtartigen Elements (3) betrachtet, abgesetzt sind.

10. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche eines Einlaßkanals (8) kleiner ist als die des mit dem Gehäuse (1) verbundenen Bauteils (9), welches zur Abgabe einer Probenmenge vorgesehen ist.

11. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (8) für Flüssigkeiten in der Betriebsposition des schachtartigen Elements (3) aus der Innenfläche (32) des schachtartigen Elements (3) und der Öffnung (7) des Gehäuses (1) gebildet wird.