DE4490301C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Entnahme von Proben eines Materials - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Entnahme von Proben eines MaterialsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben
eines Materials, wie beispielsweise einer Flüssigkeit, eines
Schleims oder eines bröckeligen festen Stoffes mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur
Entnahme von Proben eines Materials unter Verwendung einer der
artigen Vorrichtung.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der JP-OS
61-175543 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wirkt ein Fluid über
eine Leitung zur Abwärtsbewegung auf einen Kolben ein, wobei
eine Mittelstange den Fluiddurchtritt zu einer Membran ver
schließt. Nach Beendigung der Abwärtsbewegung des Kolbens wird
in der untersten Stellung durch einen verminderten Durchmesser
am Ende der Mittelstange ein Fluiddurchtrittsweg zur aufblas
baren Membran hin geöffnet.
Ferner ist aus der DE-GM 19 18 693 eine Vorrichtung zur Entnahme
von Materialproben bekannt, bei der die Druckluft zum Aufblähen
eines elastischen Schlauches über einen extern angeordneten
Kanal in die Querbohrung einer Büchse eingeleitet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Entnahme von Proben anzugeben, mit der Fest
stoffe, die eine sehr geringe Härte aufweisen und Flüssigkeiten
in Form von Lösungen oder Suspensionen, eines Schleims oder
Schlämme entnommen werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Die Vorrichtung umfaßt einen Entnahmezylinder, der einen offenen
Hohlraum begrenzt, wobei der Hohlraum mit einem Mittel, das ein
Lüftungsloch bildet, zusammenwirkt und außerdem aufblasbare Ver
schlußmittel umfaßt, die dermaßen gestaltet sind, daß sie nach
Füllung des Hohlraumes mit dem erwähnten Material den Verbleib
des Materials innerhalb des Hohlraumes gewährleisten.
Der Hohlzylinder soll sich nach dessen Einführung in die Masse
des zu entnehmenden Materials zumindest teilweise mit dem Mate
rial füllen. Zu diesem Zweck ist zumindest eine Öffnung vor
gesehen, und der auf diese Weise definierte offene Hohlraum
wirkt mit dem Lüftungsloch zusammen, welches das Entweichen der
Luft (oder eventuell eines anderen Gases, das anfänglich in dem
Hohlraum vorhanden ist), die von dem Material während der Fül
lung des Hohlraumes mit dem Material ausgetrieben wird, ermög
licht.
Das Lüftungsloch kann direkt in einer der Wände des offenen
Hohlraumes ausgespart werden. Es kann auch auf einem anderen
Teil einer komplexeren Vorrichtung vorgesehen werden; die Vor
richtung umfaßt den Entnahmezylinder und Mittel zur Herstellung
einer Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders (dem Ent
nahmehohlraum) und dem Lüftungsloch.
Der Entnahmehohlraum umfaßt außerdem aufblasbare Verschlußmit
tel, die in der Lage sind, seine Öffnung nach Füllung zu ver
schließen, wobei das entnommene Material auf diese Weise einge
sperrt und in seinem Inneren gehalten wird. Die Mittel sind
während der Einrichtung der Entnahmevorrichtung und während der
Füllung derselben eingezogen. Sie sind an eine Vorrichtung an
geschlossen, die deren Unterdrucksetzung gewährleisten kann, um
die Öffnung des Entnahmezylinders zu verschließen, und deren
Außerdrucksetzung, um die Öffnung freizugeben. Die aufblasbaren
Verschlußmittel bestehen vorzugsweise aus einer Gummimembran,
deren Widerstandsfähigkeit und gleichmäßige Dicke sorgfältig
überprüft wurden. Diese Membran muß entsprechenden internen
Druckwerten standhalten, um den Hohlraum, in dem sich die ent
nommene Probe befindet, dicht abzuschließen.
Die Entnahmevorrichtung besteht aus einem Entnahmezylinder mit
Öffnung, Lüftungsloch und aufblasbaren Verschlußmitteln für die
Öffnung, wobei die Verschlußmittel an eine Druckgasversorgungs
quelle angeschlossen sind.
Die Vorrichtung weist ferner Mittel auf, die die geführte Ver
schiebung des Entnahmezylinders zwischen einer Position, in der
sich die Öffnung(en) des Zylinders außerhalb des zu entnehmen
den Materials befinden, und einer Position gewährleisten, die
Entnahmeposition genannt wird, in der sich die Öffnung(en) in
nerhalb des Materials befinden, und Mittel, die das Anhalten der
Verschiebung und die Positionierung des Entnahmezylinders in der
Entnahmeposition gewährleisten.
Zur Führung und Positionierung in der Entnahmeposition wirkt ein
Vorsprung auf der Außenfläche des Entnahmezylinders mit einer
vertieften Nut in einem Teil außerhalb des Zylinders zusammen.
Bei der Vorrichtung ist der Entnahmezylinder an seiner Basis
offen ist. Die aufblasbaren Verschlußmittel sind in der Nähe der
Basis positioniert, wobei der Entnahmezylinder verschiebbar in
Vertikaltranslation von oben nach unten innerhalb eines Außen
zylinders montiert ist, der ebenfalls an seiner Basis geöffnet
ist und Mittel zum Anhalten und zur Positionierung des Entnahme
zylinders in der unteren Entnahmeposition umfaßt. Der Außen
zylinder gewährleistet die Führung des Entnahmezylinders während
der Translation.
Der Entnahmezylinder und der Außenzylinder sind kombiniert und
weisen ein Lüftungsloch auf um den ordnungsgemäßen Betrieb der
Vorrichtung zu ermöglichen.
Zur Führung des Entnahmezylinders innerhalb des Außenzylinders
können die Außenfläche des Entnahmezylinders und die Innenfläche
des externen Zylinders eine zusammenwirkende Längsnut und einen
Vorsprung aufweisen.
Zur Führung des Entnahmezylinders innerhalb des Außenzylinders
ist eine Hohlstange vorhanden, die an ihrem oberen Teil mit dem
Außenzylinder und an ihrem unteren Teil mit dem Kolben verbunden
ist. Der Kolben stellt ein Mittel zum Anhalten und zur Positio
nierung des Entnahmezylinders in der unteren Entnahmeposition
dar und ist außerdem in bezug auf die Basis des Außenzylinders
dermaßen dimensioniert, daß er bei der Translation des Entnahme
zylinders von oben nach unten die Dichtigkeit der Druckkammer
gewährleistet ist.
Es können auch mehrere Hohlstangen vorhanden sein. Vorzugsweise
ist eine einzige mittlere vorhanden, entsprechend der gemein
samen Achse des Entnahmezylinders und Außenzylinders.
Der Entnahmezylinder wird somit verschiebbar in Translation
innerhalb des Außenzylinders, dessen Basis durch den festen
Kolben "verschlossen" ist, innerhalb einer Druckkammer montiert.
Die Translation des Entnahmezylinders von oben nach unten ist
selbstverständlich nur möglich, wenn der Innenraum des Zylinders
oder der Entnahmehohlraum mit einem Lüftungsloch zusammenwirkt.
Ein solches Lüftungsloch kann in der oberen Wand des Entnahme
zylinders angebracht sein und auf diese Weise die Beseitigung
des Überdrucks in dem Außenzylinder ermöglichen.
Der Entnahmehohlraum steht über die Hohlstange mit dem Außen
bereich in Verbindung. Die Hohlstange umfaßt in ihrem unteren
Teil in der Nähe des festen Kolbens zumindest eine Öffnung, die
in das Innere des Entnahmezylinders mündet. Sie ist in ihrem
oberen Teil im Bereich des Zylinderoberteils oder Zylinderkopfes
des Außenzylinders an ein Lüftungsloch angeschlossen. Somit wird
mit der Abwärtsbewegung des leeren Entnahmezylinders das Gas,
das er enthalten hat, durch die Hohlstange beseitigt. Der er
wähnte Zylinder wird durch den festen Kolben in der Entnahme
position angehalten.
Vorzugsweise umfaßt der feste Kolben auf seiner Oberfläche einen
elektrischen Kontakt, der anzeigen soll, daß sich der Entnahme
zylinder in der unteren Entnahmeposition befindet.
Vorzugsweise wird der feste Kolben auf folgende Weise angeord
net: er umfaßt zwei Teile, die miteinander verbunden sind und
zwischen denen eine Dichtung waagrecht angeordnet ist. Diese
Dichtung hat eine doppelte Funktion. Sie gewährleistet einer
seits die Dichtigkeit zwischen dem Entnahmehohlraum und der
Druckkammer bei der Translation des Entnahmezylinders von oben
nach unten und spielt andererseits bei der Abwärtsbewegung des
Außenzylinders auf den Entnahmezylinder eine Rolle. Während der
Abwärtsbewegung dient sie als Abstreifer und sichert auf diese
Weise die Reinigung der Innenwände des Entnahmezylinders.
Die Verwendung der Vorrichtung umfaßt die nachstehenden Phasen:
- - der Entnahmezylinder wird zuerst in den externen Zylinder eingesetzt;
- - der Entnahmezylinder wird bis zum Anschlag am festen Kolben abwärts bewegt, um in das Material eingeführt zu werden, von dem eine Probe entnommen werden soll;
- - der Entnahmezylinder füllt sich mit dem Material;
- - der Entnahmezylinder wird nun an seinem Unterteil durch Auf blasen der aufblasbaren Verschlußmittel verschlossen; die ent nommene Materialprobe wird somit in dem Entnahmezylinder in der unteren Position eingesperrt;
- - der Entnahmezylinder wird sodann aus dem Material herausge zogen;
- - der Entnahmezylinder, der sich in der unteren Position noch immer am Anschlag am festen Kolben befindet, wird sodann durch Ablassen der Luft aus den Verschlußmitteln entleert; er befindet sich nun wieder leer in der unteren Position;
- - nun wird der Außenzylinder auf den Entnahmezylinder abwärts bewegt und die Dichtung erfüllt ihre Funktion als Abstreifer. Somit ist der Entnahmezylinder wieder in den Außenzylinder eingesetzt.
Die Probeentnahme stellt einen Zyklus dar.
Für die Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders in die untere
Entnahmeposition wird ein Druckfluid in den oberen Teil oder
Kopf des externen Zylinders eingespritzt. Das Fluid soll die
Druckkammer füllen. Zu diesem Zweck umfaßt der Oberteil des
Außenzylinders die entsprechenden Einspritzmittel. Der Oberteil
muß auch die Mittel zur Beseitigung des Fluids bei der Abwärts
bewegung des Außenzylinders auf den Entnahmezylinder in die
untere Position umfassen. Der obere Teil des Außenzylinders
umfaßt eine Öffnung, an die ein Anschluß angeschlossen werden
kann, der abwechselnd mit einer Druckfluidversorgungsquelle
verbunden ist oder nach außen mündet, um ein Lüftungsloch zu
erzeugen. Das Druckfluid, das verwendet wird, besteht vorzugs
weise aus einem Gas unter Druck, wie beispielsweise Druckluft.
Die aufblasbaren Verschlußmittel bestehen vorzugsweise aus einer
Membran, die einen Wulst erzeugen kann. Wie im vorhergehenden
angegeben, muß die Membran die entsprechende Elastizität und
Widerstandsfähigkeit aufweisen, die für die Erfüllung ihrer
Funktion erforderlich ist. Die Membran weist für den Verschluß
der Basis eines Rotationszylinders aufgeblasen die Form eines
inneren ringförmigen und peripheren Wulstes auf.
Für das Aufblasen und das Ablassen der Luft aus den aufblasbaren
Verschlußmitteln sind Verbindungen vorhanden, die die aufblas
baren Verschlußmittel an eine Druckfluidquelle (für das Auf
blasen) anschließen und den Verlauf des Fluids in der umgekehr
ten Richtung (für das Ablassen der Luft) ermöglichen. Die Ver
bindungen bestehen aus einer Kapillare und einem biegsamen Ver
bindungsstück; die Kapillare befindet sich im Körper des Ent
nahmezylinders und verbindet die Membran mit dem biegsamen Ver
bindungsstück, das sich im Kopf des Außenzylinders befindet; das
biegsame Verbindungsstück ist an eine Druckfluidversorgungs
quelle (Aufblasefluid) angeschlossen. Die Länge des biegsamen
Verbindungsstückes ist an den Hub des Entnahmezylinders angepaßt
(zwischen seiner oberen Position im Inneren des externen Zylin
ders und seiner unteren Position oder Entnahmeposition). Das
Druckfluid, das verwendet wird, besteht vorzugsweise aus einem
Gas unter Druck, wie beispielsweise Druckluft.
Im Zusammenhang mit der Vorrichtung wird auf die völlige Unab
hängigkeit der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders zu dessen
Einrichtung im Material und dem Aufblasen der Verschlußmittel
hingewiesen. Diese beiden Operationen werden mit unterschiedli
chen Mitteln durchgeführt.
Die Vorrichtung eignet sich unter anderem für die Entnahme von
verseuchten und/oder radioaktiven Proben in Aktivzellenform.
Bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders auf den Entnahme
zylinder, der seines Inhalts entleert wurde, streift der feste
Kolben die Innenwände des Entnahmezylinders ab und gewährleistet
auf diese Weise eine gewisse Reinigung derselben. Die Reinigung
gewinnt an Wirksamkeit, wenn eine Dichtung im Bereich des Kol
bens verwendet wird. Zur Verbesserung der Reinigung kann die
Verwendung eines Reinigungsfluids vorgesehen werden, das vor
zugsweise durch die Hohlstange zugeführt wird. Die Hohlstange
gewährleistet die Verbindung zwischen dem Inneren des Entnahme
hohlraumes und dem Außenbereich durch ein Lüftungsloch, das im
Bereich des Oberteils oder Kopfes des Außenzylinders angeordnet
ist. Auf dem Lüftungsloch kann die Positionierung einer Vor
richtung zur Einspritzung von Reinigungsfluid für die Einsprit
zung des Fluids vorgesehen werden, wobei sich der Entnahmezylin
der in der unteren Position befindet und leer ist und sich der
Außenzylinder abwärtsbewegt. Das Fluid fließt entlang der Hohl
stange hinab, fließt durch die an der Basis der Stange vorgese
hene Öffnung und mündet in eine ringförmige Aussparung, die
vorzugsweise im oberen Teil des Entnahmezylinders angebracht
ist. Das Fluid kann dank der Elastizität der Dichtung, die sich
zwischen den beiden Kolbenteilen befindet, von unten abgeleitet
werden.
Die Dichtung ist vorzugsweise bei der Translation des Entnahme
zylinders von oben nach unten dicht und ist dies unter dem Druck
des Reinigungsfluids bei der Translation des externen Zylinders
von oben nach unten nicht mehr.
Im vorhergehenden wurde angegeben, daß sich der Außenzylinder
auf den leeren Entnahmezylinder abwärtsbewegt. Es ist jedoch
keineswegs ausgeschlossen, daß der Außenzylinder seine Abwärts
bewegung beginnt und fortsetzt, wenn sich der Entnahmezylinder
durch Schwerkraft entleert. Die Abwärtsbewegung des Außenzylin
ders kann in der Tat bei der Beseitigung der entnommenen Probe
von unten behilflich sein.
Die Vorrichtung umfaßt einen Entnahmezylinder, dessen unteres
Ende ein optimiertes Profil aufweist, um sein Eindringen in das
Material, von dem eine Probe entnommen werden soll, zu erleich
tern. Das Ende ist vorzugsweise abgeschrägt.
Die Vorrichtung und das Verfahren werden nun mit Hilfe der
Zeichnung beschrieben.
- - In den Fig. 1 bis 4 wird schematisch das Entnahmeverfahren dargestellt.
- - In Fig. 5 ist im Schnitt - Vertikalschnitt V-V - eine Ent nahmevorrichtung entsprechend eines bevorzugten Ausführungs beispiels dargestellt.
- - Fig. 6 ist eine Draufsicht nach dem Schnitt VI-VI der Vor richtung.
- - Fig. 7 ist eine Schnittansicht nach VII-VII der Vorrichtung.
- - Fig. 8 ist eine Schnittansicht (halber Schnitt) nach VIII- VIII der Vorrichtung.
- - Fig. 9 ist eine Schnittansicht (halber Schnitt) nach IX-IX der Vorrichtung.
In den Fig. 1 bis 4 ist zu sehen, daß die Vorrichtung im
wesentlichen einen Entnahmezylinder 1 umfaßt, der an seiner
Basis offen ist und in der Nähe der Basis mit einer aufblasbaren
Membran 2 versehen ist, die durch Aufblasen die Basis verschlie
ßen kann. Der Entnahmezylinder 1 ist durch Translation innerhalb
eines Außenzylinders 3 verschiebbar. Während der Translation
wird er außerdem von der Mittelstange 4 geführt, die an ihrem
Unterteil mit dem festen Kolben 5 und an ihrem Oberteil mit dem
Kopf des externen Zylinders 3 verbunden ist.
Die Vorrichtung umfaßt tatsächlich einen Kopf, der aus einer
Druckkammer besteht, in der sich der Zylinder 1 oder die Pro
beentnahmeeinheit durch Luftkompression und in Translation ver
schiebt. In den Fig. 1 bis 4 ist das Mittel, das ein Lüf
tungsloch bildet, nicht dargestellt.
Die Vorrichtung wird wie in Fig. 1 dargestellt, an die Stelle
gebracht, an der die Materialprobe M entnommen werden soll.
Sie wird zuerst mit ihrer Basis unter dem Niveau der Oberfläche
des zu entnehmenden Materials M positioniert. Der Entnahmezylin
der 1 taucht nun ein und füllt sich mit dem Material M; die
aufblasbare Membran 2 ist dabei eingezogen. Die Unterkante des
Entnahmezylinders 1 ist abgeschrägt, um dessen Eindringen in das
Material M zu erleichtern. Dasselbe gilt für die Unterkante des
externen Zylinders 3.
Ist der Entnahmezylinder 1 mit dem Material M gefüllt, wird die
Membran 2 durch Unterdrucksetzung mit einem geeigneten Gas -
beispielsweise Stickstoff - aufgeblasen, sodaß sie ein
Verschlußmittel des Entnahmezylinders 1 darstellt, der mit einer
Probe des Materials M gefüllt ist. Das Verschlußmittel besteht
tatsächlich in einem ringförmigen Wulst, an den die Innenwand
anstößt.
Auf diese Weise befindet sich eine bestimmte Menge des Materials
M im Innenvolumen des Entnahmezylinders 1 eingeschlossen (Fig.
2).
Die Dichtigkeit des Zylinders kann durch Messung des inneren
Drucks des Wulstes kontrolliert werden.
Ist die Entnahme durchgeführt, wird der Kopf bei vollem
Entnahmezylinder in der unteren Position aufwärtsbewegt und
sodann über einem Behälter oder Krug 6 positioniert, der für die
Lagerung oder weitere Analyse der entnommenen Materialprobe
(Fig. 3) bestimmt ist.
Das Verschlußmittel - die aufgeblasene Membran 2 - wird sodann
durch Herstellung eines inneren Unterdrucks im Wulst eingezogen.
Die entnommene Materialprobe M fließt nun sowohl durch Schwer
kraft als auch unter der Einwirkung des Kolbens 5 durch Abwärts
bewegung des Außenzylinders 3 auf den Entnahmezylinder 1 ab,
welcher sich am Anschlag des Behälters oder Kruges 6 befindet.
Bei dieser Abwärtsbewegung streift der Kolben 5 die Innenwände
des Entnahmezylinders 1 ab und gewährleistet auf diese Weise
deren "Reinigung".
Die Vorrichtung befindet sich nun in einer Position, wie in
Fig. 4 schematisch dargestellt.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 5 bis 9
besteht der Entnahmezylinder 10 nicht aus einem Stück. Er be
steht tatsächlich aus vier Teilen, die von oben nach unten mit
Bezugszeichen bezeichnet sind: 10a, 10b, 10c, 10d. Die Teile 10b
und 10c stellen eigentlich die Entnahmeeinheit dar. Der obere
Teil 10a ist ein beweglicher Kolben, der mit der Einheit 10b-10c
mittels des Gewindestiftes 11 verbunden ist. Der untere Teil 10d
ist ein abgeschrägter Schuh, der einerseits das Eindringen des
Entnahmezylinders 10 in das zu entnehmende Material erleichtert
und andererseits für die Fixierung des unteren Teils der
aufblasbaren Membran 20 verwendet wird.
Die aufblasbare Membran 20 wird im oberen Teil zwischen 10b und
10c fixiert.
Der Entnahmezylinder 10 wird innerhalb des externen Zylinders 30
in Bewegung gesetzt - vertikale Translation. Während dieser
Translationsbewegung wird er von der Mittelstange 40 geführt.
Die Mittelstange 40 ist hohl und an ihrem Unterteil mittels
einer Schraube 51 mit einem festen Kolben 50 verbunden.
Der feste Kolben 50 umfaßt einen oberen Teil 50a - eine Mutter -
und einen unteren Teil 50b - Feststellscheibe -, die miteinander
verbunden sind, und zwischen denen sich eine Dichtung 52 befin
det. Die Dichtung 52 ist verformbar. Bei der Abwärtsbewegung des
Entnahmezylinders 10 gewährleistet sie die Dichtigkeit zwischen
dem für die Entnahme freigemachten Hohlraum und der Druckkammer
31 (indem sie das Material nicht zwischen den Oberteil des Kol
bens 50a und den Unterteil von 10a eindringen läßt). Bei der
Abwärtsbewegung des Außenzylinders 30 auf den Entnahmezylinder
10 reinigt sie durch Abstreifen die Innenwände desselben.
Der obere Teil 50a des festen Kolbens 50 umfaßt einen bewegli
chen elektrischen Kontakt 53, der auf einer Druckfeder 54 mon
tiert ist, wobei die Feder die Ungenauigkeiten bei der Vertikal
positionierung des unteren Teils des beweglichen Kolbens 10a
aufnimmt. Der Kontakt 53 ist in einem masseisolierten Gehäuse
montiert und gewährleistet die Kontinuität derselben bei Kontakt
mit der Anschlußleiste 55. Er soll anzeigen, daß sich der Ent
nahmezylinder 10 in Entnahmeposition - untere Position - befin
det. Die Position entspricht dem Kontakt des Kontaktes 53 mit
dem oberen Teil 10a des Entnahmezylinders 10. Die Translation
des Entnahmezylinders 10 im Außenzylinder 30 wird außerdem durch
das Zusammenwirken der Mittel 12 und 32 geführt, die in der
äußeren Vorderseite des Entnahmezylinders 10 bzw. in der inneren
Vorderseite des Außenzylinders 30 angeordnet sind. Das Mittel 12
besteht in einer Längsnut; das Mittel 32 besteht in einem Vor
sprung, der durch eine Schraube fixiert ist; der Vorsprung 32
gleitet in der Längsnut 12 während der relativen Translations
bewegungen eines Zylinders zum anderen. Die Mittel verhindern
jegliche Rotation der Zylinder 10, 30.
Die aufblasbare Membran 20 soll durch ihr Aufblasen den
Entnahmehohlraum verschließen, wenn der Entnahmezylinder 10
gefüllt und in der unteren Position ist.
Zu diesem Zweck ist sie an eine Druckfluidversorgungsquelle
angeschlossen. Der Kreislauf für die Versorgung mit dem Fluid
umfaßt den Anschluß 21, das biegsame Verbindungsstück 22 und die
Kapillare 23. Das biegsame Verbindungsstück 22 wird wendelförmig
in der Druckkammer 31 aufgewickelt. Es wird bei der Abwärts
bewegung des Entnahmezylinders 10 in die untere Entnahmeposition
abgewickelt.
Für die Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders 10 in die Ent
nahmeposition wird ein Druckfluid in der Druckkammer 31 verwen
det. Das Fluid wird von außen über die Leitung 33 zugeführt
(Fig. 8). Hat sich der externe Zylinder 30 auf den Entnahme
zylinder 10 in die untere Position abgesenkt, muß das Fluid
entweichen können. Zu diesem Zweck wird ebenfalls die Leitung 33
verwendet, die in ein Lüftungsloch münden muß.
Bei der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders 10 in
Entnahmeposition muß die in dem nun leeren Entnahmehohlraum
befindliche Luft entweichen können. Zu diesem Zweck wurden im
unteren Teil der hohlen Mittelstange 40 in der Nähe des oberen
Teils 50a des Kolbens 50 zwei Öffnungen 41 ausgespart und der
obere Teil der hohlen Mittelstange 40 mit außen verbunden. In
Fig. 9 ist zu sehen, daß die Luft durch das Lüftungsloch 34
nach außen gelangt.
Die Hohlstange 40 wird für die Verbesserung der Reinigung der
Innenwände des Entnahmezylinders 10 durch Abstreifen mittels der
Dichtung 52 verwendet, wenn sich der externe Zylinder 30 auf den
Entnahmezylinder 10 absenkt, der nun leer und in der unteren
Position ist. Ein Reinigungsfluid wird in 34 unter Druck einge
spritzt (zu diesem Zweck wurde auf die Öffnung des Lüftungs
loches eine entsprechende Einspritzvorrichtung montiert). Das
Reinigungsfluid dringt in den Spülkreis 36 ein, der mit der
Hohlstange 40 in Verbindung steht. Das Fluid tritt bei 41 wieder
aus, um in eine ringförmige Aussparung 13 zu münden, die im
oberen Teil 10a des Entnahmezylinders 10 vorgesehen ist. Unter
dem Druck des Fluids und unter Berücksichtigung der relativen
Bewegung der beiden Zylinder dichtet die Dichtung 52 nicht mehr
ab, und das Reinigungsfluid kann nach unten abgelassen werden
(wobei sich der Entnahmezylinder 10 in der unteren Position
befindet).
Der Betrieb der Vorrichtung wird nun kurz in bezug auf die
Fig. 5 bis 9 beschrieben.
Die Vorrichtung wird in Kontakt mit dem Material, von dem die
Probe genommen werden soll, positioniert. Der Kolben 50 wird
zumindest teilweise in dem Material versenkt. Unter Druck wird
in 33 ein Fluid in die Kammer 31 eingespritzt. Unter der Ein
wirkung des Fluids bewegt sich der Entnahmezylinder 10 abwärts.
Seine Abwärtsbewegung wird von den Mitteln 30, 40, 12 und 32
geführt. Im Zuge derselben entweicht die anfänglich in dem Ent
nahmehohlraum vorhandene Luft über 41, steigt entlang der Hohl
stange 40 auf und mündet durch das Lüftungsloch 34 nach außen.
Sobald der Entnahmezylinder den Kontakt 53 berührt, wird die
Fluidversorgung gestoppt. Der Zylinder befindet sich nun am An
schlag am festen Kolben 50.
Wird er mit dem zu entnehmenden Material gefüllt, wird die Mem
bran 20 durch Einspritzen eines Druckfluids in 21 aufgeblasen.
Die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit - Entnahmezylinder in der
unteren Position, mit Material gefüllt - wird nun aufwärtsbewegt
und über einem Auffänger für das entnommene Material positio
niert (siehe Fig. 3).
Die Luft wird nun durch Herstellung eines Unterdrucks aus der
Membran abgelassen. Der Entnahmezylinder wird auf diese Weise
seines Inhalts entleert. Er befindet sich nun im leeren Zustand
in der unteren Position, der externe Zylinder 30 über ihm. Nun
wird der externe Zylinder 30 auf den leeren Zylinder 10 abge
senkt. Während dieser Abwärtsbewegung wird unter Druck in 34 ein
Reinigungsfluid eingespritzt (zu diesem Zweck wurde auf der
Lüftungsöffnung eine entsprechende Einspritzvorrichtung mon
tiert). Das Fluid zirkuliert im Inneren der Hohlstange 40, tritt
bei 41 aus, zirkuliert in der Ringnut 13 und fließt dank der
Verformung der Dichtung 52 unten ab. Die Dichtung 52 ist bei der
Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders 10 dicht, jedoch bei der
Abwärtsbewegung des Außenzylinders 30 nicht mehr.
Bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders 30 auf den Entnahme
zylinder 10 in die untere Position befindet sich die Kammer 31
wieder in Überdruck. Der Anschluß 33 mündet in dieser Phase des
Verfahrens in ein Lüftungsloch.
Die Vorrichtung kann ein Nutzentnahmevolumen von ungefähr einem
Liter aufweisen, sie ist perfekt für die Entnahme von Schlämmen
geeignet, die eine Viskosität zwischen 1 Zentipoise und 120
Poise aufweisen (Viskositäten gemessen mit einem Brookfield LVT
Viskosimeter, ausgestattet mit einer Scheibe N_2, 60 U/min (Mo
dell 1983)).
Die wesentlichen Teile der Vorrichtung sind aus rostfreiem
Stahl. Der feste Kolben ist aus Bronze. Die Membran ist eine
Gummimembran, die durch Formguß gewonnen wurde. Sie wird unter
Druck von Luft oder Stickstoff mit Druckwerten zwischen 1,2 und
2 bar aufgeblasen. Bei diesen Druckwerten ermöglicht sie es,
Flüssigkeiten dicht zurückzuhalten.
Für die Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders wird Druckluft
oder komprimierter Stickstoff verwendet. Die Abwärtsbewegung des
externen Zylinders auf den Entnahmezylinder erfolgt manuell.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Entnahme von Proben eines Materials, wie
beispielsweise einer Flüssigkeit, eines Schleims oder eines
bröckeligen festen Stoffes, bestehend aus
- 1. einem als Hohlzylinder ausgebildeten Entnahmezylinder (10), der an seiner Basis offen ist und einen offenen Hohlraum begrenzt, wobei der Hohlraum ein Belüftungsmittel (34) und ein in der Nähe der Basis angeordnetes aufblasbares Verschluß mittel (20) umfaßt, das nach Füllung des Hohlraumes mit dem Material den Verbleib des Materials im Inneren des Hohlraumes gewährleistet;
- 2. einem Außenzylinder (30), in dem der Entnahmezylinder (10) in Vertikaltranslation von oben nach unten ver schiebbar ist und der ebenfalls an seiner Basis offen ist, wobei der Außenzylinder (30) die Führung des Entnahme zylinders (10) bei der Translation gewährleistet;
- 3. einer Hohlstange (40), die in ihrem Oberteil mit dem Außenzylinder (30) und in ihrem Unterteil mit einem feststehenden Kolben (50) zur Führung des Kolbens (50) in dem Entnahmezylinder (10) verbunden ist, wobei der feststehende Kolben (50) als Anschlagmittel und zur Positionierung des Entnahmezylinders (10) in einer unteren Entnahmeposition und als Dichtungsmittel bei der Translation des Entnahmezylinders (10) ausgebildet ist;
- 4. einer Druckkammer (31), die von dem Außenzylinder (30) und dem Entnahmezylinder (10) begrenzt ist, wobei sich der Entnahmezylinder (10) in Translation durch Ver größerung der Druckkammer (31) verschiebt; wobei die Hohlstange (40) in ihrem Unterteil in der Nähe des Kolbens (50) zumindest eine Öffnung (41) aufweist, die in das Innere des Entnahmezylinders (10) mündet und mit dem Belüftungsmittel (34) verbunden ist, um Fluid bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders (30) auf den Entnahmezylinder (10) nach außen abzuleiten,
- a) ein erstes Druckleitungssystem, bestehend aus einem Druckkammeranschluß (33), der an eine Druckfluid-Ver sorgungsguelle anschließbar ist, um ein Druckfluid über eine Leitung in die Druckkammer (31) einzuspritzen, um den Entnahmezylinder (10) in Entnahmeposition zu brin gen,
- b) ein zweites Druckleitungssystem zum Aufblasen und Ab lassen des Drucks für das Verschlußmittel (20), beste hend aus einer Kapillare (23), die das Verschlußmittel (20) mit einem biegsamen, wendelförmig auf- und abwic kelbaren Verbindungsstück (22) verbindet, das sich am Kopfende des Außenzylinders (30) in der Druckkammer (31) befindet, wobei das Verbindungsstück (22) über einen Anschluß (21) an eine Druckfluid-Versorgungs quelle anschließbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenseite des Entnahmezylinders (10) und die Innen
seite des Außenzylinders (30) auf zumindest einem Teil ihrer
Höhe zusammenwirkende Mittel (12, 32) umfassen, um jegliche
Rotation eines der Zylinder zum anderen zu verhindern.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (50) auf seiner Oberseite einen elektrischen
Kontakt (53) umfaßt, der anzeigt, daß sich der Entnahme
zylinder (10) in Entnahmeposition befindet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (50) zwei Teile (50a, 50b) umfaßt, die
miteinander verbunden sind, wobei sich zwischen diesen eine
Dichtung (52) befindet, die einerseits die Dichtigkeit zwi
schen dem Hohlraum und der Druckkammer (31) bei der Trans
lation des Entnahmezylinders (10) von oben nach unten ge
währleistet und andererseits als Abstreifer bei der Ab
wärtsbewegung des Außenzylinders (30) auf den Entnahmezylin
der (10) dient.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlstange (40) ebenfalls mit ihrem Oberteil im
Bereich des oberen Teils oder Kopfes des Außenzylinders (30)
mit einer Fluideinspritzvorrichtung für die Reinigung des
leeren Entnahmezylinders (10) bei der Abwärtsbewegung des
Außenzylinders (30) auf denselben verbunden ist, wobei das
Fluid durch Öffnungen (41) in eine ringförmige Aussparung
(13) mündet, die im oberen Teil des Entnahmezylinders (10)
angeordnet ist, wobei sich der Entnahmezylinder (10) in der
unteren Entnahmeposition befindet und das Fluid bei der
Abwärtsbewegung des Außenzylinders (30) dank der Elastizität
der Dichtung (52), die sich zwischen den beiden Teilen (50a,
50b) des Kolbens (50) befindet, abfließt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das untere Ende (10d) des Entnahmezylinders (10) ein
optimiertes Profil aufweist, das ein gutes Eindringen in das
zu entnehmende Material gewährleistet.
7. Verfahren zur Entnahme von Proben eines Materials, wie bei
spielsweise einer Flüssigkeit, eines Schleims oder eines
bröckeligen, festen Stoffes, wobei eine Vorrichtung mit den
Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird, wobei
ein Fluid in die Druckkammer (31) eingespritzt wird, und
dann, wenn der Entnahmezylinder (10) gegen den Kolben (50)
anschlägt, das aufblasbare Verschlußmittel (20) aufgeblasen
wird, um den Verbleib des Materials, das in den Entnahme
zylinder (10) eingesperrt ist, zu gewährleisten, wobei
der Entnahmezylinder (10), der das entnommene Material ent
hält, aus dem Material herausgezogen wird, wobei
die Luft, um das entnommene Material rückzugewinnen, aus dem
aufblasbaren Verschlußmittel (20) abgelassen wird, wobei
bei der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders (10) in die
untere Entnahmeposition ein biegsames Verbindungsstück (22)
zwischen der Kapillaren (23) und dem Anschluß (21) wendel
förmig abgewickelt und umgekehrt aufgewickelt wird, wenn der
Außenzylinder (30) auf den Entnahmezylinder (10) abgesenkt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fluide, die für die Einrichtung des Entnahmezylin
ders im Material und das Aufblasen der aufblasbaren Ver
schlußmittel (20) verwendet werden, aus einem Gas unter
Druck, vorzugsweise aus Druckluft, bestehen.
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