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Vorrichtung zur Bestimmung von Dichte und Korngröße von Stauben nicht
einheitlicher Korngröße nach der Streulichtmethode mit photographischer Festhaltung
des Prüfzustandes Die Bestimmung des Staubzustandes der Luft, die insbesondere zur
Feststellung der Gesundheitsschädlichkeit von Gewerbestauben große Bedeutung besitzt,
macht beträchtliche Schwierigkeiten, falls es sich nicht bloß um die Messung gröberer
Staubarten handelt, sondern um polydisperse Mischstaube und insbesondere um deren
submikroskopischen Anteil.
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Zu diesem Zweck hat sich vor allem die Bestimmung nach der Streulichtmethode
bewährt. Diese Methode gestattet unter anderem, auch durch Vornahme der Messung
unter verschiedenen Streuwinkeln, Anwendung verschieden langwelligen sowie endlich
polarisierten Lichtes, eindeutige Rückschlüsse auf die Korngröße der Staubteilchen
und deren disperse mengenmäßige Verteilung sowie unter Umständen auch noch auf Form
und Zusammensetzung auch der submikroskopischen Teil chen.
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Die bisherigen zu diesem Zweck verwendeten Vorrichtungen sind jedoch
alle unhandlich und langwierig zu bedienen und nur von besonders geübten Beobachtern
zu verwenden. Die Erfindung betrifft einen Apparat, der in handlicher Form und Größe
die Probenahme in einfachster Weise gestattet.
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Fig. I dient hauptsächlich der Erläuterung des Prinzips; Fig. 2 und
3 zeigen eine bevorzugteAusführungsform in Längs- und Querschnitt; Fig. 4 erläutert
die Wirkungsweise eines De tails.
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In den Figuren bedeutet I die Lichtquelle, eine Glühlampe, 2 einen
Reflektor, 3 eine (aus mehreren Linsen, Zylinderlinsen bzw. sphärischen Linsen bestehende)
Optik, 4 Eintrittsblenden, 5 das Lichtbündel (in Fig. I bandförmig, in den Fig.
2 und 3 kreisrund), 6 eine spiegelnde Fläche, 6' in Fig. 2 als kleiner spiegelnder
Konus ausgebildet, 7 den abbildenden Lichtspalt (der auch durch eine entsprechend
geformte [Zylinder-] Linse ersetzt sein könnte), 8 die lichtempfindliche Schicht
(photographische Platte bzw. Film), 8' ein zu Kontrollzwecken dienender Abschnitt
derselben, g ein farbiges Lichtfilter, das nach Art eines Spektrums parallel zur
Längsrichtung des Spaltes von »rot« bis »violett« entweder kontinuierlich oder stufenweise
in Steifen abgestuft ist, 10 ein die ungleiche Lichtabsorption verschiedener Stellen
des Farbfilters g kompensierendes Graufilter, II ein Graufilter, 12 ein Glasrohr
(od. dgl.) mit lichtundurchlässigem Überzug und darin ausgespartem Spalt, 7, I3
Lichtfallen (schwarze Abschirmung), I4 den Lufteintritt (z. B. ein grobmaschiges
Gitter), 15 einen Antriebsmotor für Ansaugventilator I6.
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I8 Ausblasöffnungen, 19 Untersetzungsgetriebe zum Antrieb eines elektrischen
Schalters20, 20aX 20b, 20c drei Schaltfedern, 2I Druckknopf zur Einschaltung des
Schalters 20, 21' beispielsweise ein Loch in der Feder 20Qv durch das hindurch der
Druckknopf 21 auf die mittlere Blattfeder 20b wirkt, 22 ein Polarisationsfilter
(Polarisationsfolie fallweise einschiebbar), 23 Filmrollen, 24 Verriegelungsnocke
zum Schalter 20, z. B. eine Scheibe 24 mit einem Ausschnitt 24' zumDurchtritt der
Federn 20b, 20a In Fig. I erzeugt die Lichtquelle I (Glühlampe) mittels einer (vorzugsweise
Zylinder-) Optik 2, 3 durch die spaltförmige Blende 4 ein breites Lichtband 5, das
unter dem etwa 2 bis 3 cm breiten Spalt 7 vorbeistreicht. Bei 6 ist eine spiegelnde
Glasplatte angeordnet, welche Licht durch ein Graufilter II, das zur praktisch brauchbaren
Schwächung des Lichtes dient, zu späteren Kontrolzwecken auf einen Abschnitt 8'
der lichtempfindlichen Platte 8 wirft.
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Sofern das Lichtband 5 staubhaltige Luft durchsetzt, wird Streulicht
durch den Spalt 7 die photographische Platte 8 erreichen, und zwar werden, wie die
Pfeile andeuten, in verschiedenen Richtungen ausgestrahlte Lichtstrahlen auf bestimmte
Zonen der lichtempfindlichen Platte gelangen, wo die dadurch erfolgte Schwärzung
ein Maß für die Lichtmenge, und ihre räumliche Stellung eine Funktion der jeweiligen
Korngröße darstellt. Aus diesen beiden Faktoren kann dann auf Korngröße, Dispersion
und jeweilige Menge geschlossen werden.
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Weitere Schlüsse können aus dem Verhalten bei verschieden gefärbtem
Licht gezogen werden. Um in ein und derselben Messung auch diese durch führen zu
können, ist vor der lichtempfindlichen Schicht 8 ein Farbfilter g angeordnet, das
in Längsstreifen verschieden gefärbt ist bzw. daneben auch einen klar durchsichtigen
Streifen aufweist. Dadurch werden nebeneinander Dispersions- und Dichtediagramme
der vorhin beschriebenen Art für verschiedenfarbiges Licht photographisch aufgezeichnet.
Die Farbstreifen können unabhängig voneinander nebeneinander angeordnet sein, oder
auch nach Art eines Spektrums kontinuierlich ineinander übergehen. Da aber in jedem
Fall die verschiedenen Farbfilter zusammen mit der ungleichen Farbempfindlichkeit
der photographischen Schicht verschieden starke Wirkung auf die photographische
Schicht ausüben, ist ein weiteres Graufilter 10 notwendig, welches diese Ungleichmäßigkeit
ausgleicht. Die Herstellung eines solchen Filters erfolgt auf einfache Art dadurch,
daß durch das Farbfilter g (dessen Wirkung kompensiert werden soll) hindurch mit
dem direkten Glühlicht der Lampe I (in entsprechender Entfernung aufgestellt) ein
photographischer Film belichtet wird. Bei richtig abgepaßter Belichtungsdauer und
Entwicklung wird dabei der Film nach Wiedereinlegen an die ursprüngliche Stelle
von selbst zu einem den Anforderungen entsprechend abgestuften Graufilter.
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Durch den Spiegel 6 und das Graufilter II hindurch bewirkt das Licht
außerdem gleichzeitig eine Schwärzung des Kontrollabschuittes 8' unmittelbar, ohne
die Filter g und 10 zu passieren. Diese Schwärzung des Kontrollabschuittes dient
bei der späteren Auswertung der Ergebnisse als Vergleichsbasis.
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Die Fig. 2 und 3 beziehen sich auf eine bevorzugte Ausführungsform
der Staubmeßvorrichtung, und zwar ist hier die Anwendung rotationssymmetrisch (zylindrisch)
getroffen, um das Lichtbündel (hier mit kreisförmigem Querschnitt) herum. Lichtquelle
und Optik I, 2 und 3 sind hier punktförmig bzw. sphärisch. Es ist hinsichtlich der
Auflösungsschärfe des Apparates günstig, das Lichtbündel möglichst parallel und
eng konzentriert zu haben. Der Spalt ist hier ebenfalls als Zylinderring 7 ausgebildet
bzw. vorteilhaft in einer undurchsichtigen (Lack-) Schicht, die am äußeren Umfang
eines aus durchsichtigem Material bestehenden Rohres 12 aufgebracht ist. Dadurch
ist zugleich die Staubkammer, im Innern des Rohres I2, gegen die Filter hin staubdicht
abgeschlossen. Die Filter 9, 10 sind als Zylindermäntel eingelegt, der photographische
Film 8 wird zylindrisch darum herumgezogen und mittels einer der Spulen 23 (Fig.
3) in üblicher Weise gewechselt.
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Im Falle dieser zylindrischen Anordnung muß natürlich die auf Staubgehalt
zu prüfende Luft durch die Meßkammer, das Glasrohr I2, hindurchgesaugt werden. Das
geschieht mittels des vom Motor 15 angetriebenen Absaugventilators I6. Die zu prüfende
Luft tritt dabei bei 14 durch grobmaschige Öffnungen ein, passiert die Lichtsperren
I3 und die vom Lichtbündel 5 durchsetzte Meßkammer (innerhalb I2) und weiter abermals
Lichtsperren I3, worauf sie durch den Ventilator I6 bei I8 ins Freie befördert wird.
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In der Fig. 2 und insbesondere in der Fig. 4 ist eine weitere Einrichtung
zu sehen, die den Zweck hat, das Anlaufen des Ventilatormotors 15 und die normale
Belichtungszeit selbsttätig zu veranlassen,
Dazu wird vom Motor
15 über ein hoch untersetztes Getriebe 19 eine Scheibe 24 in Umdrehung versetzt,
die einen seitlichen Ausschnitt besitzt. In der Ruhestellung liegt die mittlere
Kontaktfeder 20b mit ihrem Ende im Ausschnitt der Steuerscheibe 24 und drückt die
Kontaktfeder 20c kontaktgebend nach oben. Wenn mittels des Druckknopfes 21 die mittlere
Kontaktfeder 20b herabgedrückt wird, wird zuerst der Kontakt mit der Kontaktfeder
20 unterbrochen, da diese breiter ausgeführt ist als 20b und ihr in den Ausschnitt
der Scheibe 24 vorerst nicht nachfolgen kann, weil sie vorerst an einer Kante des
radialen Ausschnittes 24' anliegt. Es kommt aber ein Kontakt 20b mit 20c zustande,
wodurch der Motor anläuft und die Meßkammer 12 von der zu messenden Staubluft durchströmt
wird. Nach einer gewissen Zeit hat sich die Scheibe 24 so weit gedreht, daß die
Feder 20a vermöge ihrer Federspannung durch die Ausnehmung24' der Scheibe 24 nachfallen
kann. Nun leuchtet die Lampe auf, und zwar so lange, bis eine volle Umdrehung der
Scheibe 24 den Federn gestattet, in ihre Ruhelage zurückzulcehren, wobei der Kontakt
zwischen 20a und 20b den Gesamtstrom wieder unterbricht, der Motor zum Stillstand
und die Lampe zum Erlöschen kommt, weil der Kontal<tknopf 2I, der nur kurzzeitig
betätigt wird, in diesem Augenblick längst losgelassen ist. Es wird also, wie man
sieht, die photographische Platte immer eine ganz bestimmte Zeit lang exponiert.
Diese Einrichtung, die natürlich variiert werden könnte, ist nur beispielsweise
beschrieben.
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Zur Ableitung des Kontrollichtes dient bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 ein spiegelnder, etwa verchromter kleiner Konus 6', der das Licht durch das
zugehörige, hier ebenfalls zylindrische Graufilter II hindurch auf den Kontrollabschnitt8'
wirft.
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An Stelle des einfachen Spaltes 7 (Fig. I) könnte zur besseren Abbildung
eine Zylinderlinse untergebracht sein; im Falle der rotationssymmetrischen Anordnung
gemäß Fig. 2 müßte eine solche Linse zu einem Ring gebogen erscheinen.
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Die Anwendung polarisierten Lichtes zur Messung gestattet weitere
Schlüsse auf die Staubteilchen hinsichtlich ihrer Beugung, gegebenenfalls Reflexion
und Doppelbrechung; zu diesem Zweck kann z. B. in Fig. 2 ein Polarisationsfilter
22 in den Lichtstrom fallweise eingeschoben werden. In Kombination damit kann eine
zweite Polarisationsfolie an Stelle der Filter 9, 10 eingelegt werden, und zwar
vorteilhaft derart, daß I800 des Zylinderumfanges mit einem axial polarisierenden
Filter, die anderen 1800 mit einem in Richtung des Umfanges polarisierenden Filter
ausgestattet sind, die dann in Hellfeld- und Dunkelfeldbeobachtung sich teilen.
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Die beschriebene Vorrichtung eignet sich zu Staubmessern aller Art,
bei entsprechend langer Belichtungszeit auch zur Messung allerfeinsten Schwebestaubes
in großer Verdünnung.