DE9415443U1 - Probennahmeeinrichtungh für Untersuchung von in Gasen enthaltenen Stoffen - Google Patents

Description

Probennahmeeinrichtung zur Untersuchung von in Gaseix enthaltenen Stoffen

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Probennahme von in Gasen schwebenden stoffen und deren Messung, insbesondere von radioaktiven Tochternukliden des Radon 222 in Luft.

Stand der Technik

Bisherige Probennahmeeinrichtungen zur Abscheidung von Partikeln in Gasen auf Filter werden entweder durch Fest- oder Einzelfilteranordnungen oder durch Transport- oder Mehrfachfilteranordnungen realisiert. Eine quasikontinuierliche Probennahme wird durch die Verwendung eines Filterbandes ermöglicht, das ähnlich einem Tonband angetrieben wird. Es sind Einrichtungen zum Messen von Nukliden in Luft mittels einer Zwangsführung der Luft durch Filter und deren Auswertung durch Detektoren bekannt. So werden in der DE 420Q187 drehbare Filter, eine Pumpe zur Luftbewegung durch die Filter und Strahlungsdetektoren zur Messung eingesetzt-

Kritik des Standes der Technik

Bei der Einzelfilteranordnung müssen bei mehreren, zeitlich hintereinander liegenden Messungen die Filter nach jeweils einer Probennahme und Messung manuell gewechselt werden bzw. bei der Messung von gesammelten Radionukliden deren vollständiger Zerfall abgewartet werden*

Bei der Verwendung eines Filterbandes weisen diese Geräte in der Regel größere Dimensionen auf, die als transportable Einrichtung kaum zu verwenden sind. Außerdem können verschiedene Filterbänder nur nebeneinander und nicht hintereinander benutzt werden. Die zu sammelnden Stoffe müssen deshalb durch mehrere verschiedene Luftkanäle den Filterabschnitten zugeführt werden. Damit sind die gesammelten Proben zwangsläufig nicht der gleichen Probenmenge zuordenbar. Die Anordnung der Filtereinrichtungen im oder am Gerätegehäuse kann bewirken, daß sich große Teile der zu sammelnden Stoffe vorzeitig am Gerätegehäuse anlagern.

Problem

Der iltn Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine quasikontinuierliche und automatische Sammlung von in der Luft oder anderen beliebigen Gasen enthaltenen Partikeln, Aerosolen, Molekülen oder einzelnen Atomen, die durch Anreicherung auf spezielle Filtermodule abgeschieden werden und durch eine besondere Gestaltung der Filter und der prabennahmeeinrichtung getrennt werden können, zu ermöglichen und eine anschließende Messung der Filterablagerung vorzunehmen. Durch die quasikontimiierliehe Sammlung und anschließende Messung soll ein entsprechender Meßvorgang optimiert und zeitverkürzt werden.

Erzlelbaye Vorteile

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Probennahmeeinrichtung die Messgenauigkeit erhöht wird. Durch das Herausfahren des Probennahmekopfes aus der Probennahmeeinrichtung erfolgt die Probennahme außerhalb des Gerätegehäuses, wodurch eine Verfälschung der Meßwerte durch eine Anlagerung von Partikeln auf der Geräteoberfläche minimiert wird. Die Unterbringung der Meßeinrichtungen im Gerätegehäuse ermöglicht den Einsatz unter extremen Einsatzbedingungen. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Probennahmekopfes ermöglicht, daß mindestens zwei Filter hintereinander liegen, die nach Aufnahme der Partikel automatisch getrennt werden und zu entsprechenden Meßeinrichtungen zur Auswertung gefahren werden. Somit können verschiedene Anteile der Folgepraduktmessung einer Probenmenge vorgenommen werden. Durch die Anordnung mehrerer Filter auf einem oder mehreren Filterträgerringen im probennahmekopf nebeneinander, die nacheinander genutzt werden können, kann eine quasikontinuierliche Probennahme Und Messung erfolgen. Weiterhin ist eine weitgehende Miniatusierung möglich.

Ausgestaltung der

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung in einzelnen konstruktiven Details sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben» im Anspruch 2 wird der translatorische Antrieb des Probennahmekopfes durch einen direkt am Kernzylinder befestigten Linearantrieb übernommen» Im Anspruch 3 und 4 wird dazu eine Zahnstange benutzt/ die gleichzeitig die Verbindung zur Pumpe ermöglichen kann. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 stellt eine vereinfachte Variante mit nur einem Filterträgerring dar. im Anspruch 6 ist der Antrieb für die rotatorische Bewegung der Filterträgerringe mit im Probennahmekopf integriert.

Beschreibung eines Ausführungsfaeispieles

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 bis 3 erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 die Schnittdarstellung des eingezogenen Probennahmekopfes im Gehäuse der Probennahmeeinrichtung, wobei die beiden Filterträgerringe auseinandergezogen sind, Fig. 2 die Schnittdarstellung des ausgefahrenen Probennahmekopfes aus dem Gehäuse der Probennahmeeinrichtung und Fig. 3 die Draufsicht auf den ausgefahrenen Probennahmekopf. Das Ausftihrungsbeispiel bezieht sich auf eine probennahmeeinrichtung, die zur Sammlung der kurzlebigen Folgeprodukte (Tochternuklide) des radioaktiven Nuklids Radon 222 dient, wie sie z.B. zur Überwachung von Bergarbeitern unter Tage benötigt wird. Hierbei ist die gleichzeitige, aber getrennte Erfassung der an Aerosole gebundenen und der freien Tochternuklide einer Probenmenge notwendig. Die Tochternuklide sind entweder an Staub und Aerosole unterschiedlicher Größe angelagert oder bilden einen sogenannten unangelagerten freien Anteil. Gebundener und freier Anteil der Nuklide können mit Hilfe zweier unterschiedlicher Filter 17/1 und 17/2 getrennt gesammelt werden, wobei der für den freien Anteil aus einem Drahtsieb und der für die gebundenen Töchter z.B, aus Teflon oder Glasfasergewebe besteht*

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Die Probennahmeeinrichtung besteht aus einem Gehäuse 4, welches einen vorzugsweise zylindrischen, ausfahrbaren Probennahmekopf und eine oder mehrere Meßeinrichtungen 19 enthält. Mit Hilfe des Probennahmekopfes werden Staub* und Aerosolpartikel gleichzeitig auf jeweils zwei hintereinander positionierten Filtern 17/1 und 17/2 abgeschieden. Mehrere Filter 17/1 und 17/2 je einer Filterart sind am umfang in durchgehenden Filterträgerlöchern auf den Filterträgerringen 9 und 12 verteilt* Das Probennahmekopfgehäuse 1 und der innere Filterträgerring 9 und der äußere Filterträgerring 12 umfassen den Kernzylinder 8 und sind paßgenau ineinandergeschachtelt. Alle drei Teile werden vom Probennahmekopfgehäuse 1 umfaßt, der eine Probennahmeöffnung besitzt. Aus Gründen der Meßgenauigkeit wird die Staubsammlung außerhalb des Gehäuses 4 der Probennahmeöinrichtung vorgenommen. Dazu wird der Probennahmekopf, der durch vorzugsweise zwei im Gehäuse 4 gelagerten Führungsstangen 16 getragen wird, mit einem linearen Antriebsmechanismus aus dem Gehäuse 4 ausgefahren. Dieser Antriebsmechanismus besteht entweder aus einer Linear-Schrittmotor-Einrichtung oder einem mit Schritt- oder Permanentmator angetriebenen Zahnstangengetriebe. Bei einem Antrieb mit Linear-Schrittmotor ist der Kernzylinder 8 des Probennahmekopfes fest mit der Spindel des am Gehäuse 4 angebrachten Linearantriebes verbunden. Wird ein Zahnstangengetriebe eingesetzt, ist der Kernzylinder 8 fest mit einer Zahnstange 6 verbunden, die Über ein Ritzel 7 eines am Gehäuse 4 befestigten Motors angetrieben wird. Das Ansaugen der Probenmenge des tlmgebungsmediums erfolgt über eine Hohlstange 5, die an einem Ende mit einer Pumpe verbunden ist und am anderen Ende in einem Luftkanal 18 des Kernzylinders 8 mündet, über dem sich der jeweils zu beaufschlagende Filtersatz befindet. In einer Variante kann die Zahnstange 6 hohl sein und mit der Pumpe und dem Luftkanal 18 verbunden sein. In diesem Fall entfällt die Hohlstange 5.

Nach der Probensammlung wird der Probennahmekopf in das Gehäuse 4 eingefahren und die Strahlung der auf den Filtern angesammelten radioaktiven Huklide durch im Gehäuse 4

8 -

angeordnete Meßeinrichtungen 19 ausgemessen. Beim Einfahren erfolgt eine Trennung der bisher ineinander angeordneten Filterträgerringe 9 und 12 bzw* damit die bisher hintereinander angeordneten Filter 17/1 und 17/2. Das geschieht durch eine definierte Längsverschiebung des inneren Filterträgerringes 9 der beiden ineinander gelagerten Filterträgerringe 9 und 12, Die Länge der Bewegung des inneren Filterträgerringes 9 gegenüber dem äußeren Filterträgerring 12 wird durch eine parallel .zur Ratationsachse liegende Führungsnut-Stift-Verbindung 11 bestimmt. Der innere Filterträgerring 9 ist mit dem Kernzylinder 8 so verbunden, daß nur eine Drehbewegung auf diesem möglich ist. Ebenso wird mit Hilfe einer Führungsnut 15 auf dem äußeren Filteträgerring 12 und Führungsstiften im Probennahmekopfgehäuse 1 eine Drehbewegung des äußeren Filterträgerringes 12 gegenüber dem Probennahmekopfgehäuse 1 ermöglicht. Die Drehbewegung der Filterträgerringe 9 und 12 dient nach einer Messung zum automatischen Wechsel der Filter 17/1 und 17/2, von denen im Ausführungsbeispiel je 2wölf Stück auf einem der Filterträgerringe 9 und 12 angeordnet sind. Die Rotationsbewegung zum Filtersatzwechsel nach einer Messung erfolgt vorzugsweise mit einer Kegelrad-Anordnung 2 und 3 im eingefahrenen Zustand des Probennahmekotafes _t wobei das mit einem Schritt- oder Permanentmotor verbundene Kegelritzel 3 in ein Kegelradring 2, der am inneren Filterträgerring 9 befestigt ist, eingreift. Da der innere Filterträgerring 9 über die Führungsnut-Stift-Verbindung 11 mit dem äußeren Filterträgerring 12 verbunden ist, bewirkt eine Rotation des inneren Filterträgerringes 9 mit Hilfe der Kegelrad-Anordnung 2 und 3 eine gleichzeitige Drehung des äußeren Filterträgerringes 12. Die Arretierung der Filterträgerringstellung über dem Luftkanal 18 im Kernzylinder 8 realisiert eine Rastung. Die Rastung wird durch ein Rast- und Führungselement 14, bestehend aus einer einstellbaren Feder und einem justierbaren Raststift, im inneren Filterträgerring 9 und entsprechend angeordneten Bohrungen 13 in einer radialen Führungsnut 10 im Kernzylinder 8 realisiert. Das Rast- und Führungselement 14 dient der erforderlichen

Drehbewegung der Filterträgerringe 9 un<3 12 gegenüber dem Kernzylinder 8. Nach einer erfolgten Drehbewegung kann der Probennahmekopf mit Hilfe des Linearantriebes wieder aus dem Gehäuse 4 ausgefahren werden, wobei durch entsprechende Justierung der Führungsstangen 16 mit Anschlägen ein Ineinanderschieben der Filterträgerringe 9 und 12 erreicht wird und die neuen Filter 17/1 und 17/2 während der Probensammlung hintereinander liegen·

Die Anordnung mit nur einem Filterträgerring 12 oder mehr als zwei Filterträgerringen 9 und 12 und der Bestückung mit z. B, Filterhändern ist denkbar.

Die Meßeinrichtungen 19 können entsprechend der Meßaufgabe unterschiedlichst ausgeführt sein, denkbar wären Detektoren oder Meßeinrichtungen der Spektrometrie oder der Fluoreszenzanalyse.

Claims (5)

Scfyufrzansprücheansprüche

1. Probennahmeeinrichtung zur Untersuchung von in Gasen enthaltenen Stoffen, insbesondere von in der Luft enthaltenen Nukliden,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Probennahmeeihrichtung besteht aus einem Gehäuse (4}, welches einem vorzugsweise zylindrischen Probennahmekopf angepaßt ist und einer oder mehreren im Gehäuse (4) angeordneten Meßeinrichtungen (19),

- der Probennahmekopf ist mittels eines linearen Antriebsmechanismus ausfahrbar und vorzugsweise durch zwei im Gehäuse (4) gelagerten Führungsstangen (16) gehalten und besteht aus einem Probennahmekopfgehäuse (1) mit einer Probennahmeöffnung, vorzugsweise mehreren Filterträgerringen (9, 12) mit am Umfang verteilten Filtern (17/1, 17/2), die in durchgehenden Filterträgerlöchern in den Filterträgerringen (9j 12) angeordnet sind und einem Kernzylinder (8),

- das probennahmekopf gehäuse (1) besitzt einen oder mehrere FÜhrungsstifte, welche in eine Führungsnut (15) im äußeren Filterträgerring (12) eingreifen,

- das Probennahmekopfgehäuse (1), die Filtexträgerringe (9, 12) und der Kernzylinder (8) sind paßgenau ineinandergeschachtelt,

- die Filterträgerringe (9, 12) sind vorzugsweise über eine parallel zur Rotationsachse liegende Führungsnut-Stift-Verbindung (11) miteinander verbunden,

- der innere Filterträgerring (9) beinhaltet ein Rast- und Führungselement (14), bestehend aus einer einstellbaren Feder und einem justierbaren Raststift, daß über entsprechend angeordnete Bohrungen (13) in einer radialen Führungsnut (10) im Kernzylinder (8) mit diesem verbunden ist,

- der innere Filterträgerring (9) ist mit einem Kegelradring (2) verbunden, welcher in ein Kegelritzel (3) eingreift, das mit einem Antriebsmotor verbunden ist,

- der Kernzylinder <8) besitzt eine Hohlstange (5), die auf der einen Seite mit einer Pumpe in Verbindung steht und auf der anderen Seite im Kernzylinder (8) in einem Luftkanal (18) endet,

- der Luftkanal (18) cues Kernzylindere (8) ist so angeordnet, daß eine Verbindung zu jeweils einem Filterträgerloch des inneren Filterträgerringes (&} besteht.

2. Prpbennahßieeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernzylinder (8) fest mit der Spindel eines Linearant:fiebes, welcher am Gehäuse (4) befestigt ist, verbunden ist.

3. Probennahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernzylinder (8) fest mit einer Zahnstange (6) verbunden ist, die über ein Ritzel (7) eines am Gehäuse (4) befestigten Motors verschiebbar ist.

4» Probennahmeeinrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (6) hohl ist und eine Verbindung zum luftkanal (18) besitzt.

5. Probennahmeeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Probennahmekopf nur einen Filterfcräcferringr (12) besitzt und der Kernzylinder (8) diesem einen Filterträgerring (12) angepaßt ist.

6, Probennahmeeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor für die rotatorisehe Bewegung der Filterträgerringe (9, 12) im Probennahmekopf integriert ist.