NL2000896C2 - Mengmachine voor analysemonsters en werkwijze daarvoor. - Google Patents

Description

Mengmachine voor analysemonsters en werkwijze daarvoor.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een mengmachine volgens de aanhef van conclusie 1. Voorts heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor een 5 mengmachine volgens de aanhef van conclusie 13.

Om een samenstelling van bulkmateriaal te kunnen bepalen wordt van een dergelijk bulkmateriaal één of meer analysemonsters genomen. Kenmerkend voor veel bulkmateriaal is dat het bulkmateriaal inhomogeen is en bestaat uit een mengsel van grotere en kleinere brokken. Naast een hoeveelheid vaste stof bevat een bulkmateriaal 10 vaak ook een hoeveelheid vocht.

Om een analyse van de samenstelling te kunnen uitvoeren, worden één of meer analysemonsters genomen. Deze analysemonsters worden vervolgens in een laboratorium nader onderzocht op samenstelling. Hierbij kan de analyse gericht zijn op zowel organische als anorganische stoffen in het bulkmateriaal.

15 Voordat een analysemonster kan worden geanalyseerd, dient het analysemonster te worden geprepareerd. Het analysemonster wordt gehomogeniseerd door middel van een maalproces om een zo representatief mogelijke analyse te verkrijgen.

Een belangrijk aspect hierbij is dat een analyse in een zo kort mogelijke tijd kan worden uitgevoerd. De resultaten van een analyse kunnen namelijk invloed hebben op 20 de wijze waarop het bulkmateriaal verder dient te worden bewerkt.

Lange wachttijden voordat analyseresultaten beschikbaar komen, zijn om deze reden niet wenselijk.

In de stand van de techniek wordt een analysemonster meestal gedroogd voordat het maalproces wordt uitgevoerd. Vocht in het analysemonster kan het maalproces 25 verstoren door samenkleven van het analysemonstermateriaal. Hierbij is het nadelig dat het drogen van het analysemonster relatief veel tijd kost, zodat resultaten van de chemische analyse pas na relatief lange tijd bekend zijn en verwerking van het bijbehorende bulkmateriaal slechts met vertraging kan worden uitgevoerd.

Een voorbeeld van bulkmateriaal waarop chemische analyse wordt uitgevoerd is 30 bodemmateriaal dat bij grondwerkzaamheden in een terrein wordt verwerkt.

Vaak wordt een milieuanalyse uitgevoerd om de kwaliteit van het bodemmateriaal te controleren. Bodemmonsters zijn gewoonlijk inhomogene mengsels die bestaan uit vaste stof zoals een fractie anorganisch materiaal zoals zand, steentjes, kiezels en een 2 fractie organisch materiaal. Deeltjesafmetingen van anorganisch materiaal variëren van grofweg enkele microns tot enkele centimeters. Verder omvat een bodemmonster vaak een hoeveelheid vocht.

Bij milieuanalyse in het kader van grondwerkzaamheden is eveneens van belang dat 5 een analyse in een zo kort mogelijke tijd kan worden uitgevoerd. De resultaten van een analyse kunnen invloed hebben op welke wijze de grondwerkzaamheden vervolgens dienen te worden uitgevoerd. Ook kunnen de kosten voor het grondwerk toenemen wanneer een te langzame analyse de werkzaamheden vertraagt.

Het droogproces voor bodemmonsters wordt ofwel uitgevoerd door verhitting (bij 10 een temperatuur van ongeveer 40 °C of 75 °C) ten behoeve van (niet vluchtige) anorganische componenten of door middel van chemisch drogen (opmengen met natriumsulfaat) voor organische parameters. Dit soort droogprocessen zijn relatief langdurig, in bovengenoemde gevallen kan de droogtijd ca. 16 uur bedragen.

Het is een doelstelling van de onderhavige uitvinding om het prepareren van 15 analysemonsters te versnellen, zonder dat daarbij verlies aan vluchtige stoffen optreedt.

Bovendien is het een doelstelling om in één bewerking een analysemonster te kunnen prepareren voor zowel een organische als een anorganische analyse.

De doelstelling wordt bereikt door een mengmachine volgens het kenmerkende gedeelte van conclusie 1.

20 In de onderhavige uitvinding wordt voorzien dat een dusdanige energieoverdracht plaatsvindt tussen het mes van de mengmachine en de vaste bestanddelen van het te homogeniseren materiaal dat in relatief korte tijd deze bestanddelen worden gebroken tot deeltjes met kleinere afmetingen.

Bovendien wordt op voordelige wijze bereikt dat een analysemonster dat vocht 25 bevat, dus niet gedroogd is, gemengd en gemalen kan worden waarbij een homogeen mengsel ontstaat, zodat ook geen vertraging in de analyse ontstaat door een droogstap van het te analyseren materiaal.

Voorts wordt een werkwijze verschaft volgens conclusie 13.

Verdere uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding worden beschreven 30 in de volgconclusies.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van enkele tekeningen, waarin enkele uitvoeringsvoorbeelden worden getoond. De tekeningen zijn 3 slechts bedoeld voor illustratieve doeleinden, en dienen niet als een beperking van de uitvindingsgedachte, die wordt gedefinieerd door de bijgevoegde conclusies.

Daarbij tonen figuur 1 een dwarsdoorsnede van de mengmachine, en 5 figuur 2a en b een eerste, respectievelijk, tweede aanzicht van een gedeelte van de mengmachine.

Figuur 1 toont een dwarsdoorsnede van een mengmachine in een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding.

De mengmachine 1 omvat een elektromotor 3, een statief 5, een aandrijfas 7, een 10 mes 9.

De elektromotor 3 omvat een behuizing die verbonden is met het statief 5. De elektromotor 3 is verbonden aan één uiteinde van de aandrijfas 7, welke as aan het andere uiteinde voorzien is van het mes 9. Het mes 9 is plaatsbaar in een monsterhouder 10 die gevuld kan zijn met een bodemmonster 13. De monsterhouder 10 15 kan worden geplaatst op een werkoppervlak 14 waarop de mengmachine 1 zich bevindt. Het werkoppervlak 14 kan zijn verbonden aan het statief 5 van de mengmachine.

In een uitvoeringsvorm is een afsluitbaar omhulsel 15a, 15b voorzien dat de monsterhouder 10 kan omsluiten.

20 De hoogte van het mes 9 in de monsterhouder 10 is verstelbaar door middel van een verticale verstelling 11.

Tijdens gebruik laat elektromotor 3 de aandrijfas 7 draaien, zodat het mes 9 een roterende beweging maakt in een vlak loodrecht op de aandrijfas 7.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het toerental van de elektromotor regelbaar.

25 Tijdens het maalproces wordt per omwenteling van het mes een hoeveelheid energie van het mes overgedragen aan het materiaal. In de mengmachine volgens de onderhavige uitvinding wordt voorzien dat een dusdanige energieoverdracht plaatsvindt tussen het mes 9 en de vaste bestanddelen van het te homogeniseren materiaal dat in relatief korte tijd deze bestanddelen worden gebroken tot deeltjes met kleinere 30 afmetingen. Daartoe zijn het vermogen en toerental van de elektromotor, de vorm, het materiaal en de grootte van het mes en de vorm van de monsterhouder op elkaar afgestemd.

4

In een analysemonster zoals een bodemmonster worden afmetingen van vaste bestanddelen zoals steentjes en puinbrokken tijdens de roterende beweging van het mes verkleind en wordt het analysemonster gehomogeniseerd. De onderhavige uitvinding voorziet bovendien dat homogenisatie mogelijk is in de aanwezigheid van vocht in het 5 te homogeniseren materiaal. Het vermogen en toerental van de elektromotor, de vorm, het materiaal en de grootte van het mes en de vorm van de monsterhouder zullen nader worden toegelicht aan de hand van figuren 2a en 2b.

Figuur 2a toont een zijaanzicht van het mes 9 van de mengmachine tijdens plaatsing in de monsterhouder 10. Figuur 2b toont een bovenaanzicht van het mes 9 van de 10 mengmachine.

Het mes 9 heeft de vorm van een langwerpig gardemes en omvat een vlak gedeelte 9a en een schuin eindstuk 9b. Het vlakke gedeelte 9a van het gardemes is centraal verbonden aan de aandrijfas 7 en is hoofdzakelijk loodrecht op de aandrijfas 7gericht.

Aan de uiteinden van het vlakke gedeelte 9a is het schuine eindstuk 9b van het 15 gardemes geplaatst, waarbij het uiteinde 9c van het schuine eindstuk van de zijde van de elektromotor is afgekeerd.

Het mes 9 heeft een hoogte 9h en een breedte 9w.

In een uitvoeringsvorm is de hoogte 9h van het mes zodanig dat het vlakke gedeelte 9a en de schuine eindstukken 9b van het mes een zijvlak omvatten, dat bij voorkeur 20 hoofdzakelijk parallel is aan de aandrijfas en waarbij het zijvlak een aangrijpvlak vormt dat bij gebruik de bewegingsenergie van het mes overdraagt aan deeltjes in een te mengen analysemonster. Het mes 9 onderscheidt zich van een snijdend mes doordat het mes 9 een aangrijpvlak heeft terwijl een snijdend mes een (soms wigvormig) snijvlak heeft dat idealiter lijnvormig is en een minimale hoogte heeft. In de onderhavige 25 uitvinding is het aangrijpvlak ingericht om tijdens gebruik aan te grijpen op het analysemonster teneinde deeltjes te verbrijzelen, terwijl het hoofdzakelijk lijnvormig snijvlak van het snijdend mes slechts het materiaal zou doorsnijden. In deze zin onderscheidt het aangrijpvlak zich van een snijvlak door het feit dat het aangrijpvlak een hoogte 9h heeft die groter is dan een hoogte van een snijvlak die kleiner is dan 0,2 30 mm, idealiter 0 mm.

In een voorbeelduitvoeringsvorm heeft het mes een hoogte 9h van ten minste 2 mm. De breedte 9w kan bijvoorbeeld ten minste 5 mm zijn. De minimale hoogte en breedte kunnen afhankelijk zijn van de slagvastheid en slijtvastheid van het mesmateriaal.

5

In een verdere uitvoeringsvorm heeft de breedte vanuit het centrum van het mes een taps verloop waarbij het centraal deel van het mes een grotere breedte heeft dan de uiteinden van het mes. Bijvoorbeeld heeft het centraal deel van het mes een breedte van circa 10 mm en hebben de uiteinden een breedte van ca 5mm. In een verder voorbeeld 5 heeft het centraal deel van het mes een breedte van circa 15 mm en hebben de uiteinden een breedte van ca lOmm.

In nog een verdere uitvoeringsvorm kan het vlakke gedeelte 9a een afgeronde stompe vorm hebben.

De vorm van het gardemes laat op voordelige wijze toe dat een analysemonster dat 10 vocht bevat, dus niet gedroogd is, gemengd en gemalen kan worden waarbij een homogeen mengsel ontstaat.

De monsterhouder 10 is een cilindervormig vat met ten minste een vlakke bodem 10a en loodrecht daarop staande cilinderwand 10b.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de monsterhouder 10 aan het van de vlakke 15 bodem afgekeerde uiteinde van de cilinderwand 10b een conisch gedeelte 10c. Het conische gedeelte is voorzien van een opening die toestaat dat het mes 9 in en uit de monsterhouder kan worden bewogen.

De monsterhouder 10 kan worden omsloten door het afsluitbaar omhulsel 15a, 15b op het werkoppervlak 14. Het omhulsel 15a, 15b is ingericht voor het opnemen van de 20 monsterhouder 10 in een klemvaste positie, zodat de monsterhouder gefixeerd is op het werkoppervlak.

Het omhulsel 15a, 15b omvat een doorvoer 15c waardoorheen de aandrijfas 7 kan worden gevoerd.

Wanneer de monsterhouder zich in het omhulsel bevindt en het omhulsel is 25 afgesloten, dient het omhulsel 15a, 15b voor het afschermen van het analysemonster tijdens het malen en mengen van het monster. Er wordt bereikt dat een monster wordt gemalen nagenoeg zonder stofproductie in de omgeving van de machine.

Verder zijn de afmetingen van het gardemes 9 en de monsterhouder 10 zodanig op elkaar afgestemd dat de uiteinden 9c van het mes hoofdzakelijk aansluiten aan de 30 cilinderwand 10b van de monsterhouder 10.

Het gardemes 9 is vervaardigd van een slagvast materiaal met dusdanige mechanische eigenschappen dat vaste bestanddelen zoals steentjes en puin tijdens gebruik kunnen worden verkleind (gebroken). Daarnaast dient het materiaal van het 6 gardemes 9 slijtvast te zijn. Door de slijtvastheid wordt bereikt dat verontreiniging van het analysemonster zoveel mogelijk wordt voorkomen.

De keuze van het materiaal wordt in een voorkeursuitvoeringsvorm afgestemd op de uit te voeren analyse, zodat een eventueel toch optredende slijtage van het mes de 5 analyse niet beïnvloedt.

Bijvoorbeeld kan het mes 9 zijn vervaardigd uit een staal legering of een wolfraamcarbide legering. Een geschikte staallegering is bijvoorbeeld staalsoort St52- 3.

Als materiaal voor het mes kan daarnaast bijvoorbeeld een metaal voorzien van een 10 slijtvaste laag worden toegepast.

De monsterhouder 10 bestaat bij voorkeur uit een plastic bijvoorbeeld polyethyleen of polypropyleen. Deze materialen veroorzaken geen verontreiniging bij in de praktijk gangbare analyses van analysemonsters.

In geval het te analyseren materiaal vluchtige stoffen bevat, kan het vrijkomen van 15 deze vluchtige stoffen tijdens het maalproces worden tegengegaan en kan voor koeling een hoeveelheid CO2 (koolstofdioxide) pellets worden toegevoegd. Vervolgens wordt het gardemes 9 in de monsterhouder gebracht. Indien aanwezig, wordt het omhulsel 15 om de monsterhouder gesloten.

Daarna wordt de elektromotor 3 geactiveerd. Indien de elektromotor 3 regelbaar is, 20 kan een toerental worden ingesteld. Het mes voert nu een roterende beweging uit in het analysemonster.

Het blijkt dat het toerental dat de elektromotor 3 bereikt, van invloed is op de homogenisatie van het niet gedroogde analysemonster. Bij voldoend toegevoerd vermogen en voldoend hoog toerental van de elektromotor is de energieoverdracht via 25 het mes op de vaste bestanddelen in het bodemmonster zo groot dat deze vaste bestanddelen breken. Er vindt op voordelige wijze een verkleining van bestanddelen in het analysemonster en een menging van het monster plaats, terwijl bij lager toerental slechts menging plaatsvindt.

Tijdens het malen/mengen kan de hoogte van het mes 9 binnen de monsterhouder 30 worden aangepast door de verticale verstelling 11.

Bijvoorbeeld wordt de mengmachine zoals hierboven beschreven toegepast voor de prepareren van een analysemonster van bodemmateriaal bij een milieutechnische analyse. In praktische omstandigheden heeft een monsterhouder 10 bijvoorbeeld een 7 diameter in de orde van 10 centimeter en een hoogte eveneens in de orde van 10 cm.

De monsterhouder wordt gevuld met circa 150 gram niet gedroogd bodemmateriaal (overeenkomend met een volume van 100 - 150 ml, afhankelijk van te analyseren materiaal).

5 In dit voorbeeld blijkt een toerental van ongeveer 15.000 toeren per minuut bij een minimaal vermogen van ongeveer 250 W voor een massa van circa 150 gram voldoende om bestanddelen in een bodemmonster te verkleinen tot een analysemonster waarin de 95% deeltjesfractie een diameter kleiner dan 500 pm heeft.

Onder bovengenoemde omstandigheden bedraagt de tijd om een bodemmonster te 10 malen/mengen met behulp van de mengmachine 1 ongeveer 15 seconden.

Dit komt overeen met een energietoevoer van circa 0.3 J/Kg per mesomwenteling per seconde om bovengenoemd analysemonster te homogeniseren.

Door toepassen van de niet-vlakke mesvorm is de mengmachine in staat een niet gedroogd bodemmonster te malen/mengen. Het aldus bewerkte bodemmonster kan nu 15 verder worden geprepareerd voor analyses.

Een validatie van de bovenbeschreven mengmachine en werkwijze is uitgevoerd volgens Nederlandse norm NEN 5709 welke beschrijft dat de gemiddelde spreiding van de doelcomponenten door het maalproces vermindert. Bij het onderzoeken van minimaal 50 monsters uit een routinestroom van monsters moet de gepoolde standaard 20 afwijking van een 8-tal metalen en PAK (polycyclische aromaten) afnemen. Daarnaast dient de te behalen deeltjesgrootte minder dan 500 pm voor 95% van de deeltjes te zijn. Een mengmachine volgens de onderhavige uitvinding blijkt te kunnen voldoen aan de in NEN 5709 gestelde eisen.

De bovengenoemde mengmachine is niet alleen geschikt voor het homogeniseren 25 van bodemmonsters maar ook van andere typen analysemonsters voor bulkmaterialen.

Zoals voor de deskundige duidelijk zal zijn, kunnen afhankelijk van het te malen bulkmateriaal en/of de grootte van de monsterhouder, de kentallen voor afmetingen, hoeveelheden, toerentallen en benodigd vermogen van de elektromotor verschillen van de hierboven genoemde waarden.

30 Alternatieve en equivalente uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn denkbaar binnen de uitvindingsgedachte, zoals aan de deskundige op het vakgebied duidelijk zal zijn. De uitvindingsgedachte wordt slechts beperkt door de bijgevoegde conclusies.

Claims (19)

1. Mengmachine (1) voor homogenisatie van een hoeveelheid bulkmateriaal, omvattend een elektromotor (3), een aandrijfas (7) en een mes (9), waarbij de elektromotor verbonden is aan de aandrijfas en de aandrijfas voorts is verbonden 5 met het mes, waarbij het mes is ingericht voor het uitvoeren van een roterende beweging rond de aandrijfas, waarbij het mes (9) langwerpig is en een vlak middengedeelte (9a) omvat, welk middengedeelte centraal op de aandrijfas is geplaatst en zich loodrecht op de aandrijfas (7) uitstrekt, en 10 waarbij aan elk van de uiteinden van het middengedeelte een schuin eindstuk (9b) is verbonden, waarbij het uiteinde van elk schuin eindstuk van de elektromotor is afgekeerd.

2. Mengmachine volgens conclusie 1, waarbij - de mengmachine voorts een monsterhouder (10) omvat; 15. de monsterhouder cilindervormig is met tenminste een vlakke bodem (10a) en een loodrecht daarop staande cilinderwand (10b) omvat, waarbij de cilinder wand evenwijdig aan de aandrijfas (7) en - uiteinden (9c) van het mes (9) hoofdzakelijk aansluiten aan de cilinderwand (10b) van de monsterhouder (10), wanneer het mes zich in de monsterhouder 20 bevindt.

3. Mengmachine volgens één van voorgaande conclusies 1 of 2, waarbij het vlakke gedeelte en de schuine eindstukken van het mes een zijvlak omvatten met een hoogte (9h), waarbij het zijvlak van het mes een aangrijpvlak vormt voor het tijdens gebruik overdragen van bewegingsenergie van het mes naar de 25 hoeveelheid bulkmateriaal.

4. Mengmachine volgens één van voorgaande conclusies 1-3, waarbij de hoogte (9h) van het zijvlak van het mes ten minste 2 mm bedraagt.

5. Mengmachine volgens één van voorgaande conclusies 1-4, waarbij de mengmachine (1) een statief (5) en een werkoppervlak (14) omvat, waarbij het statief de mengmachine plaatst op het werkoppervlak en waarbij de monsterhouder plaatsbaar is op het werkoppervlak.

6. Mengmachine (1) volgens conclusie 5, waarbij de mengmachine een verstelling (11) omvat, waarbij de verstelling is ingericht voor het verstellen van een afstand 5 tussen het mes (9) en het werkoppervlak (14).

7. Mengmachine (1) volgens één van voorgaande conclusies 3-6, waarbij een afsluitbaar omhulsel (15a, 15b) is voorzien op het werkoppervlak voor het in een klemvaste positie opnemen en afsluiten van de monsterhouder, waarbij in het afsluitbare omhulsel een doorvoer (15c) voor de aandrijfas is voorzien.

8. Mengmachine (1) volgens conclusie 1, waarbij de elektromotor is ingericht voor het genereren van een toerental van circa 15.000 omwentelingen/minuut bij een elektrisch vermogen van de elektromotor van circa 250 W.

9. Mengmachine (1) volgens conclusie 1, waarbij het toerental van de elektromotor regelbaar is.

10. Mengmachine (1) volgens conclusie 1, waarbij het mes bestaat uit een slagvast en slijtvast materiaal.

11. Mengmachine (1) volgens conclusie 10, waarbij het slagvast en slijtvast materiaal er één is geselecteerd uit een groep van een staal legering, een wolfraamcarbide-legering en een metaal voorzien van een slijtvaste oppervlaktelaag.

12. Mengmachine (1) volgens conclusie 2, waarbij de monsterhouder bestaat uit een kunststof materiaal.

13. Werkwijze voor het mengen van een hoeveelheid bulkmateriaal, met behulp van een mengmachine (1) omvattend een elektromotor (3), een aandrijfas (7) en een mes (9), waarbij de elektromotor verbonden is aan de aandrijfas en de aandrijfas 25 voorts is verbonden met het mes; waarbij het mes is ingericht voor het uitvoeren van een roterende beweging rond de aandrijfas; waarbij het mes (9) langwerpig is en een vlak middengedeelte (9a) omvat, welk middengedeelte centraal op de aandrijfas is geplaatst en zich loodrecht op de aandrijfas (7) uitstrekt, en waarbij aan elk van de uiteinden van het middengedeelte een schuin eindstuk (9b) is verbonden, waarbij het uiteinde van elk schuin eindstuk van de zijde van de elektromotor is afgekeerd; de werkwijze omvattend: 5. het plaatsen van de hoeveelheid bulkmateriaal in een monsterhouder (10); - het plaatsen van het mes in de monsterhouder; - het activeren van de elektromotor zodat het mes een roterende beweging uitvoert in de hoeveelheid bulkmateriaal.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, verder omvattend: 10. het overdragen van bewegingsenergie van het mes naar de hoeveelheid bulkmateriaal door middel van een door het vlakke gedeelte en de schuine eindstukken van het mes gevormd zijvlak met een hoogte (9h), waarbij het zijvlak een aangrijpvlak vormt voor het tijdens gebruik overdragen van de bewegingsenergie.

15. Werkwijze volgens conclusie 13 of 14, waarbij het toerental circa 15.000 toeren/minuut bedraagt, bij een elektrisch vermogen van de elektromotor van circa 250 W.

16. Werkwijze volgens één van voorgaande conclusies 13-15, verder omvattend: het nemen uit de hoeveelheid bulkmateriaal van een analysemonster.

17. Werkwijze volgens één van voorgaande conclusies 13-16, waarbij een materiaal van het mes er één is geselecteerd uit een groep van een staallegering, een wolfraamcarbide-legering en een metaal voorzien van een slijtvaste oppervlaktelaag.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, waarbij de selectie van het materiaal van het 25 mes wordt bepaald op basis van de uit te voeren analyse.

19. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij tijdens het plaatsen van de hoeveelheid bulkmateriaal in de monsterhouder (10) een koelmiddel wordt toegevoegd, voor het mengen onder cryogene condities.