WO2012041617A1 - Flansch zum abschluss eines optischen geräts gegenüber einem probenstrom und optisches gerät zur teilweisen anordnung in einem probenstrom - Google Patents

Flansch zum abschluss eines optischen geräts gegenüber einem probenstrom und optisches gerät zur teilweisen anordnung in einem probenstrom Download PDF

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WO2012041617A1
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flange
window
elastomeric body
wall
sample stream
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PCT/EP2011/064715
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Nico Correns
Marion Sobe
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Carl Zeiss Microimaging Gmbh
Carl Zeiss Jena Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D41/00—Combines, i.e. harvesters or mowers combined with threshing devices
    • A01D41/12—Details of combines
    • A01D41/127—Control or measuring arrangements specially adapted for combines
    • A01D41/1277—Control or measuring arrangements specially adapted for combines for measuring grain quality
    • G—PHYSICS
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8158—With indicator, register, recorder, alarm or inspection means
    • Y10T137/8359—Inspection means

Definitions

  • Flange for terminating an optical device to a sample stream and an optical device for partial placement in a sample stream
  • the invention relates to a flange for terminating an optical device with respect to a sample stream, comprising a wall comprising a window which at least partially surrounds a cavity, wherein the window has an at least partially transparent filling.
  • the sample stream may be either a stream of an object to be examined optically ("material flow”) or a stream of an object to be optically irradiated (“irradiation product stream”) or a combined measurement and irradiation material stream. Typically this is one
  • the sample stream may be a diverted portion of a main stream. This is usually only the case with material flows.
  • the branched sample stream can be fed back to the main stream after the measurement by the optical device.
  • the sample stream may be discarded after the measurement.
  • a measurement and / or irradiation can also take place in the main stream, so that the sample stream is the main stream itself.
  • the window is in the sense of the invention an opening in the wall, which encloses a window filling, and is part of the wall.
  • the window is therefore included below in the term of the wall unless explicitly stated otherwise.
  • the window filling may be spatially complete or only partially transparent and / or it may be spectrally complete or only partially transparent.
  • the term light next to visible electromagnetic includes
  • Radiation also infrared and ultraviolet radiation, as far as it is optically manipulatable.
  • optical measuring devices which serve to examine measured goods nondestructive. Such measuring devices are used, inter alia, in agriculture in the classification of Crop and in the food industry for the characterization and monitoring of raw materials. It is also known in the prior art to irradiate samples without optical measurement. For example, drinking water is irradiated with UV light to kill any germs contained.
  • the device interior for example the light source and / or the optical sensor, must always be protected against contact with the sample stream
  • Contamination or even damage to the inside of the device should be avoided.
  • the sample flow must also be protected from contact with the interior of the device, for example to avoid contamination or losses.
  • the interior of the device is therefore separated from the sample or sample stream by a flange comprising a wall with a window. A deposit on the window can be avoided by a wear-resistant
  • Window filling material is used and the window by a tilted mounting position of the window or the whole device deflects the incident on the window sample stream by a few degrees.
  • nachschiebendes measurement and / or irradiation then the previous measurement and / or irradiation material is lifted from the window and pushed on. The window is thereby cleaned simultaneously, so that the operational readiness of the optical device is maintained.
  • spectroscopic measuring devices for agricultural harvesting machines. They comprise a light source which in operation irradiates a sample stream, in particular crop, through a window with light. Light reflected from the sample behind the window is then deflected in a spectrometer by a dispersive element, such as a grating or a prism, in different wavelength-dependent directions. Detector elements of an optoelectronic sensor receive the spectrally split light whose wavelengths are in the visible wavelength range or in the near infrared range at different locations. Through this spatial-spectral splitting on different
  • Detector elements is an assignment of the measured intensities to disjoint wavelength ranges.
  • the output signals of the detector elements become one Evaluation device supplied, which calculates certain parameters of the sample stream based on the measured spectra.
  • the sample flow - as a window filling material for example, produces sapphire for the rest of the wall
  • the invention has for its object to improve a flange of the type mentioned so that a lesser wear occurs.
  • the wall (apart from the window) consists of an elastomeric body along a closed line running around the cavity.
  • an elastomeric body is a body which consists entirely or at least essentially of one - in particular in the temperature range between -40 ° C and +70 ° C - elastomeric material or excipient.
  • the elastomeric body may expediently encompass a surface normal of the window and / or an optical axis of the optical device passing through the window.
  • the elastomeric body may also be referred to as an elastic coupling member or elastic member having a (significantly) lower modulus of elasticity than the window.
  • the wall can be integral with the window, so that it consists solely of the elastomeric body.
  • the elastomeric body then has according to the invention a (significantly) lower modulus of elasticity than the window.
  • the wall can be made of several pieces away from the window, so that the elastomeric body only in Area of the closed line is arranged.
  • the elastomeric body then has according to the invention a (significantly) lower modulus of elasticity than at least one of the other wall pieces.
  • the elastomeric body has a modulus of elasticity that is (significantly) less than any other
  • An elastomeric body has the property over a wide range of
  • Deformation deformations to be reversibly deformable The conventional rigid connection within the flange between the surface to the meter and the surface of the material to be measured is thereby canceled.
  • the invention thus allows for selective load elastic deflection movements of the flange or at least a portion of the flange and in particular of the window. In this way, the amount of erosion from the surface of the window and from the remainder of the wall is reduced by the sample flow because a large part of the energy input in the elastomeric body is converted to heat.
  • the flange can be steamed in its
  • the wall is substantially a closed at least at one end tube, wherein the window is arranged in the closed end, in particular with different tube cross-sections at different locations of the tube.
  • the flange can be inserted into an opening, but the optical device remain outside the opening.
  • the term closed here means that the flange is tight against the
  • Sample stream is.
  • it may be liquid-tight, in particular watertight, or even gas-tight, in particular airtight, closed. It is also possible to close the flange tube at both ends. Then either a respective window is provided at both ends to allow light to pass through the flange to the optical device, or an optoelectronic detector must be placed inside the tube. In the second case, other optical elements in the
  • Dispersing agents such as a diffraction grating or a prism.
  • the elastomeric body is - in particular with regard to its rigidity - designed such that in the case of a force acting on the window force (by impacts / blows of particles of the sample stream) at least a portion of the wall, of which in special embodiments, the window, reversible
  • Sample flow is thereby reduced in conjunction with the damping action of the elastomeric body, which reduces mechanical stress (high impact absorption).
  • the retreat can be parallel and / or perpendicular to a longitudinal axis of the tube. In tilted in the sample flow arrangement of the window or the entire flange, which is advantageous for cleaning the window, the largest force components occur in the axial direction of the tube, so that a retreating in this direction causes maximum wear reduction.
  • a stiffness of the elastomeric body depends nonlinearly on a strain (elongation, compression). This applies parallel and / or perpendicular to the longitudinal axis of the tube. Preferably, the stiffness increases exponentially with increasing strain. As a result, excessive deformation widths are prevented.
  • the window is usually designed either as a plane-parallel disc or as an optical lens. As long as the evasive movements of the window are small, the resulting optical error is negligible.
  • Stiffness thus reduces the risk of irradiation and / or
  • the elastomeric body may be an adhesive joint.
  • the flange which comprise a frame carrying the window, which is connected via the adhesive joint with a base body not located in the sample stream, which in turn serves for connection to the optical device.
  • the base body may be the housing of the measuring device.
  • An elastomeric adhesive joint and connected via this with the body.
  • An elastomeric adhesive joint can for example consist of a soft elastomeric adhesive such as silicone adhesive. Not suitable are brittle-hard adhesives.
  • flanges which have a
  • vibration damper A conventional rigid flange transmits shocks of hard particles contained in the sample stream and any resulting vibrations to the entire optical device and especially the interior of the device. Such mechanical loads can the accuracy of measurement and the
  • Vibration damping the potential energy of a reversible deflection of the elastomeric body is converted into internal energy in no time and thus degraded. Resonances are avoided.
  • the pulse input into the optical device is significantly reduced, thus reducing its mechanical load due to the sample mass flow due to impact and vibration.
  • the elastomeric body itself is a vibration damper. As a result, no additional component is needed.
  • Embodiment has the same advantages as the embodiment with an elastomeric body, but requires more space and is much more expensive than the inventive solution.
  • the elastomeric body encloses a fluid. This allows a reduction in the rigidity of the elastomeric body and
  • elastomeric body having such flow channels is US 4,765,601.
  • a non-elastomeric body carries the window, in particular bordered, and is connected to the elastomeric body, in particular by an adhesive or clamped or vulcanized compound.
  • a non-elastomeric support or frame avoids tilting of the window with uneven distribution of the through the sample stream
  • the elastomeric body carries or encloses the window, in each case in particular by means of a non-elastomeric support ring.
  • This embodiment makes it possible to dispense with a costly non-elastomeric support body.
  • Non-elastomeric support ring for supporting the window and / or non-elastomeric sockets for receiving fasteners include, in particular with vulcanized arrangement of the sockets in the collar. This embodiment makes it possible to dispense with costly non-elastomeric wall parts largely.
  • the window can consist of several layers with different degrees of hardness, in particular with degrees of hardness increasing towards the sample flow, in particular with an outer diamond coating.
  • the so-called eggshell effect can advantageously be avoided, which arises with large hardness differences between different window layers.
  • a diamond-coated sapphire window is particularly preferred.
  • the wall is away from the window of several reasons.
  • the wall is away from the window of several reasons.
  • the flange comprises means for equalizing
  • the flange has a collar for supporting the flange on an outer wall of a sample flow vessel, in particular for fastening the flange to the outer wall.
  • the flange according to the invention consists of an elastomeric body in which non-elastomeric bushings are arranged for receiving fastening elements, in particular with vulcanized arrangement of the bushes in the collar.
  • a non-elastomeric support ring may be provided as a support for the window.
  • the frame of the window may be integrally formed with a tube for transporting the sample stream.
  • the pipe is then considered as part of the flange.
  • the invention also includes an optical device having a flange for illuminating a sample stream through the window and / or for receiving light from a sample stream through the window.
  • the apparatus may comprise a spectrometer for the spectrally resolved measurement of light falling through the window into the cavity.
  • the flange may be detachably or permanently connected to a housing of the device. In particular, it may be formed integrally with the housing of the device.
  • light absorption means that light scattered and / or emitted by the sample is recorded.
  • the invention further comprises an optical device having a housing and a flange at least partially enclosing a flange with a window for the partial arrangement of the flange in an opening of a tube for illuminating a (through the tube moving) sample flow through the window and / or Photomicrograph of a sample stream (moving through the tube) through the window, in particular a spectrometer for the spectrally resolved measurement of light falling through the window into the cavity, comprising an elastomeric body for connecting the housing to the tube, in particular for supporting the housing on the pipe.
  • bushes are integrated in the connecting elastomeric body, for example, vulcanized, by means of which the elastomeric body can be fastened via fastening elements such as screws on the one hand to the pipe and on the other hand to the housing.
  • the optical device is connected to the tube exclusively via the elastomeric body.
  • the flange may additionally be formed with its own elastomeric body as described above.
  • the optical devices can have separate windows for lighting and for
  • the invention comprises an agricultural machine with an optical device with a flange according to the invention, in particular with
  • the pipe may for example be a Abtankrohr a combine harvester or chimney of a forage harvester, through each of which the crop is ejected.
  • Sample stream is arranged. Due to the separation of the optical window from the main body of the flange by the elastomeric body can for the
  • Basic body a less expensive material than for a conventional continuous wall can be used. At the same time, for the
  • Sample flow exposed wall parts and for the window filling highly wear-resistant materials are used, for example, for the wall carbide, ceramic or the like.
  • non-elastomeric wall parts such as the window or the base body may be bonded to the elastomeric body by gluing, clamping or vulcanizing the non-elastomeric wall part concerned.
  • a metallic support body for the window and a metallic base body may be, for example, a vulcanized rubber-metal compound.
  • FIG. 1 shows a first flange for an optical device in plan view and in cross section
  • Fig. 7 shows an agricultural machine with an optical measuring device in
  • FIG. 8 shows a detail of the chimney of the agricultural machine with the measuring device in side view.
  • Fig. 1 shows in the subfigures 1 A and 1 B a flange 1 with a wall 2, which includes a window 2.1, a frame 2.2 for the window, an elastomeric body 2.3 and a base 2.4.
  • Sub-figure 1 B is a cross-section along the marked plane A-A.
  • the tubular wall 2 encloses a cavity 3 partially.
  • the window 2.1 consists, for example
  • the frame 2.2 and the base 2.4 consist for example of stainless, unhardened stainless steel.
  • the base body 2.4 made of a less high-quality material, for example
  • the elastomeric body 2.3 runs as a section of the wall 2 along a closed line around the cavity and consists for example of rubber. In the case shown, it has a hollow cylindrical shape, but it can in other embodiments instead of an annular one
  • the base body 2.4 has, for example, a collar 2.5 and recesses 2.6, through which a respective fastening element, for example a screw (not shown), can be passed.
  • the flange 1 is intended for rigid attachment to a housing of an optical device (not shown) and is intended to terminate this against a sample stream (not shown).
  • the housing can also be self-contained and have its own window, in front of which the flange 1 can be mounted by means of the recesses 2.6. Due to the reversibly deformable elastomeric body 2.3, which also acts as a vibration damper, there is no rigid connection between the frame 2.2 together with window 2.1 on the one hand and the base body 2.4 on the other.
  • the elastomeric body 2.3 is, for example, in a rubber-metal compound produced by vulcanization on the one hand with the frame 2.2 and on the other hand with the Body 2.4 connected.
  • the elastic element can be clamped or glued for connection to these two wall parts 2.2, 2.4.
  • the joints are designed to withstand tensile, compressive, and shear stresses that arise upon contact with the intended sample stream (not shown).
  • a frameless flange 1 is shown in cross section.
  • the window 2.1 is supported by a support ring 2.7, for example made of stainless steel, with which it is glued.
  • the support ring has the task of supporting the window over a large area to local mechanical excess demands of the window material at a
  • the support ring 2.7 is with a
  • the elastic body 2.3 is as in Fig. 1 with a
  • Adhesive gap 2.8 formed, which connects the support ring 2.7 with the base body 2.4.
  • the correspondingly sized adhesive gap 2.8 simultaneously fulfills the
  • Fig. 4 shows a flange 1, in which, with the exception of the window 2.1, the entire wall 2 consists of the elastomeric body 2.3.
  • the collar 2.5 In the collar 2.5 are
  • a flange 1 is shown in FIG. 1, wherein the base 2.4 to protect the elastomeric body 2.3 has a rotating shield 2.1 1.
  • Fig. 6 shows a flange 1 according to FIG. 2, wherein the base body 2.4 to protect the elastomeric body 2.3 also has a rotating shield 2.1 1.
  • an agricultural machine 5 is shown in the form of a forage harvester. Processed crop can be discharged through a pipe 6 called a chimney. To determine the quality of the crop is in one Opening of the tube 6, an optical measuring device 7 in the form of a spectrometer (not shown) attached.
  • the measuring device has a flange 1 according to the invention, for example, according to one of the preceding figures, which in the
  • Sample stream protrudes.
  • the housing of the measuring device 7 is for shock absorption exclusively via an elastomeric body 9, which is arranged around the flange 1, connected to the pipe 6.
  • Fig. 8 shows the tube 6, through which the sample stream P is transported, in an enlarged section.
  • the flange 1 with the optical window 2.1 for example, up to five tons of samples are passed per minute at a speed of the sample flow P of up to 55 m / s.
  • the measuring device 7 together with the housing and the rigidly connected flange 1 and consequently the window 2.1 are inserted into the tube 6 so that the flange 1 by its mounting position
  • Sample flow P deflects by a few degrees. By nachschiebende material to be measured, the previous Messgut is pushed. The window is cleaned at the same time.
  • a light source (not shown) for illuminating the sample stream P through the window 2.1 and a spectrometer 8 are arranged.
  • the optical axis of the spectrometer 8 is directed through the window 2.1 of the flange 1 in the tube 6 to spectrally resolved from the sample stream P scattered light to measure.
  • a pressure compensation valve is 2.10 arranged that
  • the frame 2.2 of the window 2.1 may be integrally formed with the tube 6.
  • the window can be optimally adapted to the required properties by means of a multilayer structure (optical parameters,
  • the concrete modulus of elasticity, the hardness and the geometric shape of the elastic element are to be determined in accordance with the predetermined maximum permissible movement of the window in the optical beam path and the maximum mechanical loading of the wall including the window by the sample mass flow.
  • the geometric shape of the elastomeric Body can be varied in two dimensions. It can have an asymmetrical shape.
  • the elasticity of the elastomeric body is preferably adjusted so that with average impulse entry on the flange no or only a small
  • the invention may be used in transportation, entry and exit control, and processing of herbal, animal, chemical, and pharmaceutical goods, and construction debris.
  • the optical device according to the invention can be used in control circuits for mixing devices of a first mass flow with a second mass flow or for monitoring manual additives to a
  • Mass flow can be used. In particular, it may be attached to lines from and / or to feed silos and granaries. It can be used to monitor the cleaning of transport tubes by purging a transport tube several times with a constant amount of solvent for a contaminant until the determined by the device concentration of the contaminant in the solvent is at least almost constant.
  • the amount of solvent can be the same in each rinse or fresh solvent can be used in each case.

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Abstract

Beim optischen Bestrahlen und/oder Vermessen eines Probenstroms durch einen im Probenstrom angeordneten Flansch, der einen Hohlraum gegenüber dem Probenstrom abschließt, kommt es zu stetigem Materialverlust durch Abtrag von Wandungspartikeln, so dass der Flansch regelmäßig ausgetauscht werden muss. Die Erfindung soll einen geringeren Verschleiß ermöglichen. Zu diesem Zweck besteht die Wandung des Flansches (1) entlang einer um den Hohlraum (3) herum verlaufenden, geschlossenen Linie aus einem elastomeren Körper (2.3). Das ermöglicht bei punktueller Belastung elastische Ausweichbewegungen des Flansches oder zumindest eines Teils des Flansches. Auf diese Weise wird die Stärke des Abtrags von der Wandung durch den Probenstrom verringert, weil ein großer Teil der eingetragenen Energie im elastomeren Körper in Wärme umgewandelt wird.

Description

Flansch zum Abschluss eines optischen Geräts gegenüber einem Probenstrom und Optisches Gerät zur teilweisen Anordnung in einem Probenstrom
Die Erfindung betrifft einen Flansch zum Abschluss eines optischen Geräts gegenüber einem Probenstrom, aufweisend eine Wandung umfassend ein Fenster, die einen Hohlraum zumindest teilweise umschließt, wobei das Fenster eine zumindest teilweise transparente Füllung aufweist.
Der Probenstrom kann dabei im Sinne der Erfindung entweder ein Strom eines optisch zu untersuchenden Messguts („Messgutstrom") oder ein Strom eines optisch zu bestrahlenden Guts („Bestrahlungsgutstrom") oder ein kombinierter Mess- und Bestrahlungsgutstrom sein. Typischerweise handelt es sich um einen
Schüttgutstrom, es kann sich jedoch auch um einen Stückgutstrom handeln. Der Probenstrom kann ein abgezweigter Teil eines Hauptstroms sein. Dies ist in der Regel nur bei Messgutströmen der Fall. Hierbei kann der abgezweigte Probenstrom nach der Messung durch das optische Gerät wieder dem Hauptstrom zugeführt werden. Alternativ kann der Probenstrom nach der Messung verworfen werden. Eine Messung und/oder Bestrahlung kann aber auch im Hauptstrom erfolgen, so dass der Probenstrom der Hauptstrom selbst ist.
Das Fenster ist im Sinne der Erfindung eine Öffnung in der Wandung, die eine Fensterfüllung einfasst, und ist ein Teil der Wandung. Das Fenster wird daher nachfolgend in den Begriff der Wandung eingeschlossen soweit nicht explizit anders angegeben. Die Fensterfüllung kann räumlich vollständig oder nur teilweise transparent sein und/oder sie kann spektral vollständig oder nur teilweise transparent sein.
Nachfolgend umfasst der Begriff Licht neben sichtbarer elektromagnetischer
Strahlung auch infrarote und ultraviolette Strahlung, soweit sie optisch manipulierbar ist.
Im Stand der Technik sind verschiedene optische Messgeräte bekannt, die dazu dienen, Messgüter zerstörungsfrei zu untersuchen. Derartige Messeinrichtungen finden Verwendung unter anderem in der Landwirtschaft bei der Klassifizierung von Erntegut und in der Lebensmittelindustrie zur Charakterisierung und Überwachung von Rohstoffen. Im Stand der Technik ist es auch bekannt, Proben ohne optische Messung zu bestrahlen. Beispielsweise wird Trinkwasser mit UV-Licht bestrahlt, um eventuellen enthaltene Keime abzutöten.
Beim Einsatz von optischen Geräten zur Bestrahlung und/oder Messung eines Probenstroms ist immer das Geräteinnere, beispielsweise die Lichtquelle und/oder der optische Sensor, vor Kontakt mit dem Probenstrom zu schützen, um eine
Verschmutzung oder gar Beschädigung des Geräteinneren zu vermeiden. In der Regel ist auch der Probenstrom vor Kontakt mit dem Geräteinneren zu schützen, beispielsweise um Verunreinigungen oder Verluste zu vermeiden. Das Geräteinnere wird daher durch einen eine Wandung mit einem Fenster umfassenden Flansch von der Probe beziehungsweise vom Probenstrom getrennt. Eine Belagbildung auf dem Fenster kann dabei vermieden werden, indem ein verschleißbeständiger
Fensterfüllungswerkstoff eingesetzt wird und das Fenster durch eine gekippte Einbaulage des Fensters oder des ganzen Geräts den auf das Fenster treffenden Probenstrom um wenige Grad ablenkt. Durch nachschiebendes Mess- und/oder Bestrahlungsgut wird dann das vorhergehende Mess- und/oder Bestrahlungsgut vom Fenster abgehoben und weitergeschoben. Das Fenster wird dadurch gleichzeitig gereinigt, so dass die Betriebsbereitschaft des optischen Geräts aufrechterhalten bleibt.
Beispielsweise beschreiben US 6,421 ,990 B1 und WO 2006/035012 A1
spektroskopische Messgeräte für landwirtschaftliche Erntemaschinen. Sie umfassen eine Lichtquelle, die im Betrieb einen Probenstrom, insbesondere Erntegut, durch ein Fenster hindurch mit Licht bestrahlt. Von der Probe hinter das Fenster reflektiertes Licht wird dann in einem Spektrometer durch ein dispersives Element, beispielsweise ein Gitter oder ein Prisma, in unterschiedliche, von der Wellenlänge abhängige Richtungen abgelenkt. Detektorelemente eines optoelektronischen Sensors empfangen das spektral aufgespaltete Licht, dessen Wellenlängen im sichtbaren Wellenlängenbereich oder im nahen Infrarotbereich liegen, an unterschiedlichen Orten. Durch diese räumlich-spektrale Aufspaltung auf unterschiedliche
Detektorelemente erfolgt eine Zuordnung der gemessenen Intensitäten zu disjunkten Wellenlängenbereichen. Die Ausgangssignale der Detektorelemente werden einer Auswertungseinrichtung zugeführt, die anhand der gemessenen Spektren bestimmte Parameter des Probenstroms ausrechnet.
Der Probenstrom bewirkt trotz verschleißbeständiger Wandungswerkstoffe - als Fensterfüllungswerkstoff beispielsweise Saphir, für die übrige Wandung
beispielsweise Stahl - einen stetigen Materialverlust durch Abtrag von
Wandungspartikeln, so dass der Flansch regelmäßig ausgetauscht werden muss. Das ist kostenaufwendig, da des Messgerät aus dem Probenstrom entnommen und zumindest teilweise zerlegt werden muss, weshalb die Messung und damit in der Regel auch der Probenstrom unterbrochen werden muss. Es kann dadurch vorübergehend zum Produktionsstillstand kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flansch der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass ein geringerer Verschleiß auftritt.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Flansch, welcher die in Anspruch 1
angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wandung (abseits des Fensters) entlang einer um den Hohlraum herum verlaufenden, geschlossenen Linie aus einem elastomeren Körper besteht. Im Sinne der Erfindung ist ein elastomerer Körper ein Körper, der vollständig oder zumindest im wesentlichen aus einem - insbesondere im Temperaturbereich zwischen -40 °C und +70 °C - elastomeren Werkstoff oder Hilfsstoff besteht. Der elastomere Körper kann dabei zweckmäßigerweise eine Oberflächennormale des Fensters und/oder eine das Fenster passierende optische Achse des optischen Geräts umgreifen. Der elastomere Körper kann auch als elastisches Koppelglied oder elastisches Element bezeichnet werden, das einen (signifikant) geringeren Elastizitätsmodul aufweist als das Fenster. Die Wandung kann abseits des Fensters einstückig sein, so dass sie ausschließlich aus dem elastomeren Körper besteht. Der elastomere Körper weist dann erfindungsgemäß einen (signifikant) geringeren Elastizitätsmodul als das Fenster auf. Die Wandung kann abseits des Fensters mehrstückig sein, so dass der elastomere Körper nur im Bereich der geschlossenen Linie angeordnet ist. Der elastomere Körper weist dann erfindungsgemäß einen (signifikant) geringeren Elastizitätsmodul als mindestens eines der anderen Wandungsstücke auf. Vorzugsweise weist der elastomere Körper einen Elastizitätsmodul auf, der (signifikant) geringer ist als alle anderen
Wandungsstücke.
Ein elastomerer Körper hat die Eigenschaft, über eine große Bandbreite von
Verformungsweiten hinweg reversibel verformbar zu sein. Die herkömmliche starre Verbindung innerhalb des Flansches zwischen der Fläche zum Messgerät und der Fläche zum Messgut wird dadurch aufgehoben. Die Erfindung ermöglicht so bei punktueller Belastung elastische Ausweichbewegungen des Flansches oder zumindest eines Teils des Flansches und insbesondere des Fensters. Auf diese Weise wird die Stärke des Abtrags von der Oberfläche des Fensters und von der übrigen Wandung durch den Probenstrom verringert, weil ein großer Teil der eingetragenen Energie im elastomeren Körper in Wärme umgewandelt wird. Als vorteilhafte Folge wird der Verschleiß des Flansches signifikant verringert und seine Standzeit verlängert. Die Gefahr einer plötzlichen Zerstörung wird zudem verringert. Nach dem Ende der Belastung kann der Flansch gedämpft in seine
Ausgangsstellung zurückfedern.
Zweckmäßigerweise ist die Wandung im wesentlichen eine zumindest an einem Ende verschlossene Röhre, bei der das Fenster in dem verschlossenen Ende angeordnet ist, insbesondere mit unterschiedlichen Röhrenquerschnitten an verschiedenen Stellen der Röhre. Dadurch kann der Flansch in eine Öffnung eingeführt werden, das optische Gerät aber außerhalb der Öffnung verbleiben. Der Begriff verschlossen bedeutet hierbei, dass der Flansch dicht gegenüber dem
Probenstrom ist. Insbesondere kann er flüssigkeitsdicht, insbesondere wasserdicht, oder gar gasdicht, insbesondere luftdicht, verschlossen sein. Es ist auch möglich, die Flansch-Röhre an beiden Enden zu verschließen. Dann ist entweder an beiden Enden ein jeweiliges Fenster vorzusehen, um Licht durch den Flansch zum optischen Gerät passieren zu lassen, oder ein optoelektronischer Detektor muss im Inneren der Röhre angeordnet sein. Im zweiten Fall können weitere optische Elemente im
Inneren der Röhre angeordnet sein, beispielsweise ein Spalt und/oder
Dispersionsmittel wie ein Beugungsgitter oder ein Prisma. Zweckmäßigerweise ist der elastomere Körper - insbesondere hinsichtlich seiner Steifigkeit - derart ausgebildet, dass im Falle einer auf das Fenster wirkenden Kraft (durch Stöße/Schläge von Partikeln des Probenstroms) zumindest ein Teil der Wandung, davon in besonderen Ausgestaltungen das Fenster, reversibel
zurückweicht. Der Impulseintrag in das Messgerät durch den auftreffenden
Probenstrom wird dadurch in Verbindung mit der dämpfenden Wirkung des elastomeren Körpers verringert, was die mechanische Belastung verringert (starke Stoßabsorption). Das Zurückweichen kann parallel und/oder senkrecht zu einer Längsachse der Röhre erfolgen. Bei in dem Probenstrom verkippter Anordnung des Fensters oder des ganzen Flansches, die zur Reinigung des Fensters vorteilhaft ist, treten die größten Kraftkomponenten in axialer Richtung der Röhre auf, so dass ein Zurückweichen in dieser Richtung einen maximale Verschleißminderung bewirkt.
Vorzugsweise hängt eine Steifigkeit des elastomeren Körpers nichtlinear von einer Verformungsweite (Dehnung, Kompression) ab. Das gilt parallel und/oder senkrecht zur Längsachse der Röhre. Vorzugsweise nimmt die Steifigkeit mit zunehmender Verformungsweite exponentiell zu. Dadurch werden zu große Verformungsweiten verhindert. Das Fenster ist in der Regel entweder als planparallele Scheibe oder als optische Linse ausgeführt. Solange die Ausweichbewegungen des Fensters klein sind, ist der resultierende optische Fehler vernachlässigbar. Die nichtlineare
Steifigkeit verringert somit die Gefahr von Bestrahlungs- und/oder
Messungenauigkeiten.
Vorteilhafterweise kann der elastomere Körper eine Klebefuge sein. Das kann insbesondere bei Ausführungsformen des Flansches vorteilhaft sein, die einen das Fenster tragenden Rahmen umfassen, der über die Klebefuge mit einem nicht im Probenstrom befindlichen Grundkörper verbunden ist, der seinerseits zur Verbindung mit dem optischen Gerät dient. Alternativ kann der Grundkörper das Gehäuse des Messgeräts sein. In einer weiteren Ausführungsform, bei der eine elastomere Klebefuge vorteilhaft ist, ist das Fenster ohne Rahmen in Kontakt mit der
elastomeren Klebefuge und über diesen mit dem Grundkörper verbunden. Durch Ausbildung einer elastomeren Klebefuge kann der benötigte Bauraum für den Flansch vermindert werden. Eine elastomere Klebefuge kann beispielsweise aus einem weichelastomeren Klebstoff wie Silikonklebstoff bestehen. Nicht geeignet sind sprödharte Klebstoffe.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Flansche, die einen
Schwingungsdämpfer umfassen. Ein herkömmlicher starrer Flansch überträgt Stöße harter, im Probenstrom enthaltener Partikel und eventuelle daraus resultierende Vibrationen auf das gesamte optische Gerät und insbesondere das Geräteinnere. Derartige mechanische Belastungen können die Messgenauigkeit und die
Lebensdauer von Gerätekomponenten beeinträchtigen. Durch eine
Schwingungsdämpfung wird die potentielle Energie einer reversiblen Auslenkung des elastomeren Körpers in kürzester Zeit in innere Energie umgewandelt und damit abgebaut. Resonanzen werden so vermieden. Zudem wird der Impulseintrag in das optische Gerät signifikant verringert und damit dessen mechanische Belastung durch den Probenmassestrom durch Stöße und Vibrationen reduziert. In der Regel ist der elastomere Körper selbst ein Schwingungsdämpfer. Dadurch wird kein zusätzliches Bauteil benötigt.
Eine andere Ausführungsform ersetzt den elastomeren Körper durch federnde Elemente und separate schwingungsdämpfende Elemente und schließt den
Hohlraum im Bereich der federnden Elemente gegenüber dem Außenraum mittels eines Abschlusskörpers wie einer Folie oder einem Faltenbalg ab. Diese
Ausführungsform weist dieselben Vorteile auf wie die Ausführungsform mit einem elastomeren Körper, erfordert jedoch mehr Bauraum und ist deutlich aufwendiger als die erfindungsgemäße Lösung.
In vorteilhaften Ausgestaltungen umschließt der elastomere Körper ein Fluid. Das ermöglicht eine Verringerung der Steifigkeit des elastomeren Körpers und
insbesondere eine starke Schwingungsdämpfung. Durch geeignete Anordnungen von Strömungskanälen für das Fluid innerhalb des elastomeren Körpers kann einerseits die zeitliche Dämpfungscharakteristik und andererseits das
Elastizitätsverhalten in Abhängigkeit der Auslenkung vorgegeben werden. Ein Beispiel für einen elastomeren Körper mit derartigen Strömungskanälen stellt US 4,765,601 dar. Für eine erste Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass ein nichtelastomerer Körper das Fenster trägt, insbesondere einfasst, und mit dem elastomeren Körper verbunden ist, insbesondere durch eine klebende oder klemmende oder vulkanisierte Verbindung. Ein nichtelastomerer Tragkörper oder Rahmen vermeidet Verkippungen des Fensters bei ungleichmäßiger Verteilung der durch den Probenstrom
eingetragenen Kräfte.
Für eine zweite Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der elastomere Körper das Fenster trägt oder einfasst, jeweils insbesondere mittels eines nichtelastomeren Stützrings. Diese Ausführungsform ermöglicht es, auf einen kostenaufwendigen nichtelastomeren Tragkörper zu verzichten.
Andere Ausführungsvarianten als die beiden genannten sind möglich.
Vorteilhafterweise kann die Wandung abseits des Fensters zu mindestens 80% ihres Volumens, insbesondere zu mindestens 90%, weiter insbesondere zu mindestens 95%, aus dem elastomeren Körper bestehen und insbesondere einen
nichtelastomeren Stützring zum Tragen des Fensters und/oder nichtelastomere Buchsen zur Aufnahme von Befestigungselementen umfassen, insbesondere mit einvulkanisierter Anordnung der Buchsen in dem Kragen. Diese Ausführungsform ermöglicht es, auf kostenaufwendige nichtelastomere Wandungsteile weitgehend zu verzichten.
In weitergehenden Ausgestaltungen kann das Fenster aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Härtegraden bestehen, insbesondere mit zum Probenstrom hin zunehmenden Härtegraden, insbesondere mit einer äußeren Diamantbeschichtung. In Verbindung mit der Eigenschaft des Zurückweichens des Fensters aufgrund des elastomeren Körpers kann vorteilhafterweise der sogenannte Eierschaleneffekt vermieden werden, der bei großen Härteunterschieden zwischen verschiedenen Fensterschichten entsteht. Ein diamantbeschichtetes Saphirfenster wird besonders bevorzugt.
Vorzugsweise besteht die Wandung abseits des Fensters aus mehreren
verbundenen Körpern mit unterschiedlichen Härtegraden, insbesondere mit zum Probenstrom hin zunehmenden Härtegraden. Dadurch wird nur für die in Kontakt mit dem Probenstrom stehenden Außenflächen ein kostenaufwendiger gehärteter Werkstoff benötigt. Für den Unterbau kann ein kostengünstiger Werkstoff wie Baustahl verwendet werden.
Vorteilhafterweise umfasst der Flansch Mittel zum Ausgleichen von
Luftdruckschwankungen in dem Hohlraum bei elastischer Verformung des
elastomeren Körpers, beispielsweise wie in WO 02/082153 A1 offenbart. Dadurch wird eine innere Verschmutzung des Flansches vermieden.
Vorzugsweise weist der Flansch einen Kragen zum Abstützen des Flansches an einer Außenwand eines Probenstromgefäßes auf, insbesondere zum Befestigen des Flansches an der Außenwand.
Vorteilhafterweise besteht der erfindungsgemäße Flansch aus einem elastomeren Körper, in dem nichtelastomere Buchsen zur Aufnahme von Befestigungselementen angeordnet sind, insbesondere mit einvulkanisierter Anordnung der Buchsen in dem Kragen. Optional kann als Träger für das Fenster ein nichtelastomerer Stützring vorgesehen sein.
Bei einem erfindungsgemäßen Flansch kann der Rahmen des Fensters integral mit einem Rohr zum Transport des Probenstroms ausgebildet sein. Das Rohr ist dann als Bestandteil des Flansches anzusehen.
Die Erfindung umfasst auch ein optisches Gerät mit einem Flansch zur Beleuchtung eines Probenstroms durch das Fenster und/oder zur Lichtaufnahme von einem Probenstrom durch das Fenster. Insbesondere kann das Gerät ein Spektrometer zur spektral aufgelösten Messung von durch das Fenster in den Hohlraum fallendem Licht umfassen. Der Flansch kann lösbar oder unlösbar mit einem Gehäuse des Geräts verbunden sein. Insbesondere kann er einstückig mit dem Gehäuse des Geräts ausgebildet sein. Im Sinne der Erfindung bedeutet Lichtaufnahme, dass von der Probe gestreutes und/oder emittiertes Licht aufgenommen wird. Die Erfindung umfasst des weiteren ein optisches Gerät mit einem Gehäuse und einem einen Hohlraum zumindest teilweise umschließenden Flansch mit einem Fenster zur teilweisen Anordnung des Flansches in einer Öffnung eines Rohrs zur Beleuchtung eines (sich durch das Rohr bewegenden) Probenstroms durch das Fenster und/oder zur Lichtaufnahme von einem (sich durch das Rohr bewegenden) Probenstrom durch das Fenster, insbesondere mit einem Spektrometer zur spektral aufgelösten Messung von durch das Fenster in den Hohlraum fallendem Licht, umfassend einen elastomeren Körper zum Verbinden des Gehäuses mit dem Rohr, insbesondere zum Abstützen des Gehäuses an dem Rohr. Durch den elastomeren Körper wird das Gehäuse und damit das gesamte optische Gerät von Stößen und Vibrationen in dem Rohr entkoppelt. Seine Lebensdauer kann dadurch deutlich verlängert werden. Vorzugsweise sind in den verbindenden elastomeren Körper Buchsen eingebunden, beispielsweise einvulkanisiert, mittels derer der elastomere Körper über Befestigungselemente wie Schrauben einerseits an dem Rohr und andererseits an dem Gehäuse befestigt werden kann. Zweckmäßigerweise ist das optische Gerät ausschließlich über den elastomeren Körper mit dem Rohr verbunden. Der Flansch kann zusätzlich mit einem eigenen elastomeren Körper ausgebildet sein wie zuvor beschrieben.
Die optischen Geräte können separate Fenster zur Beleuchtung und zur
Lichtaufnahme aufweisen.
Insbesondere umfasst die Erfindung eine landwirtschaftliche Maschine mit einem optischen Gerät mit einem erfindungsgemäßen Flansch, insbesondere mit
Anordnung des Flansches des optisches Geräts in einer Öffnung eines Rohrs zum Transport eines Probenstroms. Das Rohr kann beispielsweise ein Abtankrohr eines Mähdreschers oder Kamin eines Feldhäckslers sein, durch die jeweils das Erntegut ausgeworfen wird.
In allen Ausführungsvarianten kann zur Befestigung des Flansches an dem optischen Gerät ein Grundkörper dienen, der vorzugsweise selbst nicht im
Probenstrom angeordnet wird. Aufgrund der Trennung des optischen Fensters vom Grundkörper des Flansches durch den elastomeren Körper kann für den
Grundkörper ein weniger kostenaufwendiger Werkstoff als für eine herkömmliche durchgehende Wandung eingesetzt werden. Gleichzeitig können für die dem
Probenstrom ausgesetzten Wandungsteile und für die Fensterfüllung hoch verschleißfeste Werkstoffe verwendet werden, beispielsweise für die Wandung Hartmetall, Keramik oder ähnliches.
In allen Ausführungsformen können nichtelastomere Wandungsteile wie das Fenster oder der Grundkörper mit dem elastomeren Körper durch Klebung, Klemmung oder Einvulkanisieren des betreffenden nichtelastomeren Wandungsteils verbunden werden. Im Falle eines metallischen Tragkörpers für das Fenster und eines metallischen Grundkörpers kann es sich beispielsweise um eine vulkanisierte Gummi-Metall-Verbindung handeln.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen ersten Flansch für ein optisches Gerät in Draufsicht und im Querschnitt,
Fig. 2 den ersten Flansch im Querschnitt,
Fig. 3 einen zweiten Flansch im Querschnitt,
Fig. 4 einen dritten Flansch im Querschnitt,
Fig. 5 einen vierten Flansch im Querschnitt,
Fig. 6 einen fünften Flansch im Querschnitt,
Fig. 7 eine landwirtschaftliche Maschine mit einem optischen Messgerät in
Seitenansicht und Fig. 8 einen Ausschnitt des Kamins der landwirtschaftlichen Maschine mit dem Messgerät in Seitenansicht.
In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.
Fig. 1 zeigt in den Teilfiguren 1 A und 1 B einen Flansch 1 mit einer Wandung 2, die ein Fenster 2.1 , einen Rahmen 2.2 für das Fenster, einen elastomeren Körper 2.3 und einen Grundkörper 2.4 umfasst. Teilfigur 1 B ist dabei ein Querschnitt längs der gekennzeichneten Ebene A-A. Die röhrenförmige Wandung 2 umschließt einen Hohlraum 3 teilweise. Das Fenster 2.1 besteht beispielsweise aus
(lichtdurchlässigem) Saphir, der Rahmen 2.2 und der Grundkörper 2.4 bestehen beispielsweise aus rostfreiem, ungehärtetem Edelstahl. Alternativ dazu kann der Grundkörper 2.4 aus einem weniger hochwertigem Werkstoff, beispielsweise
Baustahl, bestehen, insbesondere dann, wenn er nicht dem Probenstrom ausgesetzt ist. Der elastomere Körper 2.3 verläuft als Abschnitt der Wandung 2 entlang einer geschlossenen Linie um den Hohlraum herum und besteht beispielsweise aus Gummi. Im dargestellten Fall weist es eine hohlzylindrische Form auf, er kann aber in anderen Ausführungsformen anstelle eines kreisringförmigen einen
ellipsenringförmigen oder vieleckigen Innen- und/oder Außenquerschnitt aufweisen. Der Grundkörper 2.4 weist beispielsweise einen Kragen 2.5 und Ausnehmungen 2.6 auf, durch die je ein Befestigungselement, beispielsweise eine Schraube (nicht dargestellt), hindurchgeführt werden kann.
Der Flansch 1 ist zur starren Befestigung an einem Gehäuse eines optischen Geräts (nicht dargestellt) vorgesehen und soll dieses gegenüber einem Probenstrom (nicht dargestellt) abschließen. Das Gehäuse kann auch selbst abgeschlossen sein und ein eigenes Fenster aufweisen, vor dass der Flansch 1 mittels der Ausnehmungen 2.6 montiert werden kann. Durch den reversibel verformbaren elastomeren Körper 2.3, der gleichzeitig als Schwingungsdämpfer wirkt, besteht keine starre Verbindung zwischen dem Rahmen 2.2 samt Fenster 2.1 einerseits und dem Grundkörper 2.4 andererseits.
Der elastomere Körper 2.3 ist beispielsweise in einer durch Vulkanisieren erzeugten Gummi-Metall-Verbindung einerseits mit dem Rahmen 2.2 und andererseits mit dem Grundkörper 2.4 verbunden. In alternativen Ausführungsformen kann das elastische Element zur Verbindung mit diesen beiden Wandungsteilen 2.2, 2.4 geklemmt oder verklebt werden. Die Verbindungen sind so ausgebildet, dass sie Zug-, Druck- und Scherspannungen, die bei Kontakt mit dem vorgesehenen Probenstrom (nicht abgebildet) entstehen, widerstehen.
In Fig. 2 ist ein rahmenloser Flansch 1 im Querschnitt dargestellt. Das Fenster 2.1 wird von einem Stützring 2.7, beispielsweise aus Edelstahl, getragen, mit dem es verklebt ist. Der Stützring hat die Aufgabe, das Fenster großflächig abzustützen, um lokale mechanische Überforderungen des Fensterwerkstoffes bei einer
punktförmigen Belastung zu vermeiden. Der Stützring 2.7 ist mit einem
schwingungsdämpfenden elastischen Körper 2.3 verbunden, beispielsweise in diesen einvulkanisiert. Der elastische Körper 2.3 ist wie in Fig. 1 mit einem
Grundkörper 2.4 verbunden.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Flansch 1 ist der elastomere Körper 2.3 als
Klebespalt 2.8 ausgebildet, der den Stützring 2.7 mit dem Grundkörper 2.4 verbindet.
Der entsprechend dimensionierte Klebespalt 2.8 erfüllt gleichzeitig die
Funktion des Verbindens und eines schwingungsdämpfenden elastischen
Elementes.
Fig. 4 zeigt einen Flansch 1 , bei dem mit Ausnahme des Fensters 2.1 die gesamte Wandung 2 aus dem elastomeren Körper 2.3 besteht. In den Kragen 2.5 sind
Buchsen 2.9 zur Bildung von Ausnehmungen 2.6 einvulkanisiert.
In Fig. 5 ist ein Flansch 1 entsprechend Fig. 1 dargestellt, wobei der Grundkörper 2.4 zum Schutz des elastomeren Körpers 2.3 ein umlaufendes Schild 2.1 1 aufweist.
Fig. 6 zeigt einen Flansch 1 entsprechend Fig. 2, wobei der Grundkörper 2.4 zum Schutz des elastomeren Körpers 2.3 ebenfalls ein umlaufendes Schild 2.1 1 aufweist.
In Fig. 7 ist eine landwirtschaftliche Maschine 5 in Form eines Feldhäckslers dargestellt. Verarbeitetes Erntegut kann durch ein Rohr 6, das als Kamin bezeichnet wird, entladen werden. Um die Qualität des Erntegutes zu ermitteln, ist in einer Öffnung des Rohres 6 ein optisches Messgerät 7 in Form eines Spektrometers (nicht dargestellt) befestigt. Das Messgerät weist einen erfindungsgemäßen Flansch 1 auf, beispielsweise entsprechend einer der vorhergehenden Figuren, der in den
Probenstrom (hier identisch dem Haupt-Messgutstrom) hineinragt. Das Gehäuse des Messgeräts 7 ist dabei zur Stoßdämpfung ausschließlich über einen elastomeren Körper 9, der rund um den Flansch 1 angeordnet ist, mit dem Rohr 6 verbunden.
Fig. 8 zeigt das Rohr 6, durch das der Probenstrom P transportiert wird, in einem vergrößerten Ausschnitt. An dem Flansch 1 mit dem optischen Fenster 2.1 werden beispielsweise bis fünf Tonnen Messgut pro Minute bei einer Geschwindigkeit des Probenstroms P von bis zu 55 m/s vorbeigeleitet. Das Messgerät 7 samt Gehäuse und der damit starr verbundene Flansch 1 und in der Folge das Fenster 2.1 sind so in das Rohr 6 eingesetzt, dass der Flansch 1 durch seine Einbaulage den
Probensstrom P um wenige Grad ablenkt. Durch das nachschiebende Messgut wird das vorhergehende Messgut weitergeschoben. Das Fenster wird dabei gleichzeitig gereinigt. Im Messgerät 7 sind eine Lichtquelle (nicht abgebildet) zur Beleuchtung des Probenstroms P durch das Fenster 2.1 und ein Spektrometer 8 angeordnet. Die optische Achse des Spektrometers 8 ist durch das Fenster 2.1 des Flansches 1 in das Rohr 6 gerichtet, um vom dem Probenstrom P gestreutes Licht spektral aufgelöst zu messen. Im Flansch 1 ist ein Druckausgleichsventil 2.10 angeordnet, dass
Luftdruckschwankungen im Hohlraum 3, die durch Volumenänderungen bei elastischem Zurückweichen des Fensters 2.1 gegenüber dem Probenstrom P entstehen, ausgleicht. In einer alternativen Ausführungsform kann der Rahmen 2.2 des Fensters 2.1 integral mit dem Rohr 6 ausgebildet sein.
In allen Ausführungsformen kann das Fenster durch einen mehrschichtigen Aufbau optimal an die an die erforderlichen Eigenschaften (optische Parameter,
mechanische Festigkeit und Verschleißschutz) angepasst werden.
In allen Ausführungsformen sind der konkrete Elastizitätsmodul, die Härte und die geometrische Form des elastischen Elementes entsprechend der vorgegebenen maximal zulässigen Bewegung des Fensters im optischen Strahlengang und der maximalen mechanischen Belastung der Wandung einschließlich des Fensters durch den Probenmassestrom zu ermitteln. Die geometrische Form des elastomeren Körpers kann in zwei Dimensionen variiert werden. Er kann eine asymmetrische Form aufweisen.
Die Elastizität des elastomeren Körpers wird vorzugsweise so eingestellt, dass bei durchschnittlicher Impulseintrag auf den Flansch keine oder nur eine geringe
Auslenkung von maximal beispielsweise zwischen 1/10 mm und 1 mm resultiert und dass lediglich bei harten Schlägen/Stößen durch schwere Probenstrom-Partikel eine Auslenkung beziehungsweise eine Auslenkung von mehr als 1 mm resultiert.
Die Erfindung kann beispielsweise beim Transport, der Ein- und Ausgangskontrolle und der Verarbeitung pflanzlicher, tierischer, chemischer und pharmazeutischer Güter und von Bauschutt verwendet werden. Das erfindungsgemäße optische Gerät kann in Regelkreisen für Mischvorrichtungen eines ersten Massenstroms mit einem zweiten Massenstrom oder zur Überwachung manueller Zusätze zu einem
Massenstrom eingesetzt werden. Insbesondere kann es an Leitungen von und/oder zu Futtersilos und Getreidespeichern angebracht werden. Es kann zur Überwachung der Reinigung von Transportrohren verwendet werden, indem ein Transportrohr mehrfach mit einer konstanten Menge Lösungsmittel für einen Schmutzstoff gespült wird, bis die mittels des Geräts ermittelbare Konzentration des Schmutzsstoffs im Lösungsmittel zumindest nahezu konstant ist. Die Lösungsmittelmenge kann dabei in jedem Spüldurchgang dieselbe sein oder es kann jeweils frisches Lösungsmittel verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Flansch
2 Wandung
2.1 Fenster
2.2 Rahmen
2.3 Elastomerer Körper
2.4 Grundkörper
2.5 Kragen
2.6 Ausnehmung
2.7 Stützring
2.8 Klebefuge
2.9 Buchse
2.10 Druckausgleichsventil
2.1 1 Schild
3 Hohlraum
4 Buchse
5 Landwirtschaftliche Maschine
6 Rohr
7 Optisches Gerät
8 Spektrometer
9 Elastomerer Verbindungskörper
P Probenstrom
OA Optische Achse

Claims

Patentansprüche
1 . Flansch (1 ) zum Abschluss eines optischen Geräts (10) gegenüber einem
Probenstrom (P), aufweisend eine Wandung (2) umfassend ein Fenster (2.1 ), die einen Hohlraum (3) zumindest teilweise umschließt, wobei das Fenster (2.1 ) eine zumindest teilweise transparente Füllung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung entlang einer um den Hohlraum (3) herum verlaufenden, geschlossenen Linie aus einem elastomeren Körper (2.3) besteht.
2. Flansch (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Wandung (2) im wesentlichen eine
zumindest an einem Ende verschlossene Röhre ist und das Fenster (2.1 ) in dem verschlossenen Ende angeordnet ist, insbesondere mit unterschiedlichen Röhrenquerschnitten an verschiedenen Stellen der Röhre.
3. Flansch (1 ) nach Anspruch 2, wobei der elastomere Körper (2.3) derart
ausgebildet ist, dass im Falle einer auf das Fenster (2.1 ) wirkenden
Kraftkomponente, die parallel zu einer Längsachse der Röhre ist, zumindest ein Teil der Wandung (2), davon insbesondere das Fenster (2.1 ), reversibel zurückweicht.
4. Flansch (1 ) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei eine Steifigkeit des elastomeren Körpers (2.3) nichtlinear von einer Auslenkung abhängt.
5. Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elastomere Körper (2.3) eine Klebefuge (2.8) ist.
6. Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen
Schwingungsdämpfer (2.3) umfassend.
7. Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elastomere Körper (2.3) ein Fluid umschließt, insbesondere zur Schwingungsdämpfung.
8. Flansch (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein nichtelastomerer
Körper (2.3) das Fenster (2.1 ) trägt, insbesondere einfasst, und mit dem elastomeren Körper (2.3) verbunden ist, insbesondere durch eine klebende oder klemmende oder vulkanisierte Verbindung.
9. Flansch (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der elastomere Körper (2.3) das Fenster (2.3) trägt oder einfasst, jeweils insbesondere mittels eines
nichtelastomeren Stützrings.
10. Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (2) abseits des Fensters (2.1 ) zu mindestens 80% ihres Volumens, insbesondere zu mindestens 90%, weiter insbesondere zu mindestens 95%, aus dem elastomeren Körper (2.3) besteht, insbesondere umfassend einen nichtelastomeren Stützring zum Tragen des Fensters (2.1 ) und/oder nichtelastomere Buchsen (2.9) zur Aufnahme von Befestigungselementen, insbesondere mit einvulkanisierter Anordnung der Buchsen (2.9) in dem Kragen (2.5).
1 1 . Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fenster (2.1 ) aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Härtegraden besteht,
insbesondere mit zum Probenstrom hin zunehmenden Härtegraden,
insbesondere mit einer äußeren Diamantbeschichtung.
12. Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandung (2) abseits des Fensters (2.1 ) aus mehreren verbundenen Körpern (2.2, 2.3, 2.4) mit unterschiedlichen Härtegraden besteht, insbesondere mit zum Probenstrom (P) hin zunehmenden Härtegraden.
13. Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Mittel umfassend zum Ausgleichen von Luftdruckschwankungen in dem Hohlraum (3) bei elastischer Verformung des elastomeren Körpers (2.3).
14. Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Kragen (2.4)
aufweisend zum Abstützen des Flansches (1 ) an einer Außenwand eines
Probenstromgefäßes, insbesondere zum Befestigen des Flansches (1 ) an der Außenwand.
15. Flansch (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kragen (2.5) aus einem elastomeren Körper besteht, in dem nichtelastomere Buchsen (2.9) zur Aufnahme von Befestigungselementen angeordnet sind, insbesondere mit einvulkanisierter Anordnung der Buchsen (2.9) in dem Kragen (2.5).
16. Optisches Gerät (7) zur teilweisen Anordnung in einem Probenstrom (P), mit einem Flansch (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Beleuchtung des Probenstroms (P) durch das Fenster (2.1 ) und/oder zur Lichtaufnahme von dem Probenstrom (P) durch das Fenster (2.1 ), insbesondere mit einem
Spektrometer (8) zur spektral aufgelösten Messung von durch das Fenster (2.1 ) in den Hohlraum fallendem Licht.
17. Optisches Gerät (7) mit einem Gehäuse und einem einen Hohlraum zumindest teilweise umschließenden Flansch (1 ) mit einem Fenster (2.1) zur teilweisen Anordnung des Flansches (1 ) in einer Öffnung eines Rohrs (6) zur Beleuchtung eines Probenstroms (P) durch das Fenster (2.1 ) und/oder zur Lichtaufnahme von einem Probenstrom (P) durch das Fenster (2.1 ), insbesondere mit einem
Spektrometer (8) zur spektral aufgelösten Messung von durch das Fenster (2.1 ) in den Hohlraum fallendem Licht, gekennzeichnet durch einen elastomeren Körper (9) zum Verbinden des Gehäuses mit dem Rohr (6), insbesondere zum Abstützen des Gehäuses an dem Rohr (6), weiter insbesondere mit Ausbildung des Flansches nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
18. Landwirtschaftliche Maschine (5) mit einem optischen Gerät (7) nach
Anspruch 16 oder 17, insbesondere mit Anordnung des Flansches (1 ) des optisches Geräts (7) in einer Öffnung eines Rohrs (6) zum Transport eines Probenstroms (P).
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