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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Probenentnahmevorrichtung, mit der aus einem
kontinuierlichen Fallstrom eines rieselförmigen Produktes eine repräsentative
Probe mit vorgegebenem Volumen entnommen werden kann. Hierzu wird
ein Probensammelbehälter
zum Befüllen
in den Produktstrom gehalten, aus diesem Produktstrom herausgezogen
und außerhalb
des Produktstroms die Probenmenge entleert. Probenentnahmevorrichtungen
dieser Art sind seit langem bekannt und bestehen beispielsweise aus
einem Probenbecher, der in den Produktstrom gehalten wird, und außerhalb
des Produktstroms mit einer Schwenkvorrichtung ausgeleert wird,
wie in
DD 210 389 4 beschrieben.
Einfachere Ausführungen
mit Probenahmekolben in einem Führungsrohr
ohne Schwenkung sind bekannt, bei denen der Probebecher unten offen
ist, vgl.
1. In der dargestellten Befüllposition
des Probenahmekolbens (
3) ist hierbei die untere Entleeröffnung des
Probesammelvolumens (
2) durch den Abdeckbereich des Führungsrohrs
(
4a) verschlossen. Das gefüllte Probensammelvolumen (
2)
wird mit der Kolbenstange (
6) in der Führung (
4) aus dem
Fallstrom (
1) heraus gezogen, bis das Probensammelvolumen
(
2) über
einer Auslassöffnung
der Führung
(
4c) positioniert ist und die Probe nach unten herausfällt.
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Nachteilig
bei den beschriebenen Probenehmern ist, dass es hiermit nicht möglich ist,
eine kleine Probenmenge bei hoher Volumen-Reproduzierbarkeit kontinuierlich über einen
Zeitraum von mehreren Minuten repräsentativ zu ziehen. Um eine
Produktion vollständig überwachen
zu können,
wenn eine Probenauswertung nur in einem Auswertungszyklus von mehreren
Minuten möglich
ist, muss die Probenahmezeit auf diesen Auswertungstakt abgestimmt
werden. Probenahmedauern im Minutenbereich bewirken den gewünschten
Tiefpassfiltereffekt.
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Um
die Probenahmedauer zu verlängern, wäre die Mehrfachbetätigung einer
Probenentnahmevorrichtung nach
1 denkbar.
Die vielen Einzelhübe
führen
jedoch zu schlechter Volumen-Reproduzierbarkeit. Zudem erfolgt die
Probenahme nur zu diskreten Zeitpunkten, ist also nicht kontinuierlich,
so dass kurzzeitige Ausreißer
entweder nicht erkannt oder überbewertet
werden. Mit einer Probenahmeschnecke gemäß
DE 84 13 869 lässt sich zwar eine kontinuierliche
langsame Probenahme realisieren, ein reproduzierbares Probevolumen
kann aber nicht gewährleistet
werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Probenentnahmevorrichtung für rieselfähige Schüttgüter anzugeben,
mit der eine volumetrisch festgelegte Probenmenge kontinuierlich über einen
längeren
Zeitraum reproduzierbar und repräsentativ
genommen werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Probeentnahmevorrichtung nach dem Hauptanspruch, die vorzugsweise
gemäß den Unteransprüchen gestaltet ist.
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Eine
lange repräsentative
Probenahmedauer wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht,
dass das Probesammelvolumen über
die Zeit der Probenahme beginnend von einem minimalen Anfangsvolumen
kontinuierlich vergrößert wird.
Zu jeder Zeit der Probenahme sollte das Probesammelvolumen weitgehend
gefüllt
sein, so dass überschüssiges Material des
Fallstroms von dem kleinen Schüttkegel
am Probenehmereinlass abgleitet und wieder in den Fallstrom gelangt.
Durch das Vergrößern des
Probenahmevolumens sackt die Probemenge zusammen und frisches Material
füllt das
zusätzliche
Volumen auf.
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Vorteilhaft
an der Erfindung ist, dass mit einer einzigen Linearantriebsachse
sowohl das kontinuierliche Vergrößern des
Probesammelvolumens ermöglicht
wird als auch nach Abschluss der Probenahme das volumetrische Begrenzen
durch Abstreifen und Ausfördern
der Probe erfolgt.
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Das
Probesammelvolumen kann von der Form weitgehend frei gestaltet werden,
so dass z.B. eine quaderförmige
Grundform mit Formschrägen und
Abrundungen ein sicheres Herausfallen der Probe selbst bei brückenbildenden
Granulaten sicherstellt.
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Die
Probeentnahmevorrichtung ist dafür
vorgesehen, dass sie in einem vollautomatischen Betrieb von einer
Ablaufsteuerung eines Digitalrechners betätigt wird.
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Beispiele
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2 zeigt
eine vorteilhafte Ausführung
der Erfindung mit beispielhafter Ausgestaltung. Die Probeentnahmevorrichtung,
bestehend aus den Positionen 2–10 ist in ein Fallrohr 1a von
der Seite hereinragend dergestalt montiert, dass der Produkt-Fallstrom 1 auf
die Einlassöffnung 6a des
Hohlkolbens 6 ausgerichtet ist. Bei großen Fallrohrquerschnitten bzw. großen Fallhöhen kann
es notwendig sein, mit Leitblechen eine beruhigte und ausreichend
hohe Fallstromdichte am Ort des Probenehmers sicherzustellen.
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Die
einzelnen Komponenten der 2 werden im folgenden anhand
des Weg-Zeit-Diagramms, das in 3 einen vollständigen Probenahmezyklus mit
Phasen A-H darstellt, erläutert. 2 stellt
eine Momentaufnahme der beweglichen Komponenten (3, 5–8)
in Phase B, der aktiven Probenahme, dar.
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In
Phase A ist die Probeentnahmevorrichtung in kurzer Wartestellung
vor Beginn der Probenahme. Der Hohlkolben 6 befindet sich
in der dargestellten Position. Der Innenkolben 3 ist vollständig zugeschoben
und ist in direktem Kontakt mit der Innenstirnfläche 6c des Hohlkolbens 6.
Die Arretiervorrichtung 8 wird aktiviert und fixiert den
Hohlkolben 6 in Probenahmeposition. Partikel aus dem Produkt-Fallstrom 1,
die in den Bereich der Einlassöffnung 6a des Hohlkolbens 6 gelangen,
prallen vom Zylindermantel des Innenkolbens 3 ab oder lagern
sich ggf. in dünner Schicht
an.
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Phase
B ist die aktive Probenahmephase. Eine Momentaufnahme aus Phase
B ist in 2 dargestellt. Der Linearachsenantrieb 10 zieht über die Kolbenstange 5 den
Innenkolben 3 mit konstanter geringer Geschwindigkeit in
Bewegungsrichtung 5a zurück. Die Geschwindigkeit berechnet
sich aus der definierten Probenahmedauer und dem Verfahrweg, der über die
Anschlaginnenmutter 7 eingestellt wird. Das Probesammelvolumen 2 wächst mit
zunehmendem Kolbenweg und gibt die Einlassöffnung 6a des Hohlkolbens 6 entsprechend
langam frei. Der Abdeckbereich 4a der Führung 4 schließt das Probesammelvolumen
nach unten ab. Neues Probematerial aus dem Fallstrom 1 wird
im Probesammelvolumen 2 aufgenommen. Ein kleiner Schüttkegel,
der sich im Bereich der Einlassöffnung 6a bildet,
sackt entsprechend dem frei gewordenen Probesammelvolumen 2 nach.
Die Arretiervorrichtung 8 stellt sicher, dass beim Zurückziehen
des Innenkolbens 3 der Hohlkolben 6 in der dargestellten
Probenahmeposition verbleibt. Phase B endet, wenn der Innenkolben 3 rückseitig
an die Anschlaginnenmutter 7 anschlägt.
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In
Phase C wird eine gewisse Zeit gewartet, um sicherzustellen, dass
das Probesammelvolumen 2 vollständig gefüllt ist. Die Arretiervorrichtung 8 wird gelöst.
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In
Phase D wird vom Linearachsantrieb 10 der Innenkolben 3 und über die
Anschlaginnenmutter 7 ebenso der Hohlkolben 6 und
das im Probesammelvolumen 2 befindliche Probenmaterial
in die Führung 4 hineingezogen.
Wenn die Einlassöffnung 6a die
Abstreifkante 4b passiert, wird die überstehende Schüttung abgestreift
und die Probe somit volumetrisch abgemessen. Sobald die Auslassöffnung 6b des
Hohlkolbens 6 den Bereich der Auslassöffnung 4c der Führung 4 überdeckt,
beginnt das Probenmaterial herauszufallen. Phase D ist beendet,
sobald der Anschlag 6e zur Wegbegrenzung des Hohlkolbens 6 an
den hinteren Führungsanschlag 4e stößt, wobei die
Auslassöffnung 6b des
Hohlkolbens 6 mit der Auslassöffnung 4c der Führung 4 zur
Deckung kommt.
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Bereits
zu Beginn von Phase E sollte das Probematerial vollständig entleert
sein. Verschmutzungen, Staub und wegen elektrostatischer Aufladung
verbliebene Probenreste können
mit ein oder mehreren Druckluftstößen von oben automatisiert ausgeblasen
werden. Die Arretiervorrichtung wird wieder aktiviert, um den Hohlkolben 6 in
der Probeentleerposition zu fixieren.
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In
Phase F wird der Innenkolben 3 wieder vorgeschoben, bis
er die Innenstirnfläche 6c des Hohlkolbens 6 berührt. Der
Hohlkolben 6 ist an der Außenstirnfläche 6d durch die Arretiervorrichtung 8 in
Entleerposition fixiert.
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In
Phase G wird die Arretiervorrichtung 8 gelöst. Phase
G ist der Wartezustand, bis eine neue Probenahme angefordert wird.
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In
Phase H wird vom Linearantrieb 10 der Innenkolben 6 und über die
Innenstirnfläche 6c des Hohlkolbens 6 in
Probenahmeposition geschoben. Dabei wird Produktmaterial, das sich
im Abdeckbereich 4a der Führung 4 angesammelt
hat, von der Außenstirnfläche 6d des
Hohlkolbens 6 in das Fallrohr 1a hineingeschoben.
Phase H ist beendet, wenn der Anschlag 6e zur Wegbegrenzung
des Hohlkolbens 6 an den vorderen Führungsanschlag 4d anstößt und somit
die Probenahmeposition erreicht ist.
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4 und 5 zeigen
eine vorteilhafte Detailgestaltung des Innenkolbens 6 und
der Abstreifkante 4b gemäß der Unteransprüche (6)
und (7) in unterschiedlicher Darstellungsperspektive. Die Einlassöffnung 6a des
Hohlkolbens 6 ist mit einer Einlassöffnungserweiterung 6f in
axialer Richtung dergestalt verlängert,
dass die Außenstirnfläche 6d in
einem Bereich durchbrochen wird. Diese Einlassöffnungserweiterung 6f hat
den Vorteil, dass in der Phase D des Probenahmezyklus' ein blockierendes
Einklemmen von Probenpartikeln zwischen der Innenstirnfläche 6c des
Hohlkolbens 6 und der Abstreifkante 4b der Führung 4 verhindert
wird. Eingeklemmte Partikel werden etwas zusammengedrückt, rollen aus
dem Bereich der Einlassöffnungserweiterung 6f axial
heraus und fallen an der Außenstirnfläche 6d herunter.
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Die
Zahl der Probenpartikel, die in der Phase D des Probenahmezyklus' möglicherweise
eingeklemmt werden können,
wird erheblich reduziert, wenn die Abstreifkante 4b zu
der Innenstirnfläche 6c nicht
parallel sondern schräg
angeordnet ist. So erfolgt der Prozess des Abstreifens nicht in
einem einzigen Moment der Bewegung sondern über eine längere Zeit. Vorteilhaft ist
eine spitze keilförmige
Ausführung
der Abstreifkante 4b, die den Schüttkegel im Bereich der Einlassöffnung 6a in
der Mitte zerteilt, so dass überschüssiges Material
seitlich herunterrieselt.
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- 1
- Produkt-Fallstrom
- 1a
- Fallrohr
- 2
- Probesammelvolumen
- 3
- Innenkolben
- 4
- Führung
- 4a
- Abdeckbereich
der Führung 4
- 4b
- Abstreifkante
der Führung 4
- 4c
- Auslassöffnung der
Führung 4
- 4d
- vorderer
Führungsanschlag
- 4e
- hinterer
Führungsanschlag
- 5
- Kolbenstange
- 5a
- Bewegungsrichtung
- 6
- Hohlkolben
- 6a
- Einlassöffnung des
Hohlkolbens 6
- 6b
- Auslassöffnung des
Hohlkolbens 6
- 6c
- Innenstirnfläche des
Hohlkolbens 6
- 6d
- Außenstirnfläche des
Hohlkolben 6
- 6e
- Anschlag
zur Wegbegrenzung des Hohlkolbens 6
- 6f
- Einlassöffnungserweiterung
- 7
- Anschlaginnenmutter
- 8
- Arretiervorrichtung
- 9
- Vorrichtung
zur Erzeugung von Druckluftimpulsen
- 10
- Linearachsenantrieb