DE102006049423A1

DE102006049423A1 - Vorrichtung zur repräsentativen Probenentnahme von rieselfähige Produkten über eine definierte Zeitdauer

Info

Publication number: DE102006049423A1
Application number: DE200610049423
Authority: DE
Inventors: Peter Dietrich; Eckhard Siegmann
Original assignee: ROC GmbH
Current assignee: ROC GmbH
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine vollautomatische Probenentnahmevorrichtung für rieselfähige Produkte zur Montage an einem Fallrohr 1a. Zur vollständigen Überwachung eines Produktionsprozesses anhand von einzelnen im Abstand mehrerer Minuten genommener Proben ist eine langsame kontinuierliche Probenahme erforderlich. Die Schwierigkeit besteht darin, dass auch eine Probemenge von wenigen Millilitern über mehrere Minuten repräsentativ genommen und reproduzierbar volumetrisch abgemessen werden muss. Die erfindungsgemäße Probeentnahmevorrichtung besteht aus einer in das Fallrohr 1a hineinragenden Führung 4, in der ein Hohlkolben 6 und darin ein Innenkolben 3 beweglich angeordnet sind. Innerhalb des Hohlkolbens 6 bildet sich durch Zurückziehen des Innenkolbens 3 ein Probesammelvolumen 2. Mit einem einzigen Linearachsenantrieb 10 kann im Langsamgang das Probesammelvolumen 2 kontinuierlich vergrößert werden und nach kompletter Probenfüllung im Schnellgang beide Kolben synchron zur Auslassöffnung 4c gezogen werden.

Description

Stand der Technik
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.
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.
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.
Aufgabe der Erfindung
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.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Probeentnahmevorrichtung nach dem Hauptanspruch, die vorzugsweise gemäß den Unteransprüchen gestaltet ist.
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.
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.
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.
Die Probeentnahmevorrichtung ist dafür vorgesehen, dass sie in einem vollautomatischen Betrieb von einer Ablaufsteuerung eines Digitalrechners betätigt wird.
Beispiele
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.
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.
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.
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.
In Phase C wird eine gewisse Zeit gewartet, um sicherzustellen, dass das Probesammelvolumen 2 vollständig gefüllt ist. Die Arretiervorrichtung 8 wird gelöst.
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.
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.
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.
In Phase G wird die Arretiervorrichtung 8 gelöst. Phase G ist der Wartezustand, bis eine neue Probenahme angefordert wird.
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.
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.
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.

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

Claims

Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einem Fallstrom eines rieselfömigen Produktes, bei dem die Probe innerhalb des Fallstroms in einem Probesammelvolumen (2) aufgefangen wird, nach Ende der Probenahme die Probenmenge volumetrisch begrenzt und außerhalb des Fallstroms entleert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Probesammelvolumen (2) über die Dauer der Probenahme nicht konstant ist und mit einer Linearachse sowohl die Änderung des Probesammelvolumens (2) während der Probenahme als auch nach Abschluss der Probenahme das Heraustransportieren der Probe aus dem Fallstrom in den Entleerbereich erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Probesammelvolumen (2) von einem Hohlkolben (6) und einem darin befindlichen Innenkolben (3) gebildet wird, wobei der Hohlkolben (6) eine Einlassöffnung (6a) und eine Auslassöffnung (6b) aufweist und in einer Führung (4) beweglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkolben (3), der über eine Kolbenstange (5) bewegt wird, den Hohlkolben (6) mitschleppt, indem der Innenkolben (3) bei minimalem Probesammelvolumen (2) an die Innenstirnfläche (6c) des Hohlkolbens (6) drückt, sowie in der anderen Richtung bei maximalem Probesammelvolumen (2) der Innenkolben (3) an die Anschlaginnenmutter (7) drückt, deren Justierung das Probevolumen festlegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Arretiervorrichtung (8) sichergestellt wird, dass sich der Hohlkolben (6) während des Aufziehens des Probesammelvolumens (2) bei der Probenahme und während des Zurückschiebens des Innenkolbens (3) nach Entleerung der Probe nicht verschiebt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rückstandsfreie Herausfallen des Probenmaterials mit kurzzeitigen Druckluftstößen (9) unterstützt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Einlassöffnung (6a) des Hohlkolbens (6) an der Stirnseite (6d) eine Einlassöffnungserweiterung (6f) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifkante (4b) nicht parallel zur Innenstirnfläche (6c) des Hohlkolbens (6) ausgerichtet ist und vorteilhafterweise eine spitze Keilform aufweist.