DE3515432A1 - Staub-probennehmer - Google Patents
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Description
Case 4679
Coal Industry (Patents) Limited,
Hobart House, Grosvenor Place, London SW1X 7AE, Großbritannien
Staub-Probennehmer.
Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Staubaufnahme, insbesondere
betrifft die Erfindung einen Probennehmer, welcher besonders geeignet ist für in der Luft vorhandenen Staub an Arbeitsplätzen.
Die Probennahme von luftgetragenem Staub zum Zwecke des Umweltschutzes
geschieht auf unterschiedlichste Art. Ein Verfahren besteht darin,
zu versuchen, einen Probeaufnehmer zu konstruieren, der in ruhiger oder bewegter Luft einen Ansaugwirkungsgrad von Eins über alle vorgefundenen
aerodynamischen Teilchendurchmesser hat;dies kann als "wahrer gesamter Staub" betrachtet werden. Es existieren bereits
Einrichtungen, um dies in ruhiger Luft zu erreichen (für Teilchen mit aerodynamischen Durchmessern bis hinauf zu 30 pm) und in bewegter
Luft von wohldefinierter Geschwindigkeit und Richtung. Ein anderer
Versuch, das Problem zu lösen, basiert auf dem Argument, daß solchai Bedingungen in der Praxis selten begegnet wird, und daher
wurde einige Forschungstätigkeit darauf gerichtet, einen Probennehmer zu finden, welcher den wahren gesamten Staub über einen ausreichend
weiten Bereich von Teilchengrößen, Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen
aufnimmt. Bislang wurde jedoch kein zufriedenstellender Probennehmer konstruiert. Eine weitere Richtung, das Problem zu
lösen, geht dahin, die Aufnahmecharakteristiken der menschlichen Nase und des menschlichen Mundes während des Atmens in Betracht zu
ziehen. Da der menschliche Körper nicht als perfekter Probennehmer wirkt, da vielmehr der Einatmungs- bzw. Ansaugwirkungsgrad mit der
aerodynamischen Partikel größe variiert (obwohl er von der Windgeschwindigkeit
relativ unabhängig ist), scheint ein Gesamtstaubprobennehmer, welcher mit der Einatmungsfähigkeitskurve, die von Vincent
und Armbruster, Ann. occup. Hyg.24:245-248 (1981) veröffentlicht ist,
über einen Bereich von Windgeschwindigkeiten und Richtungen im we-
sentlichen identisch ist, ein besonders zweckmäßiges Gerät zu sein,
um Staubschäden an Menschen zu beurteilen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Gesamtstaubprobennehmer vorgesehen, dessen Aufnahmecharakteristik sich stark an die Vincent und
Armbruster-Kurve nähern, und der einen Probenaufnahmekopf mit einem
Körper mit einer Öffnung umfaßt, eine entfernbare Filtereinheit mit
einem gelippten Eingang, welcher durch diese Öffnung vorsteht, wobei
diese Einheit einen Filter aufweist, der in der Lage ist, alle in
einem hier durchgeleiteten Gas befindlichen Teilchen zu sammeln .und
einen Ausgang aufweist, der dichtend mit einer Gasansaugeinrichtung in Eingriff steht, wobei der Probenaufnahmekopf mit einer Antriebseinrichtung antreibbar in Eingriff steht, um eine kontinuierliche
Drehbewegung des Probenaufnahmekopfes zu erzeugen. Die Geschwind!g
keit der Drehbewegung ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß eine
relativ große Anzahl von Umdrehungen während der gesamten Probenaufnahmezeit durchgeführt werden, und sie kann zweckmäßigerweise zwischen
1 bis 60 lipm liegen.
Der erfindungsgemäße Probennehmer kann an einem bestimmten Ort, wie
beispielsweise einem Arbeitsplatz, fest installiert werden, und obwohl er zum Gebrauch in Untergrund-Kohlenminen besonders geeignet ist,
existieren sehr viele mögliche Anwendungen zur Stabuprobenaufnahme in einer Arbeitsumgebung wie beispielsweise bei der Nuklearindustrie
oder Bleiindustrie, und zwar als einziges Probenaufnahmesystem oder zusätzlich zu persönlichen Probennehmer^ Obwohl das weiter unten beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel nicht dazu gedacht ist, im
Freien verwendet zu werden, könnten selbstverständlich andere Ausführungsbeispiele konstruiert werden, um eine höhere Durchströmungsge-
schwindigkeit durch den Probennehmer zu erreichen, und um den Proöemen des Niederschlags, der Insekten usw. zu begegnen.
eio
einrichtung und die Antrieb%richtung umfaßt, wobei der drehbare
Probenaufnahmekopf an dessen Oberseite befestigt ist. Ein bevorzugter Probenaufnahmekopf ist zylindrisch und weist eine kleine längliche
Öffnung auf, welche horizontal zu der Mitte der äußeren Oberfläche des Zylinders angeordnet ist. Die entfernbare Filtereinheit ist zweck-
mäßigerweise im Kopf angeordnet und beispielsweise über eine Andrückeinrichtung
mit einer Dichtung auf einem Ausgangsrohr in Eingriff gehalten, welches eine Reibungspassung auf einem Probenahmenrohr darstellt, welches mittels einer geeigneten Dichtung mit der Ansaugein-
richtung verbunden ist, und welches eine umfangsmäßig angeordnete
Zahnradanordnung aufweist, welche mittels eines Motors bei niedriger
konstanter Geschwindigkeit angetrieben ist.
Die entfernbare Filtereinheit ist zweckmäßigerweise eine abdichtbare
bzw. versiegelbare Einheit, so daß der gesamte eintretende Staub gefangen
wird und schließlich gewogen wird. Wenn nur.der Filter gewogen
würde, so würde der Staub, der an den inneren Wandungen der Einheit haftet, vernachlässigt werden, und es würde weiterhin das Risiko bestehen,
den eingesammelten Staub zufällig zu verändern. Der Filter selbst ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß er in der Lage ist, in
der speziellen Probennahmeanwendung alle Staubpartikel zu sammeln;
geeignete Filter sind kommerziell erhältlich.
Eine geeignete Ansaugeinrichtung ist eine Membranpumpe, zweckmäßigerweise
von einem Elektromotor angetrieben, der über eine Batterie versorgt wird, die auch die Antriebsenergie für die Antriebseinrichtung
liefert.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Probenaufnahmekopfes
einschließlich Filter einer bestimmten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, 30
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht dieses Ausführungsbeispiels ohne
den Kopf gemäß Fig. 1, und
Fig. 3 eine grafische Darstellung der in Tests mit dem Probenaufnehmer
gemäß Fig. 1 und 2 erhaltenen Resultate, verglichen mit der Kurve gemäß Vincent und Armbruster.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Probenaufnahmekopf
ein zweiteiliges Mantelgehäuse 1, 2 aufweist, wobei in jedem ein Teil eines Schlitzes 3 ausgebildet ist. Eine Filtereinheit 4 besteht
aus einem oberen Teil 5, welcher einen gelippten, langgestreckten Eingang 6 aufweist, um einen Zugang für die Gasströmung zu ermöglichen.
Der untere Teil 7 der Filtereinrichtung trägt ein Filterpapier
8, welches auf einer ringförmigen Dichtung 9 aufliegt und von einem
Gitter 10 aus rostfreiem Stahl getragen wird, wobei das untere Teil eine Ausgangsöffnung 11 aufweist. Die oberen und unteren Teile der
Filtereinheit sind im Reibungschluß aneinandergefügt, wobei der obere
Teil mit dem Filterpapier in der unteren öffnung in Eingriff kommt.
Das Mantel gehäuseteil 1 weist zwei (nicht dargestellte) Löcher für Bolzen 12 auf, welche dazu verwendet werden, den Kopf auseinanderzubauen
und die Filtereinheit zu entfernen. Eine federvorgespannte
!5 Kappe 13, die im Mantel gehäuseteil 1 angeordnet ist, preßt die Unterseite
der Filtereinheit auf einen O-Ring 14 aus synthetischem Gummi, so daß auf diese Weise zwischen der Innenseite der Filtereinheit und
dem aus dem Kopf herausführenden Ausgangsrohr 15 eine abgedichtete Verbindung entsteht. Im zusammengebauten Zustand steht der gelippte
Eingang 6 geringfügig von der äußeren Oberfläche des Kopfmantel gehäuses hervor.
Die Dimensionen des Kopfes scheinen zu seiner Wirksamkeit bezüglich
der Nachahmung der Inhalationscharakteristika der menschlichen Nase und des menschlichen Mundes beizutragen und sind daher bei dem in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wie folgt gewählt:
Der Kopfdurchmesser beträgt 50 mm und die Länge des zylindrischen
Teils ist 52 mm. Der Eingangsschlitz ist 3 mm breit und 15 mm lang, und die Lippen des Eingangs stehen um 2 mm vom Kopfmantel gehäuse vor.
Es ist jedoch zu erwarten, daß andere Kombinationen von Dimensionen
experimentell gefunden werden können, welche der Leistungsfähigkeit dieser Ausführungsform gleich sind oder diese sogar übertreffen.
Nichtsdestoweniger weist dieses Ausführungsbeispiel sowohl eine zweckmäßige bzw. angenehme als auch effektive Größe auf.
Die übrigen Teile des Probennehmers sind in Fig. 2 dargestellt. Der
Probennehmer weist eine Basis 16 auf, auf der eine einfach wirkende Membranpumpe 17 befestigt ist, die mittels eines elektrischen Motors
18 angetrieben ist. Die Eingangsseite der Pumpe ist mittels eines flexiblen Kunststoffrohres 19 mit einem strömungsberuhigenden Luftspeicherraum
20 verbunden. Der Luftspeicherraum ist seinerseits mit einem PTFE-Rohr 21 verbunden, welches mittel einer Feder 22 gegen das
konische Ende eines drehbaren Eingangsrohres 23 vorgespannt ist. Das Eingangsrohr 23 weist ein äußeres Zahnrad 24 auf, welches mittels
eines Zahnrades 25 auf der Antriebswelle eines elektrischen Motors 26 angetrieben ist. Wenn das aus dem Kopf herausführende Ausgangsrohr
15 über Reibungssitz in das Eingangsrohr 23 eingesteckt ist, so verursacht der Motor 26 eine konstante Drehung des Probenaufnahmekopfes
von 1,5 lipm. Die Pumpe 17 erzeugt eine Durchflußgeschwindigkeit durch
den Filter von 3 l/min, und das Arbeiten der Pumpe w.ird mittels eines
Gasströmungsmessers überwacht, welcher mit der Ausgangsseite der Pumpe verbunden ist, und es wird mittels einer (nicht dargestellten)
Spannungssteuerung gesteuert. Die Energie für die Pumpe und den Motor für die Drehbewegung wird von einem Batteriesatz 28 geliefert.
Die ein frisches Filterpapier aufweisende Filtereinheit wird gewogen,
in den Probenaufnahmekopf eingefügt, anschließend wird der Probenaufnahmekopf
in das Eingangsrohr eingesetzt und an einem geeigneten Platz positioniert. Beispielsweise kann der Probenaufnehmer ungefähr
in Kopfhöhe an einem Arbeitsplatz aufgehängt werden. Die Pumpe und die Antriebsmotoren werden eingeschaltet und der Betrieb der Pumpe
kann durch einfachen Blick auf den Strömungsmesser überwacht werden.
Nach der gewünschten Zeit, zweckmäßigerweise eine Arbeitsschicht,
wird der Probennehmer abgeschaltet, und zu geeigneter Zeit und geeignetem Ort wird der Probenaufnahmekopf auseinandergebaut, die Filtereinheit entfernt und als ganzes wieder gewogen. Vorzugsweise läßt man
den Filter sich über Nacht in einer kontrollierten Umgebung, wie beispielsweise einem Wägeraum, stabilisieren, und zwar vor dem anfänglichen
Wiegen und vor dem erneuten Wiegen.
Fig. 3 zeigt den Einatmungswirkungsgrad A als Funktion des aerodynamischen
Teilchendurchmessers unter Verwendung des Probennehmer bei
1 m/sec und 3 m/sec Windgeschwindigkeit, verglichen mit der Vincent- und Armbruster-Kurve, wobei die gestrichelten Linien die Streuung
der von Vincent und Armbruster erhaltenen Ergenisse darstellen, die auf Änderungen der Windgeschwindigkeit berühren. Die vom Probenauf-
nehmer erhaltenen Resultate zeigen gute Wiederholbarkeit und sie sind
auch sehr ähnlich denjenigen Resultaten, die unter Verwendung von Modellen des menschlichen Kopfes erzielt wurden.
Bei Verwendung in Untertagebau-Kohlenminen bestehen exponierte Teile
zumindest des Probenaufnehmers aus geeignetem Metall, wie beispielsweise Stahl oder Kupfer, und es wird auf die jeweilige Sicherheit
der verwendeten elektrischen Systeme geachtet.
Claims (6)
1. Tragbarer Gesamtstaub-Probennehmer mit einem Filter, dadurch g e!.k ennzeichnet, daß ein Probenaufnahmekopf einen Filter enthält, welcher in der Lage ist, alle
Staubpartikel in einer durch ihn hindurchgeleiteten Gasprobe zu
sammeln, daß der Probenaufnahmekopf einen vorstehenden, lippenartigen bzw. mit Lippen versehenen Eingang aufweist, der mit dem
Filter verbunden ist, sowie einen Gasausgang, der mit dem Filter
und mit einer Gasansaugeinrichtung verbunden ist, und daß eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, die mit dem Probenaufnahmekopf in Eingriff steht, wobei der Probenaufnahmekopf mittels der
Antriebseinrichtung kontinuierlich drehbar ist.
2. Probennehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter innerhalb einer Filtereinheit angeordnet ist, welche
vom Probenaufnahmekopf entfernbar ist.
3. Probennehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Filtereinheit eine abdichtbare Einheit ist, die einen austauschbaren Filter enthält und daß der 1ippenförmige Eingang ein Teil
der Filtereinheit ist.
4. Probennehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Probenaufnahmekopf auf dem oberen Ende eines Körpers befestigt ist, welcher die Gasansaugeinrichtung und die Antriebseinrichtung
enthält.
5. Verfahren zum Ermitteln des gesamten Staubes, dadurch gekennzeichnet,
daß der Probennehmer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen
Filter beinhaltende Filtereinheit gewogen wird und in den Probenaufnahmekopf
eingesetzt wird, daß mittels des Probennehmers Atmosphäre aufgenommen wird, indem die Atmosphäre durch den Filter gezogen
wird, während der Probenaufnahmekopf kontinuierlich rotiert wird, und daß am Ende der Probenaufnahmezeit die Filtereinheit wiederum
gewogen wird.
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