DE4490301C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Entnahme von Proben eines Materials - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben eines Materials, wie beispielsweise einer Flüssigkeit, eines Schleims oder eines bröckeligen festen Stoffes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Entnahme von Proben eines Materials unter Verwendung einer der­ artigen Vorrichtung.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der JP-OS 61-175543 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wirkt ein Fluid über eine Leitung zur Abwärtsbewegung auf einen Kolben ein, wobei eine Mittelstange den Fluiddurchtritt zu einer Membran ver­ schließt. Nach Beendigung der Abwärtsbewegung des Kolbens wird in der untersten Stellung durch einen verminderten Durchmesser am Ende der Mittelstange ein Fluiddurchtrittsweg zur aufblas­ baren Membran hin geöffnet.

Ferner ist aus der DE-GM 19 18 693 eine Vorrichtung zur Entnahme von Materialproben bekannt, bei der die Druckluft zum Aufblähen eines elastischen Schlauches über einen extern angeordneten Kanal in die Querbohrung einer Büchse eingeleitet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entnahme von Proben anzugeben, mit der Fest­ stoffe, die eine sehr geringe Härte aufweisen und Flüssigkeiten in Form von Lösungen oder Suspensionen, eines Schleims oder Schlämme entnommen werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.

Die Vorrichtung umfaßt einen Entnahmezylinder, der einen offenen Hohlraum begrenzt, wobei der Hohlraum mit einem Mittel, das ein Lüftungsloch bildet, zusammenwirkt und außerdem aufblasbare Ver­ schlußmittel umfaßt, die dermaßen gestaltet sind, daß sie nach Füllung des Hohlraumes mit dem erwähnten Material den Verbleib des Materials innerhalb des Hohlraumes gewährleisten.

Der Hohlzylinder soll sich nach dessen Einführung in die Masse des zu entnehmenden Materials zumindest teilweise mit dem Mate­ rial füllen. Zu diesem Zweck ist zumindest eine Öffnung vor­ gesehen, und der auf diese Weise definierte offene Hohlraum wirkt mit dem Lüftungsloch zusammen, welches das Entweichen der Luft (oder eventuell eines anderen Gases, das anfänglich in dem Hohlraum vorhanden ist), die von dem Material während der Fül­ lung des Hohlraumes mit dem Material ausgetrieben wird, ermög­ licht.

Das Lüftungsloch kann direkt in einer der Wände des offenen Hohlraumes ausgespart werden. Es kann auch auf einem anderen Teil einer komplexeren Vorrichtung vorgesehen werden; die Vor­ richtung umfaßt den Entnahmezylinder und Mittel zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders (dem Ent­ nahmehohlraum) und dem Lüftungsloch.

Der Entnahmehohlraum umfaßt außerdem aufblasbare Verschlußmit­ tel, die in der Lage sind, seine Öffnung nach Füllung zu ver­ schließen, wobei das entnommene Material auf diese Weise einge­ sperrt und in seinem Inneren gehalten wird. Die Mittel sind während der Einrichtung der Entnahmevorrichtung und während der Füllung derselben eingezogen. Sie sind an eine Vorrichtung an geschlossen, die deren Unterdrucksetzung gewährleisten kann, um die Öffnung des Entnahmezylinders zu verschließen, und deren Außerdrucksetzung, um die Öffnung freizugeben. Die aufblasbaren Verschlußmittel bestehen vorzugsweise aus einer Gummimembran, deren Widerstandsfähigkeit und gleichmäßige Dicke sorgfältig überprüft wurden. Diese Membran muß entsprechenden internen Druckwerten standhalten, um den Hohlraum, in dem sich die ent­ nommene Probe befindet, dicht abzuschließen.

Die Entnahmevorrichtung besteht aus einem Entnahmezylinder mit Öffnung, Lüftungsloch und aufblasbaren Verschlußmitteln für die Öffnung, wobei die Verschlußmittel an eine Druckgasversorgungs­ quelle angeschlossen sind.

Die Vorrichtung weist ferner Mittel auf, die die geführte Ver­ schiebung des Entnahmezylinders zwischen einer Position, in der sich die Öffnung(en) des Zylinders außerhalb des zu entnehmen­ den Materials befinden, und einer Position gewährleisten, die Entnahmeposition genannt wird, in der sich die Öffnung(en) in­ nerhalb des Materials befinden, und Mittel, die das Anhalten der Verschiebung und die Positionierung des Entnahmezylinders in der Entnahmeposition gewährleisten.

Zur Führung und Positionierung in der Entnahmeposition wirkt ein Vorsprung auf der Außenfläche des Entnahmezylinders mit einer vertieften Nut in einem Teil außerhalb des Zylinders zusammen.

Bei der Vorrichtung ist der Entnahmezylinder an seiner Basis offen ist. Die aufblasbaren Verschlußmittel sind in der Nähe der Basis positioniert, wobei der Entnahmezylinder verschiebbar in Vertikaltranslation von oben nach unten innerhalb eines Außen­ zylinders montiert ist, der ebenfalls an seiner Basis geöffnet ist und Mittel zum Anhalten und zur Positionierung des Entnahme zylinders in der unteren Entnahmeposition umfaßt. Der Außen­ zylinder gewährleistet die Führung des Entnahmezylinders während der Translation.

Der Entnahmezylinder und der Außenzylinder sind kombiniert und weisen ein Lüftungsloch auf um den ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung zu ermöglichen.

Zur Führung des Entnahmezylinders innerhalb des Außenzylinders können die Außenfläche des Entnahmezylinders und die Innenfläche des externen Zylinders eine zusammenwirkende Längsnut und einen Vorsprung aufweisen.

Zur Führung des Entnahmezylinders innerhalb des Außenzylinders ist eine Hohlstange vorhanden, die an ihrem oberen Teil mit dem Außenzylinder und an ihrem unteren Teil mit dem Kolben verbunden ist. Der Kolben stellt ein Mittel zum Anhalten und zur Positio­ nierung des Entnahmezylinders in der unteren Entnahmeposition dar und ist außerdem in bezug auf die Basis des Außenzylinders dermaßen dimensioniert, daß er bei der Translation des Entnahme­ zylinders von oben nach unten die Dichtigkeit der Druckkammer gewährleistet ist.

Es können auch mehrere Hohlstangen vorhanden sein. Vorzugsweise ist eine einzige mittlere vorhanden, entsprechend der gemein­ samen Achse des Entnahmezylinders und Außenzylinders.

Der Entnahmezylinder wird somit verschiebbar in Translation innerhalb des Außenzylinders, dessen Basis durch den festen Kolben "verschlossen" ist, innerhalb einer Druckkammer montiert. Die Translation des Entnahmezylinders von oben nach unten ist selbstverständlich nur möglich, wenn der Innenraum des Zylinders oder der Entnahmehohlraum mit einem Lüftungsloch zusammenwirkt.

Ein solches Lüftungsloch kann in der oberen Wand des Entnahme­ zylinders angebracht sein und auf diese Weise die Beseitigung des Überdrucks in dem Außenzylinder ermöglichen.

Der Entnahmehohlraum steht über die Hohlstange mit dem Außen­ bereich in Verbindung. Die Hohlstange umfaßt in ihrem unteren Teil in der Nähe des festen Kolbens zumindest eine Öffnung, die in das Innere des Entnahmezylinders mündet. Sie ist in ihrem oberen Teil im Bereich des Zylinderoberteils oder Zylinderkopfes des Außenzylinders an ein Lüftungsloch angeschlossen. Somit wird mit der Abwärtsbewegung des leeren Entnahmezylinders das Gas, das er enthalten hat, durch die Hohlstange beseitigt. Der er­ wähnte Zylinder wird durch den festen Kolben in der Entnahme­ position angehalten.

Vorzugsweise umfaßt der feste Kolben auf seiner Oberfläche einen elektrischen Kontakt, der anzeigen soll, daß sich der Entnahme­ zylinder in der unteren Entnahmeposition befindet.

Vorzugsweise wird der feste Kolben auf folgende Weise angeord­ net: er umfaßt zwei Teile, die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine Dichtung waagrecht angeordnet ist. Diese Dichtung hat eine doppelte Funktion. Sie gewährleistet einer­ seits die Dichtigkeit zwischen dem Entnahmehohlraum und der Druckkammer bei der Translation des Entnahmezylinders von oben nach unten und spielt andererseits bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders auf den Entnahmezylinder eine Rolle. Während der Abwärtsbewegung dient sie als Abstreifer und sichert auf diese Weise die Reinigung der Innenwände des Entnahmezylinders.

Die Verwendung der Vorrichtung umfaßt die nachstehenden Phasen:

• - der Entnahmezylinder wird zuerst in den externen Zylinder eingesetzt;
• - der Entnahmezylinder wird bis zum Anschlag am festen Kolben abwärts bewegt, um in das Material eingeführt zu werden, von dem eine Probe entnommen werden soll;
• - der Entnahmezylinder füllt sich mit dem Material;
• - der Entnahmezylinder wird nun an seinem Unterteil durch Auf­ blasen der aufblasbaren Verschlußmittel verschlossen; die ent­ nommene Materialprobe wird somit in dem Entnahmezylinder in der unteren Position eingesperrt;
• - der Entnahmezylinder wird sodann aus dem Material herausge­ zogen;
• - der Entnahmezylinder, der sich in der unteren Position noch immer am Anschlag am festen Kolben befindet, wird sodann durch Ablassen der Luft aus den Verschlußmitteln entleert; er befindet sich nun wieder leer in der unteren Position;
• - nun wird der Außenzylinder auf den Entnahmezylinder abwärts­ bewegt und die Dichtung erfüllt ihre Funktion als Abstreifer. Somit ist der Entnahmezylinder wieder in den Außenzylinder eingesetzt.

Die Probeentnahme stellt einen Zyklus dar.

Für die Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders in die untere Entnahmeposition wird ein Druckfluid in den oberen Teil oder Kopf des externen Zylinders eingespritzt. Das Fluid soll die Druckkammer füllen. Zu diesem Zweck umfaßt der Oberteil des Außenzylinders die entsprechenden Einspritzmittel. Der Oberteil muß auch die Mittel zur Beseitigung des Fluids bei der Abwärts­ bewegung des Außenzylinders auf den Entnahmezylinder in die untere Position umfassen. Der obere Teil des Außenzylinders umfaßt eine Öffnung, an die ein Anschluß angeschlossen werden kann, der abwechselnd mit einer Druckfluidversorgungsquelle verbunden ist oder nach außen mündet, um ein Lüftungsloch zu erzeugen. Das Druckfluid, das verwendet wird, besteht vorzugs­ weise aus einem Gas unter Druck, wie beispielsweise Druckluft.

Die aufblasbaren Verschlußmittel bestehen vorzugsweise aus einer Membran, die einen Wulst erzeugen kann. Wie im vorhergehenden angegeben, muß die Membran die entsprechende Elastizität und Widerstandsfähigkeit aufweisen, die für die Erfüllung ihrer Funktion erforderlich ist. Die Membran weist für den Verschluß der Basis eines Rotationszylinders aufgeblasen die Form eines inneren ringförmigen und peripheren Wulstes auf.

Für das Aufblasen und das Ablassen der Luft aus den aufblasbaren Verschlußmitteln sind Verbindungen vorhanden, die die aufblas­ baren Verschlußmittel an eine Druckfluidquelle (für das Auf­ blasen) anschließen und den Verlauf des Fluids in der umgekehr­ ten Richtung (für das Ablassen der Luft) ermöglichen. Die Ver­ bindungen bestehen aus einer Kapillare und einem biegsamen Ver­ bindungsstück; die Kapillare befindet sich im Körper des Ent­ nahmezylinders und verbindet die Membran mit dem biegsamen Ver­ bindungsstück, das sich im Kopf des Außenzylinders befindet; das biegsame Verbindungsstück ist an eine Druckfluidversorgungs­ quelle (Aufblasefluid) angeschlossen. Die Länge des biegsamen Verbindungsstückes ist an den Hub des Entnahmezylinders angepaßt (zwischen seiner oberen Position im Inneren des externen Zylin­ ders und seiner unteren Position oder Entnahmeposition). Das Druckfluid, das verwendet wird, besteht vorzugsweise aus einem Gas unter Druck, wie beispielsweise Druckluft.

Im Zusammenhang mit der Vorrichtung wird auf die völlige Unab­ hängigkeit der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders zu dessen Einrichtung im Material und dem Aufblasen der Verschlußmittel hingewiesen. Diese beiden Operationen werden mit unterschiedli­ chen Mitteln durchgeführt.

Die Vorrichtung eignet sich unter anderem für die Entnahme von verseuchten und/oder radioaktiven Proben in Aktivzellenform.

Bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders auf den Entnahme­ zylinder, der seines Inhalts entleert wurde, streift der feste Kolben die Innenwände des Entnahmezylinders ab und gewährleistet auf diese Weise eine gewisse Reinigung derselben. Die Reinigung gewinnt an Wirksamkeit, wenn eine Dichtung im Bereich des Kol­ bens verwendet wird. Zur Verbesserung der Reinigung kann die Verwendung eines Reinigungsfluids vorgesehen werden, das vor­ zugsweise durch die Hohlstange zugeführt wird. Die Hohlstange gewährleistet die Verbindung zwischen dem Inneren des Entnahme­ hohlraumes und dem Außenbereich durch ein Lüftungsloch, das im Bereich des Oberteils oder Kopfes des Außenzylinders angeordnet ist. Auf dem Lüftungsloch kann die Positionierung einer Vor­ richtung zur Einspritzung von Reinigungsfluid für die Einsprit­ zung des Fluids vorgesehen werden, wobei sich der Entnahmezylin­ der in der unteren Position befindet und leer ist und sich der Außenzylinder abwärtsbewegt. Das Fluid fließt entlang der Hohl­ stange hinab, fließt durch die an der Basis der Stange vorgese­ hene Öffnung und mündet in eine ringförmige Aussparung, die vorzugsweise im oberen Teil des Entnahmezylinders angebracht ist. Das Fluid kann dank der Elastizität der Dichtung, die sich zwischen den beiden Kolbenteilen befindet, von unten abgeleitet werden.

Die Dichtung ist vorzugsweise bei der Translation des Entnahme­ zylinders von oben nach unten dicht und ist dies unter dem Druck des Reinigungsfluids bei der Translation des externen Zylinders von oben nach unten nicht mehr.

Im vorhergehenden wurde angegeben, daß sich der Außenzylinder auf den leeren Entnahmezylinder abwärtsbewegt. Es ist jedoch keineswegs ausgeschlossen, daß der Außenzylinder seine Abwärts­ bewegung beginnt und fortsetzt, wenn sich der Entnahmezylinder durch Schwerkraft entleert. Die Abwärtsbewegung des Außenzylin­ ders kann in der Tat bei der Beseitigung der entnommenen Probe von unten behilflich sein.

Die Vorrichtung umfaßt einen Entnahmezylinder, dessen unteres Ende ein optimiertes Profil aufweist, um sein Eindringen in das Material, von dem eine Probe entnommen werden soll, zu erleich­ tern. Das Ende ist vorzugsweise abgeschrägt.

Die Vorrichtung und das Verfahren werden nun mit Hilfe der Zeichnung beschrieben.

• - In den Fig. 1 bis 4 wird schematisch das Entnahmeverfahren dargestellt.
• - In Fig. 5 ist im Schnitt - Vertikalschnitt V-V - eine Ent­ nahmevorrichtung entsprechend eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels dargestellt.
• - Fig. 6 ist eine Draufsicht nach dem Schnitt VI-VI der Vor­ richtung.
• - Fig. 7 ist eine Schnittansicht nach VII-VII der Vorrichtung.
• - Fig. 8 ist eine Schnittansicht (halber Schnitt) nach VIII- VIII der Vorrichtung.
• - Fig. 9 ist eine Schnittansicht (halber Schnitt) nach IX-IX der Vorrichtung.

In den Fig. 1 bis 4 ist zu sehen, daß die Vorrichtung im wesentlichen einen Entnahmezylinder 1 umfaßt, der an seiner Basis offen ist und in der Nähe der Basis mit einer aufblasbaren Membran 2 versehen ist, die durch Aufblasen die Basis verschlie­ ßen kann. Der Entnahmezylinder 1 ist durch Translation innerhalb eines Außenzylinders 3 verschiebbar. Während der Translation wird er außerdem von der Mittelstange 4 geführt, die an ihrem Unterteil mit dem festen Kolben 5 und an ihrem Oberteil mit dem Kopf des externen Zylinders 3 verbunden ist.

Die Vorrichtung umfaßt tatsächlich einen Kopf, der aus einer Druckkammer besteht, in der sich der Zylinder 1 oder die Pro­ beentnahmeeinheit durch Luftkompression und in Translation ver­ schiebt. In den Fig. 1 bis 4 ist das Mittel, das ein Lüf­ tungsloch bildet, nicht dargestellt.

Die Vorrichtung wird wie in Fig. 1 dargestellt, an die Stelle gebracht, an der die Materialprobe M entnommen werden soll.

Sie wird zuerst mit ihrer Basis unter dem Niveau der Oberfläche des zu entnehmenden Materials M positioniert. Der Entnahmezylin­ der 1 taucht nun ein und füllt sich mit dem Material M; die aufblasbare Membran 2 ist dabei eingezogen. Die Unterkante des Entnahmezylinders 1 ist abgeschrägt, um dessen Eindringen in das Material M zu erleichtern. Dasselbe gilt für die Unterkante des externen Zylinders 3.

Ist der Entnahmezylinder 1 mit dem Material M gefüllt, wird die Membran 2 durch Unterdrucksetzung mit einem geeigneten Gas - beispielsweise Stickstoff - aufgeblasen, sodaß sie ein Verschlußmittel des Entnahmezylinders 1 darstellt, der mit einer Probe des Materials M gefüllt ist. Das Verschlußmittel besteht tatsächlich in einem ringförmigen Wulst, an den die Innenwand anstößt.

Auf diese Weise befindet sich eine bestimmte Menge des Materials M im Innenvolumen des Entnahmezylinders 1 eingeschlossen (Fig. 2).

Die Dichtigkeit des Zylinders kann durch Messung des inneren Drucks des Wulstes kontrolliert werden.

Ist die Entnahme durchgeführt, wird der Kopf bei vollem Entnahmezylinder in der unteren Position aufwärtsbewegt und sodann über einem Behälter oder Krug 6 positioniert, der für die Lagerung oder weitere Analyse der entnommenen Materialprobe (Fig. 3) bestimmt ist.

Das Verschlußmittel - die aufgeblasene Membran 2 - wird sodann durch Herstellung eines inneren Unterdrucks im Wulst eingezogen.

Die entnommene Materialprobe M fließt nun sowohl durch Schwer­ kraft als auch unter der Einwirkung des Kolbens 5 durch Abwärts­ bewegung des Außenzylinders 3 auf den Entnahmezylinder 1 ab, welcher sich am Anschlag des Behälters oder Kruges 6 befindet. Bei dieser Abwärtsbewegung streift der Kolben 5 die Innenwände des Entnahmezylinders 1 ab und gewährleistet auf diese Weise deren "Reinigung".

Die Vorrichtung befindet sich nun in einer Position, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 5 bis 9 besteht der Entnahmezylinder 10 nicht aus einem Stück. Er be­ steht tatsächlich aus vier Teilen, die von oben nach unten mit Bezugszeichen bezeichnet sind: 10a, 10b, 10c, 10d. Die Teile 10b und 10c stellen eigentlich die Entnahmeeinheit dar. Der obere Teil 10a ist ein beweglicher Kolben, der mit der Einheit 10b-10c mittels des Gewindestiftes 11 verbunden ist. Der untere Teil 10d ist ein abgeschrägter Schuh, der einerseits das Eindringen des Entnahmezylinders 10 in das zu entnehmende Material erleichtert und andererseits für die Fixierung des unteren Teils der aufblasbaren Membran 20 verwendet wird.

Die aufblasbare Membran 20 wird im oberen Teil zwischen 10b und 10c fixiert.

Der Entnahmezylinder 10 wird innerhalb des externen Zylinders 30 in Bewegung gesetzt - vertikale Translation. Während dieser Translationsbewegung wird er von der Mittelstange 40 geführt. Die Mittelstange 40 ist hohl und an ihrem Unterteil mittels einer Schraube 51 mit einem festen Kolben 50 verbunden.

Der feste Kolben 50 umfaßt einen oberen Teil 50a - eine Mutter - und einen unteren Teil 50b - Feststellscheibe -, die miteinander verbunden sind, und zwischen denen sich eine Dichtung 52 befin­ det. Die Dichtung 52 ist verformbar. Bei der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders 10 gewährleistet sie die Dichtigkeit zwischen dem für die Entnahme freigemachten Hohlraum und der Druckkammer 31 (indem sie das Material nicht zwischen den Oberteil des Kol­ bens 50a und den Unterteil von 10a eindringen läßt). Bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders 30 auf den Entnahmezylinder 10 reinigt sie durch Abstreifen die Innenwände desselben.

Der obere Teil 50a des festen Kolbens 50 umfaßt einen bewegli­ chen elektrischen Kontakt 53, der auf einer Druckfeder 54 mon­ tiert ist, wobei die Feder die Ungenauigkeiten bei der Vertikal­ positionierung des unteren Teils des beweglichen Kolbens 10a aufnimmt. Der Kontakt 53 ist in einem masseisolierten Gehäuse montiert und gewährleistet die Kontinuität derselben bei Kontakt mit der Anschlußleiste 55. Er soll anzeigen, daß sich der Ent­ nahmezylinder 10 in Entnahmeposition - untere Position - befin­ det. Die Position entspricht dem Kontakt des Kontaktes 53 mit dem oberen Teil 10a des Entnahmezylinders 10. Die Translation des Entnahmezylinders 10 im Außenzylinder 30 wird außerdem durch das Zusammenwirken der Mittel 12 und 32 geführt, die in der äußeren Vorderseite des Entnahmezylinders 10 bzw. in der inneren Vorderseite des Außenzylinders 30 angeordnet sind. Das Mittel 12 besteht in einer Längsnut; das Mittel 32 besteht in einem Vor­ sprung, der durch eine Schraube fixiert ist; der Vorsprung 32 gleitet in der Längsnut 12 während der relativen Translations­ bewegungen eines Zylinders zum anderen. Die Mittel verhindern jegliche Rotation der Zylinder 10, 30.

Die aufblasbare Membran 20 soll durch ihr Aufblasen den Entnahmehohlraum verschließen, wenn der Entnahmezylinder 10 gefüllt und in der unteren Position ist.

Zu diesem Zweck ist sie an eine Druckfluidversorgungsquelle angeschlossen. Der Kreislauf für die Versorgung mit dem Fluid umfaßt den Anschluß 21, das biegsame Verbindungsstück 22 und die Kapillare 23. Das biegsame Verbindungsstück 22 wird wendelförmig in der Druckkammer 31 aufgewickelt. Es wird bei der Abwärts­ bewegung des Entnahmezylinders 10 in die untere Entnahmeposition abgewickelt.

Für die Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders 10 in die Ent­ nahmeposition wird ein Druckfluid in der Druckkammer 31 verwen­ det. Das Fluid wird von außen über die Leitung 33 zugeführt (Fig. 8). Hat sich der externe Zylinder 30 auf den Entnahme­ zylinder 10 in die untere Position abgesenkt, muß das Fluid entweichen können. Zu diesem Zweck wird ebenfalls die Leitung 33 verwendet, die in ein Lüftungsloch münden muß.

Bei der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders 10 in Entnahmeposition muß die in dem nun leeren Entnahmehohlraum befindliche Luft entweichen können. Zu diesem Zweck wurden im unteren Teil der hohlen Mittelstange 40 in der Nähe des oberen Teils 50a des Kolbens 50 zwei Öffnungen 41 ausgespart und der obere Teil der hohlen Mittelstange 40 mit außen verbunden. In Fig. 9 ist zu sehen, daß die Luft durch das Lüftungsloch 34 nach außen gelangt.

Die Hohlstange 40 wird für die Verbesserung der Reinigung der Innenwände des Entnahmezylinders 10 durch Abstreifen mittels der Dichtung 52 verwendet, wenn sich der externe Zylinder 30 auf den Entnahmezylinder 10 absenkt, der nun leer und in der unteren Position ist. Ein Reinigungsfluid wird in 34 unter Druck einge­ spritzt (zu diesem Zweck wurde auf die Öffnung des Lüftungs­ loches eine entsprechende Einspritzvorrichtung montiert). Das Reinigungsfluid dringt in den Spülkreis 36 ein, der mit der Hohlstange 40 in Verbindung steht. Das Fluid tritt bei 41 wieder aus, um in eine ringförmige Aussparung 13 zu münden, die im oberen Teil 10a des Entnahmezylinders 10 vorgesehen ist. Unter dem Druck des Fluids und unter Berücksichtigung der relativen Bewegung der beiden Zylinder dichtet die Dichtung 52 nicht mehr ab, und das Reinigungsfluid kann nach unten abgelassen werden (wobei sich der Entnahmezylinder 10 in der unteren Position befindet).

Der Betrieb der Vorrichtung wird nun kurz in bezug auf die Fig. 5 bis 9 beschrieben.

Die Vorrichtung wird in Kontakt mit dem Material, von dem die Probe genommen werden soll, positioniert. Der Kolben 50 wird zumindest teilweise in dem Material versenkt. Unter Druck wird in 33 ein Fluid in die Kammer 31 eingespritzt. Unter der Ein­ wirkung des Fluids bewegt sich der Entnahmezylinder 10 abwärts. Seine Abwärtsbewegung wird von den Mitteln 30, 40, 12 und 32 geführt. Im Zuge derselben entweicht die anfänglich in dem Ent­ nahmehohlraum vorhandene Luft über 41, steigt entlang der Hohl­ stange 40 auf und mündet durch das Lüftungsloch 34 nach außen. Sobald der Entnahmezylinder den Kontakt 53 berührt, wird die Fluidversorgung gestoppt. Der Zylinder befindet sich nun am An­ schlag am festen Kolben 50.

Wird er mit dem zu entnehmenden Material gefüllt, wird die Mem­ bran 20 durch Einspritzen eines Druckfluids in 21 aufgeblasen.

Die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit - Entnahmezylinder in der unteren Position, mit Material gefüllt - wird nun aufwärtsbewegt und über einem Auffänger für das entnommene Material positio­ niert (siehe Fig. 3).

Die Luft wird nun durch Herstellung eines Unterdrucks aus der Membran abgelassen. Der Entnahmezylinder wird auf diese Weise seines Inhalts entleert. Er befindet sich nun im leeren Zustand in der unteren Position, der externe Zylinder 30 über ihm. Nun wird der externe Zylinder 30 auf den leeren Zylinder 10 abge­ senkt. Während dieser Abwärtsbewegung wird unter Druck in 34 ein Reinigungsfluid eingespritzt (zu diesem Zweck wurde auf der Lüftungsöffnung eine entsprechende Einspritzvorrichtung mon­ tiert). Das Fluid zirkuliert im Inneren der Hohlstange 40, tritt bei 41 aus, zirkuliert in der Ringnut 13 und fließt dank der Verformung der Dichtung 52 unten ab. Die Dichtung 52 ist bei der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders 10 dicht, jedoch bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders 30 nicht mehr.

Bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders 30 auf den Entnahme­ zylinder 10 in die untere Position befindet sich die Kammer 31 wieder in Überdruck. Der Anschluß 33 mündet in dieser Phase des Verfahrens in ein Lüftungsloch.

Die Vorrichtung kann ein Nutzentnahmevolumen von ungefähr einem Liter aufweisen, sie ist perfekt für die Entnahme von Schlämmen geeignet, die eine Viskosität zwischen 1 Zentipoise und 120 Poise aufweisen (Viskositäten gemessen mit einem Brookfield LVT Viskosimeter, ausgestattet mit einer Scheibe N_2, 60 U/min (Mo­ dell 1983)).

Die wesentlichen Teile der Vorrichtung sind aus rostfreiem Stahl. Der feste Kolben ist aus Bronze. Die Membran ist eine Gummimembran, die durch Formguß gewonnen wurde. Sie wird unter Druck von Luft oder Stickstoff mit Druckwerten zwischen 1,2 und 2 bar aufgeblasen. Bei diesen Druckwerten ermöglicht sie es, Flüssigkeiten dicht zurückzuhalten.

Für die Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders wird Druckluft oder komprimierter Stickstoff verwendet. Die Abwärtsbewegung des externen Zylinders auf den Entnahmezylinder erfolgt manuell.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Entnahme von Proben eines Materials, wie beispielsweise einer Flüssigkeit, eines Schleims oder eines bröckeligen festen Stoffes, bestehend aus

• 1. einem als Hohlzylinder ausgebildeten Entnahmezylinder (10), der an seiner Basis offen ist und einen offenen Hohlraum begrenzt, wobei der Hohlraum ein Belüftungsmittel (34) und ein in der Nähe der Basis angeordnetes aufblasbares Verschluß­ mittel (20) umfaßt, das nach Füllung des Hohlraumes mit dem Material den Verbleib des Materials im Inneren des Hohlraumes gewährleistet;
• 2. einem Außenzylinder (30), in dem der Entnahmezylinder (10) in Vertikaltranslation von oben nach unten ver­ schiebbar ist und der ebenfalls an seiner Basis offen ist, wobei der Außenzylinder (30) die Führung des Entnahme­ zylinders (10) bei der Translation gewährleistet;
• 3. einer Hohlstange (40), die in ihrem Oberteil mit dem Außenzylinder (30) und in ihrem Unterteil mit einem feststehenden Kolben (50) zur Führung des Kolbens (50) in dem Entnahmezylinder (10) verbunden ist, wobei der feststehende Kolben (50) als Anschlagmittel und zur Positionierung des Entnahmezylinders (10) in einer unteren Entnahmeposition und als Dichtungsmittel bei der Translation des Entnahmezylinders (10) ausgebildet ist;
• 4. einer Druckkammer (31), die von dem Außenzylinder (30) und dem Entnahmezylinder (10) begrenzt ist, wobei sich der Entnahmezylinder (10) in Translation durch Ver­ größerung der Druckkammer (31) verschiebt; wobei die Hohlstange (40) in ihrem Unterteil in der Nähe des Kolbens (50) zumindest eine Öffnung (41) aufweist, die in das Innere des Entnahmezylinders (10) mündet und mit dem Belüftungsmittel (34) verbunden ist, um Fluid bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders (30) auf den Entnahmezylinder (10) nach außen abzuleiten,

gekennzeichnet durch

• a) ein erstes Druckleitungssystem, bestehend aus einem Druckkammeranschluß (33), der an eine Druckfluid-Ver­ sorgungsguelle anschließbar ist, um ein Druckfluid über eine Leitung in die Druckkammer (31) einzuspritzen, um den Entnahmezylinder (10) in Entnahmeposition zu brin­ gen,
• b) ein zweites Druckleitungssystem zum Aufblasen und Ab­ lassen des Drucks für das Verschlußmittel (20), beste­ hend aus einer Kapillare (23), die das Verschlußmittel (20) mit einem biegsamen, wendelförmig auf- und abwic­ kelbaren Verbindungsstück (22) verbindet, das sich am Kopfende des Außenzylinders (30) in der Druckkammer (31) befindet, wobei das Verbindungsstück (22) über einen Anschluß (21) an eine Druckfluid-Versorgungs­ quelle anschließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Entnahmezylinders (10) und die Innen­ seite des Außenzylinders (30) auf zumindest einem Teil ihrer Höhe zusammenwirkende Mittel (12, 32) umfassen, um jegliche Rotation eines der Zylinder zum anderen zu verhindern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (50) auf seiner Oberseite einen elektrischen Kontakt (53) umfaßt, der anzeigt, daß sich der Entnahme­ zylinder (10) in Entnahmeposition befindet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (50) zwei Teile (50a, 50b) umfaßt, die miteinander verbunden sind, wobei sich zwischen diesen eine Dichtung (52) befindet, die einerseits die Dichtigkeit zwi­ schen dem Hohlraum und der Druckkammer (31) bei der Trans­ lation des Entnahmezylinders (10) von oben nach unten ge­ währleistet und andererseits als Abstreifer bei der Ab­ wärtsbewegung des Außenzylinders (30) auf den Entnahmezylin­ der (10) dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlstange (40) ebenfalls mit ihrem Oberteil im Bereich des oberen Teils oder Kopfes des Außenzylinders (30) mit einer Fluideinspritzvorrichtung für die Reinigung des leeren Entnahmezylinders (10) bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders (30) auf denselben verbunden ist, wobei das Fluid durch Öffnungen (41) in eine ringförmige Aussparung (13) mündet, die im oberen Teil des Entnahmezylinders (10) angeordnet ist, wobei sich der Entnahmezylinder (10) in der unteren Entnahmeposition befindet und das Fluid bei der Abwärtsbewegung des Außenzylinders (30) dank der Elastizität der Dichtung (52), die sich zwischen den beiden Teilen (50a, 50b) des Kolbens (50) befindet, abfließt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (10d) des Entnahmezylinders (10) ein optimiertes Profil aufweist, das ein gutes Eindringen in das zu entnehmende Material gewährleistet.

7. Verfahren zur Entnahme von Proben eines Materials, wie bei­ spielsweise einer Flüssigkeit, eines Schleims oder eines bröckeligen, festen Stoffes, wobei eine Vorrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird, wobei ein Fluid in die Druckkammer (31) eingespritzt wird, und dann, wenn der Entnahmezylinder (10) gegen den Kolben (50) anschlägt, das aufblasbare Verschlußmittel (20) aufgeblasen wird, um den Verbleib des Materials, das in den Entnahme­ zylinder (10) eingesperrt ist, zu gewährleisten, wobei der Entnahmezylinder (10), der das entnommene Material ent­ hält, aus dem Material herausgezogen wird, wobei die Luft, um das entnommene Material rückzugewinnen, aus dem aufblasbaren Verschlußmittel (20) abgelassen wird, wobei bei der Abwärtsbewegung des Entnahmezylinders (10) in die untere Entnahmeposition ein biegsames Verbindungsstück (22) zwischen der Kapillaren (23) und dem Anschluß (21) wendel­ förmig abgewickelt und umgekehrt aufgewickelt wird, wenn der Außenzylinder (30) auf den Entnahmezylinder (10) abgesenkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluide, die für die Einrichtung des Entnahmezylin­ ders im Material und das Aufblasen der aufblasbaren Ver­ schlußmittel (20) verwendet werden, aus einem Gas unter Druck, vorzugsweise aus Druckluft, bestehen.