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DE3107758A1 - Auswaschvorrichtung - Google Patents

Auswaschvorrichtung

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DE3107758A1
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fan
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auswaschvorrichtung.
In der Luft schwebender Staub in der Arbeitsumgebung wird von den Arbeitern eingeatmet und kann eine Atmungsbeeinträchtigung bewirken. Dementsprechend ist es in einigen Fällen angebracht, die Konzentration des in der Luft schwebenden Staubes auf ein Niveau zu begrenzen, das als angemessen betrachtet wird: Tatsächlich gibt es bei einigen Gelegenheiten in der Industrie sogar entsprechende gesetzliche Verordnungen hierfür.
Dieses wiederum macht es erforderlich, die Luft zu untersuchen und die Konzentration der gefährlichen Staubpartikel zu messen, um zu bestimmen, ob die vorhandene Umgebungsluft tolerierbar ist oder nicht.
In den Fällen, wo die Staubkonzentration sich von einem Platz zum anderen in der Arbeitsumgebung verändert, ist es notwendig, daß die Vorrichtung zur Partikelprobenahme vom Arbeiter getragen werden kann, wobei derartige persönliche Instrumente bzw. Vorrichtungen, zusammen mit den dazugehörigen Antriebsaggregaten notwendigerweise klein und leicht sein müssen, um annehmbar zu sein. Eine weit verbreitete Technik, die für solche persönlichen Geräte verwendet wird, saugt Luft mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch ein Stück eines Filtermaterials bekannten Gewichts und wiegt anschließend das Filtermaterial nach einer bestimmten gemessenen Zeitspanne, um aus der Gewichtszunahme, der Luftstromgeschwindigkeit, der Zeitspanne des Gebrauches, das Gewicht der in der Luft schwebenden Staubpartikel pro Volumeneinheit der Luft zu bestimmen. Derartige individuelle gravimetrische Probenahmevorrichtungen können aufgrund der Begrenzungen hinsicht-
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licht Größe und Gewicht jedoch nur mit einer geringen Luftstromgeschwindigkeit betrieben werden, und das Gewicht des angesammelten Staubes innerhalb einer vernünftigen Zeitspanne ist dementsprechend gering, so daß ein äußerst genaues Abwiegen erforderlich ist, falls geeignete genaue Ergebnisse erhalten werden uullen. Diene InυIrumenIe bzw. Vorrichtungen benötigen dementsprechend zur Wartung einen Spezialisten und sind besonders kostspielig in ihrer Anwendung.
Ähnliche Betrachtungen der Größe und des Gewichtes treffen ebenfalls für gravimetrische Probe(ent)nähmevorrichtungen zu, die an einer bestimmten Stelle verwendet werden, falls das Gerät zusammen mit seiner Energieversorgung eine entsprechend lange Entfernung zum Aufnahme bzw. Sammelort getragen werden muß, wie es beim Bergbau der Fall ist, oder wenn die Verwendung eines besonders großen Gerätes die Arbeitshandlung beeinträchtigt.
Ferner ist es für ein Staubprobenahmeinstrument in vielen Fällen erforderlich, daß das Gerät lediglich Staubpartikel sammeln sollte, die klein genug sind, die Lunge zu erreichen, um eine genauere Messung der Gefährdung der Atmungsorgane zu erzielen. Diesem Erfordernis wird man im allgemeinen dadurch gerecht, daß eine oder zwei Formen von Größen-Selektoren verwendet werden, die man im allgemeinen als Elutriator bzw. Auswaschvorrichtung bezeichnet. Eine dieser Formen ist die sog. Parallelplatten-Auswaschvorrichtung, bei der der Luftstrom zum Probenahmegerät zuerst zwischen zwei horizontalen parallelen Platten durchgeführt wird, die in Länge und Abstand derart sind, daß die größeren, nicht-lungengängigen Partikel des in der Luft schwebenden Staubes Zeit genug besitzen, sich eher dazwischen abzulagern, als daß sie weiter zur Probenahme hindurchgelangen. Die andere Form der Auswasch-
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vorrichtung umfaßt einen Zyklon, in dem die Luft zur Rotation gebracht wird und die nicht-lungengängigen Partikel durch die Zentrifugalkraft abgelagert werden.
Die Größe dieser beiden Formen von Auswaschvorrichtungen nimmt mit der Luftstromgeschwindigkeit zu, und ist deshalb wiederum in vielen Situationen, bei denen eine Staubprobenahme erforderlich ist, ■. beschränkt. Ein weiterer Nachteil im Fall der Pärallelplatten-Aus'waschvorrichtungen ist das ihnen eigene Erfordernis, daß die Platten horizontal gehalten werden müssen und dieses macht derartige Auswaschvorrichtungen dafür ungeeignet, daß sie als individuelles Staubprobennahmegerät eingesetzt werden könnten.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bestehende Situation dadurch zu verbessern, daß eine Auswaschvorrichtung und gleichermaßen eine Vorrichtung zur Partikelprobenahme geschaffen werden, die die Waschvorrichtung enthält, und die mit höheren·Luftstromgeschwindigkeiten betrieben werden können, ohne unter den größen- und gewichtsmäßigen Nachteilen zu leiden.
Grundsätzlich wird diese Aufgabe durch die im vorstehenden Anspruch 1 beschriebene Auswaschvorrichtung gelöst. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß der Ausdruck "Auswaschen der Partikel" bzw. "Auffangen im Filter" sowohl die Sedimentation als auch das Massenträgheitsmoment bzw. den Trägheitsaufschlag umfaßt, wobei jedoch letzterer bei höheren Luftstromgeschwindigkeiten dominiert.
Während die Auswaschvorrichtung, die auch als Filter bezeichnet werden kann, durch eine Matte diskreter Fasern gebildet werden kann, so umfaßt sie doch vorteilhafter Weise
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ein poröses (geschäumtes) Kunststoffmaterial, wobei in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der, Aufbau aneinandergrenzender Schichten derartigen Kunststoffmaterials aufweist, die aufeinanderfolgend sich in ihrer Porengröße und Verteilung von einer Schicht zur nächsten ändern. Ferner ist das Schaummaterial vorteilhafter Weise ein Polyester, um eine besonders gute Dichtigkeit zu erzielen und kann ggf. mit einem ölüberzug versehen werden.
Ferner kann und für die meisten Zwecke wird der Filter auch eine Eindring- bzw. Penetrationsfunktion besitzen, die der sog. Johannesburg-Kurve entspricht (die die Penetrationsfunktion festlegt, wie sie in einer Konferenz über Pneumonokoniose in Johannesburg 1959 empfohlen und von Orenstein i960 im Konferenzverlauf berichtet worden ist) ·
Die erfindungsgemäße Auswaschvorrichtung wird, wie aus der vorstehenden Einleitung ersichtlich, im allgemeinen in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Partikelprobenahme verwendet, wobei dieses vorteilhafterweise den Einbau der Auswaschvorrichtung als Vorfilter in ein gravimetrisches Probenahmegerät umfaßt.
In dieser Hinsicht schafft die vorliegende Erfindung insbesondere eine gravimetrische Vorrichtung zur Partikelprobenahme, wie sie im vorstehenden Anspruch 7 beschrieben worden ist.
Der Hauptfilt.er besitzt geeigneter Weise die Form eines Beutels und einen axialartigen Ventilator, jedoch sind weitere Möglichkeiten denkbar.
Die vorgeschlagene bzw. erfindungsgemäße Vorrichtung kann natürlich an einer festgelegten Stelle zur Probennahme
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verwendet werden, sie ist jedoch insbesondere zur individuellen, beweglichen Verwendung gedacht. Im letzteren Fall kann die erfindungsgemäße: Vorrichtung günstigerweise in einem Helm bzw. Kopfschutz nach dem GB-PS 1 426 432 oder 1 495 020 eingebaut werden,- ijf welchem ein Beutelfilter und Ventilator bereits, vorgesehen sind, um den Benutzer mit Atmungsluft zu versorgen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels zum besseren Verständnis mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine grafische Darstellung der Johannesburg-Kurve mit den dazugehörigen Penetrationswerten, wie 'sie einer erfindungsgemäßen Auswaschvorrichtung bzw. einer Zyklon.-Auswaschvorrichtung entsprechen,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Form der erfindungsgemäßen Probenahmevorrichtung und
Fig.3 eine ähnliche Ansiöht einer weiteren Form dieses Gerätes.
In Fig. 1 ist in durchgehender Linie die Johannesburg-Kurve dargestellt, die die Penetration der Einheitsdichtekugeln durch eine idealisierte Parallelplatten-Auswaschvorrichtung zeigt, als Funktion .des Kugeldurchmessers, wobei die Penetration und der Durchmesser durch die vertikale ■· Achse P bzw. die horizontale Achse D dargestellt werden. Der Penetrationswert der Funktion für jeglichen Partikel■· entspricht dabei dem für eine Einheits-Dichtekugel, die die gleiche Absetzgeschwindigkeit besitzt wie der Partikel.
Die zugehörigen Penetrationswerte für die erfindungsgemäße
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Auswaschvorrichtung werden durch die Kreuze in Pig. I dargestellt. Diese erfindungsgemäße Auswaschvorrichtung umfaßt einen porösen Polyester-Schaumfilters mit einer Porengröße von etwa 0,3 mm, 3200 Poren per metre (ppm) und 7 mm Dicke. Die Ergebnisse der Pig. I wurden dadurch erhalten, daß man den Filter bei einer Geschwindigkeit von 2o cm.s monodispersen Saccharose-Aerosolen von 2 bis 11 Micrometern Durchmesser aussetzte. Diese Aerosole wurden dadurch hergestellt, daß man die öffnung eines Aerosol-Erzeugers Vibrationen aussetzt und sie elektrisch durch eine geringe radioaktive Quelle neutral macht und durch einen optischen Partikelzähler feststellt. Anfangs wurden größere Partikel nicht wirksam aufgefangen, was anscheinend darauf zurückzuführen war, daß sie nach dem Kontakt nicht festhielten. Dieses "wurde jedoch dadurch korrigiert, daß man den Schaum in ein Gemisch eines Öls mit niedrigem Dampfdruck und eines Alkohols eintaucht und dem Alkohol ermöglicht, abzudampfen, um einen dünnen Ölfilm auf den Schaumfasern zu hinterlassen. Anscheinend halten poröse Schaummaterialien einen derartigen überzug leichter aufrecht als Filter diskreter Fasern dies ermöglichen. Man glaubt, dieses darauf zurückführen zu können, daß die Ausbildung poröser Schaumzwischenräume durch vielfache kugelförmige Expansionen innerhalb des anfänglichen Materialkörpers Fasern schafft, die allgemein dreieckigen Querschnitt mit konkav abgebogenen Seiten besitzen und daß diese Konkavität bzw. Rundhöhlung eine bessere Zurückhaltungsmöglichkeit liefert als sie bei diskreten Fasern mit kreisförmigem oder anderem gänzlich konvexen Querschnitt möglich ist.
Die in Fig.l durch Punkte dargestellten übertragungswerte sind diejenigen für eine Zyklon-Auswaschvorrichtung (Maguire et al 1973, Staub 33,95) und sind lediglich zu Vergleichszwecken gezeigt.
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Deutlich geht aus Pig« 1 hervor, daß die erfindungsgemäße Auswaschvorrichtung Penetrationswerte liefert, die dicht an der Johannesburg-Kurve liegen und mit denen der existierendenj alternativen Form vergleichbar sind.
Der in Bezug zu Pig. 1 beschriebene Schaumfilter war tatsächlich eine vorausgehende Form,.die während der Entwicklung der vorliegenden Erfindung getestet worden ist, wobei die Entwicklung mit der Verwendung von Filtern fortgeschritten ist, .die aneinandergrenzende Schichten-aus Schaummaterial umfassen, die aufeinanderfolgend von einer Schicht zur nächsten sich verändernde Charakteristiken aufweisen. Diese vielschichtigen Filter ergeben noch weiter verbesserte Resultate.
Zum Beispiel umfaßt ein derartiger vielschichtiger Filter fünf aufeinanderfolgende poröse Schaumschichten,. wie oben erwähnt, jedoch mit den folgenden unterschiedlichen Merkmalen: 12 mm Dicke mit 1IoO ppm, 12 mm mit 800 ppm, 9 mm mit 1200 ppm, 6 ram mit l80D ppm, und 4 mm mit 3200 ppm. Ein Bereich von 1250 mm2 dieses Filters könnte 1,5 gm eines vorgegebenen Staubes sammeln bzw. aufnehmen, bevor sich die S.ammel- bzw* Aufnahmecharakteristiken über 10 % verändern, d.h. das integrierte Gewicht des in den Filter eindringenden Staubes wird Io % geringer, als es mit einem sauberen Filter der Fall sein würde. Dieses kann mit der Wirksamkeit eines Einzelschicht-Schaumfilters einer Dicke verglichen werden, der die gleiche Anfangswirksamkeit besitzt, jedoch lediglich etwa 0,25 gm Stäub aufnimmt, bevor seine Aufnahmecharakteristik eine 10%-Veränderung erleidet.
Im folgenden sei näher auf die praktische Anwendung der Erfindung eingegangen: Es ist angedeutet worden, daß diese den Einbau als Vorfilter in eine gravimetrische Partikel- · Probenahmevorrichtung umfaßt, wobei Fig. 2 eine Form eines
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derartigen Gerätes schematisch zeigt, das für einen festen Platz oder individuelle Verwendung geeignet ist. Das Gerät bzw. die Vorrichtung der Fig. 2 umfaßt ein generell rohrförmiges Gehäuse 10, das einen Luftdurchgang begrenzt, wobei das Gehäuse einen engeren Zwischenteil 11 aufweist, der an seinen gegenüberliegenden Enden sich nach außen konisch erweitert und so diametral vergrößerte Endteile 12 und 13 besitzt. Der Gehäuseteil 14 trägt einen batteriebetriebenen Axialventilator 14, wobei die Batterien in einem Fach angeordnet sind, das im Gehäuse ausgebildet ist oder in einem getrennten Behälter aufgenommen werden kann, der eine Kabelverbindung zum Ventilator aufweist. Eine Vorfilter-Auswaschvorrichtung 15 nach der Erfindung wird im offenen Ende des Gehäuseteils 12 angebracht, wo es durch ein Gitter 16 gehalten wird. Dieses offene Ende kann einen Schutzüberzug 17 besitzen,'der darüber und um das Ende herum mit diesem in beabstandeter Anordnung wieder lösbar verbunden ist und.einen generell umgekehrt schalenförmigen Lufteinlaßkanal ausbildet, wie es durch die Pfeile angedeutet wird. Der übrige Gehäuseteil 13 ist länglich und umgibt als üuhufcaübyrKug elnun Beutelfilter 18, der darin mit seiner öffnung nach oben aufgehängt ist,, um die durch den Ventilator angezogene Luft aufzunehmen. Der Teil 13 ist geeipneterweise abnehmbar, um den Einsatz und die Entfernung des Luftfilters zu erleichtern,
Die Vorrichtung soll im allgemeinen - wie gezeigt- aufrecht verwendet werden, mit dem unteren offenen Ende des Teils abgehoben vom Boden oder anderen Hindernissen. Dieses kann in jeglipher geeigneter Weise an einer festen Stelle bewirkt werden. Alternativ kann die Vorrichtung direkt vor dem Arbiittr aufgehängt werden, indem Riemen um den Nacken und die Hüfte geschlugen werden.
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Vorteilhafterweise sollte der Ventilator eine Axialform besitzen, die wahrscheinlich einfacher ist als andere Formen, z.B. ein Zentrifugalventilator.
Fig. 3 zeigt schematisch noch eine weitere Form der gravimetrischen Partikelprobenahmevorrichtung, die in diesem Fall insbesondere zur individuellen Verwendung gedacht ist, indem sie in einen Kopfschutz eingebaut ist. Der Kopfschutz ist tatsächlich nach den Lehren der vorstehenden GB-Patente aufgebaut und erfordert keine detaillierte Beschreibung, abgesehen davon, daß die vorliegende Erfindung im Kopfschutz eine Vorfilter-Auswaschvorrichtung 2o, den batteriebetriebenen Axialventilator1 21 und den Beutelfilter 22 vorsieht, wobei diese Geräte im Durchgang angeordnet sind, der von hinten aus gesehen durch den Kopfschutz führt und zwar zwischen der Außenwand 23 und der Innenwand 2*J, wobei die Atmungsluft für den Arbeiter hinter dem Kopf angesaugt wird und nach vorne hinter eine Sichtblende 25 geführt wird.
Während bisher der Hauptfilter für die lungengängigen Partikel als Beutelfilter beschrieben worden ist, können jedoch alternative Formen verwendet werden, die flache, faltenförmige oder andere Strukturen umfaßen.
130064/0617 Zusammenfassung:
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ly' Auswaschvorrichtung mit einem aus einem regellosen faserigen Netzwerk gebildeten Filter, der Zwischenräume derartiger Größe und Verteilung aufweist, daß ein größerer Anteil nicht atembarer, in der Luft schwebender Partikel innerhalb eines bestimmten Gesehwindigkeitsbereiches aus dem durch den Filter strömenden Luftstrom ausgewaschen wird, wobei das Auffangen der Partikel im wesentlichen durch ihr Massenträgheit smoment hervorgerufen wird.
    2. Auswaschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk durch ein porös aufgeschäumtes Kunststoffmaterial gebildet wird.
    3· Auswaschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk durch eine Struktur aneinan-
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    Konlo: Deutsche Bank 0208900 BLZ 200 700 00
    dergrenzender Schichten aus dem Kunststoffmaterial gebildet wird, die aufeinanderfolgend veränderte Porengrößen und Verteilung besitzen.
    H. Auswaschvorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunatütol'!'material ein Polyester ist.
    5. Auswaschvorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial einen ölüberzug besitzt.
    6. Auswaschvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Penetrations-Punktion besitzt, die der Johannesburg-Kurve entspricht.
    7. Gravimetrische Vorrichtung zur Partikelprobenahme, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das einen Luftdureh·^ gang, ein elektrisches Gebläse, welches im Durchgang angeordnet ist, um Luft anzusaugen und hindurchzuführen, einen Hauptfilter, der querverlaufend im Durchgang angeordnet ist, um die lungengängigen Partikel abzufangen bzw. auszuwaschen, die in der hindurchtretenden Luft schweben und einen Vorfilter besitzt, nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher querverlaufend im Durchgang oberstromig des Hauptfilters angeordnet ist, um die nicht-lungengängigen bzw. nicht-atembaren Partikel abzufangen, die in der hindurchtretenden Luft schweben.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse die Form eines Helmes bzw. Kopfschutzes besitzt.
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    9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet j daß der Hauptfilter die Form eines Beutels besitzt und unterstromig vom Gebläse bzw. Ventilator angeordnet ist,und daß der Vorfilter oberstromig vom Gebläse liegt.
    Beschreibung:
    130064/0617
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