DE3221222A1 - Probenentnahmevorrichtung zur entnahme von proben aus einer fluessigkeit - Google Patents

Description

PRINZ, BUN-KE &.FARTNCR.

Patentanwälte · !European "Pai&wt-Attorneys

München Stuttgart

4. Juni 1982

Wetzer Meßtechnik GmbH & Co. KG
Steinrumpelweg 5
8962 Pfronten 1

Unser Zeichen: W 945

Probenentnahmevorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Probenentnahmevorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer Flüssigkeit, mit einer Dosiervorrichtung zur Dosierung des bei jedem Entnahmevorgang zu entnehmenden Probevolumens, wenigstens einem Probenbehälter für die entnommenen Proben und einer Abfüllvorrichtung zur überführung jeder entnommenen Probe von der Dosiervorrichtung zum Probenbehälter.

Bei den beispielsweise aus der DE-OS 23 04 755 bekannten Probenentnahmevorrichtungen dieser Art erfolgt die Entnahme jeder Probe durch abwechselndes Anlegen von Überdruck und Unterdruck an einen Dosierbehälter· Zunächst werden der Dosierbehälter und die Ansaugleitung durch Anlegen von überdruck ausgeblasen, anschließend wird eine gewisse Flüssigkeitsmenge durch Einwirkung von Unterdruck in den Dosierbehälter gesaugt, und schließlich wird erneut Überdruck angelegt, um überschüssige Flüssigkeit bis zur Höhe eines im

Lei/Gl

Dosierbehälter befindlichen Standrohrs auszutreiben. Das auf diese Weise in den Dosierbehälter eingebrachte Probevolumen läßt man dann durch öffnen eines Ventils in einen Probenbehälter abfließen.

Diese Art der Probenentnahme ist wenig schonend und bringt die Gefahr einer Verfälschung der Änalysenergebnisse mit sich. Die abwechselnd unter überdruck und Unterdruck gesetzte Flüssigkeit wird verhältnismäßig stark in Unruhe versetzt, während sie unvermeidlich in engem Kontakt mit dem Druckmedium steht, das meistens Luft ist. Es besteht daher die Gefahr einer Verfälschung der Probe durch Kontakt und Durchmischung mit Sauerstoff. Die bekannten Probenentnahmevorrichtungen dieser Art genügen daher nicht den Forderungen für eine probenschonende Entnahme von Trinkwasserproben.

Eine Änderung des Probevolumens ist bei diesen bekannten Probenentnahmevorrichtungen nur durch eine Verstellung der Höhe des Standrohrs im Dosierbehälter möglich. Außerdem sind die mit Unterdruck-Ansaugung arbeitenden Probenentnahmevorrichtungen nicht ohne weiteres für die Entnahme von Proben aus Flüssigkeiten geeignet, die durch Druckleitungen fließen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Probenentnahmevorrichtung, die eine besonders probenschonende Entnahme der Proben unter weitgehendem Luftabschluß ermöglicht, eine einfache Wahl des Probevolumens in einem weiten Bereich erlaubt und sich besonders für die Entnahme von Proben aus einer durch eine Druckleitung fließenden Flüssigkeit eignet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ^° die Dosiervorrichtung eine durch einen Motor angetriebene Dosierpumpe aufweist und. daß die Abfüllvorrichtung die Förderseite der Dosierpumpe unter Luftabschluß mit dem Probenbehälter verbindet.

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Die Verwendung einer Dosierpumpe erlaubt die Überführung eines genau bemessenen Flüssigkeitsvolumens unter praktisch vollständigem Luftabschluß von der Entnahmestelle bis in den Probenbehälter. Die Flüssigkeit steht dabei praktisch unter keinen Druckschwankungen, und sie wird kaum beunruhigt. Ferner wird die Funktionsweise einer Dosierpumpe nicht beeinträchtigt, wenn auf der Einlaßseite ein Überdruck herrscht; die Probenentnahmevorrichtung eignet sich daher insbesondere auch für die Entnahme von Flüssigkeitsproben aus Druckleitungen. Das entnommene Probevolumen hängt von der Anzahl der Umdrehungen ab, die die Dosierpumpe ausführt; es kann daher beliebig groß gewählt und leicht und schnell geändert werden.

Die Probenentnahmevorrichtung nach der Erfindung erfüllt also in hervorragender Weise die Bedingungen für eine probenschonende Entnahme von Trinkwasserproben; sie kann jedoch natürlich auch für andere Flüssigkeiten verwendet werden.
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Die Probenentnahmevorrichtung nach der Erfindung erlaubt die Durchführung aller bekannten und üblichen Probenentnahmeprogramme, insbesondere die Entnahme momentaner, zeitproportionaler und mengenproportionaler Proben. Sie ermöglicht darüber hinaus die Durchführung eines neuartigen Verfahrens der Probenentnahme, das mit den bekannten Probenentnahmevorrichtungen nicht möglich ist. Durch Verringerung der Drehzahl, mit der die Dosierpumpe angetrieben wird, kann nämlich die Entnahme eines vorgegebenen Probevolumens über einen verhältnismäßig langen Zeitraum gedehnt werden. Wenn die Dosierpumpe nicht kontinuierlich, sondern intermittierend fördert, kann dieser Zeitraum nochmals um einen Faktor vergrößert werden, der sich aus dem Verhältnis von Förderzeit zu Förderpause ergibt.

Diese und andere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .

-u.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Probenent-

nahmevorrichtüng nach der Erfindung,

Fig. 2 die Vorderansicht der Abfüllvorrichtung bei abgenommener Frontplatte,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Abfüllvorrichtung bei abgenommener Deckplatte,

Fig. 4 eine zum Teil geschnittene Ansicht eines Probenbehälters und

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Teils der elektronischen Steueranordnung.

Alle Bestandteile der in Fig. 1 dargestellten Probenentnahmevorrichtung 10 sind in einem vorn offenen kastenförmigen Gehäuse 11 untergebracht. Die Probenentnahmevorrichtung enthält eine Dosiervorrichtung 12, die aus einer von einem Getriebemotor 16 angetriebenen Dosierpumpe 14 besteht. Die Dosierpumpe 14 ist eine im Handel erhältliche Verdrängerpumpe bekannter Bauart, die bei jeder Umdrehung ihrer Antriebswelle ein genau bestimmtes Volumen fördert. Als besonders geeignet hat sich die Verwendung einer sogenannten Schlauchpumpe erwiesen.

Eine Schlauchpumpe enthält bekanntlich einen am inneren Umfang eines zylindrischen Gehäuses einmal herumgeführten Schlauch aus elastischem Material, der durch planetenartig umlaufende Rollen in regelmäßigen Abständen so zusammengequetscht wird, daß das zwischen zwei Rollen befindliche Schlauchvolumen von der Einlaßseite abgetrennt

und zur Auslaßseite gefördert wird, Da derartige Schlauchpumpen und ihre Funktionsweise allgemein bekannt sind, werden sie hier nicht näher beschrieben und dargestellt.

Mit dem die Dosiervorrichtung bildenden Motor-Pumpen-Aggregat ist ein Impulsgeber verbunden, der für jede Umdrehung der Dosierpumpe eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen liefert. Zur Verdeutlichung ist in der Zeichnung ein getrennter Impulsgeber 17 dargestellt, der auf der Abtriebswelle des Getriebemotors 16 sitzt. Die Impulse können jedoch beispielsweise auch direkt vom Kommutator des Getriebemotors 16 abgeleitet werden. In jedem Fall ist die Anzahl der vom Impulsgeber gelieferten Impulse dem von der Dosierpumpe 14 geförderten Volumen proportional.

Die Drehzahl des Getriebemotors 16 ist veränderlich; vorzugsweise wird ein Gleichstrommotor verwendet.

Die Einlaßseite der Dosierpumpe 14 ist über einen Schlauch 18 mit einer in Fig. 1 der Zeichnung nicht dargestellten Druckleitung verbunden, durch die eine Flüssigkeit fließt, aus der Proben entnommen werden sollen.

Die Auslaßseite der Dosierpumpe 14 ist über einen weiteren Schlauch 20 mit einem Zweiwegeventil 22 verbunden, das durch einen Elektromagnet 24 betätigt wird. In der einen Stellung des Zweiwegeventils 22 wird die von der Dosierpumpe 14 geförderte Flüssigkeit durch einen Schlauch 26 zu einem Abfluß gefördert. In der anderen Stellung des Zweiwegeventils 22 gelangt die von der Dosierpumpe 14 geförderte Flüssigkeit zu dem Füllzapfen 28 einer Abfüllvorrichtung 30. Die Abfüllvorrichtung 30 hat den Zweck, die geförderte Flüssigkeit mittels des Füllzapfens 28 in Probenbehälter 32 einzubringen, die sich im unteren Teil des Gehäuses 11 der Probenentnahmevorrichtung 10 befinden.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Probenentnahme vor richtung sind mehrere Probenbehälter 32 vorgesehen, die automatisch der Reihe nach in eine Abfüllstellung gebracht werden, in welcher sie durch die Abfül'lvorrichtung 30 mit den durch die Dosiervorrichtung 14 entnommenen Proben beschickt werden. Zu diesem Zweck ist im unteren Teil des Gehäuses 11 eine Drehscheibe 34 angebracht, die um eine vertikale Achse drehbar ist und durch einen in der Zeichnung nicht sichtbaren Elektromotor angetrieben wird.

Auf die Drehscheibe 3 4 ist ein Korb 35 gestellt, der die Probenbehälter 3 2 enthält. Der Korb 35 besteht aus einer Trommel 36 geringer Höhe und aus einem an der Trommel 3 6 befestigten Gitter 38, das Fächer für die Aufnahme der Probenbehälter 32 bildet, so daß die Probenbehälter 32 stets eine genau definierte Lage relativ zur Trommel 36 haben. Bei dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß sechs Probenbehälter in einem Kreis konzentrisch zur Drehachse der Drehscheibe 34 untergebracht sind. Die Stellungen der Drehscheibe 34, in denen sich jeweils ein Probenbehälter genau in einer Abfüllstellung unter dem Füllzapfen 28 der Abfüllvorrichtung 30 befindet, werden durch einen induktiven Näherungsschalter 40 festgestellt, der am Gehäuse 11 befestigt ist und mit Metallplättchen 41 zusammenwirkt, die am Umfang der Trommel 36 angebracht sind. Die Startposition, in der sich'der Probenbehälter Nr. 1 in der Äbfüllstellung befindet, wird durch eine zweite Schaltebene festgestellt, in der ein zweiter induktiver Näherungsschalter 42 angeordnet ist, der mit einem einzigen Metallplättchen 43 zusammenwirkt, das über dem dem Probenbehälter

Nr. T zugeordneten Metallplättchen 41 an der Trommel 36 angebracht ist. Der induktive Näherungsschalter 40 spricht jedesmal an, wenn ihm ein Metallplättchen 41 genau gegenübersteht. Der induktive Näherungsschalter 42 spricht nur an, wenn ihm das einzige Metallplättchen 43 genau gegenübersteht. Wenn ein neuer Korb 35 auf die Drehscheibe 34 gestellt worden ist und der erste Probenbehälter 32 in die

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Abfüllstellung gebracht werden soll, wird der Antriebsmotor der Drehscheibe 34 in Gang gesetzt. Die Drehscheibe 34 dreht sich um ihre vertikale Achse, bis die beiden induktiven Näherungsschalter 40 und 42 gleichzeitig ansprechen. Dadurch wird der Antriebsmotor der Drehscheibe 34 stillgesetzt, und der Probenbehälter Nr. 1 befindet sich in der Abfüllstellung. Wenn der nächste Probenbehälter 32 in die Abfüllstellung gebracht werden soll, wird der Antriebsmotor der Drehscheibe 34 erneut in Gang gesetzt, nunmehr jedoch stillgesetzt, wenn der induktive Näherungsschalter 40 auf das nächste Metallplättchen 41 anspricht. Der nächste Probenbehälter 3 2 befindet sich dann genau in der Abfüllstellung. Das Erreichen der Stellung des letzten Probenbehälters 32 wird durch einen Zähler festgestellt. 15

Dadurch, daß die Metallplättchen 41 und 43 am Umfang der Trommel 36 und nicht an der Drehscheibe 3 4 angebracht sind, ist sichergestellt, daß die Probenbehälter 32 unabhängig davon, wie der Korb 35 auf die Drehscheibe 34 gestellt wird, immer richtig in die Abfüllstellung gebracht werden. :

Die elektronische Steueranordnung für die verschiedenen Antriebe und die Probenentnahme ist in einem Schaltkasten 44 untergebracht, der sich im rechten oberen Teil des Gehäuses 11 befindet. Die Frontplatte 46 des Schaltkastens 44 trägt die für die Bedienung erforderlichen Betätigungs-, Einstell- und Anzeigevorrichtungen. Hierzu gehört insbesondere eine Zeitschaltuhr 48, die die Zeitpunkte der Probenentnahmen bestimmt.

Die Ausbildung der Abfüllvorrichtung 30 ist in den Figuren 2 und 3 genauer dargestellt. Sie besteht aus einem etwa quaderförmigen Kasten 52, dessen Frontplatte in Fig. 2 entfernt ist. An der Oberseite und am Boden des Kastens 52 sind Lagerbuchsen 54, 56 angebracht, in denen der Füllzapfen 28 vertikal gleitbar geführt ist. Das Ventil 22 ist

am oberen Ende des Füllzapfens 28 befestigt, so daß es sich mit dem Füllzapfen auf- und abbewegt; diese Bewegung wird durch die biegsamen Schläuche 20 und 26 ermöglicht. Durch das Innere des Füllzapfens 28 verläuft eine axiale Bohrung 58, die mit dem einen Auslaß des Zweiwegeventils in Verbindung steht und an dem konisch zulaufenden unteren Endabschnitt 60 des Füllzapfens 28 mündet.

Der Füllzapfen 28 ist mit um seinen Umfang verlaufenden ringförmigen Nuten 62 versehen, die zusammen mit den zwischen den Nuten stehengebliebenen Rippen 64 ein Zahnstangenprofil bilden.

Im Innern des Kastens 52 ist eine Platine 66 mittels Abstandsbolzen 68 im Abstand von der Rückwand des Kastens befestigt. Die Platine 6 6 trägt auf der einen Seite einen Getriebemotor 70, dessen Abtriebswelle durch die Platine 66 hindurchgeführt ist und ein Zahnrad 72 trägt, das mit dem Zahnstangenprofil des Füllzapfens 28 im Eingriff steht. Neben dem Zahnrad 72 ist auf der Abtriebswelle des Getriebemotors 70 eine Steuerscheibe 74 befestigt, die an einer Stelle ihres kreisrunden Umfangs eine Einkerbung 76 aufweist. Zwei Mikroschalter 78 und 80 sind so an der Platine 66 befestigt, daß ihre Fühlstifte 79 bzw. 81 am Umfang der Steuerscheibe 74 anliegen. Jeder Mikroschalter 78 bzw. 80 wird geöffnet, wenn sein Fühlstift 79 bzw. 81 in die Einkerbung 76 der Steuerscheibe einfällt.

An der vom Füllzapfen 28 weiter entfernt liegenden Schmalseite des Kasten 52 ist ein Schalter 67 befestigt, dessen nach außen ragender Betätigungsstift 69 an einem fest mit dem Gehäuse 11 verbundenen Anschlag 71 anliegt. An der oberen Kante der gleichen Schmalseite ist ein Lageransatz 73 angeformt, der eine Bohrung 75 hat, durch die ein am Gehäuse 11 befestigter Lagerzapfen geht, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. An diesem Lagerzapfen ist die ganze Abfüllvorrichtung 30 mittels des Lageransatzes 73 um einen gewissen Winkel schwenkbar aufgehängt. Normaler-

- y-

weise wird der Betätigungsstift 69 des Schalters 67 durch das Gewicht der- Abfüllvorrichtung 30 mit solcher Kraft gegen den Anschlag 71 gedrückt, daß der Schalter 67 geschlossen ist. Wenn jedoch die Abfüllvorrichtung 30 im Uhrzciger- sinn (in Fig. 2) verschwenkt wird, wird der Betätigungsstift 69 entlastet, so daß sich der Schalter 67 öffnet.

In Fig. 4 ist die Ausbildung eines Probenbehälters 3 2 in näheren Einzelheiten dargestellt. Der Probenbehälter hat die Form einer Flasche und besteht aus einem bruchfesten Kunststoff, vorzugsweise aus Polyäthylen. Im Hals 82 der Flasche, der einen verhältnismäßig großen Durchmesser hat, ist ein Verschlußstopfen 84 angebracht. Der Verschlußstopfen ist mit einer axialen Durchbohrung 86 von verhältnismäßig großem Durchmesser und exzentrisch dazu mit einer durch eine Bohrung kleineren Durchmessers gebildeten Entlüftungsöffnung 88 versehen.

In der axialen Durchbohrung 86 des Verschlußstopfens 84 ist ein Kupplungsstück 90 vertikal gleitbar gelagert. Das Kupplungsstück 90 besteht aus einem zylindrischen Schaft 92, der im Gleitsitz in der axialen Druchbohrung 86 des Verschlußstopfens 84 sitzt, und einem verbreiterten Kopf 94, der mit einer sich nach oben konisch erweiternden Öffnung 96 versehen ist. Die konische Öffnung 9 6 ist zur Aufnahme des konischen Endabschnitts 60 des Füllzapfens bestimmt, und ihr Kegelwinkel von 60° ist an den Kegelwinkel des konischen Endabschnitts des Füllzapfens angepaßt. Durch die ganze Länge des Kupplungsstücks 90 ist eine axiale Bohrung 9 7 hindurchgeführt. Der nach oben aus dem Verschlußstopfen 84 herausragende Teil des zylindrischen Schafts 92 ist von einer Schraubendruckfeder 98 umgeben, die zwischen dem Kopf 94 und dem Verschlußstopfen 84 eingespannt ist.

Der zylindrische Schaft 92 ist am unteren Ende mit einem Gewindeabschnitt 9 9 von etwas kleinerem Querschnitt ver-

sehen. Auf den Gewindeabschnitt 99 ist eine ringförmige Ventilscheibe 100 aufgesteckt und der mit einem Innengewinde versehene obere Endabschnitt eines Füllrohrs 102 aufgeschraubt, so daß die Ventilscheibe 100 zwischen dem Füllrohr 102 und der Schulter des Schafts 92 eingeklemmt ist.

Durch die Schraubendruckfeder 98 wird die Ventilscheibe normalerweise in Anlage an der Unterseite des Verschluß-Stopfens 84 gehalten. Dadurch ist die obere Grenzstellung der Hubbewegung des KupplungsStücks 90 bestimmt. Der Radius der Ventilscheibe 100 ist größer als der Achsabstand zwischen der zentralen Durchbohrung 86 und der Entlüftungsöffnung 88, so daß die Ventilscheibe 100 in dieser oberen Grenzstellung die Entlüftungsöffnung 88 verschließt. Wenn dagegen das Kupplungsstück 90 gegen die Kraft der Feder 98 nach unten bewegt wird, gibt die Ventilscheibe 100 die Entlüftungsöffnung 88 frei.

Das Füllrohr 102 erstreckt sich fast über die ganze Höhe des Probenbehälters 3 2 vertikal nach unten. Sein offenes unteres Ende liegt in einem geringen Abstand vom Boden des Probenbehälters 32, doch ist dieser Abstand ausreichend groß, um die erforderliche Hubbewegung des Kupplungsstücks 90, die das Füllrohr mitmacht, zuzulassen. Das Füllrohr 102 besteht ebenfalls aus Kunststoff, vorzugsweise aus hartem Polyvinylchlorid. Im Innern des Füllrohrs 102 befindet sich eine Schwimmkugel 104, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Füllrohrs ist. Eine Schwimmscheibe 106 mit einer Mittelöffnung umgibt das Füllrohr 102 mit geringem Spiel; der Umfangsrand der Schwimmscheibe 106 liegt der Innenwand des Probenbehälters 32 mit geringem Spiel gegenüber, so daß die Schwimmscheibe 106 im wesentlichen den ganzen freien Querschnitt zwischen dem Füllrohr 102 und der Innenwand des Probenbehälters 32 einnimmt. Die Schwimmscheibe 106 besteht aus geschlossenzelligem Schaumstoff.

Am unteren Ende des Füllrohrs 102 ist ein Querstift 108 angebracht, der sich diametral durch das Füllrohr 102 erstreckt und an beiden Enden aus dem Füllrohr herausragt. Der Querstift 108 verhindert das Herausfallen der Schwimmkugel 104 aus dem offenen unteren Ende des Füllrohrs 102, und seine vorstehenden Endabschnitte dienen als Auflager für die Schwimmscheibe 106, wenn sich diese bei leerem Probenbehälter in der untersten Stellung befindet.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild des Teils der elektronischen Steueranordnung, der die Dosierung des bei jedem Entnahmevorgang zu entnehmenden Probevolumens steuert. Man erkennt in Fig. 5 die Dosierpumpe 14, den drehzahlsteuerbaren Getriebemotor 16, der die Dosierpumpe 14 antreibt, den mit dem Motor 16 verbundenen Impulsgeber 17, der für jede Umdrehung der Motorwelle eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen liefert, und das elektromagnetisch betätigte Zweiwegeventil 22. Das Ingangsetzen und Stillsetzen des ProbenentnahmeVorgangs wird durch eine Start/Stop-Steueranordnung 116 gesteuert. Die StartZeitpunkte werden entweder automatisch durch eine Zeitgebereinrichtung 118 oder von Hand durch Betätigung einer Drucktaste 120 bestimmt. Zur Zeitgebereinrichtung 118 gehören die in Fig. 1 erkennbare Zeitschaltuhr 48 sowie weitere, an der Frontplatte 46 angeordnete Einstell- und Anzeigevorrichtungen, mit denen beispielsweise die Zeitabstände zwischen aufeinanderfolgenden Probenentnahmen einstellbar sind. Die Start/Stop-Steueranordnung 116 liefert Steuersignale zu einer Motor-Steuerschaltung 122 und zu einer Ventil-Steuerschaltung 124. 30

Die vom Impulsgeber 17 gelieferten Impulse werden über einen Impulsverstärker 126 einem Impulszähler 128 zugeführt, der einen mit der Start/Stop-Steueranordnung 116 verbundenen Freigabe- und Nullstelleingang hat. Ein Mehr- ° . fachausgang des Impulszählers 128, an dem der jeweilige Zählerstand in Form einer digitalen Signalgruppe erscheint, ist mit einem zugeordneten Mehrfacheingang eines Vergleichers 130 verbunden. Der andere Mehrfacheingang des Ver-

gleichers 130 ist mit dem Mehrfachausgang einer Probevolumen-Einstellvorrichtung ί32 verbunden. An der Probevolumen-Einstellvorrichtung kann das bei jeder Probenentnahme zu entnehmende Probevolumen eingestellt werden. Die Probevolumen-Einstellvorrichtung 132 gibt an ihrem Ausgang eine digitale Signalgruppe ab, die den dem eingestellten Probevolumen entsprechenden Zählerstand darstellt, Bei dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß drei verschiedene Probevolumen von 500, 1000 und 1500 ml einstellbar sind. 2Q Natürlich kann die Einstellung einer beliebigen größeren Zahl von Probevolumen vorgesehen werden.

Der Vergleicher 130 vergleicht bei jedem Entnahmevorgang laufend den Zählerstand des Impulszählers 128 mit dem von der Probevolumen-Einstellvorrichtung 132 gelieferten Zählerstand. Wenn der Vergleicher 130 die Gleichheit der beiden Zählerstände feststellt, gibt er am Ausgang ein Signal ab, das der Start/Stop-Steueranordnung 116 zugeführt wird und die Beendigung der Probenentnahme auslöst.

Die bisher beschriebenen Bestandteile der Schaltungsanordnung von Fig. 5 ermöglichen die genaue Entnahme des mittels der Probevolumen-Einstellvorrichtung 132 eingestellten Probevolumens bei jedem Entnahmevorgang. Der Getriebemotor 16 läuft dabei vorzugsweise mit seiner höchsten Drehzahl, damit der Entnahmevorgang in der kürzestmöglichen Zeit durchgeführt wird. Bei Verwendung einer Schlauchpumpe für die Dosierpumpe 14 kann diese Entnahmezeit beispielsweise 3 Minuten für die Entnahme eines Probevolumens von 1000 ml betragen.

Wie bereits zuvor erwähnt wurde, ist die Drehzahl des Getriebemotors 16 veränderlich. Durch Verringerung der Drehzahl des Motors 16 ist es daher möglich, die Entnahme des mittels der Probevolumen-Einstellvorrichtung 132 eingestellten Probevolumens über einen größeren Zeitraum zu dehnen, der bis zu 60 Minuten betragen kann. Dies ermöglicht die kontinuierliche Entnahme einer "Zeitmischprobe".

Zu diesem Zweck ist eine Zeitvorgabeeinrichtung 134 vorgesehen, an der die gewünschte Füllzeit einstellbar ist, die beispielsweise zwischen 3 und 60 Minuten beträgt. Die Zeitvorgabeeinrichtung empfängt von der Probevolumen-Einstell-Vorrichtung 132 die Signalgruppe, die das in der eingestell ten Füllzeit zu entnehmende Probevolumen angibt, und sie liefert am Ausgang ein Analogsignal, das von der eingestell ten Füllzeit und dem eingestellten Probevolumen abhängt. Dieses Analogsignal wird dem einen Eingang einer Drehzahlregelanordnung 136 zugeführt, die an einem anderen Eingang die vom Impulsgeber 17 abgegebenen und im Impulsverstärker 126 verstärkten Impulse empfängt. Aufgrund der zugeführten Signale regelt die Drehzahlregelanordnung 136 die Drehzahl des Getriebemotors 16 so, daß die Entnahme des eingestellten Probevolumens gleichmäßig über die ganze eingestellte Füllzeit verteilt wird. Zu diesem Zweck kann die Drehzahlregelanordnung 136 so ausgebildet sein, daß sie die vom Impulsverstärker 126 kommenden Impulse in gleichbleibenden Integrationszeitinvervallen integriert und das durch die Integration gebildete Analogsignal mit dem von der Zeitvorgabeeinrichtung 134 kommenden Analogsignal vergleicht. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis liefert sie zu der Motor-Steuerschaltung 122 ein Drehzahlregelsignal, das die Drehzahl des Motors 16 auf dem Wert hält, bei dem die

•25 beiden Analogsignale gleich groß sind.

Der Betrieb der Probenentnahmevorrichtung läuft in der nachfolgend beschriebenen Weise ab:

Wenn ein neuer Korb 3 5 eingesetzt worden ist und der erste Probenbehälter 32 in die Abfüllstellung gebracht werden soll, befindet sich die Abfüllvorrichtung 3 0 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung, in welcher der Füllzapfen 18 seine obere Grenzstellung einnimmt. In dieser Stellung ist der Fühlstift 81 des Mikroschalters 80 in die Einkerbung 76 eingefallen, wodurch der Getriebemotor 70 bei der letzten Aufwärtsbewegung des Füllzapfens 28 abgeschaltet worden ist.

Die Bedienungsperson nimmt*an"der" Frontplatte 46 die erforderlichen Einstellungen vor, insbesondere die Einstellung des zu entnehmenden Probevolumens und des Zeitabstands zwischen den Entnahmevorgängen; falls eine Zeitmisehprobe entnommen werden soll, wird auch die Füllzeit an der Zeitvorgabeeinrichtung eingestellt. Dann betätigt die Bedienungsperson einen Netzschalter, durch den die Probenentnahmevorrichtung in Betrieb gesetzt wird.

Nach Betätigung des Netzschalters wird zunächst der Antriebsmotor der Drehscheibe 34 in Gang gesetzt, damit der erste Probenbehälter 32 in die Abfüllstellung gebracht wird. Sobald die induktiven Näherungsschalter 40 und 42 gleichzeitig auf ein Metallplättchen 41 bzw. das Metallplättchen 43 ansprechen, wird der Antriebsmotor der Drehscheibe 34 stillgesetzt und das Ingangsetzen des Getriebemotors 70 der Abfüllvorrichtung 30 in der dem Absenken des Füllzapfens 28 entsprechenden Drehrichtung ausgelöst.

Der Füllzapfen 28 bewegt sich nach unten, und sein konischer Endabschnitt 60 trifft in die öffnung 96 des Kupplungsstücks 90, wenn sich der Probenbehälter 32 genau in der Abfüllstellung befindet. Der Füllzapfen 28 nimmt bei seiner weiteren Abwärtsbewegung das Kupplungsstück 90 um eine kurze Strecke gegen die Kraft der Feder 98 nach unten mit, wodurch die Ventilscheibe 100 von der Entlüftungsöffnung 88 abgehoben wird und diese freigibt. Das Gewicht der Abfüllvorrichtung 30 ist so groß, daß die Kraft der Feder 98 nicht ausreicht, um die Abfüllvorrichtung 30 zu verschwenken. Noch bevor das Kupplungsstück 90 um den ganzen möglichen Hub nach unten bewegt worden ist, fällt der Fühlstift 79 des Mikroschalters 78 in die Einkerbung 76 der Steuerscheibe 74 ein, wodurch der Getriebemotor 70 stillgesetzt wird. Die Abfüllvorrichtung 30 befindet sich nun in der Füllstellung, in der sie verbleibt, bis der Probenbehälter gegen einen anderen Probenbehälter ausgetauscht werden soll.

Wenn der Probenbehälter 32 aus irgendeinem Grund nicht richtig in die Abfüllstellung gebracht worden ist, trifft der Füllzapfen 28 auf die Oberseite des Kopfes 94 des Kupplungsstücks 90 oder er verkantet sich durch Auflaufen der schrägen konischen Flächen des unteren Endabschnitts 60 am Kopf 94. In beiden Fällen dreht sich der Gewindemotor 70 weiter, da der Fühlstift 79 des Mikroschalters 78 noch nicht in die Einkerbung 76 der Steuerscheibe 74 eingefallen ist. Da sich der Füllzapfen 28 nicht weiter nach IQ unten bewegen kann, wird der Kasten 52 nach oben verschwenkt. Dadurch wird der Schalter 67 geöffnet, der den Abfüllvorgang für diesen Probenbehälter nicht freigibt und den Transport des nächsten Probenbehälters in die Abfüllstellung auslöst.

Wenn dagegen der Fühlstift 79 des^Mikroschalters 7θ^αη _.

die Einkerbung 76-^eingefallen ist, ohne daß sich der ' Schalter 67 geöffnet hat, ist die Probenentnahmevorrichtung für die Entnahme der nächsten Probe bereit. Der Zeitpunkt der Probeentnahme wird der Start/Stop-Steuer- _: anordnung 116 entweder automatisch durch die Zeitgeber-_ einrichtung 118 oder von Hand durch Betätigung der Drucktaste 120 mitgeteilt. Nach Empfang dieses Auslösesignals schickt die Start/Stop-Steueranordnung 116 Steuersignale zu der Motor-Steuerschaltung 122 und zu der Ventil-Steuerschaltung 124. Die Motor-Steuerschaltung 122 setzt den Motor 16 mit seiner höchsten Drehzahl in Gang, und die Ventilsteuerschaltung 124 bringt das Zweiwegeventil 22 in die Stellung, in welcher die von der Dosierpumpe 14 geförderte Flüssigkeit durch den Schlauch 26 abfließt. Der Impulszähler 128 wird noch nicht freigegeben, so daß keine Zählung der vom Impulsgeber 17 gelieferten Impulse stattfindet.

In dieser Betriebsstellung führt die PrObenentnahmevorrichtung eine Spülung durch, durch welche der Schlauch 18, die Dosierpumpe 14, das Zweiwegeventil 22 und der Schlauch 20 gespült und von der seit der letzten Probeentnahme noch darin befindlichen Flüssigkeit befreit werden. Der Spülvorgang kann beispielsweise 15 Sekunden betragen.

Nach Ablauf der Spülzeit schickt die Start/Stop-Steueranordnung 116 zur Ventilsteuerschaltung 124 ein Signal, das bewirkt, daß das Ventil 22 in seine andere Stellung umgeschaltet wird, in der die von der Dosierpumpe 14 geförderte Flüssigkeit durch den Füllzapfen 28 in den Probenbehälter 32 fließen kann. Gleichzeitig schickt die Start/ Stop-Steueranordnung 116 zum Impulszähler 128 ein Signal, durch das der Impulszähler auf Null zurückgestellt und für die Zählung der vom Impulsgeber 17 kommenden Impulse freigegeben wird.

Wenn keine "Zeitmischprobe" entnommen werden soll, also keine längere Füllzeit an der Zeitvorgabeeinrichtung 134 eingestellt ist, läuft der Motor 16 mit seiner höchsten Drehzahl weiter. Die Anzahl der im Impulszähler 128 gezählten Impulse wird vom Vergleicher 130 dauernd mit den Ausgangssignalen der Probevolumen-Einstellvorrichtung 132 verglichen. Bei Feststellung der Gleichheit liefert der Vergleicher zur Start/Stop- Steueranordnung 116 ein Signal, das anzeigt, daß das eingestellte Probevolumen in den Probenbehälter 32 überführt worden ist.

Bei Entnahme einer "Zeitmischprobe" läuft der Entnahmevorgang im wesentlichen in der gleichen Weise ab, jedoch mit dem Unterschied, daß die Drehzahl-Regelanordnung 136 die Drehzahl des Motors 16 in der zuvor beschriebenen Weise so verringert, daß die Entnahme der an der Probevolumen-Einstellvorrichtung 132 eingestellten Füllmenge sich über die an der Zeitvorgabeeinrichtung 134 eingestellte Füllzeit dehnt. Zu diesem Zweck schickt die Start/Stop-Steueranordnung 116 gleichzeitig mit der Umschaltung des Ventils 22 und der Freigabe des Impulszählers 128 zu der Zeitvorgabeeinrichtung 134 ein Signal, das die Abgabe des Analogsignals bewirkt, das die Führungsgröße für die Drehzahlregelung darstellt.

Daraufhin liefert die Drehzahl-Regelanordnung 136 das Drehzahlregelsignal zu der Motor-Steuerschaltung 122. Der Vergleich 130 stellt dann die Gleichheit der ihm zugeführten Zählerstandsignale erst nach Ablauf der eingestellten Füllzeit fest.

Es gibt zwei Möglichkeiten zur Beendigung des Probeentnahmevorgangs. Im einfachsten Fall setzt die Start/Stop-Steueranordnung 116 beim Empfang des Ausgangssignals des Vergleichers 130 den Motor 16 still. Der Entnahmevorgang ist dann beendet. Oft ist es aber erwünscht, nach Beendigung des Entnahmevorgangs eine zweite Spülung vorzunehmen. In diesem Fall beendet die Start/Stop-Steueranordnung 116 den Entnahmevorgang dadurch, daß sie der Ventil-Steuerschaltung 124 ein Signal liefert, durch das das Zweiwegeventil 22 wieder in seine erste Stellung zurückgestellt wird. Im Fall der Entnahme einer "Zeitmischprobe" wird gleichzeitig der Motor 16 wieder auf die höchste Drehzahl umgeschaltet. Die von der Dosierpumpe 14 geförderte Flüssigkeit fließt dann über den Schlauch 2 6 ab. Nach Ablauf der gewünschten Spülzeit, beispielsweise nach 30 Sekunden, setzt die Start/Stop-Steueranordnung 116 den Motor 16 still.

Die weiteren Vorgänge hängen davon ab, auf welche Art die '._ Proben gesammelt werden sollen. Wenn jeder Probenbehälter 32 nur eine Probe aufnehmen soll, wird anschließend an die Probeentnahme der nächste Probenbehälter 32 in die Füllsteilung gebracht. Zu diesem Zweck wird zunächst der Getriebemotor 70 der Abfüllvorrichtung 30 in der Drehrichtung in Gang gesetzt, in welcher der Füllzapfen 28 nach oben bewegt wird. Während sich der Füllzapfen 28 vom Kupplungsteil 9 0 abhebt, wird das Kupplungsstück 90 durch die Feder 98 nach oben bewegt, bis die Ventilscheibe 100 an der Unterseite des Verschlußstopfens 84 anliegt. Die Entlüftungsöffnung 88 ist dann wieder verschlössen.

Wenn der Füllzapfen 28 seine obere Stellung erreicht, fällt der Fühlstift 81 des Mikroschalters 80 in die Einkerbung 76 der Steuerscheibe 76 ein. Der Mikroschalter 80 setzt dann den Getriebemotor 70 still.
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Gleichzeitig wird der Antriebsmotor der Drehscheibe 34 in Gang gesetzt, damit der nächste Probenbehälter 32 in der zuvor beschriebenen Weise in die Füllstellung gebracht wird. Anschließend wird der Füllzapfen 28 wieder abgesenkt. Die Probeentnahmevorrichtung ist dann für die Entnahme der nächsten Probe bereit-

Wenn dagegen jeder Probenbehälter 32 mehrere Proben aufnehmen soll, bis er ganz gefüllt ist, werden die soeben beschriebenen Vorgänge erst dann ausgelöst, wenn die vorgesehene Anzahl von Proben entnommen worden ist. Dies kann von der Bedienungsperson an der Frontplatte 46 des Schaltkastens 44 eingestellt werden.

Natürlich können mit der beschriebenen Probenentnahmevorrichtung auch alle anderen gewünschten oder üblichen Probenentnahmeprogramme durchgeführt werden, beispielsweise eine mengenproportionale Probenentnahme, die jedesmal dann ausgelöst wird, wenn eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge durch die Druckleitung geströmt ist.

In der Betriebsart "Zeitmischprobe" kann die vorgegebene Füllzeit dadurch um einen bestimmten Faktor verlängert werden, daß die Dosierpumpe nicht kontinuierlich, sondern intermittierend betrieben wird. Ein Verhältnis 1:1 der Förderzeit zur Förderpause ergibt eine Verdoppelung der Füllzeit.

Durch entsprechende Einstellung der Steuerung ist auch eine Probenentnahme mit "überfüllung" möglich. Hierzu wird in den Probenbehälter eine Flüssigkeitsmenge eingebracht, die größer als das Fassungsvermögen des Probenbehälters ist. Die überschüssige Flüssigkeit strömt durch die Entlüftungsöffnung 88 ab und bewirkt ein Spülen des Probenbehälters.

Die Verwendung der beschriebenen Probenentnahmevorrichtung ist nicht darauf beschränkt, daß die Dosierpumpe 14 an eine Druckleitung angeschlossen ist. Da die Dosierpumpe eine Ansaugwirkung ausübt, kann die Probenentnahme auch aus einem Behälter oder einem Gerinne erfolgen.

Bei allen Verwendungsarten und Betriebsprogrammen besteht der wesentliche Vorteil, daß die Probe mit größter Schonung und geringster Verfälschung entnommen wird. Insbesondere erfolgt die Probenentnahme weitgehend unter Luftabschluß und ohne wesentliche Druckschwankungen. Jeder Probenbehälter ist luftdicht verschlossen, außer wenn er durch Aufsetzen des Füllzapfens zur Aufnahme einer Probe vorbereitet ist. Die entnommene Flüssigkeit ist in der gesamten Verbindung von der Entnahmestelle bis zum Probenbehälter gegen jeden Kontakt mit der Außenluft abgeschlossen. Im Probenbehälter fließt die Flüssigkeit beruhigt durch das Füllrohr nach unten ab und tritt ohne Kontakt mit Luft unter dem Flüssigkeitsspiegel in den Probenbehälter ein. Durch die Schwimmscheibe und die Schwimmkugel wird eine Phasengrenze zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und der darüberstehenden Luft weitgehend ausgeschlossen.

Die Probenentnahmevorrichtung erfüllt daher in hervorragender Weise die Bedingungen, die für eine probenschonende Entnahme von Trinkwasserproben gestellt werden. 35

Claims (22)

1. PRINZ, BUNK£_:&pi?iRJ.rvifeF?.^:
2. Patentanwälte · "European VatenY Attorneys 3221222
3. München Stuttgart
4. 4. Juni 1982

   Wetzer Meßtechnik GmbH & Co. KG
   Steinrumpelweg 5
   Pfronten 1

   Unser Zeichen: W 945

   Patentansprüche

   /1 .J Probenentnahmevorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer Flüssigkeit, mit einer Dosiervorrichtung zur Dosierung des bei jedem Entnahmevorgang zu entnehmenden Probevolumens, wenigstens einem Probenbehälter für die entnommenen Proben und einer Abfüllvorrichtung zur Überführung jeder entnommenen Probe von der Dosiervorrichtung zum Probenbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtung (12) eine durch einen Motor (16) angetriebene Dosierpumpe (14) aufweist und daß die Abfüllvorrichtung (30) die Förderseite der Dosierpumpe (14) unter Luftabschluß mit dem Probenbehälter (32) verbindet.

   2. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steueranordnung (116,128, 130, 132), die den Entnahmevorgang beendet, wenn die Dosierpumpe (14) ein voreingestelltes Volumen gefördert hat.

   >1 /r-1

   3. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mit der Dosierpumpe (14) verbundenen Signalgeber (17) , der zur Steueranordnung Signale liefert, die dem von der Dosierpumpe (14) geförderten Volumen proportional sind.

   4. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Steueranordnung einen Impulszähler (128) enthält, der die vom Signalgeber (17) gelie-

   IQ ferten Impulse zählt, daß eine Probevolumeneinstellvorrichtung (132) vorgesehen ist, mit der eine dem zu entnehmenden Probevolumen entsprechende Impulszahl voreinstellbar ist, und daß eine Vergleichsanordnung (130) den Zählerstand des Impulszählers (128) mit der voreingestellten Impulszahl vergleicht und bei Feststellung der Gleichheit ein Signal abgibt, das die Beendigung der Probenentnahme auslöst.
5. 5. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Dosierpumpe (14) pro Zeiteinheit geförderte Volumen einstellbar ist.
6. 6. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Antriebsmotors (16) der Dosierpumpe (14) einstellbar ist.
7. 7. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Zeitvorgabeeinrichtung (134), an der eine Entnahmezeitdauer einstellbar ist und die ein von der eingestellten EntnahmeZeitdauer und von dem eingestellten Probevolumen abhängiges Ausgangssignal liefert, und durch eine Drehzahlregelanordnung (136), die die Drehzahl des Antriebsmotors (16) der Dosierpumpe (14) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Zeitvorgabeeinrichtung (134) so regelt, daß das eingestellte Probevolumen in der eingestellten Entnahmezeitdauer entnommen wird.
8. 8. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (14) eine Schlauchpumpe ist.
9. 9. Probenentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen der Dosierpumpe (14) und der Abfüllvorrichtung (30) ein Umschaltventil (22) eingefügt ist, das die Dosierpumpe (14) wahlweise mit der Abfüllvorrichtung (30) oder mit einem Abfluß verbindet.
10. 10. Probenentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfüllvorrichtung (3 0) einen vertikal verstellbaren Füllzapfen

    (28) aufweist, der auf eine an der Oberseite jedes Probenbehälters (32) angebrachte Einfüllöffnung (96) aufsetzbar ist.
11. 11. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Transportvorrichtung (34), die mehrere Probenbehälter (32) aufnehmen kann und so ausgebildet ist, daß sie die Probenbehälter (32) der Reihe nach in eine Abfüllstellung fördert, in der sich die Einfüllöffnung (96) des Probenbehälters (32) vertikal unter dem vertikal verstellbaren Füllzapfen (28) befindet.
12. 12. Probenenthahmevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (34) eine um eine -vertikale Achse drehbare Drehscheibe ist, auf der die Probenbehälter (32) im Kreis angeordnet sind.
13. 13. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfüllvorrichtung (30) einen Antriebsmotor (70) zum Heben und Senken des Füll-Zapfens (28) enthält.
14. 114. Probenentnahmevörrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfüllvorrichtung (30) eine Kontrolleinrichtung (74, 76, 78) enthält, die den Abfüllvorgang nur dann freigibt, wenn der Füllzapfen (28) eine vorgegebene unterste Stellung erreicht hat, in welcher er richtig auf der Einfüllöffnung (9 6) des in der Ab~ füllstellung befindlichen Probenbehälters (32) aufsitzt.
15. 15. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung einen vom Füllzapfenantrieb betätigbaren Mikroschalter (78) enthält.
16. 16. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Probenbehälter (32) ein vertikales Füllrohr (102) enthält, das sich von der an der Oberseite angebrachten Einfüllöffnung (9 6) nach unten erstreckt und einen nahe dem Boden des Probenbehälter (32) angeordneten Auslaß hat.
17. 17. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vertikalen Füllrohr (102) eine Schwimmkugel (104) angeordnet ist, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Füllrohrs ist.
18. 18. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Probenbehälter (32) eine Schwimmscheibe (106) angeordnet ist, die den freien

    ^uw Querschnitt zwischen dem Füllrohr (102) und der Innenwand des Probenbehälters (32) mit geringem Spiel ausfüllt.
19. 19. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite jedes Probenbehälters (32) ein normalerweise geschlossenes Entlüftungsventil (88, 100) angeordnet ist, das durch das Aufsetzen des Füllzapfens (28) geöffnet wird.
20. -δ-20. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Probenbehälter (32) mit einem um eine begrenzte Strecke vertikal verschiebbaren Kupplungsstück (90) versehen ist, das durch eine Feder (98) in seine obere Stellung gedrückt wird und bei einer Bewegung in seine untere Stellung das Entlüftungsventil (88, 100) öffnet.
21. 21. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsstück (90) am oberen Ende eine sich konisch erweiternde öffnung (9 6) für die Aufnahme des unteren Endes des Füllzapfens (28) aufweist.
22. 22. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß am Probenbehälter (32) neben dem Kupplungsstück (90) eine Entlüftungsöffnung (88) angebracht ist, und daß an dem in das Innere des Probenbehälters (32) ragenden unteren Ende des Kupplungsstücks (90) eine Ventilscheibe (100) angebracht ist, die die Entlüftungsöffnung (88) verschließt, wenn sich das Kupplungsstüek (90) in seiner oberen Stellung befindet.