DE102006022979A1

DE102006022979A1 - Sondeneinrichtung zur Messung von Prozessgrößen, insbesondere Schubstangenarmatur

Info

Publication number: DE102006022979A1
Application number: DE200610022979
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schiffer
Original assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Current assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22

Abstract

Eine Sondeneinrichtung zur Messung von Prozessgrößen, insbesondere Schubstangenarmatur, umfasst - eine Sodenhalterung (1) zur Anbindung der Sondeneinrichtung an einen Prozessbehälter, - einen für die Erfassung eines Prozessparameters ausgelegten Messsensor (5), der in einer axial verschieblichen Lagereinrichtung (6) angeordnet ist, - eine Antriebseinrichtung (7) zum axialen Verschieben der Lagereinrichtung (6) mit Messsensor (5) zwischen einer in den Prozessbehälter eingefahrenen Messstellung und einer daraus ausgefahrenen Wartungsstellung, in der der Messsensor (5) aus der Lagereinrichtung (6) ausbaubar ist und die Lagereinrichtung (6) gegenüber dem Prozess abgedichtet in einer Kammer (20) der Sondenhalterung (1) angeordnet ist, und - eine Arretiereinrichtung für die axial verschiebliche Lagereinrichtung (6) in Form eines bajonettartig verriegelnden Arretierringes (34), der verdrehbar zwischen einer gelösten Drehstellung und einer arretierten Drehstellung ist, in der er mit einem axial beweglichen Bauteil der Lagereinrichtung (6) oder der Antriebseinrichtung (7) formschlüssig eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sondeneinrichtung zur Messung von Prozessgrößen, insbesondere eine Schubstangenarmatur mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Derartige Sondeneinrichtungen sind in vielfach unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Sie dienen zur Messung von Prozessgrößen, wie etwa pH-Wert, Leitfähigkeit oder Sauerstoffkonzentration in einem Prozessfluid, wie es beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, Pharmazeutik oder Biogenetik in Produktionsanlagen verarbeitet wird. Mit Hilfe der Sondeneinrichtung werden die Messsensoren in den Prozess eingefahren, wo sie bestimmte Prozessparameter mit Hilfe Ihres Messsensors erfassen.
Für pH-Messketten und andere Sensoren der Flüssigkeitsanalytik sind Sondeneinrichtungen in Form automatischer Sensorschleusen bekannt, welche den Sensor mittels Druckluft oder Motorkraft aus dem Prozess in eine separate Kalibrierkammer bewegen. Solche Wechselsensorschleusen werden für Messungen in Rohren oder geschlossenen Behältern, wie Reaktoren, Fermentern und dergleichen eingesetzt, bei welchen ein Austreten des Prozessmediums eine große Gefahr darstellen kann und daher sicher verhindert werden muss.
Befindet sich der Sensor in seiner Messstellung im Prozessmedium, wird gegenüber dem Prozess über die axial verschiebliche Lagereinrichtung für den Messsensor und den Messsensor selbst eine Abdichtung erzielt. Befindet sich der Sensor in einer Wartungsstellung in der Kalibrierkammer, dann dichtet lediglich die in der Regel als unten geschlossenes Tauchrohr ausge bildete Lagereinrichtung für den stabförmigen Messsensor mit dem Kalibrierkammerteil zuverlässig gegen den Prozess ab. Der Sensor selbst kann aus der Lagereinrichtung ausgebaut und beispielsweise am Ende seiner Lebensdauer gegen einen neuen Sensor ausgetauscht werden. Keinesfalls darf die Wechselarmatur bei ausgebautem Sensor in den Prozess einfahren, da sonst Prozessmedien über die Messöffnungen vor dem inneren Ende des Tauchrohrs sowie dessen zentraler Einbauöffnung für den Sensor austreten können. Dies wäre besonders gefährlich bei Prozessmedien, die unter Druck stehen und/oder besonders aggressiv sind.
Aus dem offenkundig vorbenutzten Stand der Technik sind Systeme zur Verriegelung der Lagereinrichtung für den Sensor in der aus dem Prozess ausgefahrenen Stellung bekannt, bei denen über Federn eine kraftschlüssige Verriegelung erfolgt. Dies ist sicherheitstechnisch bedenklich, da beispielsweise ein unbemerkter Federbruch auftreten kann, insbesondere weil in der Messumgebung oftmals die für die Auslösung des Verriegelungsmechanismus verantwortliche Feder einer erhöhten Korrosion ausgesetzt ist. Zudem ist die Feder im Normalzustand zusammengedrückt, sodass sie unter Umständen durch Reste von Prozessmedien verklebt und bei ausgebautem Sensor ihre Funktion einer Verriegelung der Lagereinrichtung des Sensors nicht erfüllen kann. Eine Kontrollmöglichkeit der Verriegelungsfunktion ist nicht gegeben.
Das Bedienungspersonal der hier in Rede stehenden Sensorschleusen gewöhnt sich ferner erfahrungsgemäß an die Automatisierungsfunktion und verlässt sich darauf. Dies führt soweit, dass bei Beginn von Wartungsarbeiten die Antriebssteuerung für die Lagereinrichtung des Sensors nicht abgeschaltet wird. Kann die Verriegelungsfunktion dann sich nicht automatisch aktivieren, kann die Sensorschleuse bei einer Fehlfunktion oder -bedienung der Antriebssteuerung bei ausgebautem Sensor unvermittelt in den Prozess einfahren, was zu einem schlagartigen Austritt von Prozessflüssigkeit mit allen erdenklichen Folgeschäden führen kann.
Abweichend von der automatischen Federkraftverriegelung sind aus dem offenkundig vorbenutzten Stand der Technik ferner Verriegelungsmechanismen bekannt, bei denen die Festlegung aktiv vom Bedienungspersonal vor dem Sensorausbau erfolgen muss. Dies wird durch einen beweglichen Stift vorgenommen, welcher durch eine Führungsbohrung beispielsweise in der Kolbenstangenbuchse eines Pneumatikzylinders hindurch in ein radiales Bohrloch in der Kolbenstange geschoben wird. Damit wird die bewegliche Kolbenstange formschlüssig mit dem Pneumatikzylinder verbunden und so der Kolben arretiert. Die Arretierung ist nur dann möglich, wenn sich Führungsbohrung und Bohrloch in der Kolbenstange überdecken. Dies bedeutet, dass die Arretierung nur in der Wartungsstellung der Wechselarmatur und bei einer bestimmten Drehstellung der Kolbenstange möglich ist. Kleine Verdrehungen der Hubstange können dazu führen, dass auch in der Wartungsposition eine Arretierung nicht vorgenommen werden kann.
In dieser Fehlstellung ist eine Nicht-Arretierung etwa bei kurzen Arretierstiften oder einer fehlenden Markierung daran für das Bedienungspersonal oft nicht erkennbar, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt.
Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sondeneinrichtung der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass eine zuverlässige Arretierung der verschieblichen Lagereinrichtung für den Messsensor in deren Wartungsstellung erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach ist als Arretiereinrichtung für die axial verschiebliche Lagereinrichtung des Messsensors ein bajonettartig verriegelnder Arretierrng vorgesehen, der verdrehbar zwischen einer gelösten Drehstellung und einer arretierten Drehstellung ist. In letztere greift er mit einem axial beweglichen Bauteil der Lagereinrichtung für den Messsensor oder der Antriebseinrichtung für diese vorzugsweise formschlüssig ein.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung ist die Verriegelung der Wechselarmatur beispielsweise vor einem Sensorausbau bewusst vom Bedienungspersonal vorzunehmen. Die Arretierung ist dabei gegenüber einem gewissen Verdrehen der Lagereinrichtung für den Messsensor oder der Antriebseinrichtung dafür unempfindlich, was an der bajonettartigen Ringausführung liegt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Arretiereinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind ferner der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:
1 einen Axialschnitt durch eine Schubstangenarmatur, und
2 eine Draufsicht auf den Pneumatikzylinder der Schubstangenarmatur in entriegelter Stellung der Arretiereinrichtung,
3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III nach 2,
4 eine Draufsicht auf den Pneumatikzylinder analog 2 in arretierter Drehstellung,
5 einen Axialschnitt des Pneumatikzylinders analog der Schnittlinie V-V nach 4, und
6 eine Außenansicht des Pneumatikzylinders mit Arretierring in gelöster Stellung.
Die in 1 in ihrer Gesamtheit dargestellte Schubstangenarmatur weist als tragendes Teil eine Sondenhalterung 1 auf, die mehrteilig aus einem Kalibrierkammerteil 2, einem dieses tragenden Lagerring 3 und einem diesen aufnehmenden Adapterflansch 4 gebildet ist. Über diesen Adapterflansch 4, der beispielsweise als Milchrohr-Adapter ausgeführt sein kann, wird die Schubstangenarmatur an einen Behälter oder eine Leitung mit einem zu überwachenden Prozessfluid angeflanscht.
Zur Überwachung des Fluids ist ein Messsensor 5 beispielsweise in Form einer Glaselektrode zur pH-Messung des Prozessfluids vorgesehen. Der Messsensor 5 sitzt in einem als Ganzes mit 6 bezeichneten Schubrohr, das mit Hilfe eines pneumatischen Antriebes 7 aus der in 1 gezeigten, ausgefahrenen Reinigungs- und Kalibrierstellung in eine in das Prozessfluid eintauchende, eingefahrene Messstellung verschiebbar ist. Der pneumatische Antrieb 7 ist durch einen Pneumatikzylinder 8 gebildet, in dem ein Kolben 9 durch eine nicht näher dargestellte Druckluftbeaufschlagung in und entgegen der Ausfahrrichtung A verschiebbar ist. Der Pneumatikzylinder 8 ist mittels einer Überwurfmutter 10 auf dem Kalibrierkammerteil 2 lösbar fixiert. Am gegenüberliegenden Ende ist der Pneumatikzylinder 8 durch einen einstückig angeformten Deckel 11 geschlossen, in dem eine Schiebeführungsbuchse 12 für das Schubrohr 6 angelegt ist.
Auf den Deckel 11 des Pneumatikzylinders 8 ist ein Medienanschlussblock 13 auswechselbar aufgesetzt, über den die bereits erwähnte Druckluft für den pneumatischen Antrieb 7 sowie noch näher zu erläuternde Reinigungs-Spül- und Kalibrierlösungen – im Folgenden als „Wartungsflüssigkeiten" bezeichnet – über nicht näher dargestellte Zuleitungen in die Schubstangenarmatur eingeführt werden.
Auf der dem Deckel 11 abgewandten Seite des Medienanschlussblocks 13 ist noch eine Schutzkappe 14 aufgesetzt, die den Messsensor 5 bis zu dessen oberem Griffteil 15 umgibt.
Das den Messsensor 5 aufnehmende Schubrohr 6 ist in sich ebenfalls mehrteilig aufgebaut. Es weist innen ein Hüllrohr 16 zur direkten Aufnahme des Messsensors 5 auf, das sich vom Griffteil 15 aus nach unten erstreckt und deutlich vor der Messspitze 17 des Messsensors 5 endet. Messsensor 5 und Hüllrohr 16 sitzen in einer in Axialrichtung zweigeteilten Rohraufnahme gebildet aus dem prozessseitigen Tauchrohr 18 und dem in der Schiebeführungsbuchse 12 im Deckel 11 des Pneumatikzylinders 8 in Axialrichtung verschiebbar geführten Führungsrohr 19, das zusammen mit dem Tauchrohr 18 am Kolben 9 befestigt ist.
Zur Reinigung, Spülung und Kalibrierung des in das Kalibrierkammerteil 2 zurückgezogenen Messsensors 5 ist im Kalibrierkammerteil 2 eine Kalibrierkammer 20 angelegt, die prozessseitig durch zwei Ringdichtungen 21, 22 und zum Pneumatikzylinder 8 hin durch eine rückwärtige Ringdichtung 23 begrenzt ist. Die Ringdichtungen 21, 22, 23 schließen den Ringspalt zwischen dem Tauchrohr 18 und der Rohrführung 24 im Kalibrierkammerteil 2 ab.
In dem die Messspitze 17 des Messsensors 5 umgebenden Bereich ist das Tauchrohr 18 mit langlochförmigen, peripher verteilten Spülöffnungen 25 durchbrochen, über die die erwähnten Wartungsflüssigkeiten zur Messspitze 17 und damit zu dem messaktiven Teil des Messsensors 5 gelangen können. Die Wartungsflüssigkeiten werden über den Medienanschlussblock 13 und eine axialparallel durch den Pneumatikzylinder 8 und den Kolben 9 hindurchführende Zulaufleitung 26 eingeführt, die von oben in das Kalibrierkammerteil 2 mündet. In nicht näher dargestellter Weise ist eine Fluidverbindung zu einem Ringkanal 27 zwischen Kalibrierkammerteil 2 und Lagerring 3 hergestellt, von wo aus die Wartungsflüssigkeiten über dünne Düsen 28 – eine davon ist mit ihrer Mündungsöffnung in 1 direkt neben der Messspitze 17 erkennbar – in die Kalibrierkammer 20 eingespritzt werden. Es bildet sich eine wirbelartige Strömung vom Boden 29 der Kalibrierkammer 20 zum oberen Ende der Kalibrierkammer 20 aus. Dort sind Austrittsöffnungen 30 für die Wartungsflüssigkeit in das Tauchrohr 18 eingeformt, die in einen im Kalibrierkammerteil 2 angelegten Ringkanal 31 münden. Von diesem führt im Wesentlichen in Radialrichtung eine Abströmbohrung 32 weg, an die eine (nicht dargestellte) Fluidleitung zur Wegführung der Wartungsflüssigkeiten anschließbar ist.
Das funktionale Zusammenspiel der Ringdichtungen 21, 22, 23 und dem im Übrigen noch auf Höhe des Tauchrohrs 18 zwischen den Spülöffnungen 25 und den Austrittsöffnungen 30 vorgesehenen Zwischendichtring 33 mit dem Tauchrohr 18 beim Ein- und Ausfahren des Schubrohrs 6 relativ zum Kalibrierkammerteil 2 in das Prozessfluid hinein und wieder heraus ist der älteren deutschen Patentanmeldung 10 2005 036 865.4 der Anmelderin entnehmbar. Da dies nicht zum Kern der vorliegenden Erfindung gehört, erübrigt sich eine detaillierte Beschreibung.
Für den Fall, dass in der in 1 gezeigten Reinigungs- und Kalibrierstellung der Messsensor 5 mit dem Hüllrohr 16 ausgetauscht werden soll, kann der pneumatische Antrieb 7 mit Hilfe eines auf dem Pneumatikzylinder 8 in Höhe des Deckels 11 drehbar gelagerten Arretierringes 34 gegen ein Einfahren in das Prozessfluid gesperrt werden. Wie in diesem Zusammenhang den 2 bis 5 entnehmbar ist, ist der Arretierring 34 an einer Art Drehkappe 35 als randseitige Schulter ausgebildet. Die Drehkappe selbst weist an radial gegenüberliegenden Positionen langlochförmige, gebogene Durchbrechungen 36, 37 auf, durch die der Deckel 11 des Pneumatikzylinders 8 mit entsprechenden Erhebungen 38, 39 hindurchgreift. Diese sind – wie den 2 und 4 entnehmbar ist – mit Durchführungen 40 für Prozessmedien versehen. Radial innerhalb dieser Erhebungen 38, 39 weist die Drehkappe 35 einen umlaufenden Ringsteg 41 auf, an dessen inneren Ringkanten sechs über den Umfang verteilte, radial nach innen abstehende Arretiervorsprünge 42 angeformt sind. Diese wirken mit entsprechenden Arretierhinterschneidungen 43 zusammen, die in einem Ringvorsprung 44 auf den Kolben 9 des pneumatischen Antriebes 7 angelegt sind. Diese Arretierhinterschneidungen 43 sind radial nach außen und in Peripherrichtung unterbrochen, sodass beim Zurückfahren des Kolbens 9 in die in 3 und 5 gezeigte Stellung der Arretierring 34 bei gelöster Stellung mit seinen Arretiervorsprüngen 42 durch die Lücken zwischen den Arretierhinterschneidungen 43 hindurchfährt. Durch anschließendes Verdrehen des Arretierringes 34 aus der in 2 gezeigten Drehstellung um einen Winkel D von etwa 20° in die in 4 gezeigte Drehstellung fahren die Arretiervorsprünge 42 seitlich in die Arretierhinterschneidungen 43 am Kolben 9 ein und verriegeln diesen somit in der in 5 gezeigten Stellung. Bei einer Beaufschlagung des Kolbens 9 mit Druckluft verharrt dieser in der gezeigten Stellung, das Schubrohr 6 bleibt in der in 1 gezeigten Position und dichtet die Schubstangenarmatur nach außen hin zuverlässig ab.
Erkennbar hat eine leichte Verdrehung der Baugruppe bestehend aus Kolben 9 und Schubrohr 6 um wenige Grad keinen Einfluss auf die sichere Arretierung dieser Baugruppe. Wenn eine volle Verriegelung bei der erwähnten Drehung um 20° gegeben ist, wird eine ausreichende Festlegung des Kolbens 9 auch bei einer relativen Drehung von Arretierrng 34 zu Kolben 9 von beispielsweise 18° erzielt.
Durch die dargestellte Arretierung ist gleichzeitig auch eine zuverlässige Abprüfung gegeben, ob sich der Kolben 9 in der in 5 gezeigten Wartungsstellung befindet. Eine Verriegelung mit Hilfe des Arretierrings 34 durch Drehung der Drehkappe 35 ist nämlich nur in dieser Endstellung des Kolbens 9 möglich.
Mit Hilfe der in 6 erkennbaren Markierungen 45 auf der Umfangsfläche 46 von Arretierrng 34 und Pneumatikzylinder 8 ist jederzeit eine visuelle Kontrolle von außen möglich, ob die Wechselarmatur verriegelt wurde oder nicht.
Wie aus den Figuren nicht hervorgeht, ist die gelöste und arretierte Drehstellung des Arretierrings 34 gegenüber dem Kolben 9 beispielsweise durch kleine Noppen und kooperierende Nuten rastbar.

Claims

Sondeneinrichtung zur Messung von Prozessgrößen, insbesondere Schubstangenarmatur, umfassend – eine Sondenhalterung (1) zur Anbindung der Sondeneinrichtung an einen Prozessbehälter, – einen für die Erfassung eines Prozessparameters ausgelegten Messsensor (5), der in einer axial verschieblichen Lagereinrichtung (6) angeordnet ist, und – eine Antriebseinrichtung (7) zum axialen Verschieben der Lagereinrichtung (6) mit Messsensor (5) zwischen einer in den Prozessbehälter eingefahrenen Messstellung und einer daraus ausgefahrenen Wartungsstellung, in der der Messsensor (5) aus der Lagereinrichtung (6) ausbaubar ist und die Lagereinrichtung (6) gegenüber dem Prozess abgedichtet in einer Kammer (20) der Sondenhalterung (1) angeordnet ist, gekennzeichnet durch – eine Arretiereinrichtung für die axial verschiebliche Lagereinrichtung (6) in Form eines bajonettartig verriegelnden Arretierringes (34), der verdrehbar zwischen einer gelösten Drehstellung und einer arretierten Drehstellung ist, in der er mit einem axial beweglichen Bauteil der Lagereinrichtung (6) oder der Antriebseinrichtung (7) formschlüssig eingreift.
Sondeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretierring (34) mindestens einen radial abstehenden Arretiervorsprung (42) aufweist, der beim Verdrehen des Arretierringes (34) in seine Arretierstellung in mindestens eine in Umfangsrichtung und radial offene Arretierhinterschneidungen (43) an dem axial beweglichen Bauteil (9) eingreift.
Sondeneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretierring (34) an einer Drehkappe (35) ausgebildet ist, die auf einem Pneumatikzylinder (8) einer pneumatischen Antriebseinrichtung (7) drehbar gelagert ist.
Sondeneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretierring (34) in Arretierstellung mit dem Kolben (9) der pneumatischen Antriebseinrichtung (7) eingreift.
Sondeneinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (D) des Arretierringes (34) zwischen arretierter und gelöster Drehstellung unter 30°, vorzugsweise etwa 20° beträgt.
Sondeneinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretierring (34) in seiner gelösten und/oder arretierten Drehstellung verrastet ist.
Sondeneinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretierring (34) auf seiner Umfangsfläche (46) mit einer Markierung (45) für die gelöste und arretierte Drehstellung versehen ist.