DE102006022981A1

DE102006022981A1 - Sondeneinrichtung zur Messung von Prozessgrößen

Info

Publication number: DE102006022981A1
Application number: DE102006022981A
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
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: DE102006022981B4

Abstract

Eine Sondeneinrichtung zur Messung von Prozessgrößen, insbesondere Schubstangenarmatur, umfasst - eine Sondenhalterung (1) zur Anbindung der Sondeneinrichtung an einen Prozessbehälter, - einen für die Erfassung eines Prozessparamters ausgelegten Messsensor (5), der in einem axial verschieblichen Schubrohr (6) angeordnet ist, und - eine pneumatische Antriebseinrichtung (7) zum axialen Verschieben des Schubrohrs (6) mit Messsensor (5) zwischen einer in den Prozessbehälter eingefahrenen Messstellung und einer daraus ausgefahrenen Wartungsstellung, wobei das Tauchrohr (18) als Teil des Schubrohrs (6) mit dem Kolben (9) der pneumatischen Antriebseinrichtung lösbar verbunden ist, wobei das Tauchrohr (18) über eine Dreh-Verriegelung (36) derart lösbar mit dem Kolben (9) verbunden ist, dass eine Trennung beider Bauteile (18, 9) durch eine relative Drehung zwischen Kolben (9) und Tauchrohr (6) um dessen Längsachse (L) und anschließendes längsaxiales Abziehen des Tauchrohrs (18) vom Kolben (9) vornehmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sondeneinrichtung zur Messung von Prozessgrößen und insbesondere eine sogenannte Schubstangenarmatur.
Derartige Sondeneinrichtungen sind aus dem offenkundig vorbenutzten Stand der Technik als Sensorschleusen vom Typ „Verschiebesonden" bekannt und weisen eine Sondenhalterung zu ihrer Anbindung an einen Prozessbehälter auf. Für die Erfassung eines Prozessparameters wird ein Messsensor in einem axial verschieblichen Schubrohr angeordnet, der mit Hilfe einer pneumatischen Antriebseinrichtung axial zwischen einer in den Prozessbehälter eingefahrenen Messstellung und einer daraus ausgefahrenen Wartungsstellung verschoben wird. Letztere befindet sich beispielsweise in einer sogenannten Kalibrierkammer. Die pneumatische Antriebseinrichtung umfasst einen Pneumatikzylinder und einen darin beweglichen, druckluftbeaufschlagten Kolben, mit dem das Schubrohrverbunden ist.
Zu der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik ist festzuhalten, dass das Schubrohr insbesondere mit seinem in den Prozess eintauchenden Ende in Abhängigkeit vom Prozessfluid und den herrschenden Prozessparametern, wie Druck und Temperatur, unter Umständen extremen Bedingungen ausgesetzt ist. Diese können die Funktionen des Schubrohres beeinträchtigen, die zum einen die Halterung des Messsensors selbst und zum anderen in der Abdichtung der Sondeneinrichtung gegen den Prozess in der Wartungsstellung liegen. Diese Abdichtung erfolgt nämlich in aller Regel über einen oder mehrere, in der Sondenhalterung innen liegende Dichtringe an der Rohrführung im Bereich der Kalibrierkammer, die gegen glatte Dichtflächen am eintauchenden Ende des Schubrohres abschließen. Aufgrund der gegebenenfalls extremen äußeren Einwirkungen auf das Schubrohr kann dieses einem erhöhten Verschleiß unterliegen, wodurch die Gefahr besteht, dass die Dichtfunktion des Schubrohres als erste Funktion des Gesamtsystems ausfällt. In diesem Falle ist die gesamte Sensorschleuse auszutauschen, obwohl der Antrieb und die Kalibrierkammer noch einwandfrei arbeiten würden.
Zur Lösung dieser Problematik ist es bereits bekannt, das Schubrohr in ein Führungsrohr und ein prozessberührtes Tauchrohr zu teilen und das prozessberührte Tauchrohr mit dem Kolben der pneumatischen Antriebseinrichtung zu verbinden. Dazu sitzt das Tauchrohr mit einer Teillänge im Kolben des Pneumatikzylinders, wo es mit radial durch den Kolben schraubbaren Madenschrauben fixiert wird. Für den Wechsel des Tauchrohres gibt es zwei Varianten. Entweder werden die Madenschrauben für einen Austausch des Schubrohres zugänglich, wenn der Pneumatikzylinderdeckel demontiert wird und zusätzlich der Kolben aus dem Pneumatikzylinder herausgenommen wird. Die andere Möglichkeit für den Wechsel des Tauchrohres besteht darin, eine am Pneumatikzylinder vorhandene Gewindebohrung durch eine außen angebrachte Blindschraube zu öffnen. Durch die geöffnete Gewindebohrung können die Madenschrauben entfernt werden. Dazu muß der Kolben durch Verschieben in Kalibrierkammerstellung sowie durch Verdrehen relativ zum Pneumatikzylinder in eine Stellung gebracht, in der eine der Madenschrauben durch die Gewindebohrung zugänglich ist. Nach dem Entfernen der ersten Madenschraube ist der Pneumatikzylinder weiterzudrehen, bis die nächste Madenschraube zugänglich wird und ebenfalls vollständig entfernt werden kann. Dieses Verfahren ist solange zu wiederholen, bis alle Madenschrauben entfernt sind. Das Tauchrohr kann dann in Axialrichtung durch die Kalibrierkammer herausgezogen werden.
Beide Varianten erfordern das Zerlegen der Sondeneinrichtung und sind in aller Regel so komplex, dass ein Wechsel des Tauchrohres nicht am Einsatzort der Sondeneinrichtung, sondern in einer Werkstatt erfolgen muss. Bei der zweiten Variante des Tauchrohrwechsels ist überdies darauf zu achten, daß das neue Tauchrohr richtig ausgerichtet wird, da in der Praxis nicht von vollständig rotationssymmetrischen Messsensoren auszugehen ist. Bei fehlerhafter Ausrichtung des Tauchrohrs können Messfehler entstehen, die der Anwender nicht zwangsläufig erkennt.
Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sondeneinrichtung der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass ein einfacher Tausch des Schubrohres vor Ort insbesondere ohne aufwendige Demontage der pneumatischen Antriebseinrichtung vorgenommen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst, wonach das Tauchrohr als Teil des Schubrohres über eine vorzugsweise bajonettartige Dreh-Verriegelung derart lösbar mit dem Kolben verbunden ist, dass eine Trennung beider Bauteile durch eine relative Drehung zwischen Kolben und Tauchrohr um dessen Längsachse und anschließendes längsaxiales Abziehen des Tauchrohres vom Kolben vornehmbar ist.
Erkennbar braucht damit lediglich der gesamte pneumatische Antrieb von der Sondenhalterung beziehungsweise insbesondere der Kalibrierkammer mitsamt dem Schubrohr abgenommen werden. Letzteres kann dann gelöst und in axialer Richtung aus dem Zylinder herausgezogen werden, ohne diesen demontieren zu müssen. Als weiterer Vorteil dieser einfachen De montierbarkeit des Tauchrohres ist die damit erzielbare einfache Anpassbarkeit der Sondeneinrichtung an einen neuen Prozess, indem das Tauchrohr gegen ein solches aus einem anderen Material gewechselt wird. Das Material des neuen Tauchrohres kann dann so gewählt werden, das es aufgrund seiner chemischen Beständigkeit mit dem neuen Prozess kompatibel ist. Auf diese Weise lassen sich auch Sondeneinrichtungen aus verschiedenen Tauchrohrmaterialien und gleich gebautem Antrieb auf modulare Weise kostengünstig herstellen.
Weiterhin kann in einer vorteilhaften Weiterbildung die Sicherheit der Dreh-Verriegelung zwischen Tauchrohr und Kolben noch durch eine in längsaxialer Richtung zugänglich Sicherungsschraube verbessert werden. Diese ist so in den Kolben einschraubbar, dass sie in längsaxialer Richtung zugänglich ist und in ihrer Sicherungsstellung in den Drehweg des Tauchrohres eingreift. Näheres hierzu ist der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen entnehmbar. Es zeigen:
1 einen Axialschnitt durch eine Schubstangenarmatur,
2 einen Axialschnitt des Kolbens der pneumatischen Antriebsvorrichtung mit einem daran befestigten Schubrohr,
3 einen Schnitt analog 2 mit gelöstem Tauchrohrelement des Schubrohres,
4 eine Ansicht der Einheit aus Kolben und Schubrohr aus Pfeilrichtung IV gemäß 2, sowie
5 bzw. 6 vergrößerte axiale Detailansichten der Dreh-Verriegelung zwischen Kolben und Schubrohr in entriegelter bzw. verriegelter, gesicherter 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 Messspit ze 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 ausgetauscht werden soll, kann der pneumatische Antrieb 7 mit Hilfe eines auf dem Pneumatikzylinder 8 in Höhe des De ckels 11 drehbar gelagerten Arretierringes 34 gegen ein Einfahren in das Prozessfluid gesperrt werden.
Anhand der 2 bis 6 ist die spezielle Befestigungsweise des Tauchrohrs 18 und Führungsrohrs 19 am Kolben 9 zu erläutern. So ist das Führungsrohr 19 von oben in die zentrische Aufnahme 35 des Kolbens 9 gesteckt und auf nicht näher dargestellte Weise dort dauerhaft fixiert. Im unteren Teil der Aufnahme 35 befindet sich der kolbenseitige Teil einer als Ganzes mit 36 bezeichneten Bajonett-Verbindung zwischen dem Kolben 9 und dem Tauchrohr 18. Wie aus den 4 bis 6 hervorgeht, weist der in 5 und 6 strichliert angedeutete Kolben 9 um seine Aufnahme 35 herum radial nach innen abstehende, teilringförmige Vorsprünge 37 auf, hinter denen entsprechend teilringförmige Eingriffsnuten 38 der Bajonett-Verbindung 36 am Kolben 9 gebildet werden. Wie in den 5 und 6 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, weist das Tauchrohr 18 an seinem kolbenseitigen Ende drei gleichmäßig über den Außenumfang 39 des Tauchrohrs 18 verteilte, teilringförmige Eingriffstege 40 auf, die an ihrer Außenkante 41 mit einer noch näher zu erläuternden Einbuchtung 42 versehen sind. Die Lücken zwischen den Vorsprüngen 37 am Kolben 9 sind – wie 5 zu entnehmen ist – etwas größer als die periphere Länge der Eingriffsstege 40, sodass letztere von unten in die Aufnahme 35 des Kolbens 9 eingeführt werden können, bis sie ebenengleich mit den Eingriffsnuten 38 der Aufnahme 9 liegen. Durch die Verdrehung des Tauchrohrs 18 um einen Winkel von 60° um seine Längsachse L fahren die Eingriffstege 40 in die Eingriffsnuten 38 ein, wodurch das Tauchrohr 18 am Kolben 9 gehalten ist (siehe 2 und 6).
Diese gegenseitige Drehstellung von Kolben 9 und Tauchrohr 18 wird durch eine Sicherungsschraube 43 gesichert, die axial von unten so in den Kolben 9 einschraubbar ist, dass sie mit ihrem Kopf 44 in der Einbuchtung 42 des ihr zugewandten Eingriffssteges 40 zu liegen kommt. Damit ist das Tauchrohr 18 gegen eine Verdrehung aus seiner verriegelten Stellung ( 6) blockiert. Zur Demontage braucht die Sicherungsschraube 43 allerdings nur soweit aufgeschraubt werden, bis ihr Kopf 44 aus der Einbuchtung 42 herausgetreten ist. Sie kann also grundsätzlich im Kolben 9 verbleiben, ohne die Drehbewegung des Tauchrohrs 18 aus der in 6 gezeigten verriegelten in die in 5 gezeigte entriegelte Stellung zu behindern. Damit wird einem Verlieren der Sicherungsschraube 43 wirkungsvoll vorgebeugt.

Claims

Sondeneinrichtung zu Messung von Prozessgrößen, insbesondere Schubstangenarmatur, umfassend – eine Sondenhalterung (1) zur Anbindung der Sondeneinrichtung an einen Prozessbehälter, – einen für die Erfassung mindestens eines Prozessparameters ausgelegten Messsensor (5), der in einem axial verschieblichen Schubrohr (6) angeordnet ist, und – eine pneumatischen Antriebseinrichtung (7) zum axialen Verschieben des Schubrohrs (6) mit Messsensor (5) zwischen einer in den Prozessbehälter eingefahrenen Messstellung und einer daraus ausgefahrenen Wartungsstellung, wobei das Schubrohr (6) in ein vorderes, in den Prozess eintauchbares Tauchrohr (18) und ein hinteres, die rückwärtige Schiebeführung des Schubrohres (6) im Pneumatikzylinder (8) übernehmendes Führungsrohr (19) geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Tauchrohr (18) über eine Dreh-Verriegelung (36) derart lösbar mit dem Kolben (9) verbunden ist, dass eine Trennung beider Bauteile (6, 9) durch eine relative Drehung zwischen Kolben (9) und Tauchrohr (18) um dessen Längsachse (L) und anschließendes längsaxiales Abziehen des Tauchrohres (18) vom Kolben (9) vornehmbar ist.
Sondeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreh-Verriegelung durch eine Bajonett-Verbindung (36) gebildet ist.
Sondeneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bajonett-Verbindung (36) durch mehrere, über ihren Umfang verteilte, teilringförmige Eingriffsnuten (38) in einer Aufnahme (35) des Kol bens (9) für das Tauchrohr (18) und entsprechend verteilte teilringförmige Eingriffsstege (40) am Außenumfang (39) des Tauchrohres (18) gebildet ist.
Sondeneinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreh-Verriegelung (36) des Tauchrohres (18) im Kolben (9) durch eine in längsaxialer Richtung zugängliche, in den Drehweg des Tauchrohres (18) eingreifende Sicherungsschraube (43) in der verriegelten Stellung blockierbar ist.