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Die
Erfindung betrifft eine Einbauelektrodenvorrichtung für den Einbau
einer Sonde mit im Wesentlichen zylinderförmigem Sondenschaft in ein
Behältnis
für ein
Messmedium und/oder in eine Armatur.
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Es
kann sich bei Sonden für
derartige Einbauelektrodenvorrichtungen um elektrochemische Sensoren,
wie Sauerstoffsonden, pH-Messelektroden, ionensensitive Sonden oder
Leitfähigkeitssonden
etc. handeln. Die Sonden bestehen vorwiegend aus Glas. Sie werden
für die
Prozesskontrolle bevorzugt in Reaktoren, Mischbehältern oder
in Durchflussrohren installiert, um dort die entsprechenden Parameter
eines jeweiligen Messmediums im betreffenden Behältnis zu erfassen. Zu diesem
Zweck sind die Sonden häufig
in einem Gehäuse
beziehungsweise einer Armatur eingebracht. Diese Armatur dient der
Halterung, der Führung
und dem Schutz der Sonde; insbesondere aber schafft die Armatur
eine Verbindung zwischen der Sonde und dem Behältnis, in welchem die Sonde
installiert wird, also beispielsweise einem Reaktor, einem Mischbehälter oder
einem Durchflussrohr. Man unterscheidet sogenannte statische Armaturen
und Wechselarmaturen. Bei Letzteren kann die Sonde im eingebauten
Zustand in eine Spülkammer
zurückgezogen
werden und während
des Prozesses, für
dessen Überwachung
sie eingesetzt ist, gereinigt werden. Prinzipiell können Sonden
auch direkt an ein Behältnis
angeschlossen werden, was im vorliegenden Zusammenhang ebenfalls
unter dem Begriff Einbauelektrodenvorrichtung subsummiert werden
soll.
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In
der
CH 673 895 A5 ist
ein so genanntes statisches Gehäuse
beziehungsweise eine statische Armatur beschrieben. Diese Armatur
ist Teil einer Einbauelektrodenvorrichtung, beispielsweise zur pH-Messung
oder Redoxmessung, und besteht aus einem Gehäuseoberteil und einem als Tauchrohr ausgebildeten
Gehäuseunterteil.
Das Gehäuseoberteil
ist beispielsweise mittels einer Überwurfmutter an einem Stutzen
eines Reaktionsgefässes
befestigbar. Im Gehäuse
ist eine Sonde, zum Beispiel eine Glaselektrode, derart angeordnet,
dass deren Schaft durch das Tauchrohr verläuft und in das im Reaktionsgefäss befindliche
Medium ragt. Die Glaselektrode wird im Gehäuse mittels einer Mutter und
einem Stützring
gesichert.
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Eine
oben beschriebene Armatur oder auch der Anschlussstutzen eines Behältnisses
in dem die Sonde installiert werden soll, weist einen innere Absatz
auf, gegen welchen die Sonde beim Einbau geschoben wird, wodurch
ihre Position in der Armatur beziehungsweise im Behältnis definiert
ist. Zwischen der Sonde und dem inneren Absatz sind in der Regel ein
Abstandsring, vorzugsweise aus einem mediumsresisitenten Polymermaterial
und ein Dichtungsring angeordnet. Letzterer befindet sich in direktem Kontakt
mit dem inneren Absatz, um ein Eindringen von Messmedium in den
Bereich des Sondenkopfs, welcher die elektrischen Anschlüsse der
Messsonde aufweist, oder gar ein Austreten ins Freie zu verhindern.
Zweck des Abstandsrings ist es, der Sonde ein gewisses Mass an Beweglichkeit
in der Ebene senkrecht zu ihrer Längsachse zu verleihen, wodurch
die auf den häufig
aus Glas bestehenden Schaft der Sonde wirkenden Kräfte beim
Einbau besser aufgefangen werden können.
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Dies
gelingt nicht immer bei Vorrichtungen gemäss dem Stand der Technik
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine Einbauelektrodenvorrichtung für den Einbau
einer zylinderförmigen
Sonde zur Verfügung
zu stellen, welche den Bereich des Sondekopfs gegenüber dem
Messmedium gut abdichtet und die Wirkung von Kräften auf den Sondenschaft verhindert.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Eine
Einbauelektrodenvorrichtung ist für den Einbau einer Sonde mit
im Wesentlichen zylinderförmigem
Sondenschaft in ein Behältnis
für ein
Messmedium und/oder in eine Armatur ausgestaltet. Die Sonde weist
einen Sondenkopf auf und die Armatur oder das Behältnis ist
mit einem inneren Absatz versehen. Im eingebauten Zustand der Sonde
dient der Innere Absatz als Anschlag für den Sondenkopf, das heisst
die Sonde wird beim Einbau gegen den inneren Absatz vor geschoben.
Zwischen dem Sondenkopf und dem inneren Absatz sind, die Sonde umgreifend,
ein Abstandsring und ein Dichtungsring angeordnet. Der Abstandsring
weist ein Profil auf, welches zusammen mit dem Sondenschaft eine
Nut bildet, die den Dichtungsring im eingebauten Zustand der Sonde
vollständig
aufnimmt und verpresst.
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Die
Verpressung des Dichtungsrings erfolgt dabei insbesondere nach gängigen Richtlinien.
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Der
Abstandsring dient der definierten Positionierung der Sonde in der
Armatur oder bei direktem Einbau der Sonde in ein Behältnis der
definierten Halterung der Sonde im Behältnis beziehungsweise einem
Abschlussstutzen desselben. Der Dichtungsring ist in den Abstandsring
integriert, das heisst er wird im Wesentlichen vollständig von
einer Nut, welche vermittels des Profils des Abstandsrings und der Wandung
des im Wesentlichen zylinderförmigen Sondenschafts
gebildet wird, aufgenommen. Somit dichtet der Dichtungsring einerseits
die Verbindung Armatur – Sonde
gegen eventuell eindringendes Medium ab, seine Lage verhindert andererseits
jedoch die Wirkung von Kräften
auf den Sondenschaft beim Einbau der Sonde in die Armatur beziehungsweise
in das Behältnis.
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Der
Sondenkopf umfasst bevorzugt eine mit einem Aussengewinde versehene
Sondenkopfhülse, wobei
die dem inneren Absatz abgewandte Seite des Abstandsrings im eingebauten
Zustand der Sonde mit der Sondenkopfhülse in Anlage gelangt. Insbesondere
liegt die Endfläche
der Sondenkopfhülse
auf der, dem inneren Absatz abgewandten Endfläche des Abstandsringes auf,
wobei diese Endfläche
kleiner oder gleich der Endfläche
des Abstandsringes ist.
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Auf
diese Weise kann der Abstandsring hinsichtlich seiner mittleren
Ringebene symmetrisch ausgestaltet sein, wodurch beim Einbau nicht
auf dessen Ausrichtung geachtet werden muss. Auch ist die Herstellung
solch symmetrisch ausgebildeter Abstandsringe, insbesondere, wenn
beidseitig eine das Profil des Abstandsrings bildende Ausnehmung,
die letztendlich zusammen mit dem Sondenschaft die Nut bildet, rechteckförmig ist.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Breite und die Tiefe der Nut
dem Materialdurchmesser des Dichtungsrings derart angepasst, dass
sie diesen im eingebauten Zustand der Sonde nach gängigen Richtlinien
verpressen. Insbesondere entsprechen die Breite und die Tiefe der
Nut im Wesentlichen dem Materialdurchmesser des Dichtungsrings.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Einbauelektrodenvorrichtung
weist die Armatur ein, der Aufnahme, Halterung und Führung der
Sonde dienendes Sondenschutzrohr auf, wobei der Innere Absatz im
Sondenschutzrohr ausgebildet ist.
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In
besonders bevorzugter Gestaltung ist zum Befestigen der Sonde in
der Armatur das Sondenschutzrohr mit einem Innengewinde versehen
und der Sondenkopf weist ein Aussengewinde auf.
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Die
Erfindung ist anhand der Beschreibung der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Einbauelektrodenvorrichtung mit einer Armatur im Schnitt entlang
ihrer Längsachse und
einer Sonde in der Seitenansicht;
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2 die
Einbauelektrodenvorrichtung aus 1 mit einer
Armatur und einer Sonde in Seitenansicht, zur Illustration der Montage
bzw. Demontage;
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3 eine Ausschnittvergrösserung aus 1 in
gebrochener Darstellung, wobei der Abstandsring und ein Teil des
Sondenkopfs ebenfalls im Schnitt gezeichnet sind.
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Die 1 zeigt.
eine Einbauelektrodenvorrichtung 1 in einer Teil-Schnittzeichnung
entlang ihrer Längsachse 30.
Diese weist eine zum Einbau einer im Wesentlichen zylinderförmigen Sonde 2,
insbesondere einer Glaselektrode, geeignete statische Armatur 3 auf.
Die die Sonde 2 umgebende statische Armatur 3 besteht
aus einem Sondenschutzrohr 4 und einer Schutzhülse 5.
Nahe ihrem, einem Behältnis,
in welches die Sonde 2 eingebaut werden soll, zugewandten
Ende befindet sich ein Prozessadapter 6, welcher hier in
Form einer Überwurfmutter
ausgestaltet ist. Mit diesem Prozessadapter 6 wird die
Armatur 3 an einem hier nicht gezeigten Anschlussstutzen
eines entsprechenden Behältnisses
angeschraubt. Ein Teil des Sondenschutzrohrs 4 reicht somit
in das hier ebenfalls nicht gezeigte Behältnis. Eine in diesem Sondenschutzrohr 4 geführte Sonde 2 ragt
ebenfalls in das Behältnis
und überragt
das Sondenschutzrohr 4, um in die zu messende Flüssigkeit
mit einer sich an der Sondenspitze befindenden Membran 7 einzutauchen.
Mittels eines ersten Dichtungsrings 8 wird verhindert,
dass Messflüssigkeit zwischen
die Sonde 2 und das Sondenschutzrohr 4 gelangt.
Ein weiterer Dichtungsring 9 dient der Abdichtung des Sondenschutzrohrs 4 gegenüber dem Anschlussstutzen
des Behältnisses.
Ein dritter Ring 18 hält
den Prozessadapter 6 verschieblich in seiner Position auf
dem Sondenschutzrohr 4.
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An
ihrem sich während
einer Installation im Prozess ausserhalb des Behältnisses befindlichen Ende,
das heisst in der Figur unterhalb des Prozessadapters 6,
angeordnet, weist die Sonde 2 einen Sondenkopf 10 auf,
welcher eine Anschlussbuchse 11 für die Verbindung zu einem mit
einem Stecker 12 versehenen, der elektrischen Zuleitung
dienenden Kabel 13 besitzt. Der Sondenkopf 10 ist
mit einem sechskantförmigen
Bereich 19 versehen, damit zum Herstellen der Steckverbindung
hier mit der Hand angegriffen und gehalten werden kann. Der Stecker 12 weist
eine gerändelte
Hülse 17 mit
Innengewinde (hier nicht sichtbar) auf, mittels derer durch Aufschrauben
auf ein Aussengewinde (hier ebenfalls nicht sichtbar) der Anschlussbuchse 11 die
Steckverbindung gesichert wird.
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Die
Sonde 2 selbst ist mittels eines am Sondenkopf 10 vorhandenen
Aussengewindes 20 in das mit einem sich an seinem prozessfernen
Ende befindlichen Innengewinde 21 versehene Sondenschutzrohr 4 eingeschraubt.
Am selben Ende des Sondenschutzrohrs 4 befindet sich ein
Aussengewinde 24 zum Befestigen der Schutzhülse 5.
Letztere weist zu diesem Zweck ein Innengewinde 23 auf,
das vorzugsweise in einem Verbindungsteil, welches in fester Verbindung – beispielsweise
durch eine Klebeverbindung – mit
der Schutzhülse 5 steht,
angebracht ist. Selbstverständlich
könnte
die Schutzhülse 5 an dieser
Stelle auch einstückig
ausgestaltet sein. Die Verbindung der Schutzhülse 5 mit dem Sondenschutzrohr 4 wird
beim Anschrauben zusätzlich
mit einer Dichtungsmasse versehen, um vor allem das Eindringen von
Feuchtigkeit in den Verbindungsbereich des elektrischen Anschlusses
der Sonde 2 zu vermeiden. Die Schutzhülse 5 kann, wenn sie
vom Sondenschutzrohr 4 gelöst ist, entlang dem Kabel 13 verschoben
und auch zur Herstellung der Schraubverbindung um das Kabel 13 gedreht
werden, da sie im Bereich des Kabeldurchtritts über eine weitgehend dichtende,
jedoch flexible, vorzugsweise aus Gummi bestehende Manschette 31 verfügt.
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Zwischen
dem Sondenschutzrohr 4 und der Schutzhülse 5 ist ein Sicherungsadapter 25 eingebracht.
Der Sicherungsadapter 25 zeichnet sich dadurch aus, dass
er einen nach innen zur Längsachse 30 der
Einbauelektrodenvorrichtung 1 weisenden Kragen 26 besitzt,
welcher im eingebauten Zustand den sechskantförmigen Bereich 19 des
Sondenkopfs 10 umgreift, insbesondere den zwischen Sechskantbereich 19 und
dem aus diesem ragenden Bereich der Anschlussbuchse 11 gebildeten
Absatz 32, und sich vorzugsweise an diesem abstützt. Damit
wird die Sonde 2 in ihrer in das Sondenschutzrohr 4 installierten
Lage festgehalten. Durch diese Gestaltung des Sicherungsadapters 25 ist
sowohl die Montage der Armatur 3 und der Sonde 2 sowie
deren Demontage fest vorgegeben und es können keine Arbeitsschritte vertauscht
werden.
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Ein
Abstandsring 33 befindet sich zwischen Sondenkopf 10 und
einem inneren Absatz 34 des Sondenschutzrohrs 4.
Der Abstandsring 33 dient der definierten Halterung der
Sonde 2 in der Armatur 3, beziehungsweise einem
hier nicht gezeigten Einbaustutzen eines Behältnises im Falle, dass die
Sonde direkt in ein solches eingebaut wird. Ein in der 1 nicht
sichtbarer weiterer Dichtungsring befindet sich in Anlage mit dem
inneren Absatz 34 und liegt vollständig in einer Nut, welche im
eingebauten Zustand der Sonde durch eine Ausnehmung im Abstandsring 33 und
dem Sondenschaft 35 zusammen gebildet wird, wie weiter
unten anhand der 3 verdeutlicht wird.
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Die 2 zeigt
eine Einbauelektrodenvorrichtung 1 in der Seitenansicht
in auseinander genommenem Zustand. Bauteile, welche mit jenen der anhand
der 1 beschriebenen Vorrichtung identisch sind, sind
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden an dieser
Stelle nicht erneut beschrieben. Wie mittig in der Figur erkennbar, ist
der oben erwähnte
weitere Dichtungsring – im
Folgenden als Dichtungsring 36 bezeichnet – für den Einbau
der Sonde 2 in eine Armatur 3, die Sonde an ihrem
Sondenschaft 35 umgreifend zwischen dem Abstandsring 33 und
dem Sondenschutzrohr 4 anzuordnen.
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In
der 3 ist eine Teilschnittzeichnung
als Ausschnittvergrösserung
von 1 zu sehen, in welcher die für die Erfindung relevanten
Teile der Armatur 3 und des Sondenkopfs 10, sowie
der Abstandsring 33 und der Dichtungsring 36 im
Schnitt gezeigt sind. Es ist deutlich erkennbar, dass der Dichtungsring 36 vollständig von
der Nut 37 welche im eingebauten Zustand der Sonde durch
eine Ausnehmung 38 im Abstandsring 33 und dem
Sondenschaft 35 zusammen gebildet wird, aufgenommen wird.
Auf diese Weise wird gewährleistet,
dass die Verpressung des Dichtungsrings 36 definiert ist
und somit ein definiertes Drehmoment beim Einschrauben der Sonde 2 in die
Armatur 3 erreicht wird. In der Folge werden unerwünschte Kräfte auf
den Sondenschaft 35 vermieden.
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Der
Abstandsring 33 ist symmetrisch in Bezug auf seine mittlere
Ringebene senkrecht zu seiner Symmetrieachse, welche bei korrektem
Einbau mit der Längsachse 30 der
Einbauelektrodenvorrichtung 1 übereinstimmt, ausgebildet.
Das heisst die Ausnehmung 38, welche in Zusammenwirken
mit dem Sondenschaft die Nut 37 bildet, ist auch auf der
dem inneren Absatz 34 abgewandten Seite der Abstandsrings 33 vorhanden.
Dadurch wird eine Endfläche 39 gebildet,
die sich bündig
mit einer Endfläche 41 einer Sondenkopfhülse 40 in
Anlage befindet. Die Sondenkopfhülse 40 weist
einerseits ein Aussengewinde 42 auf, mit welchem sie mit
dem Sondenschutzrohr 4 der Armatur 3 verschraubt
ist. An ihrer Innenseite ist die Sondenkopfhülse 40 mit einer fest
mit dem Sondeschaft 35 verbundenen, vorzugsweise verklebten, Halterung 43 und
gleichzeitig mit der Anschlussbuchse 11 verschraubt. Die
Tatsache, dass der Abstandsring sich lediglich mit der Sondenkopfhülse 40 in
Anlage befindet und nicht mit der fest mit dem Sondeschaft 35 verbundenen
Halterung 43, bewirkt, dass beim Verschrauben der Sonde 2 mit
der Armatur 3 keine Kräfte
auf den Sondenschaft 35 wirken.
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Die
Einbauelektrodenvorrichtung wurde anhand des Beispiels einer statischen
Armatur beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die Einbauelektrodenvorrichtung
auch andere hier nicht näher
beschriebene Armaturen aufweisen kann. Auch der direkte Einbau einer
Sonde in ein Behältnis,
insbesondere vermittels eines Anschlussstutzens am Behältnis, soll
von der erfindungsgemässen
Einbauelektrodenvorrichtung umfasst sein. Die Erfindung ist ferner
nicht beschränkt
auf Einbauelektrodenvorrichtungen, deren Verbindungen, insbesondere
diejenige zwischen Sonde und Armatur beziehungsweise zwischen Sonde
und Anschlussstutzen eines Behältnisses
mittels Schraubverbindung erfolgen. Die Verbindungen können beispielsweise
jede für
sich oder mehrere gleichzeitig in Form eines Bajonettverschlusses
realisiert sein.
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- 1
- Einbauelektrodenvorrichtung
- 2
- Sonde
- 3
- Armatur,
statische Armatur
- 4
- Sondenschutzrohr
- 5
- Schutzhülse
- 6
- Prozessadapter
- 7
- Membran
- 8
- Dichtungsring
- 9
- Dichtungsring
- 10
- Sondenkopf
- 11
- Anschlussbuchse
- 12
- Stecker
- 13
- Kabel
- 17
- Hülse
- 18
- Ring
- 19
- sechskantförmiger Bereich
- 20
- Aussengewinde
der Sonde, Normgewinde
- 21
- Innengewinde
des Sondenschutzrohrs, Normgewinde
- 23
- Aussengewinde
des Sondenschutzrohrs
- 24
- Innengewinde
am Verbindungsteil der Schutzhülse
- 25
- Sicherungsadapter
- 26
- Kragen
- 27
- Abschnitt
- 28
- Nut
- 29
- Vertiefung
- 30
- Längsachse
- 31
- Manschette
- 32
- Absatz
- 33
- Abstandsring
- 34
- Innerer
Absatz
- 35
- Sondenschaft
- 36
- Dichtungsring
- 37
- Nut
- 38
- Ausnehmung
- 39
- Endfläche des
Abstandsrings
- 40
- Sondenkopfhülse
- 41
- Endfläche der
Sondenkopfhülse
- 42
- Aussengewinde
der Sondenkopfhülse
- 43
- Halterung