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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät für
die Prozessmesstechnik sowie eine Anordnung zur Messung einer Prozessgröße
nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche
1 und 4.
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In
der Automatisierungstechnik werden häufig Messgeräte
eingesetzt, die zur Überwachung eines Mediums bzw. der
Eigenschaft eines Mediums dienen, wie z. B. des Druckes oder der
Temperatur einer Flüssigkeit oder eines Gases. Meist bestehen solche
Messgeräte aus einem als Prozessanschluss bezeichneten
Unterteil und einem darauf aufgesetzten Gehäuse, das vorrangig
zum Schutz des Sensors und der dazu gehörenden Elektronik
dient. Der Prozessanschluss stellt die Verbindung des Messgeräts mit
einem das Medium führenden Behälter oder Rohrleitung
bzw. einem Anschlussstutzen her und beinhaltet meist das Sensorelement
selbst. Das Sensorelement ist z. B. bei Druckmessgeräten
als piezoresistive oder kapazitive Messzelle ausgebildet und bei
Temperaturmessgeräten als Pt100-Widerstandselement.
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Ein
großes Problem – insbesondere aufgrund der verschiedenen
Anforderungen an die Messzellen, wie große Druckbereiche,
chemische Beständigkeit usw. – ist die effektive
Abdichtung zwischen Messzelle und Prozessanschluss. Hierzu macht
die deutsche Patentschrift
DE
196 28 551 B4 den Vorschlag, zwischen der medienseitigen
Stirnfläche der Druckmesszelle und einer axialen Anschlagfläche
des Sensorgehäuses axial eine ringförmige Flachdichtung
aus Polytetrafluorethylen (PTFE) einzuspannen, wobei die axiale
Anschlagfläche als federelastischer Dichtsteg ausgebildet
ist.
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Ein ähnlich
gelagertes Problem hinsichtlich der Abdichtung ist auch zu lösen,
wenn ein Messgerät mit einem flanschartigen Adapter verbunden
wird, um es bspw. mit einem flanschartigen Anschlussstutzen einer
Rohrleitung zu verbinden. Hierfür bieten sich z. B. Clamp-Klemmverbindung
nach DIN 32676 an, wobei dann der oben genannte
Adapter eine Hälfte dieser Clamp-Klemmverbindung wäre,
in die das Messgerät eingeschraubt wird. Insbesondere bei
Anwendungen in der Lebensmittelindustrie stellen strenge Auflagen
u. a. die Bedingung, eine Totraumfreiheit zu gewährleisten
und dass keinerlei Substanzen hinter die Abdichtung gelangen, wodurch
sich Bakterien, Keime und dergleichen entwickeln können.
Eine so genannte Crosskontamination ist in jedem Fall zu vermeiden.
Folglich wird an eine Verbindung zwischen Messgerät bzw.
Prozessanschluss und Adapter und somit auch an deren Abdichtung
zueinander die Anforderung gestellt, diese Auflagen zu erfüllen.
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Ebenfalls
aus der deutschen Patentschrift
DE 196 28 551 B4 ist der Vorschlag zu entnehmen, dass – ähnlich
wie bei der Abdichtung zwischen Druckmesszelle und Prozessadapter – der
Adapter einen umlaufenden Dichtfedersteg aufweist, der federelastische
Eigenschaften besitzt. Dieser Dichtfedersteg übt nach dem
Einschrauben des Messgeräts in den Adapter eine axiale
Kraft gegen das Messgerät aus und erzeugt mit seinem inneren äußeren Ende
und dem Prozessanschluss eine Metall-Metall-Dichtung. Durch die
Vorspannung des als Federsteg wirkenden Dichtstegs wird ein „Kraftpuffer” erzeugt,
der dynamisch auf Druck- und Temperaturschwankungen reagieren kann.
Druckspitzen bspw. können aufgrund der zur Einschraubrichtung
des Messgeräts in den Adapter entgegengesetzten Wirkung
zu einer ungewollten Entlastung der dichten Verbindung zwischen
Messgerät bzw. Prozessanschluss und Adapter führen.
Andererseits führen große Temperaturschwankungen
auch zu einem großen thermischen Ausdehnungsbereich. Hinzukommt, dass
Messgerät bzw. Prozessanschluss und Adapter unterschiedlich
mit dem Medium als Wärme- bzw. Kältequelle in
Berührung kommen, weshalb Effekte im Zusammenhang mit der
thermischen Ausdehnung unterschiedlich ausfallen können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, das Dichtverhalten einer Verbindung zwischen
einem Messgerät und einem Adapter in einer Messanordnung
weiter zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein im Anspruch
1 genanntes Messgerät und durch eine im Anspruch 4 genannte
Anordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß weist
das Messgerät am unteren Ende des Prozessanschlusses einen
nach außen gerichteten, als Federsteg ausgebildeten umlaufenden
Dichtsteg auf. Da in diesem Fall der Prozessanschluss einen Dichtfedersteg
aufweist, kann das Messgerät auch in einen Adapter eingeschraubt werden,
der selbst über keinen federelastischen Dichtfedersteg
verfügt. Der Dichtfedersteg des Messgeräts berührt
einen Dichtsteg des Adapters und stellt so eine dichte Verbindung
zwischen Messgerät und Adapter her. Der aus dem Stand der
Technik bekannte Aufbau wird somit umgekehrt. Dabei erzeugt der
Dichtfedersteg des Messgeräts den „Kraftpuffer”, der
Einflüsse von Druck- und Temperaturschwankungen kompensiert.
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Um
die Einschraubtiefe des Messgeräts in den Adapter zu begrenzen
und damit auch auf die Dichtwirkung Einfluss zu nehmen, weist der
Prozessanschluss an seinem oberen, dem Gehäuse des Messgeräts
zuweisenden Ende eine umlaufende, schulterartige Erstreckung nach
außen auf, gegen die der Adapter im eingeschraubten Zustand
axial anschlägt.
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Vorteilhafterweise
besitzt der Dichtfedersteg des Messgeräts an einer Seite
eine radial gerichtete Verlängerung. Wenn ein Dichtelement
verwendet wird, das zwischen die beiden Dichtstege von Messgerät
und Adapter positioniert wird, dient diese Verlängerung
als axialer Anschlag für das Dichtelement. Das Dichtelement
kann aus einem Kunststoff oder aus Keramik oder aus Metall bestehen,
wobei als Kunststoff besonders Thermoplaste oder Duroplaste oder
Elastomere infrage kommen, insbesondere Polyetheretherketon (PEEK).
Andererseits kann es ohne Einsatz eines Dichtelements auch als metallische
Dichtkante verwendet werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung
einer Prozessgröße, bestehend aus einem Messgerät
und einem Adapter. Erfindungsgemäß weist das Messgerät
einen als Federsteg ausgebildeten umlaufenden Dichtsteg auf, der
am unteren Ende des Prozessanschlusses angeordnet ist. Da somit
der Prozessanschluss einen Dichtfedersteg aufweist, kann das Messgerät
auch in einen Adapter eingeschraubt werden, der selbst über keinen
federelastischen Dichtfedersteg verfügt. Der Dichtfedersteg
des Messgeräts erzeugt den „Kraftpuffer”,
der Einflüsse von Druck- und Temperaturschwankungen kompensiert.
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Vorteilhafterweise
weist auch der Adapter einen als Federsteg ausgebildeten umlaufenden
Dichtsteg auf. Verschiedene Anwendungen bringen unterschiedliche
Dichtanforderungen mit sich. Insbesondere, wenn es sich um große
Temperaturschwankungen oder Druckspitzen handelt, muss diese die Messvorrichtung
kompensieren können. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung kann der Betrag des durch die Dichtfederstege erzeugten „Kraftpuffers” erhöht
werden, wodurch auch große Druckspitzen und Temperaturschwankungen
ausgeglichen werden können.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Dichtsteg des Adapters nach innen und
der Dichtsteg des Messgeräts nach außen gerichtet
ist, so dass beide Dichtstege bei bestimmungsgemäßem
Aufbau der Anordnung – das Messgerät ist bis zum
Anschlag in den Adapter eingeschraubt – vorzugsweise gegenüberliegend
auf gleicher Höhe angeordnet sind.
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Wenigstens
ein Dichtsteg ist vorzugsweise konisch ausgestaltet, zumindest an
einem äußeren Bereich, was zur Folge hat, dass
dieser Dichtfedersteg ein im Verhältnis zu seiner maximalen
Dicke schmales Ende aufweist.
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Wenn
nicht beide Dichtstege eine konische Form aufweisen, besitzt der
andere Dichtsteg, vorzugsweise der des Messgeräts, eine
gleichmäßige Dicke, wobei das Ende vorzugsweise
einseitig verlängert ist. Diese vorstehende Verlängerung
dient als Anschlag entweder für den anderen Dichtsteg oder für
ein eingesetztes Dichtelement.
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Die
Dichtstege sind jeweils so lang, dass sie sich berühren
können, um eine Metall-Metall-Dichtung zu bilden. Alternativ
dazu und besonders vorteilhaft wird zwischen den beiden Dichtstegen
ein Dichtelement angeordnet, das vorzugsweise aus einem Kunststoff
oder aus Keramik oder aus Metall besteht, wobei als Kunststoff besonders
Thermoplaste oder Duroplaste oder Elastomere infrage kommen, insbesondere
Polyetheretherketon (PEEK). Die Enden der Dichtstege berühren
das Dichtelement und stellen somit einen wichtigen Teil dar, um
eine dichte Verbindung zwischen Adapter und Messgerät bzw.
Dichtelement herzustellen. Die äußere Gestaltung
der konischen Endes des Dichtfederstegs muss demnach einerseits
möglichst spitz zulaufen, um die Berührungsfläche
mit dem Dichtelement so klein wie möglich zu machen, was
den Anpressdruck an dieser Stelle erhöht, und andererseits
aber das Dichtelement nicht einschneiden lässt. Als vorteilhaft
hat sich daher eine runde Ausgestaltung des äußeren
Endes herausgestellt. Der Radius liegt vorzugsweise im Bereich 0,1
mm ± 0,03 mm. Denkbar ist auch die Realisierung als Ringfläche.
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Die
beiden Dichtstege berühren sich nicht nur, sondern spannen
sich während des Einschraubend des Messgeräts
in den Adapter auch jeweils vor. Somit wird ein durch das Vorspannen
erzeugter „Kraftpuffer” auf beide Dichtstege verteilt,
was letztlich auch eine Erhöhung der Vorspannkraft nach
sich zieht. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass durch
unterschiedliche Dicken der Stege entsprechend die Federkraft der
beiden Dichtstege unterschiedlich ist. Besonders vorteilhaft ist
es, wenn der Dichtsteg des Messgeräts eine größere
Dicke aufweist und damit eine größere Federkraft
besitzt. Da der einwirkende Druck des zu messenden Mediums der Federkraft
der Dichtstege entgegenwirkt, wird dadurch eine nichtgewollte Entlastung
der Abdichtung zwischen Adapter und Messgerät hervorgerufen. Dieser
Effekt kann minimiert werden, indem der Dichtsteg hinsichtlich der
Federkraft höher dimensioniert wird. Trotzdem wird ein „Kraftpuffer” erzeugt,
der allerdings im Zusammenspiel mit dem im Vergleich schmaleren
und damit empfindlicheren Dichtsteg des Adapters nur bei großen
Druck- und Temperaturschwankungen zum Einsatz kommt. Kleinere Schwankungen
werden allein durch den Dichtsteg des Adapters ausgeglichen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Adapter Teil einer Flansch-, Schraub-
oder Clamp-Klemmverbindung ist, insbesondere wenn der Adapter eine Hälfte
dieser bekannten Clamp-Klemmverbindung ist. Dann könnte
auf einfache und schnelle Weise das Messgerät stabil und
dicht mit einer Prozessanlage durch eine Standard-Klemmverbindung
verbunden werden.
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Ganz
besonders vorteilhaft genügt die Anordnung hinsichtlich
der Hygiene den Anforderungen der Lebensmittelindustrie, z. B. den
Kriterien der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG). Von besonderer
Bedeutung sind hierbei die EHEDG-Vorschriften in den Dokumenten
2, 8, 10 und 16. Hintergrund dieser Richtlinien ist, dass in der Lebensmittelindustrie
verwendete Messgeräte rückstandsfrei durch automatisierte
Reinigungsprozesse reinigbar sein müssen. D. h. die Messgeräte,
die an eine Anlage, bspw. über einen Flansch, oder an eine Rohrleitung
angeschlossen sind, werden an den medienführenden Teilen
durch Reinigungsmittel, die durch die Rohrleitungen strömen,
von jeglichen störenden Substanzen gereinigt. Diese Reinigungsprozesse
sind notwenig, um zum einen eine Keim- und Bakterienbildung zu vermeiden
und um grundsätzlich verschiedene Substanzen, d. h. Lebensmittel,
durch die gleiche Anlage strömen lassen zu können.
Nach einem solchen Reinigungsprozess muss ohne Sichtung gewährleistet
sein, dass sich keine Anhaftungen mehr in den Rohrleitungen und
damit auch an den medienführenden Teilen der angeschlossenen
Messgeräte befinden. Dazu muss insbesondere eine Spalt-
und Totraumfreiheit garantiert werden, was durch die EHEDG-Zertifizierung
nachgewiesen werden kann.
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Als
medienführende Teile im Sinne der Anmeldung werden alle
mit Medien, wie Flüssigkeiten oder Gasen in Kontakt stehende
oder medientransportierende Vorrichtungen, wie Rohre, Behälter, Formstücke,
Ventile o. dgl., verstanden. Verbindungen für medienführende
Teile sind demnach Verbindungen zwischen Rohren, Behältern
o. dgl. Unter Behältnis werden insbesondere Behälter,
Rohrleitungen etc. verstanden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 Schnittbild
einer Messanordnung aus einem Messgerät mit einem erfindungsgemäßen Prozessanschluss
und einem Adapter mit starrem Dichtsteg als erstes Ausführungsbeispiel,
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2 Schnittbild
einer Messanordnung mit einem nichtbündigen Messgerät
und einem Adapter mit starrem Dichtsteg als weiteres Ausführungsbeispiel,
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3 vergrößerte
Darstellung eines Ausschnitts des Ausführungsbeispiels
nach 2,
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4 Schnittbild
einer Messanordnung mit vertikalen Dichtfedersteg am Messgerät
als weiteres Ausführungsbeispiel,
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5 vergrößerte
Darstellung eines Ausschnitts des Ausführungsbeispiels
nach 4,
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6 Schnittbild
einer Messanordnung aus einem Messgerät mit einem erfindungsgemäßen Prozessanschluss
und einem Adapter mit federelastischem Dichtsteg als weiteres Ausführungsbeispiel,
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7 vergrößerte
Darstellung eines Ausschnitts des Ausführungsbeispiels
nach 6,
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8 Schnittbild
einer Messanordnung aus einem Füllstandsmessgerät
und einem Adapter als weiteres Ausführungsbeispiel und
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9 vergrößerte
Darstellung eines Ausschnitts des Ausführungsbeispiels
nach 8.
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In
den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben,
gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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1 zeigt
eine Messanordnung aus einem Messgerät 1 der Prozessmesstechnik,
das mit einem herkömmlichen Adapter 200a verbunden
ist. Üblicherweise erfolgt die Verbindung zwischen Messgerät 1 bzw.
Prozessanschluss 100a und Adapter 200a durch eine Schraubverbindung
mittels eines nicht dargestellten Gewindes. Selbstverständlich
sind alle Arten bekannter Verbindungstechniken, wie bspw. Rast-
und Kupplungsverbindungen denkbar. Typische Messgeräte
sind Temperatur-, Strömungs-, Füllstands- und
insbesondere Druckmessgeräte. Prozessanschluss 100a und
Adapter 200a sind bevorzugt aus Edelstahl (V4A, V2A) ausgeführt,
da Edelstahl für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie
sehr gut geeignet ist, wobei insbesondere beim Adapter 200a prinzipiell
auch sehr harte Kunststoffe denkbar sind. Der Adapter 200a ist
im vorliegenden Fall eine Hälfte einer Clamp-Klemmverbindung.
Die Erfindung ist hierbei aber nicht auf Clamp-Klemmverbindungen
beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle vergleichbaren
Adapter- oder Flanschvorrichtungen.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt der Adapter 200a einen
starren Dichtsteg 210a, der keine federelastischen Eigenschaften
besitzt. Um dennoch den Effekt des dynamischen „Kraftpuffers” zu
nutzen, ist hier am Prozessanschluss 100a des Messgeräts 1 ein
federelastischer Dichtsteg 130a angeordnet. Der Dichtfedersteg 130a weist
bevorzugt eine Länge von 2–8 mm auf, wobei er
durchaus auch länger sein kann. Der starre Dichtsteg des
Adapters 210a hingegen weist eine im Querschnitt gesehen
nahezu dreieckförmige Gestalt auf und hat daher im Wesentlichen
keine Federeigenschaften.
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Bevorzugt
ist zwischen dem Dichtfedersteg des Messgeräts 130a und
dem Dichtsteg des Adapters 210a ein Dichtelement 300a angeordnet.
Das Dichtelement 300a kann aus Kunststoff oder aus Keramik
oder aus Metall bestehen, wobei der Kunststoff ein Thermoplast oder
ein Duroplast oder ein Elastomer, d. h. O-Ring, sein kann. Bevorzugte
Ausführung ist jedoch Polyetheretherketon (PEEK). PEEK
hat den Vorteil, dass es hochtemperaturbeständig ist, vergleichsweise
kriechbeständig ist und insgesamt gute Dichteigenschaften
hat. Darüber hinaus ist PEEK spritzgießbar, wodurch
die Dichtringe fertigungstechnisch einfach herstellbar sind. Grundsätzlich
ist auch Polytetrafluorethylen (PTFE) denkbar, da u. a. dessen chemische
Beständigkeit gegenüber PEEK besser ist. PTFE
würde allerdings, sofern es nicht durch spezielle Füllstoffe
stabilisiert wird, wegen seiner Kriechneigung einen speziell darauf
angepassten konstruktiven Aufbau des Prozessanschlusses 100a und/oder
des Adapter 200a bedingen. Wenn die Nut bspw. durch eine
Kapselung o. dgl. derart gestaltet ist, dass das PTFE-Ring nicht
wegkriechen kann, wäre PTFE auch als Dichtmaterial denkbar.
Jeder andere formstabile und chemisch weitgehend stabile Werkstoff
mit größerer Elastizität als der Grundwerkstoff „Edelstahl” kann
grundsätzlich als Dichtungsmaterial in Erwägung
gezogen werden. Graphit und Keramik wären hier insbesondere zu
bevorzugen.
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Während
des Einschraubens des Messgeräts 1 in den Adapter 200a kommt
es jeweils zur Berührung des PEEK-Rings 310 mit
dem Federsteg des Messgeräts 130a und dem Dichtsteg
des Adapters 210a. Da der Dichtsteg des Adapters 210a eine
Begrenzung der Einschraubtiefe darstellt und der PEEK-Ring 310 nicht
elastisch ist, gibt er die durch das Einschrauben entstehende Kraft
axial an den Federsteg 130a weiter, was zu dessen Durchbiegung führt.
Damit das Dichtelement 300a die beim Einschraubvorgang
entstehende axiale Kraft auch an den Federsteg 130a weitergeben
kann, besitzt der Federsteg 130a an seiner oberen Seite
eine von der Achse des Messgeräts 1 betrachtete
radiale Verlängerung, was letztlich eine Art Nut 140a erzeugt.
Diese Verlängerung wirkt als axialer Anschlag für
das Dichtelement 300a. Bei einer Ausführungsform
ohne Dichtelement 300a könnte diese Verlängerung
auch als Dichtkante zur Erzeugung einer Metall-Metall-Dichtung mit
dem Dichtsteg des Adapters 210a dienen. Die maximale Einschraubtiefe
kann weiter auch über eine in 1 nicht
dargestellte Anschlagsvorrichtung in Form einer den Durchmesser
des Messgeräts 1 erweiternde umlaufende schulterartige Erstreckung
realisiert werden, die ab einer bestimmten Einschraubtiefe auf dem
oberen Rand des Adapters 200a aufliegt. Wenn das Messgerät 1 nun
ausreichend tief eingeschraubt wurde, hat sich der Federsteg 130a etwas
nach oben gebogen und wirkt somit als dynamischer Energiespeicher.
Denn sollte die Dichtung 300a bspw. durch Materialermüdung
oder durch Temperatureinflüsse nachgeben oder sich ausdehnen,
kann dadurch die für eine dauerhafte Dichtigkeit erforderliche
Kraft zwischen der Dichtung 300a und deren Auflageflächen
mit dem Adapter 200a bzw. dem Prozessanschluss 100a permanent gewährleistet
werden. Dieser Effekt ist eines der zentralen Gedanken dieser Erfindung,
wodurch sich diese Beschreibung auch auf die folgenden Ausführungsbeispiele übertragen
lässt. Über die Dimensionierung des Federstegs 130a hinsichtlich
Länge und Dicke, insbesondere die Tiefe des umlaufenden
Einschnitts oberhalb des Federstegs 130a lässt
sich die Federeigenschaft, d. h. Federweg und Federkraft des Dichtstegs 130a beeinflussen.
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2 stellt
ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, wobei der rechte
Teil ausschnittsweise in 3 vergrößert
dargestellt wird. Es handelt sich dabei um ein nichtbündiges
Messgerät, das in Form des Prozessanschlusses 100b in
einen Adapter 200b eingeschraubt ist. Wie bei dem vorherigen
Ausführungsbeispiel wird auch hier die Einschraubtiefe
durch einen oberen Anschlag 110b begrenzt. Der Prozessanschluss 100b weist
an seinem unteren Ende einen umlaufenden, nach unten gerichteten
Federsteg 130b auf, an deren äußerem
Ende sich eine nach außen gerichtete umlaufende Nut 140b befindet.
Diese Nut 140b ist zur Aufnahme eines Dichtringes 300b, vorzugsweise
aus PEEK, vorgesehen. Beim Einschrauben des Messgeräts
bzw. des Prozessanschlusses 100b in den Adapter 200b kommt
es zur Berührung des Dichtringes 300b mit dem
nach innen gerichteten, umlaufenden Dichtsteg 210b des
Adapters 200b. Der Dichtsteg kann dabei verschiedene Formen
annehmen, so dass auch seine Länge variieren kann. Demzufolge
kann der Dichtsteg auch zum Dichtfedersteg werden und seinerseits
die Dichtung aufnehmen.
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Wesentliches
Merkmal aller bislang dargestellten Ausführungsformen ist,
dass sie selbstverstärkende Eigenschaften besitzen. D.
h. bei anliegendem Druck wird die Dichtwirkung der Dichtverbindungen
zwischen Messgerät bzw. Prozessanschluss noch verstärkt
und somit verbessert.
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Eine
weitere Ausführungsform wird in 4 gezeigt.
Das Messgerät 1 bzw. dessen Prozessanschluss 100c und
der Adapter 200c weisen hier eine im Durchmesser sehr weit
nach außen verlagerte Anschlagsvorrichtung 111c auf.
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Im
Gegensatz zu den bisher gezeigten Ausführungsformen wird
die federelastische Komponente der Dichtungsverbindung aus dem Umfeld
der eigentlichen Dichtung 300c mit Nut 140c herausgenommen
und in die Verbindungsstelle von Prozessanschluss 100c mit
dem Adapter 200c hineinverlagert. Der Flansch des Messgerätes 180c und/oder der
Flansch des Adapters 190c wird von der Materialstärke
her so ausgelegt, dass er federelastische Eigenschaften besitzt.
Diese Kräfte werden so eingestellt, dass an der Dichtung 300c die
notwendigen Anpresskräfte erreicht werden, die notwendig
sind, um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen und gleichzeitig
die durch den Prozessdruck möglichen Druckkräfte
inklusive Druckspitzen aufnehmen zu können.
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Wird
nun der Flansch des Messgerätes 180c und der Flansch
des Adapters 190c am jeweils äußeren
Umfang durch ein Befestigungselement, wie z. B. der dargestellten
Clamp-Klammer 170c zusammengezogen, liegt der Prozessanschluss 100c mit
der eingelegten Dichtung 300c auf der Dichtschräge 221c auf
und wird mit zunehmendem Anzugsmoment stärker verpresst.
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Diese
Kräfte können neben der Clamp-Klammer 170c auch
durch eine hier nicht dargestellte Flanschverbindung mit Durchgangsschrauben
bewirkt werden bzw. durch eine Verschraubung mit Überwurfmutter,
wozu entweder der Messgeräte-Flansch 180c oder
der Adapter-Flansch 190c mit einem Gewinde am ganzen Umfang
ausgestattet sein müsste. Abhängig von der Art
des eingelegten Dichtringes 300c können unterschiedliche
Effekte beim weiteren Zusammenziehen des Messgeräte-Flansches 180c mit
dem Adapter-Flansch 190c eintreten. Wird eine Hartstoffdichtung,
wie z. B. PEEK, eingelegt, kommt es zu einer federelastischen Auslenkung
des Messgeräteflansches 180c und/oder des Adapterflansches 190c.
Die Durchbiegung erreicht ihr Maximum, wenn die Flansche an ihrem äußeren
Umfang durch die Klammer 170c soweit zusammengezogen wurden,
bis diese sich gegenseitig an der Kontaktfläche 111c berühren,
was jedoch nicht zwingend eintreten muss.
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Diese
Vorspannung bewirkt eine Dichtwirkung unter allen möglichen
Praxisbedingungen, unabhängig von Temperaturbewegungen
in den beteiligten Bauteilen und sonstigen Veränderungen,
wie z. B. einer Setzbewegung der Dichtung.
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Zwischen
dem Anschlag 121c des Prozessanschluss-Flansches 180c des
Messgerätes 100c und dem Anschlag 122c des
Adapterflansches 190c bleibt ein Abstand erhalten, der
den für die federelastischen Eigenschaften der Verbindung
notwendigen Federweg vorhält.
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5 zeigt
eine vergrößerte Darstellung des rechten oberen
Teils aus 14. Zu sehen ist sind der
federelastische Flansch 180c vom Prozessanschlusses vom
Messgerät 100c und der federelastische Flansch 190c von
Adapter 200c.
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Die 6 und 7 – wobei 7 wieder ein
vergrößerter Ausschnitt aus 6 ist – stellt
eine Ausführungsform dar, bei der wiederum Adapter 200d und
der Prozessanschluss 100d jeweils eine Dichtfedersteg 130d, 210d aufweisen.
Vorteilhafterweise ist die Federkraft des Messgerätfederstegs 130d stärker
als der Adapterfedersteg 210d, was in den beiden Figuren
durch unterschiedliche Dicke der Federstege ersichtlich ist. Druckspitzen
bspw. können aufgrund der zur Einschraubrichtung des Messgeräts 1 in
den Adapter 200d entgegengesetzten Wirkung zu einer ungewollten
Entlastung der dichten Verbindung zwischen Messgerät 1 bzw.
Prozessanschluss 100d und Adapter 200d führen.
Aus diesem Grund wird die Federkraft des Messgerätfederstegs 130d vorteilhafterweise
hoch dimensioniert.
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Der
Prozessanschluss 100d weist eine Nut 140d auf,
in der ein Dichtring 300d, vorzugsweise aus PEEK oder ein
O-Ring, eingelegt ist. Dieser Dichtring wird, nachdem das Messgerät
mit dem Adapter 200d verbunden ist, vorzugsweise durch
Verschraubung, von dem Dichtfedersteg des Adapters 210d berührt,
wodurch die Abdichtung realisiert wird. Ein hier nicht gezeigter
Anschlag am oberen Ende des Prozessanschlusses 100d begrenzt
die Einschraubtiefe. Das Wechselspiel von beiden Federstegen 130d, 210d mit
dem Dichtring 300d erfolgt in analoger Weise wie in den
zuvor beschriebenen Beispielen. Dabei ist insbesondere auch denkbar,
auf den Dichtring 300d zu verzichten und den Adapter 200d so
auszugestalten, dass der Federsteg 210d den Prozessanschluss 100d direkt
berührt und somit eine Metall-Metall-Dichtung erzeugt wird.
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Ein
weiteres praktisches Ausführungsbeispiel zeigt 8 und 9,
wobei 9 wieder ein vergrößerter Ausschnitt
aus 8 ist. Gezeigt ist die Messspitze eines Füllstandsmessers,
bei dem der vordere Teil mit einem Kunststoff umspritzt ist – bspw. PEEK –,
der gleichzeitig als Dichtelement 300e fungiert. Am Adapter 200e ist
ein starrer Dichtsteg 210e angeordnet, auf dem das Messgerät 1 aufliegt.
Das Messgerät 1 weist an diesem quasi Berührungspunkt einen
nach außen gerichteten, als Federsteg ausgebildeten umlaufenden
Dichtsteg auf, dessen Ende in diesem Fall um 180° wieder
nach innen gebogen ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel
sind die vorgenannten Vorteile realisiert.
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Die
vorstehenden Ausführungsformen zeigen auf, wie ein Messgerät,
dessen Prozessanschluss einen Dichtfedersteg aufweist, sowohl in
herkömmliche Adapter beliebiger Hersteller, die lediglich über
einen starren Dichtsteg verfügen, als auch in spezielle
Adapter mit Dichtfedersteg eingesetzt werden können und
je nach Anwendungsfall eine vorteilhafte dauerhaft dichte Verbindung
zwischen Messgerät bzw. dessen Prozessanschluss und Adapter
realisiert werden kann.
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- 1
- Messgerät
- 2
- Messzelle
- 100,
100b, 100c, 100d
- Prozessanschluss
- 110,
110b,
- Anschlag
- 121c
- Anschlag
von Flansch des Meßgerätes
- 122c
- Anschlag
von Flansch des Adapters
- 130a,
130b, 130c, 130d, 130e
- Dichtfedersteg
des Messgeräts
- 140a,
140c, 140d
- Nut
- 160,
160a, 160c, 160d
- Dichtkante
- 170c
- Verbindungsklammer
- 180c
- elastischer
Flansch Meßgerät
- 190c
- elastischer
Flansch Adapter
- 200a,
200b, 200c, 200d, 200e
- Adapter
- 210a,
210b, 210c, 210d, 210e
- Dicht(feder)steg
des Adapters
- 300a,
300b, 300c, 300d, 300e
- Dichtung
- 310
- Dichtring
aus Polyetheretherketon (PEEK)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19628551
B4 [0003, 0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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