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Die Erfindung betrifft eine Sondeneinrichtung zum Messen einer Messgröße eines in einem in einem Prozessbehälter enthaltenen Fluids, insbesondere für sterile Anwendungen.
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Der Einsatzbereich von Sondeneinrichtungen zur Messung physikalischer oder chemischer Messgrößen eines Mediums, z. B. eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, in der Prozesstechnik ist vielfältig. Beispielsweise erfordert die Herstellung von sterilen Lösungen in pharmazeutischen oder lebensmitteltechnischen Prozessen den Einsatz von Messsonden zur Überwachung des Produktes bzw. des Prozesses. Bei den Messsonden kann es sich um pH-Messsonden, Leitfähigkeitsmesssonden, optische oder elektrochemische Messsonden zur Bestimmung einer Konzentration einer in dem zu überwachenden Medium enthaltenen Substanz, z. B. O2, CO2, bestimmte Ionenarten, organische Verbindungen, handeln.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Inline-Messung an Fluiden, z. B. an Produkten chemischer Prozesse durchzuführen, bei der Sondeneinrichtungen mit axial verfahrbarem eine Messsonde haltendem Tauchrohr, in dem eine Messsonde gehalten ist, zum Einsatz kommen. Solche Sondeneinrichtungen werden auch Wechselarmaturen genannt. Diese Wechselarmaturen sind an einem Prozessbehälter, beispielsweise einem das durch Messung zu überwachende Fluid führenden Rohr, befestigt. Sie weisen eine Behandlungskammer auf, in die die Messsonde mittels des Tauchrohrs zeitweilig während des Betriebes zu Kalibrier- oder Spülzwecken verfahren und darin mit einer Kalibrierflüssigkeit in Kontakt gebracht werden kann und/oder mit einem Spülmedium zur Reinigung umspült werden kann. Ist der Kalibrier- bzw. Spülvorgang abgeschlossen, kann die Messsonde danach zurück in das zu überwachende Fluid verfahren werden, um mit der Inline-Messung fortzufahren. Dabei wird einer Kontamination des zu überwachenden Fluids mit Kalibrierflüssigkeit bzw. umgekehrt einer Kontamination der Kalibrierflüssigkeit mit zu überwachendem Fluid mit Hilfe von Dichtungen entgegengewirkt, die die Behandlungskammer und den Prozessbehälter gegeneinander abdichten.
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Für Wechselarmaturen zum Einsatz in sterilen Prozessen wurde vorgeschlagen, eine zusätzliche, zweite Behandlungskammer vorzusehen. So ist beispielsweise in
DE 38 20 405 C2 eine Wechselarmatur beschrieben, die ein Gehäuse mit einem an einem Reaktionsgefäß anschließbaren Gehäusestutzen aufweist, wobei im Gehäuse ein Tauchrohr mit einer Messwertgebersonde, deren Messkopf von einem durchbrochenen Käfig umgeben ist, von einer über den Gehäusestutzen vorstehenden Messstellung in eine zurückliegende Ruhestellung im Gehäuse axial ein- und ausfahrbar ist. In der Ruhestellung ist die Öffnung des Gehäusestutzens mittels eines Schließgliedes nach außen verschlossen. In der Ruhestellung befindet sich der vordere, dem Reaktionsgefäß zugewandte Teil des Tauchrohrs mit dem Messkopf der Sonde in einer ersten Spülkammer des Gehäuses, die einen Zulauf und einen Ablauf aufweist. Der Spülkammer ist im Gehäuse eine zweite, vom Reaktionsgefäß weiter entfernte Spülkammer mit einem eigenen Zulauf und einem eigenen Ablauf zugeordnet. In der Ruhestellung kann eine Spülung und/oder Sterilisierung der Messsonde und von Teilen des Tauchrohrs durchgeführt werden, indem Spül- bzw. Sterilisationsmedium durch die erste und die zweite Spülkammer geschickt werden. Auf diese Weise können auch jene Teile des Tauchrohrs und/oder der Sonde gereinigt und sterilisiert werden, die beim Ausfahren der Sonde in die Messstellung in die erste Spülkammer gelangen. Damit soll vermieden werden, dass nicht gespülte und sterilisierte Teile des Tauchrohrs und der Sonde in die Spülkammer gelangen, in der gegebenenfalls Medium des Reaktionsgefäßes enthalten ist, und dieses verunreinigen.
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Der Ablauf der zweiten Spülkammer ist mit dem Zulauf der ersten Spülkammer über eine Flüssigkeitsleitung verbunden, so dass in die zweite Spülkammer eingeleitetes Spül- oder Sterilisationsmedium weiter über die Flüssigkeitsleitung und den Zulauf der ersten Spülkammer in diese gelangt und von dort über den Ablauf der ersten Spülkammer einer Kondensatableitung oder einer Spülableitung zugeführt wird. Dieser Aufbau erlaubt es jedoch nicht, nur eine einzige Spülkammer mit Flüssigkeit zu beaufschlagen.
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Zwischen der ersten und zweiten Spülkammer ist bei der in
DE 38 20 405 C2 beschriebenen Wechselarmatur eine Dichtung angeordnet, die die beiden Spülkammern gegeneinander abdichtet. Im Bereich dieser Dichtung ist keine ausreichende Reinigung bzw. Sterilisation des Tauchrohrs gewährleistet. Insbesondere kann auch die Dichtung selbst nicht ausreichend gereinigt bzw. sterilisiert werden.
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Auch in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2005 051 279 A1 ist eine Wechselarmatur für den Einsatz in sterilen Prozessen beschrieben. Sie umfasst ein Gehäuse, das einen Raum zur Aufnahme einer Messsonde und eine erste Kammer zur Aufnahme eines ersten Fluids, z. B. eines Kalibrierfluids oder eines Spülfluids, aufweist, die mit dem Raum zur Aufnahme der Sonde in Verbindung steht. Das Gehäuse umfasst weiterhin einen Verbindungsabschnitt, mittels dessen das Gehäuse mit einem Behälter verbindbar ist oder in Verbindung steht, der zur Aufnahme eines Mediums dient, dessen Eigenschaft mit der Sonde zu messen ist. In dem Gehäuse ist wenigstens eine zweite Kammer zur Aufnahme eines zweiten Fluids, das sich sowohl gegenüber dem ersten Fluid als auch gegenüber dem Medium unkritisch verhalten soll, wie etwa steriles Wasser, zwischen der ersten Kammer und dem Verbindungsabschnitt des Gehäuses angeordnet. Bei defekten Dichtungen soll so die Wahrscheinlichkeit für eine Kontamination des Mediums durch das erste Fluid sowie auch eine Kontamination des ersten Fluids durch das Medium verringert werden. Die Sonde ist in einem Tauchrohr untergebracht, in dem Öffnungen eingebracht sind, die einen Zugang des Mediums bzw. einer Spülflüssigkeit zu dem Messkopf freigeben. Die Sonde kann axial innerhalb des Gehäuses zwischen einer Messstellung, in der die Sonde mit ihrem einen Sensor umfassenden Messkopf in das Medium hineinragt und einer Spülstellung, in der der Messkopf innerhalb der ersten Spülkammer angeordnet ist, verfahren werden. Um auch in der Spülstellung eine Abdichtung der zwischen der ersten Spülkammer und dem Medium angeordnete zweiten Spülkammer gegenüber dem Medium zu gewährleisten, muss der Abstand zwischen dem Frontende der Sonde und den Öffnungen im Bereich des Messkopfs der Sonde größer sein als die axiale Länge der zweiten Spülkammer, d. h. als der Abstand zwischen zwei Dichtungen, die die zweite Spülkammer gegen das Medium einerseits und gegen die erste Spülkammer andererseits abdichten. Im Ergebnis bewirkt dies, dass für eine bestimmte Eintauchtiefe des Messkopfs in das Medium im Messbetrieb ein Hub des Tauchrohrs erzeugt werden muss, der um die Axiallänge der zweiten Spülkammer vergrößert ist. Zudem benötigt das um eben diese Länge über die Position des eigentlichen Messkopfs hinausreichende Frontende des Tauchrohrs entsprechend viel Platz, so dass die Wechselarmatur nur an Prozessbehältern mit einem gewissen Mindestvolumen, eingesetzt werden kann.
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Die
EP 0372 121 A1 offenbart eine Stütze für einen Elektrodenhalter, der in einer Bohrung verschiebbar ist, die mit einem vorderen, einem Zwischen- und einem hinteren Dichtelement versehen ist, um die Stütze in Bezug auf die Bohrung abzudichten, wobei der Raum zwischen Bohrung und Stütze mit einer Vergrößerung aufweist, die mit Kanälen verbunden ist, wobei das Zwischendichtelement der Vergrößerung gegenüberliegt und keine Abdichtungsfunktion aufweist, wenn sich der Halter in einer zurückgezogenen Position befindet, wobei das vordere Dichtelement eine Dichtung bildet zwischen den Kanälen und dem Gefäß, in dem die Bohrung hervorbricht.
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Die
US 5,011,587 offenbart eine austauschbare Sonde zum Nachweis von chemischen Prozessen in wässrigen Lösungen. Die Sonde weist einen im Wesentlichen zylindrischen Sondenkörper mit einer Kalibrierkammer und mit einem in einer Bohrung des Sondenkörpers axial verschiebbaren Tauchrohr auf. Des Weiteren umfasst die Sonde einen sich an dessen vorderen Ende befindenden Schutzzylinder, der angrenzend an das Tauchrohr korbartig perforiert ist. Eine Elektrode wird in das Tauchrohr eingesteckt, wobei sich der Kopf der Elektrode innerhalb des Korbes wie der perforierte Bereich des Schutzzylinders befindet. Ein ringförmiger Spalt zwischen dem Tauchrohr und der Innenwand des Sondenkörpers ist durch mindestens drei an der Innenwand des Sondenkörpers befindliche Dichtungen abgedichtet. Die erste Dichtung befindet sich oberhalb der Kalibrierkammer und die zweite und die dritte Dichtung befinden sich unter der Kalibrierkammer und der Abstand zwischen zwei benachbarten Dichtungen ist größer als die Länge des perforierten Bereichs.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Sondeneinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Kalibrierung der Messsonde und/oder eine ausreichende Sterilisierung des Tauchrohrs und der Messsonde im am Prozessbehälter befestigten Zustand erlauben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sondeneinrichtung zum Messen einer Messgröße eines in einem Prozessbehälter enthaltenen Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, umfassend
einen Sondenkörper, der mittels eines Prozessanschlusses an den Prozessbehälter anschließbar ist;
ein in einem Führungskanal des Sondenkörpers zwischen einer Messposition und mindestens zwei verschiedenen Behandlungspositionen axial verschiebbares Tauchrohr, das an seinem in das Fluid eintauchbaren Frontende einen Schutzzylinder aufweist,
eine in dem Tauchrohr gehaltene Messsonde mit einem Messkopf, wobei der Messkopf innerhalb eines durchbrochenen Bereiches des Schutzzylinders angeordnet ist,
eine zwischen dem Führungskanal und dem Tauchrohr gebildete erste Behandlungskammer, eine zwischen dem Führungskanal und dem Tauchrohr gebildete, auf einer von dem Prozessanschluss abgewandten Seite der ersten Behandlungskammer an diese anschließende zweite Behandlungskammer,
und eine zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer angeordnete Dichtung,
wobei das Tauchrohr einen ersten Abschnitt mit einem ersten Außendurchmesser und einen an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt mit einem zweiten, gegenüber dem ersten Außendurchmesser kleineren, Außendurchmesser aufweist, so dass durch axiales Verschieben des Tauchrohrs die zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer angeordnete Dichtung freigegeben werden kann.
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Durch die Dichtung wird eine Trennung der beiden Behandlungskammern voneinander bewirkt, so dass die Behandlungskammern jeweils einzeln mit einem Fluid bespült werden können. Insbesondere kann die erste Behandlungskammer in einer Behandlungsposition, in der der Messkopf der Messsonde innerhalb der ersten Behandlungskammer angeordnet ist, mit einer Kalibrierflüssigkeit gespült werden, die über die Spülöffnungen des im Tauchrohr gebildeten Schutzzylinders auch mit dem Messkopf in Kontakt kommt. Auf diese Weise ist eine Kalibrierung der Messsonde möglich. Durch das Freigeben der zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer angeordneten Dichtung werden die beiden Behandlungskammern miteinander verbunden. Durch zuleiten eines Spül- oder Sterilisationsfluids in die verbundenen Behandlungskammern können alle in den beiden Kammern angeordneten Teile des Tauchrohrs und der Messsonde, auch diejenigen, die im Bereich der Dichtung angeordnet sind, gereinigt bzw. sterilisiert werden. Auch die freigegebene Dichtung selbst kann so sterilisiert werden.
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Der Messkopf umfasst den primären Messwandler der Messsonde. Beispielsweise kann der Messkopf eine pH-Wert-sensitive Glasmembran einer pH-Glaselektrode, eine ionenselektive Membran einer ionenselektiven Elektrode, eine ionensensitive Halbleiterelektrode eines ISFET-Sensors, eine Membran eines amperometrischen Sensors, ein Temperaturfühler, eine Spulenanordnun eines induktiven Leitfähigkeitssensors, eine Elektrodenanordnung eines konduktiven Leitfähigkeitssensors oder einen Drucksensor umfassen.
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Der Führungskanal kann axiale Abschnitte unterschiedlichen Querschnitts umfassen. So kann die erste Behandlungskammer zwischen dem Führungskanal und dem Tauchrohr gebildet sein, wobei der Führungskanal im Bereich der ersten Messkammer einen aufgeweiteten axialen Abschnitt umfassen kann. Auch die zweite Behandlungskammer kann zwischen einem zumindest teilweise im Querschnitt aufgeweiteten Abschnitt des Führungskanals und dem Tauchrohr gebildet sein.
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In einer Ausgestaltung der Sondeneinrichtung schließt der zweite Abschnitt des Tauchrohrs in Richtung des Frontendes an den ersten Abschnitt an, wobei in einer ersten Behandlungsposition des Tauchrohrs die Dichtung die erste Behandlungskammer und die zweite Behandlungskammer gegeneinander abdichtet, und bei einer axialen Verschiebungsbewegung des Tauchrohrs in von dem Prozessanschluss abgewandter Richtung in eine zweite Behandlungsposition die Dichtung freigegeben wird, und eine Fluidpassage zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer gebildet wird.
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Sowohl in der ersten als auch in der zweiten Behandlungsposition ist der Messkopf in den Sondenkörper, insbesondere in die erste Behandlungskammer, zurückgezogen und die erste Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter abgedichtet. In der Messposition ist das Tauchrohr so weit aus dem Sondenkörper in Richtung des Prozessbehälters ausgefahren, dass der Messkopf innerhalb des Prozessbehälters angeordnet ist und in das Fluid, dessen Messgröße zu bestimmen ist, eintaucht.
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Die Sondeneinrichtung kann eine erste Behandlungsposition zur Verfügung stellen, bei der die erste Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter und der zweiten Behandlungskammer abgedichtet ist. Innerhalb dieses relativ kleinen Raums kann eine Spülung des Messkopfs und/oder eine Kalibrierung der Messsonde erfolgen, bei der jeweils nur eine geringe Menge an Spül- bzw. Kalibriermedium benötigt wird. Bei einer axialen Verschiebung des Tauchrohrs in vom Prozessanschluss abgewandter Richtung wird aufgrund des geringeren Außendurchmessers im zweiten Abschnitt des Tauchrohrs die Dichtung zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer freigegeben. Somit sind in der zweiten Behandlungsposition des Tauchrohrs bzw. der Messsonde die erste und zweite Behandlungskammer über einen Spalt zwischen dem Tauchrohr und dem Führungskanal an der Position der ursprünglichen Dichtung miteinander verbunden, so dass das zurückgezogene Tauchrohr über seine ganze innerhalb der ersten und zweiten Behandlungskammer angeordneten Länge mit einem Spül- oder Sterilisationsmedium beaufschlagt werden kann, ohne dass die zwischen den beiden Kammern angeordnete Dichtung die Sterilisation bzw. Reinigung des Tauchrohrs behindert. In dieser Position ist außerdem auch die Dichtung selbst spülbar bzw. sterilisierbar.
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In einer Ausgestaltung wird die Dichtung gebildet durch ein innerhalb des Führungskanals angeordnetes erstes Dichtelement, beispielsweise einen innerhalb einer umlaufenden Ringnut angeordneten O-Ring oder eine Formdichtung, wobei das erste Dichtelement in der ersten Behandlungsposition des Tauchrohrs an dessen erstem Abschnitt mit dem ersten Außendurchmesser anliegt. In der zweiten Behandlungsposition wird bei einer axialen Bewegung des Tauchrohrs in vom Prozessanschluss abgewandter Richtung der zweite Abschnitt des Tauchrohrs am Dichtelement vorbeigeführt, so dass zwischen dem Dichtelement und dem zweiten Abschnitt des Tauchrohrs aufgrund dessen gegenüber dem ersten Außendurchmesser geringeren zweiten Außendurchmessers ein Spalt freigegeben wird, der die erste Behandlungskammer und die zweite Behandlungskammer miteinander verbindet.
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Die Sondeneinrichtung kann weiterhin mindestens zwei Fluidleitungen welche in die erste Behandlungskammer münden, von denen eine als Zuleitung und eine weitere als Ableitung dient, sowie eine in die zweite Behandlungskammer mündende Fluidleitung, welche wahlweise als Zuleitung- oder Ableitung dient, umfassen. Ist der Messkopf in der ersten Behandlungsposition des Tauchrohrs in der ersten Behandlungskammer angeordnet, kann über die in die erste Behandlungskammer mündende Zuleitung ein Spül-, Sterilisations- oder Kalibriermedium in die erste Behandlungskammer eingeleitet und über die ebenfalls in die erste Behandlungskammer mündende Ableitung wieder abgeleitet werden.
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Vorzugsweise sind die Fluidleitungen, die in die erste Behandlungskammer münden, als Bohrungen innerhalb des Sondenkörpers ausgestaltet, die gegenüber der Längsachse des Sondenkörpers bzw. der Längsachse des Tauchrohrs eine Neigung aufweisen. Beispielsweise kann die Bohrungsachse mit der Längsachse des Sondenkörpers einen Winkel von 20° bis 80° einschließen, wobei der Scheitel des genannten Winkels zum Prozessanschluss hinweist. Eine derart geneigte Ausrichtung der Bohrungen erlaubt eine Bauraum sparende Anordnung von auf den Bohrungen aufgesetzten Spülanschlüssen.
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Die wahlweise als Zuleitung- oder Ableitung dienende, in die zweite Behandlungskammer mündende Fluidleitung ist vorzugsweise die einzige in die zweite Behandlungskammer mündende Fluidleitung. Sie kann ebenfalls als Bohrung innerhalb des Sondenkörpers ausgestaltet sein, die gegenüber der Achse des Tauchrohrs eine Neigung aufweist. Beispielsweise kann die Bohrungsachse der Fluidleitung mit der Längsachse des Sondenkörpers einen Winkel von 20° bis 80° einschließen, wobei der Scheitel des genannten Winkels vom Prozessanschluss wegweist.
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Die Zuleitung und/oder die Ableitung, welche in die erste Behandlungskammer mündet, kann mittels eines Ventils verschließbar sein. Dabei kann das Ventil einer der beiden Fluidleitungen, beispielsweise über eine elektronische Steuerungseinheit, die auch die Tauchrohrbewegung der Sondeneinrichtung steuert, automatisch verschlossen werden, wenn das Tauchrohr in die zweite Behandlungsposition verfahren wird. Auf diese Weise kann Spülflüssigkeit oder Sterilisationsmedium über die in die zweite Behandlungskammer mündende Fluidleitung eingeleitet werden, und über die entsprechend nicht verschlossene in die erste Behandlungskammer mündende Fluidleitung wieder abgeleitet werden. Alternativ kann auch über die nicht mittels Ventil verschlossene Fluidleitung Spülflüssigkeit oder Sterilisationsmedium in die erste Behandlungskammer eingeleitet und über die in die zweite Behandlungskammer mündende Fluidleitung abgeleitet werden.
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In dieser Ausgestaltung werden im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Wechselarmaturen nur drei Öffnungen zur Zu- und Ableitung von Kalibrier-, Spül- und Sterilisationsmedien benötigt, was den Gesamtaufbau der Sondeneinrichtung vereinfacht.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind einige oder alle in die erste und zweite Behandlungskammer mündenden Fluidleitungen mit Anschlussstutzen zum Anschluss eines oder mehrerer externer Reservoire von Spül-, Kalibrier- und/oder Sterilisationsmedien, wobei alle Anschlussstutzen auf einer Seite einer gedachten, nicht durch die Längsachse des Sondenkörpers aber parallel zu dieser verlaufenden Längsschnittebene durch den Sondenkörper angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Anschlusstutzen von einer einzigen Seite der Sondeneinrichtung her zugänglich sind, so dass die gegenüberliegende Seite als Bauraum frei bleibt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Sondeneinrichtung ist auf der dem Prozessanschluss zugewandten Seite der ersten Behandlungskammer eine zweite Dichtung angeordnet, welche die erste Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter abdichtet, wenn sich das Tauchrohr in der zweiten Behandlungsposition befindet. Optional kann die erste Behandlungsposition so gewählt werden, dass die zweite Dichtung die erste Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter auch abdichtet, wenn sich das Tauchrohr in der ersten Behandlungsposition befindet. Beabstandet zur zweiten Dichtung kann am prozessanschlussseitigen Endbereich des Sondenkörpers eine dritte Dichtung angeordnet sein, welche den Führungskanal und die erste Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter abdichtet, wenn sich das Tauchrohr in der Messposition oder der ersten Behandlungsposition befindet. Der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Dichtung ist vorzugsweise größer als der axiale Durchmesser der Spülöffnungen des Tauchrohrs.
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Eine derartige Anordnung von zwei hintereinanderliegenden Dichtungen, zwischen der ersten Behandlungskammer und dem Messfluid hat zwei Vorteile: Zum einen dient bei einer Axialbewegung des Tauchrohrs, bei der die Spülöffnungen jeweils eine der Dichtungen überstreifen, die jeweils andere Dichtung zur Gewährleistung einer Abdichtung der ersten Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter in jeder Stellung des Tauchrohrs. Zum anderen können auf diese Weise die beiden Dichtungen jeweils nacheinander gespült und/oder sterilisiert werden, ohne dass die Sondeneinrichtung vom Prozess entfernt werden muss. Die zweite Dichtung kann sogar während des laufenden Prozesses gespült und/oder sterilisiert werden.
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Bei einer zur Sterilisierung der zweiten Dichtung vorteilhaften Ausgestaltung der Sondeneinrichtung schließt an den ersten Abschnitt des Tauchrohrs mit dem ersten Außendurchmesser auf dessen vom Frontende des Tauchrohrs abgewandten Seite ein dritter Abschnitt des Tauchrohrs an, der einen gegenüber dem ersten Außendurchmesser kleineren dritten Außendurchmesser aufweist, wobei der dritte Außendurchmesser insbesondere gleich groß ist wie der zweite Außendurchmesser, d. h. wie der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des Tauchrohrs, so dass durch eine axiale Verschiebung des Tauchrohrs in Richtung des Prozessanschlusses in die Messposition die zweite Dichtung freigegeben wird.
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Die zweite Dichtung kann beispielsweise durch ein innerhalb des Führungskanals angeordnetes zweites Dichtelement, beispielsweise einen in einer Ringnut angeordneten O-Ring oder eine Formdichtung, gebildet sein, wobei das Dichtelement in der zweiten Behandlungsposition gegen den ersten Abschnitt des Tauchrohrs anliegt, während bei einer axialen Bewegung des Tauchrohrs zum Prozessanschluss hin in die Messposition des Tauchrohrs zwischen dem zweiten Dichtelement und dem dritten Abschnitt des Tauchrohrs ein Spalt freigegeben wird, der das zweite Dichtelement für über die Zuleitung in die erste Behandlungskammer zugeführte Flüssigkeit zugänglich macht.
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Auf diese Weise kann Spül- oder Sterilisationsmedium aus der ersten Behandlungskammer über den Spalt das zweite Dichtelement erreichen und so eine Spülung oder Sterilisation des zweiten Dichtelements ermöglichen, während sich die Messsonde in der Messposition im Prozessbehälter befindet und in das zu überwachende Fluid eintaucht.
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Der dritte Abschnitt weist vorzugsweise eine axiale Länge auf, die größer ist als der axiale Abstand zwischen der zweiten und der dritten Dichtung, d. h. zwischen den beiden hintereinanderliegenden, zwischen der ersten Behandlungskammer und dem Messfluid angeordneten Dichtungen.
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An den dritten Abschnitt des Tauchrohrs kann sich auf dessen von dem Frontende abgewandter Seite ein vierter Abschnitt des Tauchrohrs anschließen, dessen Außendurchmesser dem des ersten Abschnitts entspricht, der also größer ist als der Außendurchmesser des dritten Abschnitts. Befindet sich das Tauchrohr in Messposition, liegt das dritte Dichtelement, das innerhalb des Führungskanals am nächsten am prozessanschlussseitigen Ende des Sondenkörpers angeordnet ist, am ersten Abschnitt des Tauchrohrs an. Das Dichtelement, welches zwischen der ersten und zweiten Behandlungskammer angeordnet ist, liegt gleichzeitig am vierten Abschnitt des Tauchrohrs an, während zwischen dem zweiten Dichtelement und dem dritten Abschnitt des Tauchrohrs ein Spalt verbleibt, der von Spül- oder Sterilisationsmedium durchspült werden kann. Durch Zuleiten von Spül- oder Sterilisationsmedium in die erste Behandlungskammer kann in dieser Position des Tauchrohrs die erste Behandlungskammer, das zweite Dichtelement und der Spalt zwischen Tauchrohr und Führungskanal im Bereich des dritten Abschnitts des Tauchrohrs gespült und/oder sterilisiert werden.
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Die voranstehend beschriebene Sondeneinrichtung erlaubt eine Vielzahl von Behandlungsschritten der im Tauchrohr gehaltenen Messsonde, während die Sondeneinrichtung an einem Prozessbehälter befestigt ist. So umfasst ein mögliches Verfahren zum Betreiben einer derartigen Sondeneinrichtung, deren Tauchrohr in eine Messposition, in eine erste Behandlungsposition und in eine zweite Behandlungsposition axial verschoben werden kann, die Schritte:
- – Verschieben des Tauchrohrs in die zweite Behandlungsposition, in der die Dichtung zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer freigegeben ist, so dass die erste und zweite Behandlungskammer miteinander verbunden sind;
- – Befestigen einer Messsonde innerhalb des Tauchrohrs, während sich das Tauchrohr in der zweiten Behandlungsposition befindet;
sowie mindestens einen der Schritte:
- – Zuführen eines Sterilisationsmediums in die verbundenen Behandlungskammern und Sterilisation der innerhalb der ersten und zweiten Behandlungskammer befindlichen Abschnitte des Tauchrohrs und des über die Spülöffnungen innerhalb des Schutzzylinders am Frontende des Tauchrohrs zugänglichen Messkopfs der Messsonde während sich das Tauchrohr in der zweiten Behandlungsposition befindet;
- – Zuführen eines Sterilisationsmediums in die erste Behandlungskammer und Sterilisation des innerhalb der ersten Behandlungskammer befindlichen Abschnitts des Tauchrohrs und des über die Spülöffnungen innerhalb des Schutzzylinders am Frontende des Tauchrohrs zugänglichen Messkopfs der Messsonde während sich das Tauchrohr in der ersten Behandlungsposition, in der
- – die erste und die zweite Behandlungskammer gegeneinander abgedichtet sind, befindet;
- – Zuführen einer Spülflüssigkeit in die erste Behandlungskammer und Spülen des innerhalb der ersten Behandlungskammer befindlichen Abschnitts des Tauchrohrs und des über die Spülöffnungen innerhalb des Schutzzylinders am Frontende des Tauchrohrs zugänglichen Messkopfs der Messsonde während sich das Tauchrohr in der ersten Behandlungsposition befindet;
- – Zuführen einer Kalibrierflüssigkeit in die erste Behandlungskammer und Kalibrieren der Messsonde, deren Messkopf über die Spülöffnungen innerhalb des Schutzzylinders am Frontende des Tauchrohrs mit Kalibrierflüssigkeit beaufschlagt wird, während sich das Tauchrohr in der ersten Behandlungsposition befindet.
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Die Messsonde kann beispielsweise während des laufenden Prozesses ausgetauscht werden, vorzugsweise während sich das Tauchrohr in der zweiten Behandlungsposition befindet, da der Spalt zwischen Tauchrohr und Führungskanal und damit auch die erste und zweite Behandlungskammer in jeder Position des Tauchrohrs gegenüber dem Prozessbehälter abgedichtet ist.
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In der zweiten Behandlungsposition können das Tauchrohr und der Messkopf gespült und sterilisiert werden. Dabei werden alle Abschnitte des Tauchrohrs gespült und sterilisiert, die sich innerhalb der miteinander in Verbindung stehenden ersten und zweiten Behandlungskammer befinden.
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In der ersten Behandlungsposition ist die erste Behandlungskammer sowohl gegenüber dem Prozessbehälter als auch gegenüber der zweiten Behandlungskammer abgedichtet. Die erste Behandlungskammer bildet einen verhältnismäßig kleinen Raum, in den eine Zu- und eine Ableitung für Spülmedium, Sterilisationsmedium und/oder Kalibriermedium münden. Somit wird eine intensive Umspülung des Messkopfes bei gering gehaltenem Flüssigkeitsverbrauch gewährleistet. In dieser Behandlungsposition wird deshalb vorzugsweise die Kalibrierung der Messsonde durchgeführt.
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Befindet sich das Tauchrohr in Messposition kann für den Fall, dass an den ersten Abschnitt des Tauchrohrs mit dem ersten Außendurchmesser auf dessen vom. Frontende des Tauchrohrs abgewandten Seite ein dritter Abschnitt des Tauchrohrs anschließt, der einen gegenüber dem ersten Außendurchmesser kleineren dritten Außendurchmesser aufweist, so dass durch eine axiale Verschiebung des Tauchrohrs in die Messposition die zweite Dichtung freigegeben wird, die zweite Dichtung durch Zuleiten von Spül- oder Sterilisationsmedium in die erste Behandlungskammer gespült und sterilisiert werden.
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Ein erstes derzeit als vorteilhaft betrachtetes Verfahren zum Betreiben der Sondeneinrichtung, insbesondere zur Inbetriebnahme einer neuen. Messsonde, umfasst folgende Schritte:
- – Positionieren des Tauchrohrs in der zweiten Behandlungsposition, wobei in der zweiten Behandlungsposition die erste Behandlungskammer mit der zweiten Behandlungskammer verbunden ist, die erste Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter abgedichtet ist, und sich der Messkopf innerhalb der ersten Behandlungskammer befindet;
- – Befestigen einer Messsonde innerhalb des Tauchrohrs;
- – Verschieben des Tauchrohrs in Richtung des Prozessanschlusses bis zum Erreichen der Messposition, wobei in der Messposition des Tauchrohrs der Messkopf sich innerhalb des Prozessbehälters befindet, und die erste Behandlungskammer gegenüber der zweiten Behandlungskammer abgedichtet ist und mit dem Spalt zwischen dem Führungskanal und dem Tauchrohr im Bereich zwischen der ersten Behandlungskammer und einer den Spalt gegenüber dem Prozessbehälter abdichtenden weiteren Dichtung verbunden ist;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in die erste Behandlungskammer und Sterilisieren der ersten Behandlungskammer, des darin angeordneten Abschnitts des Tauchrohrs und des mit der ersten Behandlungskammer in Verbindung stehenden Spalts;
- – Verschieben des Tauchrohrs in vom Prozessanschluss abgewandter Richtung bis zum Erreichen der ersten Behandlungsposition, wobei in der ersten Behandlungsposition die erste Behandlungskammer gegenüber der zweiten Behandlungskammer und gegenüber dem Prozessbehälter abgedichtet ist, und sich der Messkopf innerhalb der ersten Behandlungskammer befindet;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in die erste Behandlungskammer und Sterilisieren des Messkopfs und des innerhalb der ersten Behandlungskammer angeordneten Abschnitts des den Messkopf umgebenden Schutzzylinders;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in den Prozessbehälter und Sterilisieren des Prozessbehälters und des mit dem Prozessbehälter in Kontakt stehenden Frontbereichs des Tauchrohrs;
- – Verschieben des Tauchrohrs in vom Prozessanschluss abgewandter Richtung bis zum Erreichen der zweiten Behandlungsposition;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in den Prozessbehälter und Sterilisieren des Prozessbehälters und des mit dem Prozessbehälter in Kontakt stehenden Frontbereichs des Tauchrohrs und des mit dem Prozessbehälter in Kontakt stehenden, durch das Verschieben des Tauchrohrs in die zweite Behandlungsposition freigegebenen Abschnitts des Führungskanals;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in die miteinander verbundenen erste und zweite Behandlungskammer und Sterilisieren der in der ersten und zweiten Behandlungskammer angeordneten Abschnitte des Tauchrohrs, des Messkopfs und des Schutzzylinders, sowie der durch das Verschieben des Tauchrohrs in die zweite Behandlungsposition freigegebenen und für das Sterilisationsmedium zugänglichen Dichtung zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer;
- – Verschieben des Tauchrohrs in Richtung des Prozessanschlusses in die Messposition;
- – Durchführen von Messungen mittels der Messsonde.
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Optional kann nach den Sterilisationsschritten und vor dem Verschieben des Tauchrohrs in die Messposition das Tauchrohr zunächst in die erste Behandlungsposition verschoben werden, Kalibriermedium in die erste Behandlungskammer geleitet und eine Kalibrierung der Messsonde durchgeführt werden.
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Ein zweites derzeit als vorteilhaft betrachtetes Verfahren zum Betreiben der Sondeneinrichtung, insbesondere zur Inbetriebnahme einer neuen Messsonde, umfasst folgende Schritte:
- – Positionieren des Tauchrohrs in der zweiten Behandlungsposition, wobei in der zweiten Behandlungsposition die erste Behandlungskammer mit der zweiten Behandlungskammer verbunden ist, die erste Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter abgedichtet ist, und sich der Messkopf innerhalb der ersten Behandlungskammer befindet;
- – Befestigen einer Messsonde innerhalb des Tauchrohrs;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in die miteinander verbundenen erste und zweite Behandlungskammer und Sterilisieren der in der ersten und zweiten Behandlungskammer angeordneten Abschnitte des Tauchrohrs, des Messkopfs und des Schutzzylinders, sowie der durch das Verschieben des Tauchrohrs in die zweite Behandlungsposition freigegebenen und für das Sterilisationsmedium zugänglichen Dichtung zwischen der ersten und der zweiten Behandlungskammer;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in den Prozessbehälter und Sterilisieren des Prozessbehälters und des mit dem Prozessbehälter in Kontakt stehenden Frontbereichs des Tauchrohrs und des mit dem Prozessbehälter in Kontakt stehenden, durch das Verschieben des Tauchrohrs in die zweite Behandlungsposition freigegebenen Abschnitts des Führungskanals;
- – Verschieben des Tauchrohrs in die erste Behandlungsposition, wobei in der ersten Behandlungsposition die erste Behandlungskammer gegenüber der zweiten Behandlungskammer und gegenüber dem Prozessbehälter abgedichtet ist, und sich der Messkopf innerhalb der ersten Behandlungskammer befindet;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in die erste Behandlungskammer und Sterilisieren des in der ersten Behandlungskammer angeordneten Abschnitts des Tauchrohrs und durch die Bewegung des Tauchrohrs aus der zweiten Behandlungsposition in die erste Behandlungsposition freigegebener Teile des Führungskanals;
- – Zuleiten eines Sterilisationsmediums in den Prozessbehälter und Sterilisieren des Prozessbehälters und des mit dem Prozessbehälter in Kontakt stehenden Frontbereichs des Tauchrohrs und der mit dem Prozessbehälter in Kontakt stehenden Bereiche des Schutzzylinders;
- – Verschieben des Tauchrohrs in Richtung des Prozessanschlusses in die Messposition;
- – Durchführen von Messungen mittels der Messsonde.
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Optional kann nach den Sterilisationsschritten und vor dem Verschieben des Tauchrohrs in die Messposition das Tauchrohr zunächst in der ersten Behandlungsposition verbleiben, Kalibriermedium in die erste Behandlungskammer geleitet und eine Kalibrierung der Messsonde durchgeführt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematisch dargestellte Gesamtansicht der Sondeneinrichtung in der ersten oder zweiten Behandlungsposition;
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2a) eine schematische Längsschnitt-Darstellung der Sondeneinrichtung in der Messposition;
b) eine Detailansicht des in 2a) mit einem Kreis gekennzeichneten Bereichs;
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3a) eine schematische Längsschnitt-Darstellung der Sondeneinrichtung in der ersten Behandlungsposition;
b) eine Detailansicht des in 3a) mit einem Kreis gekennzeichneten Bereichs;
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4a) eine schematische Längsschnitt-Darstellung der Sondeneinrichtung in der zweiten Behandlungsposition;
b) eine Detailansicht des in 4a) mit einem Kreis gekennzeichneten Bereichs.
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In
1 ist die Sondeneinrichtung
1 in einer Gesamtdarstellung gezeigt. Sie umfasst einen Prozessanschluss
2, der im vorliegenden Beispiel als Anschlussstutzen ausgestaltet ist, und der an einen komplementären Anschlussstutzen
3 am Prozessbehälter
4 (in
1 nicht dargestellt, vgl.
2 bis
4) mittels einer Überwurfmutter
5 befestigt werden kann. Weiterhin umfasst die Sondeneinrichtung
1 einen Sondenkörper
6, der einstückig oder, wie im gezeigten Beispiel, aus mehreren miteinander verbundenen Teilen gebildet sein kann. Innerhalb des Sondenkörpers
6 ist ein axialer Führungskanal
7 ausgebildet (in
1 nicht zu sehen, vgl.
2–
4), in dem ein Tauchrohr
8 geführt ist, welches axial in Richtung des Prozessanschlusses
2 bzw. in vom Prozessanschluss
2 abgewandter Richtung verschoben werden kann. Die Verschiebung des Tauchrohrs
8 wird durch eine automatische, vorzugsweise pneumatische, Antriebsvorrichtung
9 bewirkt, die hier nicht im einzelnen beschrieben ist, deren Funktionsweise aber beispielsweise aus
DE 10 2005 051 279 A1 bekannt ist. Die Antriebsvorrichtung
9 kann auch ausgestaltet sein, wie in der noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 054 884.7 beschrieben. Alternativ kann die Verschiebung des Tauchrohrs auch durch manuelle Betätigung erfolgen.
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Der Führungskanal 7 umfasst mehrere axiale Abschnitte mit unterschiedlichem Querschnitt. Innerhalb des Sondenkörpers 6 sind so zwischen dem Führungskanal 7 und dem Tauchrohr 8 eine erste Behandlungskammer 10 und eine auf einer von dem Prozessanschluss 2 abgewandten Seite der ersten Behandlungskammer 10 an diese anschließende zweite Behandlungskammer 11 gebildet, wobei der Führungskanal im Bereich der Behandlungskammern 10, 11 Abschnitte mit aufgeweitetem Querschnitt umfasst (vgl. auch 2–4). Der Führungskanal ist im Bereich der ersten und zweiten Behandlungskammer jeweils im Querschnitt aufgeweitet. In die Behandlungskammern können Fluide, beispielsweise Flüssigkeiten, Dampf oder Gas, über in die Behandlungskammern mündende Fluidleitungen 15 (vgl. 2–4) eingeleitet werden. Die Fluidleitungen 15 sind als Bohrungen innerhalb des Sondenkörpers ausgestaltet, die mit Anschlussstutzen 12, 13 und 14 zum Anschluss an Fluid-Zuleitungen, wie zum Beispiel an Schläuche oder Rohre, verbunden sind. Die Anschlussstutzen 12, 13, 14 und entsprechend die Fluidleitungen 15 innerhalb des Sondenkörpers sind auf einer Seite einer gedachten, nicht durch die Längsachse A des Sondenkörpers 6 aber parallel zu dieser verlaufenden Längsschnittebene durch den Sondenkörper 6 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Anschlussstutzen 12, 13, 14 von einer einzigen Seite der Sondeneinrichtung 1 her zugänglich sind, so dass die gegenüberliegende Seite als Bauraum frei bleibt. Insgesamt benötigt die Sondeneinrichtung 1 auf diese Weise also weniger Bauraum als herkömmliche Sondeneinrichtungen, bei denen die Anschlussstutzen für Spülmedien auf gegenüberliegenden Seiten der Sondeneinrichtung angeordnet sind.
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Die Anschlussstutzen 12, 13, die mit in die erste Behandlungskammer 10 mündenden Fluidleitungen 15 verbunden sind, und auch die Fluidleitungen selbst weisen gegenüber der Längsachse A des Sondenkörpers 6 eine Neigung auf, d. h. die Bohrungsachse B1 der jeweiligen Fluidleitungen 15, die mit der Achse der entsprechenden Anschlussstutzen 12, 13 zusammenfallen, bildet mit der Längsachse A des Sondenkörpers 6 einen spitzen Winkel α, vorzugsweise zwischen 20° und 80°, dessen Scheitel zum Prozessanschluss 2 hin weist.
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Der Anschlussstutzen 14 bzw. die mit ihm verbundene, innerhalb des Sondenkörpers 6 als Bohrung verlaufende und in die zweite Behandlungskammer mündende Fluidleitung (im Längsschnitt nicht zu sehen) ist ebenfalls gegenüber der Längsachse A des Sondenkörpers 6 bzw. des Tauchrohrs 8 geneigt. Dabei bildet die Bohrungsachse B2 der Fluidleitung, die mit der Achse des Anschlussstutzens 14 zusammenfällt, mit der Längsachse A einen spitzen Winkel β, der vorzugsweise zwischen 20° und 80° beträgt, und dessen Scheitel vom Prozessanschluss 2 weg weist.
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In 2a) ist die Sondeneinrichtung 1 in Längsschnitt-Darstellung in Messposition gezeigt. 2b) zeigt eine Detaildarstellung des in 2a) durch einen Kreis markierten Bereichs.
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Im Tauchrohr 8 ist eine Messsonde 16 gehalten, die an ihrem dem Frontende 19 des Tauchrohrs 8 zugewandten Ende einen Messkopf 17 und an ihrem vom Frontende 19 abgewandten Ende einen Sondensteckkopf 18 aufweist. Der Messkopf 17 umfasst den primären Messswandler der Messsonde 16, der ein mit der zu bestimmenden Messgröße korreliertes Primärsignal erzeugt, das an den Messkopf 17 weitergeleitet und in diesem gegebenenfalls durch eine dort untergebrachte Messelektronik gewandelt und vom Messkopf 17 an eine übergeordnete, mit dem Steckkopf mechanisch und zur Signal- und Energieübertragung, beispielsweise galvanisch, optisch oder induktiv gekoppelt, verbundene Einheit, beispielsweise einen Messumformer, übertragen wird.
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An seinem Frontende 19 bildet das Tauchrohr 8 einen den Messkopf 17 umgebenden Schutzzylinder 20, der beabstandet vom Frontende 19 einen durchbrochenen Bereich mit Spülöffnungen 21 aufweist. Die Messsonde 16 ist derart in dem Tauchrohr gehalten, dass ihr Messkopf 17 innerhalb des Schutzzylinders 20 angeordnet ist, und dass ein Medium, in das der Schutzzylinder eintaucht, durch die Spülöffnungen in Kontakt mit dem Messkopf 17 kommt.
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Das Tauchrohr 8 weist mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmessem auf. Ein erster Abschnitt 22 besitzt einen ersten Außendurchmesser. Auf der dem Frontende 19 zugewandten Seite des ersten Abschnitts 22 schließt sich ein zweiter Abschnitt 23 an, der einen zweiten Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des ersten Abschnitts 22. Auch auf der vom Frontende 19 abgewandten Seite des ersten Abschnitts 22 schließt sich ein dritter Abschnitt 24 an, der einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des ersten Abschnitts 22. Im gezeigten Beispiel sind der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 23 und des dritten Abschnitts 24 gleich groß. Auf der vom Frontende 19 abgewandten Seite des dritten Abschnitts 24 schließt sich ein vierter Abschnitt 25 an, der einen größeren Außendurchmesser aufweist als der zweite Abschnitt 23 und der dritte Abschnitt 24. Der Bereich zwischen dem Frontende 19 des Tauchrohrs und dem zweiten Abschnitt 23, bildet einen fünften Abschnitt 26, der sich zwischen dem Frontende 19 und dem durchbrochenen Bereich mit den Spülöffnungen 21 erstreckt. Der Außendurchmesser des fünften Abschnitts 26 ist größer als der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 23. Im gezeigten Beispiel sind die Außendurchmesser des ersten Abschnitts 22, des vierten Abschnitts 25 und des fünften Abschnitts 26 gleich groß.
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Die Außendurchmesser des ersten Abschnitts 22, des vierten Abschnitts 25 und des fünften Abschnitts 26 sind so, bemessen, dass sie gegen ein oder mehrere Dichtelemente, die innerhalb des Führungskanals 7 angeordnet sind, anliegen, und so eine Dichtung bilden, wenn sich einer der Abschnitte auf einer Höhe mit einem der Dichtelemente befindet. Die Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 23 und des dritten Abschnitts 24 sind dagegen so bemessen, dass im Bereich dieser Abschnitte zwischen dem Tauchrohr 8 und dem einen oder den mehreren Dichtelementen ein Spalt verbleibt, durch den ein Fluid, das über die Fluidleitungen 15 in die Behandlungskammem 10, 11 eingeleitet wird, passieren kann.
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Innerhalb des Führungskanals 7 ist in einer Ringnut ein erstes Dichtelement 27 zwischen der ersten Behandlungskammer 10 und der zweiten Behandlungskammer 11 angeordnet. Ein zweites Dichtelement 28 ist auf der dem Prozessanschluss 2 zugewandten Seite der ersten Behandlungskammer 10 innerhalb des Führungskanals in einer Ringnut angeordnet. Zwischen dem Prozessbehälter 4 und dem zweiten Dichtelement 28 ist ein drittes Dichtelement 29 im prozessseitigen Endbereich des Anschlussstutzens 2 in einer Ringnut im Führungskanal 7 angeordnet. Im gezeigten Beispiel sind die Dichtelemente als O-Ringe ausgestaltet, alternativ könnten die Dichtelemente auch als Formdichtungen ausgestaltet sein. Es ist auch möglich, dass die Dichtelemente statt am Führungskanal 7 am Tauchrohr 8 angebracht sind.
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In der in 2a) und b) dargestellten Messposition des Tauchrohrs 8 ragt der Schutzzylinder mit dem Messkopf 17 in den mit dem Fluid, dessen Messgröße zu bestimmen ist, gefüllten Prozessbehälter 4 hinein, so dass der Messkopf 17 über die Spülöffnungen 21 mit dem Fluid in Berührung kommt. In dieser Position des Tauchrohrs liegt der erste Abschnitt 22 des Tauchrohres mit seinem vom Frontende 19 abgewandten Endbereich am dritten Dichtelement 29 an, so dass der auf der vom Prozessbehälter 4 abgewandten Seite des Dichtelements 29 verlaufende Spalt zwischen dem Tauchrohr 8 und dem Führungskanal 7 gegenüber dem Prozessbehälter 4 abgedichtet ist. Der sich auf der vom Frontende 19 abgewandten Seite des ersten Abschnitts 22 anschließende dritte Abschnitt 24 des Tauchrohrs 8 liegt wegen seines geringeren Durchmessers nicht am zweiten Dichtelement 28 an, so dass in der Messposition zwischen dem Dichtelement 28 und dem Abschnitt 24 ein Spalt gebildet wird, durch den ein in der auf der vom Prozessbehälter 4 abgewandten Seite des zweiten Dichtelements 28 liegenden ersten Behandlungskammer 10 enthaltenes Fluid hindurchtreten kann. In der Messstellung des Tauchrohrs ist es deshalb möglich, über die Zuleitung 15 Spülflüssigkeit oder ein Sterilisationsmedium, z. B. Heißdampf, einzuleiten, und auf diese Weise nicht nur die erste Behandlungskammer, sondem auch das Dichtelement 28 und den zwischen dem dritten Abschnitt 24 des Tauchrohrs und dem Führungskanal bis zum Dichtelement 29 reichenden Spalt zu spülen und zu sterilisieren.
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In 3a) ist die Sondeneinrichtung 1 in Längsschnitt-Darstellung in der ersten Behandlungsposition gezeigt. 3b) zeigt eine Detaildarstellung des in 3a) durch einen Kreis markierten Bereichs.
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In der ersten Behandlungsposition ist das Tauchrohr 8 so weit in vom Prozessanschluss 2 abgewandter Richtung zurückgezogen, dass sich der Messkopf 17 innerhalb der ersten Behandlungskammer 10 befindet. Der fünfte Abschnitt 26 des Tauchrohrs 8 liegt am dritten Dichtelement 29 und dem zweiten Dichtelement 28 an, so dass der Spalt zwischen Tauchrohr 8 und Führungskanal 7 gegenüber dem Prozessbehälter 4 abgedichtet ist. Optional kann die erste Behandlungsposition so gewählt werden, der fünfte Abschnitt 26 des Tauchrohrs 8 nicht auch am zweiten Dichtelement 28 anliegt.
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Der erste Abschnitt 22 des Tauchrohrs liegt in der ersten Behandlungsposition am ersten Dichtelement 27 an, so dass die erste Behandlungskammer 10 und die zweite Behandlungskammer 11 gegeneinander abgedichtet sind. In dieser Position kann über die Zuleitung 15 eine Spülflüssigkeit, ein Kalibriermedium oder ein Sterilisationsmedium in die erste Behandlungskammer 10 eingeleitet werden. Die Einleitung erfolgt über einen Verteilungskanal 30, der eine gleichmäßige Anströmung des Messkopfs 17 ermöglicht. Über die in 2 nicht zu sehende Ableitung, die mit dem Anschlussstutzen 12 verbunden ist, wird das in die Behandlungskammer zugeleitete Medium wieder abgeleitet.
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Wenn das zweite Dichtelement 28 am fünften Abschnitt 26 des Tauchrohrs 8 anliegt, kann das in der ersten Behandlungskammer vorliegende Medium nicht in den Spalt zwischen Tauchrohr 8 und Führungskanal 7 auf der dem Prozessbehälter 4 zugewandten Seite der so gebildeten Dichtung eindringen. Wenn der fünfte Abschnitt 26 des Tauchrohrs 8 jedoch kürzer bemessen ist, oder in der ersten Behandlungsposition nicht am Dichtelement 28 anliegt, kann Medium am Dichtelement 28 vorbeiströmen und den Spalt bis zum Dichtelement 27 ausfüllen. Auf diese Weise kann das Dichtelement 28 gespült und sterilisiert werden.
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In 4a) ist die Sondeneinrichtung 1 in Längsschnitt-Darstellung in der zweiten Behandlungsposition gezeigt. 4b) zeigt eine Detaildarstellung des in 4a) durch einen Kreis markierten Bereichs.
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In der zweiten Behandlungsposition ist das Tauchrohr 8 gegenüber der ersten Behandlungsposition noch etwas weiter in vom Prozessanschluss 2 abgewandter Richtung zurückgezogen. Aufgrund des geringeren Durchmessers des an den ersten Abschnitt 22 des Tauchrohrs auf dessen dem Frontende 19 zugewandten Seite anschließenden zweiten Abschnitts 23 des Tauchrohrs 8 gegenüber dem ersten Abschnitt 22 wird durch die Verschiebung des Tauchrohrs 8 aus der ersten Behandlungsposition in die zweite Behandlungsposition ein Spalt zwischen dem zweiten Abschnitt 23 und dem Dichtelement 27 freigegeben. Durch diesen Spalt sind die erste Behandlungskammer 10 und die zweite Behandlungskammer 11 miteinander verbunden.
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Eine Dichtung 31 dichtet die zweite Behandlungskammer an ihrem von der ersten Behandlungskammer 10 abgewandten Ende nach außen ab. Auf der dem Prozessanschluss 2 zugewandten Seite der ersten Behandlungskammer wird die Dichtung der Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter 4 durch das am fünften Abschnitt 26 des Tauchrohrs 8 anliegende zweite Dichtelement 28 gebildet. In dieser Position des Tauchrohrs ist das dritte Dichtelement 29 durch das dahinter zurückgezogene Frontende 19 des Tauchrohrs 8 freigegeben, so dass es in Kontakt mit einem im Prozessbehälter befindlichen Medium steht. In dieser Position ist deshalb eine Reinigung und/oder Sterilisierung des dritten Dichtelements 29 und des freigegebenen Bereichs des Führungskanals 7 möglich, indem ein Reinigungs- und/oder Sterilisationsmedium in den Prozessbehälter 4 eingeleitet wird.
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Einem durch die Fluidleitung 15 in die erste Behandlungskammer 10 eingeleiteten Spül- oder Sterilisationsmedium sind aufgrund der Verbindung der ersten und der zweiten Behandlungskammer in der zweiten Behandlungsposition des Tauchrohrs 8 alle in der ersten und zweiten Behandlungskammer 10, 11 enthaltenen Bereiche des Tauchrohrs 8 und der Messsonde 16 zugänglich. Das Medium kann statt über die Fluidleitung 15 auch über die in die zweite Behandlungskammer 11 mündende Zuleitung 14 zugeführt werden. Vorteilhafterweise wird eine der Fluidleitungen, die in die erste Behandlungskammer 10 münden, mittels eines Ventils (nicht dargestellt) verschlossen. Über die Zuleitung 14, die nur in 1, nicht aber im Längsschnitt in 4 zu sehen ist, kann ein Spül- oder Sterilisationsmedium in die zweite Behandlungskammer 11 eingefüllt und über die Fluidleitung 15 wieder aus der ersten Behandlungskammer abgeleitet werden.
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Um bei der anhand von 1 bis 4 beschriebenen Sondeneinrichtung 1 einen Austausch der Messsonde und eine anschließende Sterilisation der neuen Messsonde 16 und des beim Austausch gegebenenfalls kontaminierten Tauchrohrs 8 durchzuführen, kann beispielsweise in der nachfolgend geschilderten Weise verfahren werden.
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In einer ersten Variante wird zunächst das Tauchrohr 8 in die zweite Behandlungsposition (4) verschoben. In der zweiten Behandlungsposition wird die neue Messsonde 16 in das Tauchrohr 8 eingebaut. Anschließend wird das Tauchrohr 8 in die Messposition (2) verschoben. In die erste Behandlungskammer 10 wird ein Sterilisationsmedium eingeleitet und die erste Behandlungskammer 10 einschließlich des mit der Behandlungskammer 10 in Verbindung stehenden Spalts zwischen der Behandlungskammer und dem Dichtelement 29 sterilisiert. Danach wird das Tauchrohr 8 in die erste Behandlungsposition (3) verschoben. In dieser Position liegt der Abschnitt 22 des Tauchrohrs 8 am Dichtelement 27 an, so dass die erste Behandlungskammer gegenüber der zweiten Behandlungskammer abgedichtet ist. In die erste Behandlungskammer wird nun ein Sterilisationsmedium eingeleitet. Gleichzeitig oder danach wird in den Prozessbehälter 4 ebenfalls ein Sterilisationsmedium eingeleitet, um das Frontende 19 des Tauchrohrs 8 und den Prozessbehälter 4 zu sterilisieren. Nachfolgend wird das Tauchrohr erneut in die zweite Behandlungsposition verschoben. In dieser Position wird erneut eine Sterilisierung des Prozessbehälters 4 durchgeführt, wobei in der zweiten Behandlungsposition des Tauchrohrs 8 auch das Dichtelement 29 zum Prozessbehälter 4 hin frei liegt, so dass auch das Dichtelement 29 sterilisiert wird. Danach wird in die erste und zweite Behandlungskammer 10, 11, die in der zweiten Behandlungsposition durch einen Spalt im Bereich des frei liegenden Dichtelements 27 miteinander verbunden sind, ein Sterilisationsmedium eingeleitet und eine Sterilisierung aller in den Behandlungskammern 10, 11 angeordneten Teile, insbesondere auch des Dichtelements 27 vorgenommen. Anschließend kann das Tauchrohr 8 entweder sofort in die Messposition verfahren werden, oder zunächst in die erste Behandlungsposition, in der eine Kalibrierung der Messsonde 16 unter Zuleiten von Kalibriermedium in die erste Behandlungskammer 10 durchgeführt werden kann. Nach der Kalibrierung kann das Tauchrohr dann in die Messposition verfahren werden.
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In einer zweiten Variante wird zunächst das Tauchrohr 8 in die zweite Behandlungsposition verschoben und die neue Messsonde 16 im Tauchrohr 8 angebracht. Danach verbleibt das Tauchrohr 8 zunächst in der zweiten Behandlungsposition, wobei in die miteinander verbundenen Behandlungskammern 10, 11 ein Sterilisationsmedium eingeleitet und eine Sterilisierung aller in den beiden Behandlungskammern angeordneten Teile sowie des Dichtelements 27 durchgeführt wird. Im nächsten Schritt oder gleichzeitig kann in den Prozessbehälter 4 ebenfalls ein Sterilisationsmedium eingeleitet und eine Sterilisierung des Prozessbehälters 4, des Dichtelements 29 und des Endbereichs des Führungskanals 7, sowie des Frontendes 19 des Tauchrohrs durchgeführt werden. Dies ist jedoch nur bei Erstinbetriebnahme der Messstelle erforderlich. Im laufenden Messbetrieb bleiben der Prozessbehälter und die mit ihm in Kontakt stehenden Teile der Sondeneinrichtung 1 steril, wenn die Messsonde 16 in der zweiten Behandlungsposition des Tauchrohrs ausgetauscht wird. Anschließend wird das Tauchrohr in die erste Behandlungsposition verschoben. In dieser Position wird Sterilisationsmedium in die erste Behandlungskammer eingeleitet und eine Sterilisierung durchgeführt. Bei Erstinbetriebnahme der Messstelle wird dann das Tauchrohr 8 weiter in Richtung des Prozessbehälters 4 verschoben, so dass zumindest der Endbereich des Schutzzylinders 20, d. h. des Abschnitts 26 des Tauchrohrs in den Prozessbehälter hineinragt. Dieser Endbereich kann dann durch Zuleiten eines Sterilisationsmediums in den Prozessbehälter 4 sterilisiert werden.
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Zur Durchführung der Sterilisationsschritte ist die Sondeneinrichtung 1 und der Prozessbehälter 4 beheizbar und mit Druck beaufschlagbar. An den Zu- und Ableitungen für Spül-, Kalibrier- und Sterilisationsmedien können Sensoren angebracht sein, die die Reinheit der genannten Medien überwachen, um so insbesondere die Sterilität der Sondeneinrichtung zu überprüfen.
