DE102010037994B4

DE102010037994B4 - Messstelle bestehend aus einem abgeflachten Rohrabschnitt und einem damit ohne Stufen stofflich verbundenen Messsonden-Adapter

Info

Publication number: DE102010037994B4
Application number: DE102010037994.8A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bräutigam; Joachim Zipp; Harald Gollas
Original assignee: WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Current assignee: WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: DE102010037994A1; JP5650486B2; FR2950965A1; US20110243186A1; US8235592B2; FR2950965B1; JP2011080998A

Abstract

Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe bestehend aus einem Rohrabschnitt mit einer Öffnung, in der ein Adapter dichtend befestigt ist, der eine Messsonde aufnehmen kann, wobei der Rohrabschnitt eine Abplattung, durch die eine Abflachung, bzw. eine ebene Fläche entsteht, mit einer Öffnung (3) aufweist, der Adapter (4) die Öffnung in dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) ausfüllt und der Adapter (4) durch eine stoffliche Verbindung mit dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass den Adapter (4) eine Einschweißkontur (14) in der Stärke der Rohrwand in dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) umspannt und dass die Einschweißkontur (14) des Adapters (4) durch die stoffliche Verbindung so mit dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) verbunden ist, dass weder auf der Innenseite noch auf der Außenseite der Rohrwand an einem Übergang zwischen dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) und der Einschweißkontur (14) eine Stufe entsteht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messstelle, zum Beispiel eine Temperaturmessstelle, bestehend aus einem Rohrabschnitt und einem Einschweißadapter, der eine Sonde aufnehmen kann, wobei der Rohrabschnitt eine Abplattung durch die eine Abflachung, bzw. eine ebene Fläche entsteht, mit einer Öffnung aufweist, der Adapter die Öffnung in dem abgeflachten Rohrabschnitt ausfüllt und der Adapter durch eine stoffliche Verbindung mit dem abgeflachten Rohrabschnitt verbunden ist.
In den Druckschriften DE 10 2007 000 029 B3 , DE 694 10 061 T2 , DE 28 19 303 A1 , DE 20 2005 013 904 U1 , DE 33 02 080 A1 und DE 100 19 991 A1 sind jeweils Messstellen mit einem Rohrabschnitt und mit einem in diesem Rohrabschnitt festgelegten oder eingeschweißten Adaptern für Messeinrichtungen offenbart. Trotz der verschiedenen Ausgestaltungen weist jede Messstelle innerhalb des Rohrabschnitts entweder unterschiedliche Wandstärken oder Riefen bzw. Nischen oder Abzweigungen auf, durch welche ein Totraum entsteht, in welchem sich Reste des durch den Rohrabschnitt strömenden Mediums ablagern und festsetzen können.
In DE 42 12 505 C1 wird ein doppelwandiges Rohr mit einem Lambda-Sonden-Stutzen offenbart, wobei der Einschweißadapter mit dem äußeren Rohr verschweißt wird und die Kontur des inneren Rohrs an den Adapter angepasst ist.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Lösung für eine totraumfreie Messstelle an einer Rohrleitung zu schaffen. Darüber hinaus soll ein Aufbau geschaffen werden, bei dem der Wechsel der Messsonde möglich ist, ohne den Kreislauf des zu messenden Mediums zu unterbrechen oder zu öffnen. Diese Aufgaben werden mit einem System gelöst, wie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß umspannt den Adapter eine Einschweißkontur in der Stärke der Rohrwand in dem abgeflachten Rohrabschnitt umspannt und dass die Einschweißkontur des Adapters durch die stoffliche Verbindung so mit dem abgeflachten Rohrabschnitt verbunden ist, dass weder auf der Innenseite noch auf der Außenseite der Rohrwand an einem Übergang zwischen dem abgeflachten Rohrabschnitt und der Einschweißkontur eine Stufe entsteht.
Adapter wie auch Abplattung sind hierbei so geformt, dass diese strömungsgünstig angeströmt werden. Durch die Abplattung entsteht insbesondere eine ebene Fläche in der der Adapter per automatischem Einschweißen, beispielsweise mit dem WIG-Verfahren, eingebracht werden kann. Hierbei wird das Werkstück aufgespannt und gedreht, alternativ kann sich die Schweißdüse um das Werkstück drehen.
Solche Prozesse sind zum Beispiel als „Orbital-Schweißanlagen“ bereits vielfältig verfügbar, die Kontrolle einer Schweißnaht, beziehungsweise das gleichförmige Ausbilden der Schweißnaht auch auf der der Schweißdüse abgewandten Seite, der Innenseite einer Wandung ist bei diesem Verfahren Stand der Technik und wird bereits bei der Verrohrung von Anlagen in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie in Großserie angewandt.
Die Besonderheit neben der einfachen Verarbeitung ist jedoch, dass bei dieser Ausgestaltung kein „Totraum“ entsteht, in dem sich Reste eines Mediums festsetzen könnten.
Bei Nahrungsmitteln genügen kleinste anhaftende Restteile in Nischen oder Abzweigungen um einen nachfolgenden Prozess durch entstehende Nebenprodukte (Keime, Bakterien) unbrauchbar zu machen.
Die Nebenprodukte entwickeln sich zum Beispiel in Betriebspausen, in denen auch mittels Spülung diese festsitzenden Reste nicht erreicht, losgelöst oder ausgespült werden können, weil die Strömung diese Nischen nicht erreicht. Die Strömung ist in manchen Bereichen „Null“ - weshalb man von einem nicht erreichbaren Totraum spricht.
Weiterhin wird bei der Messstelle ein geschlossener Adapter verwendet, der eine Messstelle in Form eines Tauchrohrs oder Schutzrohrs in den Prozess hereinführt.
Der Vorteil ist, dass während dem laufenden Prozess auch eine Messsonde aus dem Adapter entnommen werden kann oder getauscht werden kann ohne das Medium heraustritt oder mit der Außenwelt (Luft, Sauerstoff) in Kontakt tritt.
Die Messsonde kann hierbei beispielsweise aus einer Temperaturmesssonde mit einem gekapselten PT 100 Messwiderstand bestehen.
Es ist weiterhin denkbar, dass mit diesem Adapter andere Messgrößen wie Durchfluss, Druck oder Füllstand messbar sind.
Für die Temperaturmessung kann es sinnvoll sein, die Sonde mittels des Schutzrohrs bis in die Mitte des Rohrs zu führen, wohingegen bei der Druckmessung anstelle des Schutzrohrs eine Membran in den Adapter eingebracht sein kann. Füllt man den Adapter nun mit einer Druckmittlerflüssigkeit, wie zum Beispiel Sonnenblumenöl kann der Druck des Mediums über den Adapter auf ein Druckmessgerät übertragen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt Stand der Technik in Form eines Einbausystems wie es beispielsweise die Fa. Negele, Egg a.d. Günz als Typ ESP-G in Ihrem Programm anbietet.

Hierbei wird an eine Rohrstück eine „Hose“ (A) angeformt. Die Hose wird wiederum bündig plan begrenzt (B) um hieran einen Adapter (C) anzuschweißen.
Das Anformen solcher Hosen ist nur mit aufwendigen Werkzeugen und Spezialmaschinen möglich, da hierbei treibend von innen mit einem Dorn gearbeitet werden muss. Das Einbringen des Dorns sowie das Austreiben durch die Wand ist auch mit der Gefahr verbunden, dass sich unterschiedliche Wandstärken oder Ziehriefen (D) bilden. Insbesondere entsteht aber ein Totraum (E).
Durchströmt nun ein Medium den Rohrabschnitt (großer Pfeil) fließen hierbei Teile dieses Stroms in den Totraum (kleiner Pfeil). Aufgrund des Strömungsprofils ist es besonders bei pastösen Medien oder Nahrungsmitteln leicht möglich, dass sich im Totraum oder an Riefen (D) Teile des Stroms absetzen und festsetzen. Da sich die verbleibenden Reste nur mit erhöhtem Aufwand beseitigen lassen in dies nachteilig.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Rohr (1) in räumlicher Darstellung, welches von einem Medium durchströmt werden kann. In einem abgeflachten Rohrabschnitt (2) kann über eine kreisförmige Öffnung (3) der Adapter (4) eingebracht werden.
Die Abplattung / Abflachung wird zuvor über einen nicht dargestellten Stempel von außen herbeigeführt, wobei von innen als Gegenlager zwei Formteile in das Rohr (1) vorher durch die Öffnungen (5) und (6) eingebracht werden können. Diese bilden günstigerweise auch die Rundungen (7) und (8) ab, die durch Anpressen des Stempels an die Rohrwand angeformt werden.
Das Anformen der Abflachung kann aber auch über hydrostatischen Druck von innen oder über von innen anfahrbare Werkzeuge nach außen angeformt werden. Weiterhin ist möglich, die Abflachung über eine einfache Anpressung eines Stempels nur von außen zu fertigen. Für das orbitale Einschweißen ist die Abflachung hierzu so dimensioniert, dass die Breite (B1) mindestens so groß oder größer wie der Durchmesser des Adapters (D1) ist.
3 zeigt die erfindungsgemäße Messtelle in Schnittdarstellung. Der an den Adapter (4) angeformte Schutzrohrabschnitt (9) ragt hierbei bis in die Mittelachse (10) des Rohrs (1) oder darüber hinaus. Dies gewährleistet für den Fall, dass eine Temperatursonde am unteren Ende im Schutzrohr (9) die Mediumtemperatur detektieren soll, eine optimale Anströmung und schnelle Ansprechzeiten bezüglich der Sonde.
Der Adapter (4) ist vorzugsweise als Dreh- oder Frästeil hergestellt, so dass sein Querschnitt zumindest in einer Achse (11) symmetrisch ausgebildet ist.
Die stoffliche Verbindung, Schweißung (12) kann per WIG oder Laserschweißung, oder jedes andere Schweißverfahren erfolgen. Bei Verwendung des Laserschweißverfahrens kann dies auch von innen über Spiegel erfolgen. Die Schweißkontur ist wie oben beschrieben vorzugsweise kreisförmig, kann aber auch ein Vieleck oder Polygon sein, eine Schweißung kann hierbei NC gesteuert diese Kontur abfahren.
Die Abflachung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Wandung nach innen eingedrückt wird, kann aber alternativ auch von innen nach außen erfolgen.
In einer weiteren Ausführung ist denkbar, den Adapter (4) von innen oder von außen auf die Öffnung (3) im abgeflachten Rohrabschnitt (2) aufzusetzen, wobei sich eine Stufe zwischen Adapter (4) und der Rohrwandung bildet. Die Schweißung erfolgt dann in einer Ebene beabstandet parallel zur abgeflachten Rohrwandung oder entlang der Kontur der Öffnung (3).
Sinnvollerweise umspannt den Adapter (4) eine Einschweißkontur (14) in der Stärke der Rohrwand, um für die Schweißung gleiche Wandstärken zu erhalten.
4 zeigt den Adapter (4) mit einer frontbündigen Membran (13) zur Druckmessung. Hierbei kann die Membran (13) den Druck über eine Druckmittlerflüssigkeit auf ein Druckmessgerät übertragen, oder die Membran (13) selbst als Messglied wirken, indem beispielsweise auf der Rückseite Dehnungsmesselemente direkt den Druck in ein Messsignal anlog des Drucks umformen.
Zusätzlich kann im Bereich der Adapterschweißung (12,14) ein Halsrohr (15) aufgeschweißt werden, welches das Gehäuse der Auswertelektronik trägt und den Adapter (4) entlastet.
Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden.

Claims

Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe bestehend aus einem Rohrabschnitt mit einer Öffnung, in der ein Adapter dichtend befestigt ist, der eine Messsonde aufnehmen kann, wobei der Rohrabschnitt eine Abplattung, durch die eine Abflachung, bzw. eine ebene Fläche entsteht, mit einer Öffnung (3) aufweist, der Adapter (4) die Öffnung in dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) ausfüllt und der Adapter (4) durch eine stoffliche Verbindung mit dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass den Adapter (4) eine Einschweißkontur (14) in der Stärke der Rohrwand in dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) umspannt und dass die Einschweißkontur (14) des Adapters (4) durch die stoffliche Verbindung so mit dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) verbunden ist, dass weder auf der Innenseite noch auf der Außenseite der Rohrwand an einem Übergang zwischen dem abgeflachten Rohrabschnitt (2) und der Einschweißkontur (14) eine Stufe entsteht.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Adapter (4) verschlossene Öffnung (3) im abgeflachten Rohrabschnitt (2) kreisförmig ist.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeflachte Rohrabschnitt (2) soweit plan ausgebildet ist, dass eine Breite (B1) der Abflachung mindestens so groß oder größer als ein Durchmesser (D1) des Adapters (4) ist.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (4) und der Rohrabschnitt aus Edelstahl oder hochlegierten Stählen gefertigt und mittels eines rotierenden WIG-Schweißverfahrens miteinander verschweißt sind und die Wandstärke des Rohrabschnitts zwischen 0.8 und 6.0 mm liegt.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (4) als Dreh- oder Frästeil hergestellt ist und ein Querschnitt des Adapters (4) zumindest in einer Achse (11) symmetrisch ausgebildet ist.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (4) einen die Mittelachse (10) des Rohrs erreichenden hohlen Schutzrohrabschnitt (9) besitzt.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schutzrohrabschnitt (9) des Adapters (4) eine Temperatursonde gelagert ist.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (4) eine frontbündige und damit dem Rohrquerschnitt zugewandte Membran (13) aufweist, welche mit Mitteln zur Druckmessung des Mediums ausgerüstet ist.
Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Rohrquerschnitt abgewandten Membranseite der Druck des zu messenden Mediums über eine Druckmittlerflüssigkeit an einen Drucksensor oder ein Druckmessglied weitergebbar ist.
Verfahren zur Fertigung einer Messstelle an einem Rohrabschnitt (2), wobei über einen Adapter (4) eine physikalische Größe an eine Messsonde übertragen wird und der Adapter (4) an einer abgeflachten Stelle des Rohrs befestigt ist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Einbringen der Abflachung an einen Rohrabschnitt (2), - Einbringen einer Öffnung (3) innerhalb des abgeflachten Rohrabschnitts (2), - Einsetzen eines Adapters (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in die Öffnung (3), welcher die Öffnung (3) des abgeflachten Rohrabschnitts (2) verschließt, und - Verschweißen einer Einschweißkontur (14) des Adapters (4) mit dem abgeflachten Rohrabschnitt (2).