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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung einer chemischen und/oder physikalischen Prozessgröße mit einem Kupplungssystem, welches Kupplungssystem einen ersten und einen zweiten hülsenförmigen Kupplungsteil zur Herstellung einer rein mechanischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil der Vorrichtung aufweist.
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In der industriellen Prozess- und Automatisierungstechnik werden oftmals zur Bestimmung von Prozessgrößen Thermometer oder andere Messgeräte eingesetzt.
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So umfasst bspw. ein Thermometer für gewöhnlich ein Schutzrohr mit einem Prozessanschluss, einen Messeinsatz, einen Anschlusskopf und einen Anschlusssockel. Das Thermometer wird dabei mittels des Prozessanschlusses in bspw. einer Rohrleitung oder einem Tank befestigt. Die Befestigung kann dabei durch Einschrauben oder Einschweißen erfolgen. Der Messeinsatz befindet sich im Schutzrohr und beinhaltet einen Sensor zur Aufnahme der Prozessgröße, insbesondere der Temperatur. Das Schutzrohr befindet sich mit dem Sensor bis auf Höhe des Prozessanschlusses im Prozess, d. h. also innerhalb der Rohrleitung und dem Tank. Der Messeinsatz weist zudem einen Anschlusssockel auf, der sich geschützt im inneren des Gehäuseanschlusskopfes befindet.
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Um das Thermometer kalibrieren zu können, ist es notwendig, den Gehäuseanschlusskopf vom Schutzrohr zu trennen, damit der Messeinsatz aus dem Schutzrohr herausgezogen werden kann. Um eine Kalibrierung möglichst einfach durchführen zu können ist es von Vorteil, wenn der Anschlusskopf möglichst schnell und einfach vom Schutzrohr getrennt werden kann. Bei Anwendungen in der Pharma- und Lebensmittelindustrie sind gesonderte Anforderungen bzgl. Hygienerichtlinien wie 3A oder EHEDG zu beachten. Außerdem soll das Gehäuse möglichst robust sein, um den Anforderungen in den industriellen Anlagen zu genügen. Dort wird bspw. mit Hochdruckreinigern gearbeitet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnellkupplung, insbesondere im Hygienebereich, zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste Kupplungsteil mit dem ersten Gehäuseteil verbindbar ist, dass das zweite Kupplungsteil mit dem zweiten Gehäuseteil verbindbar ist, und dass die beiden Kupplungsteile miteinander über eine Bajonettverbindung verbindbar sind. Das erste Kupplungsteil kann also an das erste Gehäuseteil und das zweite Kupplungsteil an das zweite Gehäuseteil angeschraubt werden. Dadurch wird ein Schnellkupplung gebildet, die schnell und einfach und auch ohne Werkzeug zu öffnen ist.
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In einer Ausgestaltung der Vorrichtung handelt es sich bei dem ersten bzw. dem zweiten Gehäuseteil um einen Prozessanschluss, ein Gehäusehalsrohr bzw. einen Gehäuseanschlusskopf. Das Kupplungssystem kann dabei also bspw. zwischen dem Prozessanschluss und dem Gehäusehalsrohr, bzw. direkt zwischen dem Prozessanschluss und dem Gehäuseanschlusskopf angeordnet sein. Das Kupplungssystem kann auch zwischen dem Gehäusehalsrohr und dem Gehäuseanschlusskopf angeordnet sein. Insbesondere ist also eine Vorrichtung die über mehrere solcher Kupplungssysteme verfügt möglich.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weisen der ersten Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil Anschlusselemente auf, die zum Verbinden des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil dienen, und das erste und zweite Kupplungsteil dienen als Adapter zum Überbrücken der Anschlusselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil. Bei den Anschlusselementen des ersten bzw. des zweiten Gehäuseteils kann es sich bspw. um Gewinde handeln in die die hülsenförmigen Kupplungsteile einschraubbar sind. Die beiden Kupplungsteile können dabei an einem Ende Anschlusselemente aufweisen, die mit den jeweiligen Anschlusselementen des ersten bzw. des zweiten Gehäuseteils verbindbar sind, während sie an ihrem anderen Ende eben so ausgestaltet sind die vorgeschlagenen Bajonettverbindung zwischen ihnen gebildet werden kann. Dafür können bspw. entsprechende Nuten bzw. Bolzen, die in diese Nuten eingreifen vorgesehen sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung dienen das Kupplungssystem, das erste und das zweite Gehäuseteil zur Aufnahme eines Messeinsatzes, welcher Messeinsatz zumindest ein Sensorelement aufweist, das zur Aufnahme der Prozessgröße dient. Der Messeinsatz kann also bspw. einen Anschlussblock aufweisen, der im Gehäuseanschlusskopf gehaltert ist. Ferner kann der Messeinsatz aus einem länglichen Schaft bestehen, der durch eine Öffnung in dem Gehäuseanschlusskopf in das Gehäusehalsrohr und schließlich über das Gehäusehalsrohr und den Messeinsatz in das Schutzrohr geführt ist. Das Sensorelement ist dabei in dem Bereich des Messeinsatzes angeordnet, der sich in dem Schutzrohr und also am nächsten am Prozess befindet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist das zweite Kupplungsteil zumindest drei schraubenförmig verlaufende Nuten auf, die der Führung von in dem ersten Kupplungsteil vorgesehenen Bolzen dienen. Die Bolzen können so angeordnet werden, dass sie in die Nuten eingreifen, und dann durch Drehen um eine dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil gemeinsame Achse die Bajonettverbindung geschlossen werden. Durch das Drehen können die beiden Kupplungsteile aufeinander zu bewegt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung dient eine Änderung der Steigung des schraubenförmigen Verlaufs der Nuten dazu, eine Raststellung der Bolzen zu erzeugen. Durch die Raststellung kann die Bajonettverbindung fixiert werden und gegen unbeabsichtigtes Öffnen geschützt werden. Um also die Raststellung für die in die Nuten eingreifenden Bolzen zu erzeugen, kann es vorgesehen sein die Steigung des schraubenförmigen Verlaufs der Nuten bspw. in einem Endbereich der Nuten zu verändern. Insbesondere kann vorgesehen sein, in diesem Endbereich der Nuten eine größere oder kleinere Steigung als im vorhergehenden Verlauf der Nuten vorzusehen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Raststellung durch eine Änderung des Vorzeichens der Steigung wenigstens einer der Nuten gebildet. Dadurch kann das Kupplungssystem, wenn die Bolzen über diesen Steigungswechsel der Nuten gedreht werden gegen selbstständiges Öffnen gehemmt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung erfolgt die Raststellung durch einen Wechsel des schraubenförmingen Verlaufs der Nuten von rechtsgängig auf linksgängig bzw. von linksgängig auf rechtsgängig.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist das zweite Kupplungsteil eine doppelte Dichtung auf. Diese kann insbesondere dazu dienen, das mit dem Schutzrohr verbundene Gehäusehalsrohr umgebungsseitig druck, gas und/oder flüssigkeitsdicht abzudichten. Dadurch kann bspw. im Fall einer Leckage das Austreten des Prozessmediums verhindert werden. Gleichzeitig kann das Eindringen von bspw. Feuchtigkeit, die einen abträglichen Einfluss auf die Bestimmung der Prozessgröße hat, in das Gehäusehalsrohr und das Schutzrohr verhindert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung besteht die doppelte Dichtung im Wesentlichen aus einem ersten und einem zweiten O-Ring, wobei der erste O-Ring zur axialen- und der zweite O-Ring zur radialen Dichtung dient.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist das zweite Kupplungsteil die Nuten in einem sich an ein Ende des zweiten Kupplungsteils anschließenden ersten Raumabschnitt auf, und die Doppeldichtung ist in einem an den ersten Raumabschnitt anschließenden zweiten Raumabschnitt angeordnet. Zur Herstellung der Bajonettverbindung werden das erste und das zweite hülsenförmige Kupplungsteil wenigstens teilweise übereinandergeschoben, wobei es zur Bildung eines Spaltes zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil kommen kann. Das erste Kupplungsteil kann so ausgestaltet sein, dass bei hergestellter Bajonettverbindung, d. h. insbesondere die Bolzen befinden sich in der Raststellung, das erste Kupplungsteil unmittelbar nach dem ersten O-Ring, der insbesondere der radialen Abdichtung dient, endet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Kupplung hygienegerecht, und/oder entsprechend der Schutzklasse IP67K oder IP69K, ausgestaltet. Der Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil kann möglichst gering gehalten werden und das Kupplungssystem bzw. bei entsprechender Ausgestaltung die Vorrichtung als ganzes den Hygienevorschriften, insbesondere der Schutzklasse IP69K, entsprechen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung dient der zweite, der axialen Abdichtung dienende O-Ring zur Erzeugung einer Vorspannkraft zur Halterung des ersten Kupplungsteils in der Bajonettverbindung. Der zweite O-Ring kann zumindest geringfügig, insbesondere elastisch, verformbar sein, und dazu dienen, die Vorspannkraft aufzubringen, die die Bolzen des ersten Kupplungsteils in die Nutenden zu pressen und diese dadurch gegen selbstständiges Öffnen hemmen. Zu diesem Zweck kann das erste Kupplungsteil eine nach innen ragende Schulter aufweisen, die beim Zudrehen oder Zusammenschieben der Bajonettverbindung auf den zweiten O-Ring aufliegt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung handelt es sich bei der Vorrichtung um ein Thermometer.
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Ferner kann die Aufgabe lediglich durch einen Bajonettverschluss mit einer Anordnung der Nuten und der Bolzen gemäß einer der genannten Ausgestaltungen und/oder aus einem Kupplungssystem gemäß einer der genannten Ausgestaltungen gelöst werden. Auch kann anstelle der Doppeldichtung auch lediglich eine Dichtung vorgesehen sein. Insbesondere kann diese eine Dichtung aus lediglich einem O-Ring bestehen, der die erwähnte Vorspannkraft zum Schließen der Bajonettverbindung erzeugt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Thermometer bei geöffneter Schnellkupplung,
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2: eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Thermometer bei geschlossener Schnellkupplung und
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3: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf das zweite Kupplungsteil.
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1 zeigt ein Thermometer mit einem Gehäuseanschlusskopf A, einem Gehäusehalsrohr G, einem Prozessanschluss P und einem Schutzrohr S. Gehäusehalsrohr G, Prozessanschluss P und Schutzrohr S können integral ausgestaltet sein oder aber auch miteinander, über Verbindungselemente wie bspw. Gewinde, verbindbare Komponenten sein.
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Ein Messeinssatz M mit einem Anschlussblock ist dabei in dem Gehäuseanschlusskopf A gehaltert. Der Messeinsatz weist eine im Wesentlichen längliche Form auf und weist an seiner Spitze ein Sensorelement zur Aufnahme/Bestimmung der Temperatur des Prozessmediums auf. Der Anschlussblock E kann dabei zum Verbinden von Anschlussleitungen des Sensorelements mit weiteren Verbindungsleitungen oder bspw. einer Mess- und Betriebselektronik der Vorrichtung dienen.
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An den Gehäuseanschlusskopf A ist ein erstes Kupplungsteil K1 angebracht, durch welches ebenfalls der Messeinsatz M geführt ist. Das erste Kupplungsteil K1 kann ein Außengewinde an einem seiner Enden Aufweisen, welches in ein entsprechendes Innengewinde des Gehäuseanschlusskopfes A schraubbbar ist. An das Gehäusehalsrohr G ist ein zweites Kupplungsteil K2 angebracht. Das zweite Kupplungsteil K2 kann bspw. ebenfalls mittels eines Gewindes an dem Gehäusehalsrohr G angebracht sein. Durch das Anbringen der Kupplungsteile K1, K2 ist die Verbindung zwischen dem Gehäusehalsrohr G und dem Gehäuseanschlusskopf A nun leicht herzustellen und wieder zu lösen, die beiden Kupplungsteile K1, K2 über einen Bajonettverschluss miteinander verbindbar sind. Das erste Kupplungsteil K1 weist zu diesem Zweck zumindest drei Bolzen B auf die dazu dienen, in entsprechende schraubenförmig verlaufende Nuten N des zweiten Kupplungsteils K2 einzugreifen. Um die Verbindung auch dicht zu gestalten, weist das zweite Kupplungsteil K2 zwei Dichtungen D in Form von O-Ringen O1, O2 auf, die beim Schließen der Bajonettverbindung den Innenraum des Schutzrohrs S, des Gehäusehalsrohrs G und ggfs. des Gehäuseanschlusskopfes A abdichten.
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In 2 ist das Thermometer bei geschlossener Schnellkupplung gezeigt. Durch Drehen der Kupplungseile K1, K2 kann eine Raststellung R der Kupplungsteile K1, K2 realisiert werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Kupplungsteile K1, K2 um ca. 45° zueinander verdrehbar sind. Um dann die Raststellung R zu realisieren, kann es vorgesehen sein, dass am Ende der zum Schließen der Bajonettverbindung vollführten 45° Drehung die schraubenförmig verlaufenden Nuten N von einer positiven in eine negative Steigung SW übergehen. Der Punkt des Speigungswechsels ist in 3 durch das Bezugszeichen SW gekennzeichnet. Werden die Bolzen B der Schnellkupplung über diesen Steigungswechsel SW der Nuten N gedreht, ist das Kupplungssystem gegen selbstständiges Öffnen gehemmt. Durch das Schließen der Bajonettverbindung erzeugt der zweite O-Ring O2 eine Federkraft, durch welche die Bolzen B des ersten Kupplungsteils K1 in die Nutenden des zweiten Kupplungsteils K2 gepresst werden.
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In 3 ist der schraubenförmige verlauf der Nuten N des zweiten Kupplungsteils K2 gezeigt.
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Die Nuten N sind an einem Ende des zweiten Kupplungsteils K2 angeordnet und verlaufen auf der Außenseite des zweiten Kupplungsteils K2. In einem Endbereich der Nuten N ändert sich die Steigung des schraubenförmigen Verlaufs der Nuten N. An einem vorgegebenen Punkt SW ändert sich die Steigung im vorliegenden Ausführungsbeispiel von positiv auf negativ. Durch das Eindrehen wird eine Vorspannkraft F erzeugt, die vermittels einer radial nach innen ragenden Schulter S des ersten Kupplungsteils K1 auf den O-Ring O2 des zweiten Kupplungsteils K2 übertragen wird und dadurch die in die Nuten N eingreifenden Bolzen B in der Raststellung R hält.
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Durch die vorgeschlagene Vorrichtung, insbesondere das Thermometer, das Kupplungssystem und die Bajonettverbindung können bei entsprechender Ausgestaltung die Schutzklassen der Hygieneverordnung eingehalten werden. Zu diesem Zweck kann eine glatte Außenhülle des Kupplungssystems K1, K2 vorgesehen sein. Von Vorteil ist ferner, dass durch das Kupplungssystem und die Vorrichtung keine Risse und tiefen Spalten entstehen und dass keine Absätze vorgesehen sind an denen sich ggfs. Ablagerungen bilden könnten. Durch die Doppeldichtung D kann zudem die Schutzklasse IP69K erfüllt werden. Und wie bereits erwähnt kann vermittels eines O-Rings O2 das ungewollte Öffnen der Bajonettverbindung verhindert werden. Durch axiales Verpressen des O-Rings O2 kann eine Kraft F aufgebracht werden, die die Bolzen in das Ende der Nut N presst und ein ungewolltes Öffnen der Bajonettverbindung des Kupplungssystems verhindert.
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Die werkzeuglose und durch einfaches Drehen herstellbare Bajonettverbindung erleichtern die Handhabe beim Herausnehmen des Messeinsatzes M zu Wartungszwecken.
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Durch das Ausstatten einer Vorrichtung mit einem entsprechenden Kupplungssystem kann auch bspw. durch das Material aus dem wenigstens einer der verwendeten O-Ringe O1, O2 besteht eine Dämpfung der von Prozessseite her übertragenen Schwingungen erreicht werden. Entsprechende Schwingungen haben nämlich unter Umständen abträgliche Wirkung nicht nur auf die mechanischen Komponenten der Vorrichtung sondern auch auf das vermittels Sensorelement aufgenommene Messsignal. So sind Thermometer bspw. auch Einbauorten montiert, an denen z. B. durch Pumpen Vibrationen, d. h. Schwingungen, auftreten. Diese Schwingungen regen den Gehäuseanschlusskopf A vor allem bei langen Gehäusehalsrohren G zum (Mit-)Schwingen an. Dies kann bspw. zum Bruch einer Schweißnaht führen. Da die Kontaktflächen des Kupplungssystem sich über O-Ringe O1, O2 berühren, bewirken diese „Gummiteile” einen schwingungsdämpfenden Effekt.
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Das Kupplungssystem kann auch der thermischen Isolation des Gehäuseanschlusskopfes A dienen. In dem Gehäuseanschlusskopf A kann bspw. eine Mess- und Betriebselektronik, nicht gezeigt, vorgesehen sein. Die Temperatur des Gehäuseanschlusskopfes A sollte daher nicht über 85°C betragen. Durch das Kupplungssystem und die nicht-metallischen O-Ringe O1, O2 kann zusätzlich eine thermische Isolation erfolgen. Dadurch kann dann auch ein kürzeres Gehäusehalsrohr G verwendet werden, was einerseits natürlich Herstellungskosten spart und andererseits, wie oben erwähnt, prozessseitige Schwingungen im Vergleich zu längeren Gehäusehalsrohren G schlechter auf den Gehäuseanschlusskopf A überträgt.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Gehäuseanschlusskopf
- B
- Bolzen
- D
- Dichtungen
- E
- Anschlussblock
- G
- Gehäusehalsrohr
- K1
- erstes Kupplungsteil
- K2
- zweites Kupplungsteil
- N
- Nut
- M
- Messeinsatz
- W
- Wandung eines Behälters
- P
- Prozessanschluss
- S
- Schutzrohr
- F
- Verpressungskraft
- SW
- Punkt des Steigungswechsels
- R
- Raststellung
- O1
- erster O-Ring
- O2
- zweiter O-Ring
- S
- Schulter
