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Die Erfindung betrifft eine Wechselarmatur.
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Wechselarmaturen sind in der Analysemesstechnik weit verbreitet. Sie dienen dazu, Sonden ohne Prozessunterbrechung selbst bei Prozessdrücken bis zu 10 bar und mehr aus dem Prozess, und damit dem Medium, zu entnehmen und anschließend wieder in den Prozess einzuführen. Die Sonden werden an einem Tauchrohr befestigt und mittels eines Antriebs manuell oder automatisch, beispielsweise pneumatisch, axial zwischen einer Prozessstellung und einer Servicestellung verfahren.
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Sonden im Sinne dieser Erfindung umfassen Sonden mit zumindest einer Aufnahme für zumindest einen Sensor zur Messung einer oder mehrerer Prozessgrößen sowie Probenehmer, die aus dem Prozess eine bestimmte Menge an Medium entnehmen oder zufügen.
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Der Einsatzbereich von Wechselarmaturen zur Messung physikalischer oder chemischer Prozessgrößen eines Mediums, z. B. eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, in der Prozesstechnik ist vielfältig. Für die Bestimmung der Prozessgrößen werden Sensoren verwendet, wobei es sich bei den Sensoren beispielsweise um pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, optische oder elektrochemische Sensoren zur Bestimmung einer Konzentration einer in dem zu überwachenden Medium enthaltenen Substanz, z. B. O2, CO2, bestimmte Ionenarten, organische Verbindungen, ö. ä. handelt.
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Werden Wechselarmaturen zur Aufnahme des Sensors zur Bestimmung zumindest einer Prozessgröße verwendet, kann der Sensor in der Servicestellung überprüft, kalibriert, gereinigt und/oder ausgetauscht werden, wobei sich der Sensor dabei in einer im Gehäuse der Wechselarmatur angeordneten Behandlungskammer befindet.
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Werden Wechselarmaturen als Probenehmer verwendet, kann in der Servicestellung das vom Probenehmer entnommene Medium in der Behandlungskammer untersucht, weitergeleitet und/oder abgefüllt werden, oder der Probenehmer selbst wird überprüft, gereinigt und/oder ausgetauscht. Sollen ein oder mehrere Medien zum Prozess hinzugefügt werden, kann in der Servicestellung der Probenehmer mittels einer entsprechenden Vorrichtung mit Medium gefüllt werden und durch die Wechselarmatur in den Prozess gefahren werden.
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Wechselarmaturen werden von der Firmengruppe Endress + Hauser in großer Variantenvielfalt angeboten und vertrieben, beispielsweise unter der Bezeichnung „Cleanfit H CPA475”.
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Das Medium in das die Sonde mit Hilfe des Tauchrohrs eintaucht, kann chemisch und/oder biologisch aggressiv sein. Das Tauchrohr muss dem Medium dauerhaft und zuverlässig widerstehen können. Dazu eignen sich bestimmte Polymere wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyetheretherketon (PEEK).
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Insbesondere bei hohen Drücken und/oder Temperaturen zeigen Tauchrohre aus diesen Materialen allerdings nicht die benötigte mechanische Stabilität. Im schlimmsten Falle werden die Tauchrohre zerstört und die Prozesssicherheit ist nicht mehr gewährleistet.
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Vor allem in Anwendungsfeldern in denen eine Sterilisation aller prozessberührenden Geräte mit einer Temperatur von über 120°C und notwendig ist und/oder ein Druck von mehreren bar herrscht, sind die Polymere weniger geeignet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine mechanisch stabile sowie chemisch und/oder biologisch resistente Wechselarmatur bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wechselarmatur, umfassend
- – ein Gehäuse,
- – einen Anschluss mit Anschlussmitteln, der an dem Gehäuse angeordnet ist und die Wechselarmatur mit einem Behältnis verbindbar macht,
- – ein Tauchrohr, das axial zwischen einer aus dem Gehäuse ausgefahrenen Prozessstellung und einer in das Gehäuse eingefahrenen Servicestellung verfahrbar ist,
wobei das Tauchrohr aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Edelstahl, besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Tauchrohr mit einer Ummantelung ausgestaltet ist, wobei die Ummantelung aus einem polymeren Fluorcarbon besteht.
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Durch die Erfindung können die Eigenschaften beider Materialiengruppen kombiniert werden: Metall oder eine Metalllegierung bietet optimale mechanische Stabilität, und ein polymeres Fluorcarbon bietet optimale Widerstandsfähigkeit gegenüber chemisch und/oder biologisch aggressiven Medien.
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Verbindungen aus polymeren Fluorcarbonen haben die Eigenschaft sehr hitze- und chemikalienbeständig zu sein. Dauergebrauchstemperaturen von 250°C und höher sind mit diesen Materialien realisierbar. Im Allgemeinen sind die Fluorcarbone elektrische Isolatoren, unbrennbar und haben eine niedrige Haftung zu fast allen Materialien. Somit eignen sich polymere Fluorcarbone die gestellte Aufgabe zu erfüllen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Tauchrohr mit einer Auskleidung ausgestaltet, wobei die Auskleidung aus einem polymeren Fluorcarbon besteht. Somit befindet sich nicht nur außer- sondern auch innerhalb des Tauchrohrs ein polymeres Fluorcarbon. Typischerweise haben die Sonden zur Bestimmung eines oder mehrerer Prozessparameter am medienseitigen Ende des Tauchrohrs Kontakt mit dem Medium durch einen Schutzzylinder mit durchbrochenen Öffnungen. Durch die Auskleidung kann auch dieser Bereich optimal vor chemisch aggressiven Medien geschützt werden.
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Darüber hinaus ist denkbar, dass sowohl eine Ummantelung als auch eine Auskleidung angebracht wird.
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Es ist damit gewährleistet, dass alle mediumsberührenden Bereiche der Wechselarmatur mit einem polymeren Fluorcarbon ausgestaltet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das polymere Fluorcarbon PFA (Perfluoralkoxylalkan).
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In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist das polymere Fluorcarbon PTFE (Polytetrafluorethylen).
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In einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist das polymere Fluorcarbon PVDF (Polyvinylidenfluorid).
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das polymere Fluorcarbon elektrisch leitfähig und/oder faserverstärkt. Zwar sind wie bereits erwähnt die Fluorcarbone im Allgemeinen elektrische Isolatoren, dennoch lassen sich die elektrischen Eigenschaften durch Beimischen bestimmter Stoffe verändern. Insbesondere kann eine gewisse Leitfähigkeit erzielt werden, was sich vorteilhaft auswirkt, da so eine elektrostatische Aufladung des Tauchrohrs verhindert werden kann. Die Verwendung von faserverstärkten polymeren Fluorcarbonen wirkt sich vorteilhaft auf die mechanischen Eigenschaften aus, etwa auf die Festigkeit oder das Elastizitätsmodul.
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Bevorzugt ist eine Anpassungsschicht zwischen Tauchrohr und Ummantelung und/oder Auskleidung vorgesehen. Durch die Anpassungsschicht kann beispielsweise eine optimale Haftung gewährleistet werden.
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Vorteilhafterweise ist die Anpassungsschicht eine Keramik.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Anpassungsschicht biologisch und chemisch resistent gegenüber dem Medium ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Dicke der Ummantelung und/oder Auskleidung zwischen 0,2 mm und 1 mm. Somit kann die Ummanteldung und/oder Auskleidung mit gängigen Methoden aufgebracht werden und eine chemische und/oder biologische Resistenz ist gewährleistet.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigt
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1 eine Wechselarmatur in ihrer Gesamtheit in einer perspektivischen Ansicht,
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2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tauchrohr einer Wechselarmatur, und
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3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tauchrohr einer Wechselarmatur in einer Ausgestaltung.
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In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Wechselarmatur laut der Betriebsanleitung zur „Endress + Hauser Cleanfit H CPA475” wie sie beispielsweise im aktuellen Produktkatalog oder im Internet unter „http://www.de.endress.com/#product/CPA475” zu finden ist. Die Wechselarmatur in ihrer Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1.
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Die Wechselarmatur 1 besteht aus einem Gehäuse 4, das mittels eines Anschlusses 5 mit Anschlussmittel an ein Behältnis angeschlossen werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine Flanschverbindung o. ä. geschehen. Im Behältnis befindet sich das zu messende Medium. Das Gehäuse 4 besteht beispielsweise aus Edelstahl oder einem beständigen Kunststoff wie Polyetheretherketon (PEEK).
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Innerhalb des Gehäuses
4 ist ein Tauchrohr
2 geführt, welches axial in Richtung des Behältnisses bzw. in vom Behältnis abgewandter Richtung, entlang der zentralen Achse A, verschieblich gelagert ist. Das Tauchrohr
2 ist dabei zwischen der eingefahrenen Servicestellung und der ausgefahrenen Prozessstellung verfahrbar. Die Verschiebung des Tauchrohrs
2 wird durch einen manuellen oder automatischen, beispielsweise pneumatischen oder elektrischen, Antrieb bewirkt. Ein automatischer Antrieb wird hier nicht im Einzelnen beschrieben, dessen Funktionsweise ist aber beispielsweise aus der
DE 10 2005 051 279 B4 bekannt.
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Eine nicht näher beschriebene Sonde ist durch eine, ebenfalls nicht näher beschriebene, Aufnahme mit dem Tauchrohr 2, beispielsweise durch Verschraubung, verbunden. Die Sonde dient in dieser Ausführungsform zur Bestimmung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Prozessgrößen. Es sind Varianten denkbar, bei denen die Wechselarmatur 1 zur Entnahme von Medium aus einem Behältnis oder zum Hinzufügen von Medium in ein Behältnis verwendet wird.
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Am Endstück 3 bildet das Tauchrohr 2 einen die Sonde umgebenden Schutzzylinder, der einen durchbrochenen Bereich mit Öffnungen aufweist. Die Sonde ist derart in dem Tauchrohr 2 gehalten, dass die Sonde innerhalb des Schutzzylinders angeordnet ist, und dass das Medium, in das das Tauchrohr 2 eintaucht, durch die Öffnungen in Kontakt mit der Sonde kommt.
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2 zeigt das Tauchrohr 2 im Querschnitt. Das Tauchrohr 2 besteht aus einem Tauchrohrkörper 6 mit einer Ummantelung 7. Der Tauchrohrkörper ist typischerweise aus einem Edelstahl gefertigt. Die Ummantelung 7 ist ein polymeres Fluorcarbon, beispielsweise PFA, PTFE oder PVDF. Eine Anpassungsschicht 8 dient zur besseren Haftung der Ummantelung 7 an den Tauchrohrkörper 6. Ausgestaltungen ohne Anpassungsschicht 8 sind darüber hinaus denkbar. Auch ist möglich, dass die Anpassungsschicht, beispielsweise aus einer Keramik, selbst zur chemischen und/oder biologischen Resistenz beträgt.
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Die Ummantelung 7 und/oder die Anpassungsschicht 8 haben keine oder nur geringe mechanisch stabilisierende Funktion. Die mechanische Stabilität kommt im Wesentlichen von dem Tauchrohrkörper 6. Die Dicke der Ummantelung 7/Anpassungsschicht 8 ist nicht unbedingt abhängig von der Anwendung, sondern vom Herstellverfahren. Beispiele für Herstellverfahren sind Plasmaspritzen oder Plasmabeschichtung, sowie Tauch-/Spritzverfahren.
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Dennoch kann die Dicke der Ummantelung 7/Anpassungsschicht 8 eingestellt werden. Typische Dicken liegen im Bereich zwischen 0,2 mm und 1 mm. Es ist darauf zu achten, dass der Gesamtdurchmesser aus Tauchrohrkörper 6, Ummantelung 7 und evtl. Anpassungsschicht 8 so gewählt wird, dass eine Bewegung des Tauchrohrs 2 und dessen Abdichtung gewährleistet ist.
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3 zeigt das Tauchrohr 2 in einer Ausgestaltung. Das Tauchrohr 2 besteht aus einem Tauchrohrkörper 6 mit einer Auskleidung 9. Die Auskleidung 9 ist ein polymeres Fluorcarbon, typischerweise PFA, PTFE oder PVDF. Eine Anpassungsschicht 8 dient zur besseren Haftung der Auskleidung 9 an den Tauchrohrkörper 6.
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Es ist eine Ausgestaltung denkbar, bei der eine Ummantelung 7 und eine Auskleidung 9 um einen Tauchrohrkörper 6 vorgesehen ist.
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Das polymere Fluorcarbon kann auch leitfähig sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wechselarmatur
- 2
- Tauchrohr
- 3
- Endstück von 2
- 4
- Gehäuse
- 5
- Anschluss
- 6
- Tauchrohrkörper
- 7
- Ummantelung
- 8
- Anpassungsschicht
- 9
- Auskleidung
- A
- Zentrale Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005051279 B4 [0033]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.de.endress.com/#product/CPA475 [0031]
