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Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufnahmevorrichtung für einen Messeinsatz der bevorzugt zur Temperaturmessung dient, auf eine Einbauarmatur mit einem derartigen Aufnahmevorrichtung, einen Thermometer mit einer derartigen Aufnahmevorrichtung sowie auf einen Durchflussmessgerät mit einer derartigen Aufnahmevorrichtung.
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Derartige Aufnahmevorrichtungen für einen Messeinsatz sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt geworden. So zeigt bspw. die Offenlegungsschrift
DE 102010037994 A1 einen Einschweißadapter, der eine Sonde aufnehmen kann um eine kostengünstige Lösung für eine totraumfreie Messstelle an einer Rohrleitung zu schaffen. Darüber hinaus wird dort ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem der Wechsel der Messsonde möglich ist, ohne den Kreislauf des zu messenden Mediums zu unterbrechen oder zu öffnen. Erfindungsgemäß weist die dort Messstelle eine Abplattung auf, in die durch eine kreisförmige Öffnung ein Adapter eingebracht werden kann. Adapter wie auch Abplattung sind hierbei so geformt, dass diese strömungsgünstig angeströmt werden. Durch die Abplattung entsteht insbesondere eine ebene Fläche in die ein Adapter automatisiert 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.
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Die Patentschrift DE 10200ó034246 B3 beschreibt einen Temperaturfühler für ein Widerstandsthermometer, das über einen Metallmantel verfügt und mit Keramik oder mineralischem Material aufgefüllt ist und damit im Gegensatz zu thermischen Ableiteffekten neigt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 19707844 A1 bietet externe Konstruktionselemente mit denen Sensorzuleitungen beheizt oder gekühlt werden können, um mit diesen, Energie verbrauchenden aktiven Maßnahmen Messfehler, die durch thermische Ableitungen entstehen können, zu vermeiden – jedoch eben Hilfsenergien benötigt.
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Die Patentschrift
DE 4123093 C2 beschreibt ein Thermometer aus korrosionsfesten Materialien wie Glaswerkstoffen mit druck- und korrosionsfesten Durchführungen, wobei die vorliegende Armaturenkopfgestaltung eine Evakuierbarkeit nicht gestattet und in der Folge diese Eigenschaft in der Anmeldung nicht vorgesehen ist oder zur Benutzung ansteht.
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Das Gebrauchsmuster
DE 8108694 U1 betrifft ein nicht evakuierbares Thermometer zur Messung von Oberflächentemperaturen.
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Das Gebrauchsmuster
DE 7911898 U1 beschreibt einen nicht evakuierbaren Messfühler für schwerzugängliche Stellen, der über metallische Einsatzteile verfügt und damit im zu thermischen Ableitungen neigt.
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Die Auslegeschrift DE 111899ó A betrifft ein Thermometer, das ais Isolationsstück eine durchbohrte Glasdurchführung aufweist, über ein druckfestes Schutzrohr mit Halsrohr und Schraubstutzen verfügt und einen Messfühler aufweist, der in Kunstharz eingebettet ist und damit im Gegensatz ebenfalls zu thermischen Ableitungen neigt.
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Die Patentschrift DE 8590óó B bietet eine wärmeisolierende Führung – an die sich ein Federkörper anschließt, wobei ein thermischer Kontakt mittels Andrücken erzielt werden soll und damit im Gegensatz dadurch ebenfalls thermische Ableitungseffekte vorliegen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 3721983 A1 stellt ein Eintauchthermometer dar, dessen genügender thermischer Kontakt mit dem Messmedium ausschließlich durch ein hohe Einbautiefe erzielt werden kann, so dass die Armatur im prinzipiell zu thermischen Ableitungen neigt.
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Die Patentschrift
DE 4138460 C2 beschreibt ein evakuierbares Thermometer, das allerdings über eine thermisch ableitende Innenhalterung verfügt. Das vom Schutzrohr umschlossene Volumen ist evakuierbar, indessen erzeugt die in
DE 4138460 C2 beschriebenen Halterung aus transparenter Keramik, messtechnisch störende thermischen Ableitungen.
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In der Patentschrift
EP 1831504 B1 werden isolierende Schichtanordnungen beschrieben, die jedoch prinzipiell zu thermischen Ableitungen neigen.
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Die Patentschrift
DE 3330491 C2 beschreibt ein Thermoelement mit einer Schutzhülse zugentlastend aufgenommenen Drähten unterschiedlicher Werkstoffe, wie zum Beispiel Eisen und Konstantan, die als Thermopaar am Ende zur Messstelle hin leitend miteinander verbunden sind und mindestens im Bereich der Messstelle von einer Hülse aus hitzebeständigem Werkstoff umschlossen sind, ein Aufbau der prinzipiell zu thermischen Ableitungen neigt.
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Die Patentschrift DE 57ó734 A nutzt ein nadelförmiges Thermoelement, wobei Thermoelemente in Form hohler Nadeln vorgehalten werden, die allerdings nur über eine begrenzte mechanische Stabilität verfügen und deren thermisches Ableitverhalten eine gewisse Eintauchtiefe voraussetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einsetzen einer Aufnahmevorrichtung in einen Prozessbehälter zu verbessern, insbesondere für Rohe mit kleinen Nennweiten, wie beispielsweise bei Nennweiten von wenigen Zentimetern und einen insbesondere für die Lebensmittelindustrie sowie für Pharmaanwendung und Life-Science Anwendungen hygienegerechte Vorrichtung vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Aufnahmevorrichtung, eine Einbauarmatur, ein Thermometer sowie ein Durchflussmessgerät gelöst.
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Hinsichtlich der Aufnahmevorrichtung wird die Aufgabe durch eine Aufnahmevorrichtung, vorzugsweise ein Schutzrohr, für einen Messeinsatz gelöst, welche Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Messeinsatzes dient, wobei die Aufnahmevorrichtung einen ersten Abschnitt aufweist und einen zweiten Abschnitt aufweist, die über einen Absatz voneinander getrennt sind, wobei der Absatz eine Form aufweist, die im Wesentlichen einem Ausschnitt aus der Mantelfläche einer rohrartigen Wandung eines Prozessbehältnisses, wie beispielsweise einer Rohrleitung oder eines Tanks, entspricht, in welche die Aufnahmevorrichtung einsetzbar ist.
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Die Aufnahmevorrichtung kann also beispielsweise eine Bohrung, vorzugsweise ein Sackloch, aufweisen, die sich vorzugsweise zentral von einem Ende der Aufnahmevorrichtung durch die Aufnahmevorrichtung hindurch, insbesondere durch den zweiten Abschnitt und in den ersten Abschnitt hinein erstreckt. Die Aufnahmevorrichtung weist somit ein geschlossenes Ende auf, welches den ersten Abschnitt der Aufnahmevorrichtung abschließt, und im eingebauten Zustand in ein Lumen des Prozessbehälters hineinragt. Die Bohrung dient dazu, den Messeinsatz aufzunehmen. Der Messeinsatz kann dabei beispielsweise aus einem Temperatursensorelement, wie beispielsweise einem temperaturabhängigen Widerstand oder einem Thermoelement bestehen. Es ist auch möglich, mehrere dieser Sensorelemente in einen Messeinsatz zu bündeln.
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Der erste und der zweite Abschnitt weisen dabei bevorzugt einen unterschiedlichen (maximalen) Durchmesser auf und sind beispielsweise über einen Absatz voneinander getrennt. Um einen möglich passgenauen Einsatz der Aufnahmevorrichtung in die Wandung eines rohrartigen Prozessbehälters zu ermöglichen, weist der Absatz eine an die Rundung der Wandung des Prozessbehälters angepasste Form auf. Bei der Seite der Wandung an die der Absatz angepasst ist, handelt es sich um die Seite des Prozessbehälters die dem Messstoff ausgesetzt ist, üblicherweise also die Innenseite des Prozessbehälters.
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Der Absatz weist also eine Form auf, die im Wesentlichen einem Ausschnitt aus der Mantelfläche der rohrartigen Wandung des Prozessbehälters entspricht. Bei dem Prozessbehälter kann es sich beispielsweise um eine Rohrleitung oder einen Tank, wie beispielsweise einem Silo, handeln. Der erste Abschnitt der Aufnahmevorrichtung dient dabei dazu, im eingebauten Zustand in das Lumen des Prozessbehälters hineinzuragen, während der zweite Abschnitt dazu dient, die Wandung des Prozessbehälters eingesetzt zu werden. Der Prozessbehälter weist zu diesem Zweck beispielsweise ebenfalls eine Bohrung auf, die im Wesentlichen denselben Durchmesser aufweist oder dieselbe Querschnittfläche aufweist, wie der zweite Abschnitt der Aufnahmevorrichtung. Der Querschnitt ist dabei auf einer Höhe senkrecht zur Längsachse der Aufnahmevorrichtung vorzunehmen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Aufnahmevorrichtung um ein sogenanntes Schutzrohr, das zum Schutz des Messeinsatzes bspw. vor dem in dem Prozessbehälter vorhandenen Messstoff dient.
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In einer Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung weist der Absatz einen Rand auf, welcher im Wesentlichen einem Ausschnitt aus der Mantelfläche der rohrartigen Wandung entspricht, in die die Aufnahmevorrichtung einsetzbar ist. Dieser Rand des Absatzes kann beispielsweise durch die Kontur des Endes des zweiten Abschnitts das an dem ersten Abschnitt angrenzt gebildet werden. Der Rand entspricht dann beispielsweise der Schnittkurve, die entsteht, wenn ein Körper mit der Kontur des zweiten Abschnitts aus der Mantelfläche der rohrartigen Wandung ausgeschnitten wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung weist der erste Abschnitt einen ersten im Wesentlichen konstanten Durchmesser und der zweite Abschnitt einen zweiten im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf. Die Aufnahmevorrichtung besteht also, gemäß dieser Ausführungsform aus zwei im Wesentlichen kreiszylindrischen Abschnitten, die sich in ihrem Durchmesser voneinander unterscheiden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung ist der Absatz vorzugsweise der Rand des Absatzes derart ausgestaltet und an die Kontur der rohrartigen Wandung des Prozessbehälters, wie bspw. einer Rohrleitung, an der Innenseite des Prozessbehälters angepasst, dass der Absatz beziehungsweise der Rand des Absatzes fluchtend an die Kontur des Prozessbehälters, vorzugsweise der Rohrleitung, an der Innenseite des Prozessbehälters bzw. der Rohrleitung anliegt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung dient der zweite Abschnitt dazu in eine Bohrung in die Mantelfläche des Prozessbehälters bzw. der Rohrleitung eingebracht zu werden. Vorzugsweise endet der zweite Abschnitt mit dem Absatz fluchtend zur Wandung des rohartigen Prozessbehälters. Bei diesem rohrartigen Prozessbehälter kann es sich, wie bereits erwähnt, um eine Rohrleitung, die zum Führen des Messstoffs dient, oder die Tankwand eines zylindrischen Silos handeln.
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In einer weiteren Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung ragt der zweite Abschnitt in eingebauten Zustand in das Lumen des rohrartigen Prozessbehälters hinein. Vorzugsweise ragt der zweite Abschnitt vollständig in das Lumen des rohrartigen Prozessbehälters hinein. Der zweite Abschnitt erstreckt sich dabei ausgehend vom Absatz der Aufnahmevorrichtung, über welchen Absatz die Aufnahmevorrichtung an die rohrartige Wandung des Prozessbehälters angepasst ist, in das Lumen des Prozessbehälters hinein.
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In einer Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung ist der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser beziehungsweise ist der zweite Durchmesser größer als der erste Durchmesser. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Sackloch der Aufnahmevorrichtung stets den gleichen Durchmesser aufweist, so dass sich in Abhängigkeit der Höhe entlang der Längsachse der Aufnahmevorrichtung eine unterschiedliche Wandstärke der Wandung der Aufnahmevorrichtung vorliegt.
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In einer Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung geht der erste Abschnitt der Aufnahmevorrichtung in den zweiten Abschnitt der Aufnahmevorrichtung im Bereich des Absatzes über einen Kragen mit einem Krümmungsradius von zumindest 0,4cm über. Der Absatz bildet also einen Kragen der ausgehend von der Kontur des ersten Abschnitts in den zweiten Abschnitt übergeht und dabei den Verlauf eines Krümmungskreises mit einem Krümmungsradius von 0,4cm folgt. Der Absatz bzw. der Kragen befindet sich dabei selbstverständlich auf der Außenseite der Aufnahmevorrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung verläuft der Krümmungskreis des Kragens ausgehend von dem Rand des Absatzes zum zweiten Abschnitt hin dem Rand des Absatzes folgend umfänglich um die Aufnahmevorrichtung herum. Der Absatz erstreckt sich dabei also über einen vorgegebenen Bereich entlang der Längsachse der Aufnahmevorrichtung. Der entlang des Absatzes bzw. des Randes des zweiten Abschnitts verlaufende Krümmungskreis variiert daher hinsichtlich der Höhe entlang der Längsachse der Aufnahmevorrichtung bei einer vollumfänglichen Umrundung der Aufnahmevorrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung verläuft der Absatz wie in 1 dargestellt.
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Hinsichtlich der Einbauarmatur wird die Aufgabe durch eine Einbauarmatur mit einer Aufnahmevorrichtung nach einer der vorherigen Ausführungsformen gelöst. Die Einbauarmatur kann beispielsweise neben der Aufnahmevorrichtung noch Mittel zum Befestigen der Aufnahmevorrichtung an den Prozessbehälter aufweisen. Beispielsweise kann die Einbauarmatur Mittel zum Befestigen der Aufnahmevorrichtung an dem Prozessbehälter, wie beispielsweise in der Deutschen Patentanmeldung
DE 102011089942 beschrieben, aufweisen.
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Hinsichtlich des Thermometers wird die Aufgabe durch ein Thermometer mit einer Aufnahmevorrichtung für einen Messeinsatz zur Bestimmung der Temperatur nach einer der vorherigen Ausführungsformen der Aufnahmevorrichtung gelöst.
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Hinsichtlich des Durchflussmessgeräts wird die Aufgabe durch ein Durchflussmessgerät mit einer Aufnahmevorrichtung nach einer der vorherigen Ausführungsformen gelöst. Bei dem Durchflussmessgerät kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes Anemometer zur Bestimmung des Durchflusses durch ein Messrohr handeln. Der Messeinsatz kann dann zur Aufnahme von einem ersten und einem zweiten Sensorelement, wie beispielsweise eines Paars von PT100 Sensorelementen, dienen.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1a: eine schematische Darstellung einer Frontalansicht einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Aufnahmevorrichtung,
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1b: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Aufnahmevorrichtung,
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2: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Aufnahmevorrichtung.
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1a zeigt eine Frontalansicht der Aufnahmevorrichtung, die im Wesentlichen aus einem ersten und einem zweiten Abschnitt A1, A2 besteht. Der erste und der zweite Abschnitt A1, A2 sind dabei über einen Absatz A voneinander getrennt. Gemäß der Ausführungsform in den 1a, 1b und 2 weist sowohl der erste als auch der zweite Abschnitt A1, A2 eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Der zweite Abschnitt A2 erstreckt sich dabei von einem Ende der Aufnahmevorrichtung, von welchem Ende ein Messeinsatz, nicht gezeigt, in die Aufnahmevorrichtung eingeführt werden kann, entlang der Längsachse X der Aufnahmevorrichtung bis zu dem Absatz A über den der zweite Abschnitt A2 mit dem ersten Abschnitt A1 verbunden ist. Der zweite Abschnitt A2 weist dabei einen Rand R auf, an dem sich der Absatz A anschließt. Dieser Rand R befindet sich an der den zweiten Abschnitt A2 begrenzenden Mantelfläche in Richtung des ersten Abschnitts A1.
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Dieser Rand R begrenzt somit den zweiten Abschnitt A2. In 1a zu sehen bildet dieser Rand R quasi eine Fortsetzung der Wandung eines nichtgezeigten rohrartigen Prozessbehälters, wenn die Aufnahmevorrichtung in die Wandung eingesetzt ist. Dadurch resultiert eine Länge h3 des zweiten Abschnitts A2 und eine von sich davon unterscheidende Länge h1 des ersten Abschnitts A1, die durch den kreisbogenförmigen Verlauf des Randes R des zweiten Abschnitts A2 miteinander verbunden sind. Der Absatz A selbst besteht aus einer Art Kragen, welcher ansetzend an dem ersten Abschnitt A1 ebenfalls in Form eines Kreisbogens hin zu dem Rand R des zweiten Abschnitts A2 verläuft. Vorzugsweise weist dabei der Krümmungsradius des Kragens eine Länge von wenigstens 0,4cm bevorzugt 0,8cm auf.
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1b zeigt eine gegenüber der Darstellung in 1a um 90° gedrehte Ansicht der Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung aus 1a. Es ergibt sich somit eine Seitenansicht der vorgeschlagenen Aufnahmevorrichtung. In 1b ist ebenso die Länge des zweiten Abschnitts A2 entlang der Längsachse X bis zu dem den zweiten Abschnitts begrenzenden Rand R gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass durch die Anpassung der Aufnahmevorrichtung an die rohrartige Wandung des Prozessbehälters die Länge h1 entlang der Längsachse des zweiten Abschnitts A2 bis zu dem den zweiten Abschnitts A2 begrenzenden Rand R sich in Abhängigkeit des (Dreh-)Winkels der Aufnahmevorrichtung unter dem diese Länge bestimmt wird unterscheidet. Ebenso unterscheidet sich die Länge h2 des ersten Abschnitts A1 entlang der Längsachse bis zu dem Rand R in Abhängigkeit dieses Winkels.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht der bereits in 1a und 1b gezeigten Aufnahmevorrichtung. Gleiche Merkmale sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Der erste Abschnitt A1 der Aufnahmevorrichtung ist dabei dazu bestimmt, den Messstoff in dem Prozessbehälter ausgesetzt zu sein, während der zweite Abschnitt A2 dazu bestimmt ist, in die Wandung des Behälters, nicht gezeigt, eingesetzt zu werden. Um einen möglichst passgenauen (und auch hygienegerechten) Einbau der Aufnahmevorrichtung in dem Prozessbehälter zu ermöglichen, ist der Absatz A vorgesehen und derart an die rohrartige Wandung des Prozessbehälters angepasst, dass zumindest der Rand R, welcher den zweiten Abschnitt A2 begrenzt bündig in die rohrartige Wandung des Prozessbehälters ansetzt, insbesondere der Kontur der rohrartigen Wandung des Prozessbehälters folgt, die beispielsweise kreisförmig oder bogenförmig verlaufen kann. An diesen Rand R anschließend ist ein Kragen mit einem Krümmungskreis angesetzt, der den Anforderungen an Hygiene- und Lebensmittelanwendung entspricht. Der Krümmungsradius muss also groß genug sein, um Ablagerungen am Einbauort der Aufnahmevorrichtung zu verhindern. In Abhängigkeit des Krümmungsradius des Kragen ergibt sich dann auch der Durchmesser des ersten Abschnitts A1, der den im Messstoff ausgesetzten Teil der Aufnahmevorrichtung bildet. Ein in die Aufnahmevorrichtung einzuführender Messeinsatz würde bspw. vollständig durch den zweiten Abschnitt A2 hindurch und in den ersten Abschnitt A1 erstrecken, um beispielsweise die Temperatur des Messstoffs in den Prozessbehälters zu bestimmen.
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Die Aufnahmevorrichtung bildet also ein Schutzrohr, das durch einen Absatz A und einen Radius an die dreidimensionale Geometrie an das Prozessbehälters mit einer rohrartigen Wandung wie beispielsweise ein Rohr angepasst ist. Durch diese Konstruktion entsteht ein spaltfreier Übergang innerhalb des Prozessbehälters mit einem rundum angepassten Radius.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Absatz
- A1
- Erster Abschnitt
- A2
- Zweiter Abschnitt
- R
- Rand
- X
- Längsachse des Aufnahmevorrichtung
- h1
- Länge des zweiten Abschnitts (Frontalansicht)
- h2
- Länge des ersten Abschnitts
- h3
- Länge des zweiten Abschnitts (Seitenansicht)
- L
- Länge der Ausnahmevorrichtung
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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 102010037994 A1 [0002]
- DE 19707844 A1 [0004]
- DE 4123093 C2 [0005]
- DE 8108694 U1 [0006]
- DE 7911898 U1 [0007]
- DE 3721983 A1 [0010]
- DE 4138460 C2 [0011, 0011]
- EP 1831504 B1 [0012]
- DE 3330491 C2 [0013]
- DE 102011089942 [0030]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- essbehälters angepasste Form auf. Bei der Seite der Wandung an die der Absatz [0019]
