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Die Erfindung betrifft eine Wechselarmatur für Eintauch-, Durchfluss- und Anbau-Messsysteme in der analytischen Prozesstechnik zur Messung zumindest einer Messgröße eines Mediums in einem Behältnis. Die Erfindung betrifft weiter ein Werkzeug.
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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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Wechselarmaturen sind in der Analysemesstechnik und Prozessautomatisierung weit verbreitet. Sie dienen dazu, Sonden ohne Prozessunterbrechung aus dem Prozess, und damit dem Medium, zu entnehmen und anschließend wieder in den Prozess einzuführen. Die Sonden werden in einem Tauchrohr befestigt und mittels eines Antriebs manuell oder automatisch, beispielsweise pneumatisch, axial zwischen einer Prozessstellung (Messung) und einer Servicestellung (Wartung, Kalibrierung, Spülen, Sondentausch etc.) verfahren. Diese Vorgänge verlaufen innerhalb eines bestimmten Zeittakts oder in Abhängigkeit von sonstigen bestimmbaren oder gemessenen Parametern.
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Sonden im Sinne dieser Erfindung umfassen Sonden mit zumindest einer Aufnahme für zumindest einen Sensor zur Messung einer oder mehrerer physikalischer oder chemischer Prozessgrößen.
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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 im Gehäuseinnenraum der Wechselarmatur, in der so genannten Servicekammer, befindet. Damit das Medium durch die Kalibrierungs-, Spül- oder Reinigungsflüssigkeit nicht verunreinigt wird, ist in Servicestellung die Servicekammer zum Behältnis, in dem sich das Medium befindet, so abgedichtet, dass kein Austausch von Medium / Flüssigkeit stattfinden kann. Üblicherweise befindet sich dazu am medienseitigen Ende des Gehäuses der Wechselarmatur eine Dichtung, die im Zusammenspiel mit einem Verschlusselement am Tauchrohr einen Austausch von Medium / Flüssigkeit verhindert.
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Von Zeit zu Zeit bilden sich am Verschlusselement und/oder an der angesprochenen Dichtung Verkrustungen, Anlagerungen und Verschmutzungen. Damit ein Übertritt von Spülmedium ins Behältnis in Servicestellung dauerhaft verhindert wird, müssen Dichtung und Verschlusselement gereinigt werden, wozu eine offene Verbindung von Servicekammer zu Behältnis erforderlich ist. Zur Reinigung wird der Prozess üblicherweise angehalten. Es ist dabei allerdings nicht gewünscht, dass sich das Tauchrohr in einer undefinierten Stellung befindet oder sich sogar unkontrolliert zwischen Service- und Prozessstellung bewegt. In Prozessstellung kann eine effiziente Reinigung nicht garantiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontrollierte Reinigung der medienseitigen Dichtung zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wechselarmatur zur Messung zumindest einer Messgröße eines Mediums in einem Behältnis, umfassend ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse; ein Tauchrohr, das axial im Gehäuse zwischen einer aus dem Medium herausgefahrenen Servicestellung und einer in das Medium hineingefahrenen Prozessstellung mittels einer Versorgungsenergie, insbesondere Druckluft, beweglich ist; und eine am Gehäuse befestigte Rastvorrichtung. In der Rastvorrichtung ist ein beweglich gelagerter Kolben vorgesehen, wobei zumindest eine erste Position und eine zweite Position des Kolbens vorgesehen sind, wobei die Rastvorrichtung das Tauchrohr in Servicestellung hält, wenn sich der Kolben in der ersten Position befindet und keine Versorgungsenergie anliegt, und wobei die Rastvorrichtung das Tauchrohr in einer Zwischenstellung zwischen Servicestellung und Prozessstellung hält und eine weitere Bewegung des Tauchrohrs in Richtung Medium verhindert, wenn sich der Kolben in der zweiten Position befindet.
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Es kann somit sichergestellt werden, dass das Tauchrohr in einer Stellung zwischen Service- und Prozessstellung – der so genannten Zwischenstellung – sicher arretiert werden kann. Die Rastvorrichtung verhindert eine weitere Bewegung nach unten, die Versorgungsenergie eine Bewegung nach oben. Je nach Auslegung der Bauteile kann auch auf ein weiteres Anlegen der Versorgungsenergie verzichtet werden.
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„Oben“, „oberhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung vom Medium abgewandt. „Unten“, „unterhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung dem Medium zugewandt. „Außen“, „außerhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung weg von der Längsachse des Gehäuses. „Innen“, „innerhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung hin zur Längsachse des Gehäuses.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist am Tauchrohr ein Vorsprung mit einem Anschlag vorgesehen, wobei am Anschlag eine Ausnehmung vorgesehen ist, wobei der Kolben einen Zapfen umfasst, wobei in der ersten Position des Kolbens der Zapfen mit dem Anschlag eine formschlüssige Verbindung eingeht und das Tauchrohr in Servicestellung hält, und wobei in der zweiten Position des Kolbens der Zapfen in der Ausnehmung ansteht und das Tauchrohr in Zwischenstellung hält und eine weitere Bewegung des Tauchrohrs in Richtung Medium verhindert.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Kolben um seine Längsachse drehbar gelagert ist. Dabei ist die erste Position des Kolbens um einen Winkel, insbesondere um 90°, von der zweiten Position versetzt.
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Der Kolben ist somit drehbar, was ein Verstellen in die erste und zweite Position ermöglicht. Die erste Position entspricht dem Normalbetrieb in der eine Bewegung des Tauchrohrs von Service- in Prozessstellung möglich ist. In der ersten Position hält die Rastvorrichtung das Tauchrohr in Servicestellung, insbesondere dann wenn keine Versorgungsenergie anliegt. Liegt Versorgungsenergie an, d.h. soll das Tauchrohr nach unten bewegt werden, muss die Rastvorrichtung diesen Weg freigeben. Dies kann etwa von Hand oder automatisch dadurch erfolgen, dass der Kolben nach außen geschoben/gezogen/gedrückt wird und diesen Weg frei gibt. Der Kolben ist somit auch entlang seiner Längsachse beweglich. In einer Ausgestaltung ist in der Rastvorrichtung ein elastisches Element (etwa eine Feder 21) vorgesehen, das eine solche Bewegung des Kolbens nach außen ermöglicht. Der Kolben kann in diesem Fall etwa mittels Hilfsenergie nach außen bewegt werden.
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In der zweiten Position des Kolbens kann die Zwischenstellung des Tauchrohrs angefahren werden, worauf im Folgenden noch eingegangen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Anschlag senkrecht zur Längsachse des Gehäuses angeordnet, was einen besonders sicheren Formschluss zwischen Anschlag und Zapfen ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Zapfen zumindest eine erste Seite und eine zweite Seite, wobei die erste Seite komplementär zum Anschlag ausgestaltet ist und in Servicestellung am Anschlag ansteht, und wobei die zweite Seite komplementär zur Ausnehmung ausgestaltet ist und in Zwischenstellung in die Ausnehmung eingreift.
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In einer vorteilhaften Variante ist dabei der Zapfen rechteckförmig mit einer langen Seite und einer kurzen Seite ausgestaltet, wobei die lange Seite in Servicestellung am Anschlag ansteht, und wobei die kurze Seite in Zwischenstellung in die Ausnehmung eingreift. Insbesondere ist die lange Seite länger als die Ausnehmung und die kurze Seite ist kürzer als die Ausnehmung. Es ist somit möglich, dass der Zapfen in der ersten Position des Kolbens sperrt und in der zweiten Position den Weg zur Zwischenposition freigibt. Darüber hinaus ermöglicht diese Variante den Vorsprung am Tauchrohr in einem Bauteil zu realisieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist am medienseitigen Ende des Tauchrohrs ein Verschlusselement und am medienseitigen Endbereich des Gehäuses eine Dichtung vorgesehen, wobei die Dichtung und das Verschlusselement den Gehäuseinnenraum in Servicestellung zum Medium hin abdichten, und wobei in Zwischenstellung eine Verbindung von Gehäuseinnenraum zu Behältnis besteht. Es ist somit möglich, die medienseitige Dichtung sowie das Verschlusselement zu umspülen und zu reinigen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Formelement, insbesondere einen Stift, radial im Kolben angeordnet und ragt zumindest einseitig aus dem Kolben, wobei die Rastvorrichtung eine Kulissenführung umfasst und der Stift durch die Kulissenführung zwangsgeführt wird, wobei die Kulissenführung so ausgestaltet ist, dass der Kolben bei Drehung axial verfährt. Insbesondere erfolgt die Bewegung des Kolbens entlang seiner Längsachse nach innen.
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Wie bereits in den oberen Abschnitten erwähnt muss der Kolben in der ersten Position, d.h. im Normalbetrieb, nach außen bewegt werden, damit eine Bewegung des Tauchrohrs von Service- in Prozessstellung möglich ist. Damit in der zweiten Position des Kolbens, d.h. in der Stellung in der die Zwischenposition angefahren werden kann, der Kolben durch das Tauchrohr und/oder die Versorgungenergie nicht ungewollt nach außen gedrückt wird, ist eine Zwangsführung des Kolbens, also die angesprochene axiale Bewegung, nach innen notwendig. Die Kulissenführung ist so ausgestaltet, dass der Kolben in dieser inneren Position gehalten wird.
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Vorteilhafterweise erfolgt eine Bewegung des Kolbens manuell oder automatisch.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Werkzeug, umfassend eine Wechselarmatur nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen. Das Werkzeug dient zum Bewegen eines Kolbens radial zur Längsachse einer Wechselarmatur, wobei am gehäuseentfernten Ende des Kolbens eine Nase vorgesehen ist und wobei am Werkzeug eine zur Nase komplementär ausgestaltete Auslassung vorgesehen ist.
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Wie bereits erwähnt hat der Sensor über eine Öffnung im Tauchrohr Zugang zum zu messenden Medium. Dabei ist die Öffnung so ausgestaltet, dass sie insbesondere dann wenn die Wechselarmatur in einer Rohrleitung angewendet wird, in Strömungsrichtung offen ist, d.h. dass der Sensor optimal vom Medium angeströmt wird. In verschiedenen Situationen kann es aber schwierig sein, den Sensor optimal auszurichten.
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In einer Weiterbildung ist deswegen das Tauchrohr um seine Längsachse drehbar ausgestaltet. Dabei kann jeder beliebige Winkel eingestellt werden.
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Die in den folgenden Absätzen beschriebene Idee des drehbaren Tauchrohrs wird als eigenständige Erfindung angesehen. Deswegen kann das drehbare Tauchrohr alleine, auch ohne die Verwendung der Rastvorrichtung, des Kolben und der daraus resultierenden Möglichkeit der Arretierung des Tauchrohrs in Zwischenposition, angewendet werden. Selbstredend ist aber eine Kombination mit den vorstehenden Ausgestaltungen der Rastvorrichtung möglich.
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Eine Wechselarmatur zur Messung zumindest einer Messgröße eines Mediums in einem Behältnis mit einem drehbarem Tauchrohr umfasst dann ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse; ein Tauchrohr, das axial im Gehäuse zwischen einer aus dem Medium herausgefahrenen Servicestellung und einer in das Medium hineingefahrenen Prozessstellung mittels einer Versorgungsenergie, insbesondere Druckluft, beweglich ist, wobei das Tauchrohr um seine Längsachse drehbar ausgestaltet ist.
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In einer Ausgestaltung ist das Tauchrohr zweiteilig ausgestaltet mit einem unteren mediumsberührenden Teil und einem oberen nicht mediumsberührenden Teil. Der untere Teil umfasst ein erstes Gewinde, insbesondere ein Innengewinde, der obere Teil umfasst ein zweites Gewinde, insbesondere ein Außengewinde.
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In einer Ausführungsform umfasst der obere Teil zumindest ein erstes (oberes) Element und ein zweites (unteres) Element, die über ein Wälzlager miteinander verbunden sind, d.h. die zwei Elemente des oberen Teils des Tauchrohrs sind gegeneinander drehbar. In einer vorteilhaften Variante ist das Wälzlager ein Gleit- oder Kugellager. Weiterhin ist an einem der Elemente, insbesondere am unteren Element, zumindest eine Nut gebildet.
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Nachdem das Tauchrohr bzw. die Öffnung des Tauchrohrs in die gewünschte Richtung ausgerichtet ist, können der obere bzw. der untere Teil des Tauchrohrs ineinander verschraubt, und somit in der gewünschten Position fixiert, werden. Um dies zu bewerkstelligen wird in einer Ausführungsform von oben in das Tauchrohr ein Werkzeug eingeführt, wobei das Werkzeug zur Nut komplementäre Mitnehmer umfasst, d.h. das Werkzeug ist als Innenspanner ausgestaltet. Die Mitnehmer sind etwa als Kugeln ausgestaltet. Das Werkzeug wird im Tauchrohr so lange gedreht, bis die Mitnehmer in der Nut greifen. Um dies zu erleichtern, werden in einer Ausführungsform die Mitnehmer durch eine Feder oder durch eine Schraube nach Außen, d.h. weg von der Längsachse des Werkzeugs, gedrückt. Durch Drehen des Werkzeugs wird also auch das nutbildende Element des oberen Teils des Tauchrohrs gedreht.
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Dies führt dazu, dass das erste Gewinde, insbesondere das Innengewinde, des unteren Teils des Tauchrohrs in das zweite Gewinde, insbesondere in das Außengewinde, des oberen Teils des Tauchrohrs greift und somit die beiden Teile zueinander gezogen werden. Das Tauchrohr ist somit verspannt, fest verbunden, und in der gewünschten Orientierung fixiert.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Wechselarmatur mit Rastelement in Prozessstellung,
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2a eine erfindungsgemäße Wechselarmatur im Querschnitt in Servicestellung,
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2b einen vergrößerten Ausschnitt der Wechselarmatur aus 2a,
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3a eine erfindungsgemäße Wechselarmatur im Querschnitt in Zwischenstellung,
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3b einen vergrößerten Ausschnitt der Wechselarmatur aus 3a,
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4a ein erfindungsgemäßes Werkzeug zum radialen Bewegen eines Kolbens radial zur Längsachse einer erfindungsgemäßen Wechselarmatur, und
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4b eine Ausschnittsdarstellung eines Werkzeugs zum Verdrehen des Tauchrohrs in der Einbausituation.
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In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die erfindungsgemäße Wechselarmatur in ihrer Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1 und ist in 1 dargestellt. Die Wechselarmatur 1 besteht aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse 2, das mittels eines Anschlussmittels 13 an ein Behältnis 11 angeschlossen werden kann. Das Anschlussmittel 13 kann etwa als Flanschverbindung, z.B. aus Edelstahl, ausgeführt werden. Andere Ausgestaltungen sind aber möglich. Im Behältnis 11 befindet sich das zu messende Medium 12. Das Behältnis 11 kann etwa ein Behälter, Kessel, Rohr, Rohrleitung o.ä. sein.
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1 zeigt die Wechselarmatur 1 in der Prozessstellung. Dies wird im Folgenden näher erläutert.
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Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Tauchrohr 3 geführt. Eine Sonde ist durch eine, nicht näher beschriebene, Aufnahme mit dem Tauchrohr 3, beispielsweise durch Verschraubung, verbunden. Die Sonde im Sinne dieser Erfindung umfasst Sonden mit zumindest einer Aufnahme für zumindest einen Sensor 16 zur Messung einer oder mehrerer physikalischer oder chemischer Prozessgrößen. Diese sind beispielsweise pH-Wert, auch über einen ISFET, Redoxpotential, Absorption von elektromagnetischen Wellen im Medium, beispielsweise mit Wellenlängen im UV-, IR-, und/oder sichtbaren Bereich, Sauerstoff, Leitfähigkeit, Trübung, Konzentration von metallischen und/oder nicht-metallischen Werkstoffen oder Temperatur. Über eine Öffnung 8 im Tauchrohr 3 hat die Sonde bzw. der Sensor 16 Zugang zum zu messenden Medium 12. Dabei ist die Öffnung 8 so ausgestaltet, dass sie insbesondere dann wenn die Wechselarmatur 1 in einer Rohrleitung angewendet wird, in Strömungsrichtung offen ist, d.h. dass der Sensor 16 optimal vom Medium 12 angeströmt wird.
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Das Tauchrohr 3 kann aus verschieden Materialien hergestellt sein. Der Stand der Technik kennt Tauchrohre 3 aus Stahl bzw. Edelstahl. Es sind aber Anwendungen, insbesondere in der chemischen Industrie verbreitet, bei denen sehr widerstandfähige Materialien angewendet werden. Das Tauchrohr 3 kann somit auch aus einem Kunststoff wie Polyetheretherketon (PEEK), Polytetrafluorethylen (PTFA), einem Perfluoralkoxy-Polymer (PFA), einem anderen Kunststoff oder widerstandsfähigen Metallen wie etwa Hastelloy hergestellt sein. Das gleiche gilt für das Gehäuse 2.
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Das Tauchrohr 3 ist axial in Richtung des Mediums 12 bzw. in vom Medium 12 abgewandter Richtung, entlang der zentralen Achse A, verschieblich gelagert. Das Tauchrohr 3 ist dabei zwischen der ins Gehäuse 2 eingefahrenen Servicestellung und der aus dem Gehäuse 2 ausgefahrenen Prozessstellung (in 1 dargestellt) verfahrbar. In der Prozessstellung findet die Messung statt, während in der Servicestellung verschiedenste Serviceaufgaben wie Reinigung oder Kalibration durchgeführt werden. Durch den Anschluss 7 kann dabei Reinigungs-, Spül, und Kalibrationsflüssigkeit in den Gehäuseinnenraum 2.1 eingelassen werden. Durch den entsprechenden Auslass 22, der sowohl axial als auch radial versetzt zum Anschluss 7 positioniert sein kann, kann die Flüssigkeit wieder ablaufen. Auch kann die Spülrichtung umgekehrt sein.
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Die Verschiebung des Tauchrohrs 3 wird durch einen manuellen oder automatischen Antrieb, etwa mittels einer Versorgungsenergie bewirkt. Wird Versorgungsenergie durch den Anschluss 4 eingebracht, bewegt sich das Tauchrohr 3 von Service- in Prozessstellung. Der Anschluss 5 dient dann als Auslass. Wird Versorgungsenergie durch den Anschluss 5 eingebracht, bewegt sich das Tauchrohr 3 von Prozess- in Servicestellung. Der Anschluss 4 dient dann als Auslass. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise pneumatische, hydraulischen oder elektrische Antriebe bekannt. Obwohl in 1 die Anschlüsse 4, 5 nebeneinander angeordnet sind, soll im Folgenden von „oberem Anschluss 4“ und „unterem Anschluss 5“ gesprochen werden.
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Ist das Tauchrohr 3 in Servicestellung, befindet sich ein Teilbereich des Tauchrohrs 3, insbesondere der Sensor 16, im Gehäuseinnenraum 2.1, in der so genannten Servicekammer zum Spülen, Reinigen, Kalibrieren etc. Am unteren Ende des Tauchrohres 3 befindet sich zur Prozessabschottung das Verschlusselement 9. Das Verschlusselement 9 dichtet den Gehäuseinnenraum 2.1 zum Prozess, und damit zum Medium 12, ab. Das Medium 12 kann heiß, giftig, ätzend oder in sonstiger Weise schädlich für Mensch und Umwelt sein. Es ist daher darauf zu achten, dass das Verschlusselement 9 sicher und dauerhaft abdichtet. Dafür werden verschiedene Dichteinrichtungen am Gehäuse 2 angebracht, insbesondere werden ein oder mehrere Dichtungen 10 verwendet.
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Das Verschlusselement 9 ist mit der bereits angesprochenen Öffnung 8 versehen, so dass die Sonde bzw. der Sensor 16 Zugang zum zu messenden Medium 12. hat. Dabei ist die Öffnung 8 so ausgestaltet, dass sie insbesondere dann wenn die Wechselarmatur 1 in einer Rohrleitung angewendet wird, in Strömungsrichtung offen ist, d.h. dass der Sensor 16 optimal vom Medium 12 angeströmt wird.
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2a zeigt die Wechselarmatur 1 im Querschnitt in Servicestellung, d.h. der Gehäuseinnenraum 2.1 ist vom Behältnis 11 abgedichtet. Damit das Tauchrohr 3 in Servicestellung verbleibt und keine ungewollte Bewegung in Richtung Medium 12 erfolgt, hält die Rastvorrichtung 6 das Tauchrohr 3 oben.
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Wie bereits erwähnt bedeuten die Begriffe „oben“, „oberhalb“ und verwandte Begriffe im Sinne dieser Erfindung vom Medium 12 abgewandt. „Unten“, „unterhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung dem Medium zugewandt. „Außen“, „außerhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung weg von der Längsachse A. „Innen“, „innerhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung hin zu der Längsachse A.
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Im Rastelement 6 beweglich gelagert ist ein Kolben 6.1. Der Kolben 6.1 soll insbesondere drehbar um seine Längsachse gelagert sein. Der Kolben 6.1 umfasst am gehäuseseitigen Ende einen Zapfen 6.2, am gehäuseentfernten Ende eine Nase 6.4. Der Zapfen 6.2 bildet mit einem Anschlag 3.1 eines Vorsprungs 3.3 am Tauchrohr 3 einen Formschluss, der eine Bewegung des Tauchrohrs 3 in Richtung Medium 12 verhindert, siehe dazu 2b. Der Anschlag 3.1 kann dabei senkrecht zur Längsachse A des Gehäuses angeordnet sein.
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Die erste Position des Kolbens 6.1 ist die Normalposition. In dieser Position kann das Tauchrohr 3 von der Servicestellung in die Prozessstellung gefahren werden, was im Folgenden erläutert wird.
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Befindet sich der Kolben
6.1 in der ersten Position, die in den
2a und
2b dargestellt ist, und wird durch den oberen Anschluss
4 Versorgungsenergie angelegt, bewegt sich durch die Versorgungsenergie zuerst der Kolben
6.1 nach außen. Anschließend bewegt sich das Tauchrohr
3 nach unten am nach außen geschobenen Kolben
6.1 vorbei bis in die Prozessstellung. Dies ist etwa aus der noch unveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2012 103 874 bekannt. Alternativ kann ein händisches oder automatisches Verschieben des Kolbens
6.1 nach außen erfolgen. In der Rastvorrichtung
6 befindet sich ein elastisches Element wie eine Feder
21, das eine solche Bewegung des Kolbens
6.1 ermöglicht.
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Als weitere Alternative kann darauf verzichtet werden, dass das Tauchrohr 3 durch das Rastelement 6 in Servicestellung gehalten wird. Damit das Tauchrohr 3 dauerhaft oben gehalten wird, kann etwa kontinuierlich Versorgungsenergie angelegt werden.
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Die 3a und 3b zeigen die Situation wenn sich der Kolben in einer zweiten Position befindet. Die zweite Position ist um einen Winkel, insbesondere um 90°, zur ersten Position verdreht.
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Gleichzeitig mit einer Drehung des Kolbens 3.1 findet eine Bewegung des Kolbens in axialer Richtung, d.h. radial zum Gehäuse 2 statt. Dies wird durch ein sich im Kolben 3.1 befindendes Formelement 6.3, etwa ein Stift, insbesondere ein Zylinderstift, bewerkstelligt: Das Formelement 6.3 wird in einer Kulissenführung 6.5 so geführt, dass bei einer Drehung des Kolbens 6.1 (Rotation) gleichzeitig eine Bewegung (Translation) nach innen stattfindet. Die Kulissenführung 6.5 kann dabei in die Rastvorrichtung 6 gefräst sein, oder als separates Bauteil in der Rastvorrichtung 6 vorliegen. Eine axiale Bewegung des Kolbens 3.1 ist nötig, damit die anliegende Versorgungsenergie den Kolben 3.1 nicht wieder nach außen drückt und somit eine Bewegung des Tauchrohrs 3 in Prozessstellung möglich wäre (vgl. oben: Mechanismus zum Bewegen des Tauchrohrs 3 von Service- in Prozessstellung). Die Kulissenführung 6.5 verhindert dies; das Tauchrohr 3 fährt nur bis zur Zwischenstellung.
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Eine Drehung des Kolbens 3.1 erfolgt durch das Werkzeug 14, das in 5a dargestellt ist. Die Auslassung 15 ist komplementär zur Nase 6.4 des Kolbens 6.1 ausgestaltet und ermöglich ein einfaches und sicheres Verstellen des Kolbens 6.1. Es kann sich dabei etwa um eine „D-Form“ handeln. Alternativ kann eine Drehung des Kolbens 3.1 auch automatisch erfolgen.
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In 3a erkennt man die Verdrehung des Kolbens 3.1 an der – verglichen mit 2a – veränderten Position des Formelements 6.3 und des Zapfens 6.2. Der Zapfen 6.2 hat zumindest eine erste Seite 6.2.1 und eine zweite Seite 6.2.2. Die erste Seite 6.2.1 ist zum Anschlag 3.1 komplementär ausgestaltet, so dass in Servicestellung (vgl. 2a und 2b) eine Bewegung des Tauchrohrs 3 nicht möglich ist, da erste Seite 6.2.1 und Anschlag 3.1 einen Formschluss bilden.
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Der Zapfen 6.2 hat etwa einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer langen und einer kurzen Seite. Die lange Seite entspricht dabei der ersten Seite 6.2.1, d.h. die lange Seite steht in Servicestellung am Anschlag 3.1 an. Die kurze Seite entspricht der zweiten Seite 6.2.2, d.h. die kurze Seite greift in Zwischenstellung in eine Ausnehmung 3.2 des Vorsprungs 3.3 ein. Die erste Seite 6.2.1 ist dabei länger als die Ausnehmung 3.1, die zweite Seite 6.2.2 ist kürzer als die Ausnehmung 3.1. Damit eine Drehung des Kolbens 3.1 möglich ist, ist in Zwischenstellung zwischen der Oberkannte der ersten Seite 6.2.1 und der Unterkannte des Anschlags 3.1 etwas Platz gelassen. Das Tauchrohr 3 hat somit etwas Spiel, allerdings nur so viel, dass eine Dichtung von Gehäuseinnenraum 2.1 zu Behältnis 11 immer gewährleistet ist.
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Bei Drehung des Kolbens 3.1 wird durch die Ausnehmung 3.2 der Formschluss von Anschlag 3.1 und erster Seite 6.2.1 aufgelöst. Wird nun durch den oberen Anschluss 4 Versorgungsenergie angelegt, kann die zweite Seite 6.2.2 am Anschlag 3.1 vorbei fahren bis sie in die Ausnehmung 3.2 eingreift. Die zweite Seite 6.2.2 bildet somit eine Formschluss mit der (Oberkannte der) Ausnehmung 3.2. Das Tauchrohr 3 ist somit in einer Zwischenstellung zwischen der Service- und der Prozessstellung arretiert, da die Versorgungsenergie eine Bewegung nach oben und die Ausnehmung 2 eine weitere Bewegung nach unten verhindert. Bei entsprechender Auslegung der Bauteile kann auf ein weiteres Anlegen von Versorgungsenergie verzichtet werden.
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Da sich die Ausnehmung 3.2 im Wesentlichen in Richtung der Längsachse A erstreckt und sich die Oberkannte der Ausnehmung 3.2 oberhalb des Anschlags 3.1 befindet, kann das Tauchrohr 3 um genau diese Erstreckung weiter nach unten fahren. Diese Erstreckung genügt um die Dichtwirkung von Dichtung 10 und Verschlusselement 9 aufzuheben, da sich nun das Verschlusselement 9 unterhalb der Dichtung 10 befindet. Durch den Spülanschluss 7 einfließendes Spülmedium spült somit die Dichtung 10 und/oder das Verschlusselement 9.
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Um die Dichtung 10 und/oder das Verschlusselement 9 zu spülen sind somit folgende Schritte erforderlich: Drehen des Kolbens 3.1 in die zweite Position (händisch oder automatisch, evtl. mit Werkzeug 14), Beaufschlagen des oberen Anschlusses 4 mit Versorgungsenergie, Warten bis sich Tauchrohr 3 in Zwischenposition befindet (Zapfen 6.2 mit zweiter Seite 6.2.2 befindet sich in Ausnehmung 3.2), Spülen des Gehäuseinnenraumes 2.1 durch den Spülanschluss 7 (Spülflüssigkeit fließt in das Behältnis 11). Meist ist es vorteilhaft, den Prozess, also das Medium 12, während dieser Reinigungsphase zu unterbrechen. Um wieder in Servicestellung zu gelangen sind die oben genannten Schritte in umgekehrter Reihenfolge auszuführen (Versorgungsenergie muss dann vom unteren Anschluss 5 angelegt werden).
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Wie bereits erwähnt hat der Sensor 16 über eine Öffnung 8 im Tauchrohr 3 Zugang zum Medium 12. Für eine optimale Messung sollte der Sensor 16 direkt vom Medium 12 angeströmt werden, d.h. die Öffnung 8 soll in Strömungsrichtung zeigen. Häufig ist das Verschlusselement 9 käfigartig ausgestaltet, d.h. es gibt Positionen des Tauchrohrs 3, in denen die Öffnung 8 nicht in Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
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Das Tauchrohr 3 ist deswegen um seine Längsachse drehbar ausgestaltet. 3a zeigt dieses drehbare Tauchrohr 3. Dabei ist das Tauchrohr 3 zweiteilig ausgestaltet mit einem unteren mediumsberührenden Teil 3a und einem oberen nicht mediumsberührenden Teil 3b.
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Oberes Teil 3a und unteres Teil 3b des Tauchrohrs 3 können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Insbesondere der untere Teil 3a muss widerstandsfähig gegenüber dem Medium 12 sein.
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Der untere Teil 3a umfasst neben dem Verschlusselement 9, ein Zwischenelement 3a1 und ein erstes Gewindeelement 3a2. Das Gewindeelement 3a hat ein erstes Gewinde, etwa Innengewinde, d.h. das Gewinde zeigt zur Längsachse A. Der untere Teil 3a des Tauchrohr 3 ist als einziges Teil ausgestaltet, die beschriebenen Einzelteile (Verschlusselement 8, Zwischenteil 3a1, Gewindeelement 3a2) sind etwa durch Verschweißen miteinander verbunden und in 3a schon als einziges Teil dargestellt.
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Der obere Teil 3b des Tauchrohrs umfasst ein Topelement 3b1 sowie ein zweites Gewindeelement 3b2. Das Gewindeelement 3b2 hat ein zweites Gewinde, etwa ein Außengewinde, d.h. das Gewinde zeigt weg von der Längsachse A. Am Gewindeelement 3b2 ist an dessen unterem Ende innen eine Nut 18 gebildet. Das Topelement 3b1 ist mit dem Gewindeelement 3b2 über ein Wälzlager 17, etwa ein Gleit- oder Kugellager, verbunden. Das Gewindeelement 3b2 kann sich somit um das Topelement 3b1 drehen. In 3 zu sehen sind zwei Wälzkörper, das Topelement 3b1 bildet den Außenring, das Gewindeelement 3b2 den Innenring des Wälzlagers 17.
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Zur Orientierung des Tauchrohrs 3 bzw. der Öffnung 8 sind die Gewinde zu lösen, d.h. unterer Teil 3a und oberer Teil 3b sind demontiert. Zuerst sind die beiden Teile 3a, 3b auszurichten, insbesondere ist der untere Teil 3a so zu drehen, dass die Öffnung 8 in Strömungsrichtung zeigt. Es kann jeder beliebige Winkel eingestellt werden. Anschließend kann unter Zuhilfenahme eines zweiten Werkzeugs 19 (siehe Ausschnitt davon in 4b mit der Einbausituation im Tauchrohr 3) das Tauchrohr 3 fixiert werden. Das Werkzeug umfasst zur Nut 18 komplementäre Mitnehmer 20 und ist als Innenspanner ausgestaltet. Die Mitnehmer 20 sind etwa als Kugeln ausgestaltet.
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Das Werkzeug 19 wird in das Tauchrohr 3 von oben so weit eingeführt, bis die Mitnehmer 20 auf Höhe der Nut 18 ist. Im Werkzeug 19 ist eine Feder oder eine Schraube vorgesehen, welche die Mitnehmer 20 nach außen, d.h. weg von seiner Längsachse drücken. Die Mitnehmer 20 spannen sich nun nach außen und das Werkzeug wird anschließend so lange gedreht bis die Mitnehmer 20 in die Nut 18 greifen. Da das Gewindeelement 3b2 mittels Wälzlager 17 mit dem Topelement 3b1 verbunden ist, dreht sich nach Einrasten der Mitnehmer 20 in die Nut 18 das Gewindeelement 3b2 mit bei Drehen des Werkzeugs 19.
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Dadurch dreht sich das zweite Gewindeelement 3b2 in das erste Gewindeelement 3a2. Dies bewerkstelligt, dass sich der untere Teil 3a an das obere Teil 3b des Tauchrohrs 3 heranzieht, verspannt und somit fest verbindet. Das Tauchrohr 3 ist somit im Gehäuse 2 in der gewünschten Orientierung der Öffnung 8 orientiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wechselarmatur
- 2
- Gehäuse
- 2.1
- Gehäuseinnenraum
- 3
- Tauchrohr
- 3.1
- Anschlag
- 3.2
- Ausnehmung
- 3.3
- Vorsprung
- 3a
- Mediumsberührender Teil von 3
- 3a1
- Zwischenelement von 3a
- 3a2
- Gewindeelement von 3a
- 3b
- Nicht mediumsberührender Teil von 3
- 3b1
- Topelement von 3b
- 3b2
- Gewindeelement von 3b
- 4
- Anschluss Versorgungsenergie
- 5
- Anschluss Versorgungsenergie
- 6
- Rastvorrichtung
- 6.1
- Kolben
- 6.2
- Zapfen
- 6.2.1
- Erste Seite von 6.2
- 6.2.2
- Zweite Seite von 6.2
- 6.3
- Formelement
- 6.4
- Nase
- 6.5
- Kulissenführung
- 7
- Spülanschluss
- 8
- Öffnung in 3
- 9
- Verschlusselement
- 10
- Dichtung
- 11
- Behältnis
- 12
- Medium
- 13
- Anschlussmittel
- 14
- Werkzeug für 6.4
- 15
- Komplementäre Auslassung zu 6.4
- 16
- Sensor
- 17
- Wälzlager
- 18
- Nut
- 19
- Werkzeug für 18
- 20
- Mitnehmer
- 21
- Feder
- 22
- Auslass
- A
- Längsachse von 1
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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