DE102016115426A1

DE102016115426A1 - Totraumfreies Messrohr für ein Messgerät sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102016115426A1
Application number: DE102016115426.1A
Authority: DE
Inventors: Stephan Wiedemann; Daniel Koch; Angelika Goll; Markus Mornhinweg
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-02-22
Also published as: EP3500789A1; WO2018033349A1; US20190186667A1; CN109563958A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messrohr (1) zum Führen eines Mediums (M), umfassend zumindest einen Teilabschnitt einer Rohrleitung (2) und zumindest einen Eintauchkörper (3), wobei der Eintauchkörper (3) zumindest teilweise in den Teilabschnitt Rohrleitung (2) hineinreicht. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Messgerät mit einem entsprechenden Messrohr (1) sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohres (1).
Erfindungsgemäß sind zumindest der Teilabschnitt der Rohrleitung (2) und der Eintauchkörper (3) aus einem Stück gefertigt und mittels eines Fräsverfahrens, insbesondere mittels einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, hergestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messrohr zum Führen eines Mediums in einer Rohrleitung, mit zumindest einem Teilabschnitt einer Rohrleitung und einem Eintauchkörper, auf ein Messgerät mit einem derartigen Messrohr sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohrs mit einem Eintauchkörper.
Messrohre mit Eintauchkörpern werden in Zusammenhang mit einer Vielzahl von Messgeräten und/oder Feldgeräten zur Bestimmung zumindest einer Prozessgröße eingesetzt, welche in großer Vielfalt von der Anmelderin hergestellt und vertrieben werden. Die zu bestimmende und/oder zu überwachende Prozessgröße ist beispielsweise der Durchfluss eines strömenden Fluides durch ein Messrohr, oder der Füllstand eines Mediums in einem Behälter. Sie kann aber auch durch den Druck, die Dichte, die Viskosität, die Leitfähigkeit, die Temperatur oder den ph-Wert gegeben sein. Auch optische Sensoren, wie Trübungs- oder Absorptionssensoren sind bekannt.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit beschränkt sich die nachfolgende Beschreibungseinleitung jedoch auf Thermometer. Es sei jedoch darauf verwiesen, dass sich die in diesem Zusammenhang angestellten Überlegungen direkt auf andere Mess- und/oder Feldgeräte übertragen lassen, bei welchen ein Messelement oder Messeinsatz in einer Rohrleitung integriert werden soll. Das Messelement kann ferner innerhalb eines Schutzrohres angeordnet sein. Die Rohrleitung, das Messelement oder gegebenenfalls das Messrohr und das Schutzrohr werden vielfach mittels geeigneter Dichtungsmechanismen form- und kraftschlüssig miteinander verbunden oder auch direkt miteinander verschweißt und/oder verklebt. Dabei können jedoch Spalte, Fugen und/oder Toträume entstehen.
Insbesondere im Bereich der sterilen Verfahrenstechnik müssen an die jeweils verwendeten Thermometer höchste Anforderungen gestellt werden. Im Falle eines in eine Rohrleitung integrierten Thermometers wird der Messeinsatz häufig in einem Schutzrohr, welches sich in einem Teilabschnitt der Rohrleitung, häufig auch als Messrohr bezeichnet, befindet, angeordnet. Die Thermometer müssen dann einerseits dazu in der Lage sein, die Temperatur im jeweiligen Prozess möglichst genau zu erfassen. Dies erfordert u. a. eine gute Wärmeankopplung zwischen dem Messeinsatz und dem Schutzrohr. Andererseits muss die jeweilige Ausgestaltung des Messrohres mit dem Schutzrohr jedoch auch eine sterile Produktion gewährleisten. Um beispielsweise Ablagerungen bzw. die Bildung eines Biofilms innerhalb der Rohrleitung bzw. innerhalb des Messrohrs zu verhindern, sollte diese bzw. dieses so ausgestaltet sein, dass eine rückstandsfreie Reinigung möglich ist. Diese Problematik wird bspw. in dem Artikel „Totraumfreies Schutzrohr" abrufbar unter http://www.prozesstechnik-online.de/firmen//article/31534493/37267194/Totraumfreies-Schutzrohr/art_co_INSTANCE_0000/maximized/ geschildert.
Ein Beispiel für eine hygienegerechte Messstelle ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 102010037994 A1 beschrieben. Die Messstelle zur Messung einer physikalischen Größe besteht aus einem Rohrabschnitt mit einer Öffnung, in der ein Adapter dichtend befestigt ist, welcher Adapter eine Messsonde aufnehmen kann. Der Rohrabschnitt weist wiederum eine Abplattung mit einer Öffnung auf, durch die eine Abflachung, bzw. eine ebene Fläche entsteht, und welche Öffnung durch den Adapter in dem abgeflachten Rohrabschnitt ausgefüllt wird. Der Adapter ist ferner durch eine stoffliche Verbindung mit der abgeflachten Rohrwandung in der Ebene der Öffnung oder in einer Ebene parallel zur Abflachungsfläche verbunden.
Ein weiteres Beispiel für eine hygienegerechte Aufnahmeeinrichtung für einen Messeinsatz, besonders bevorzugt zur Temperaturbestimmung, ist aus der DE 102012112579 A1 bekannt geworden. Die Aufnahmevorrichtung weist einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, welche über einen Absatz voneinander getrennt sind, wobei der Absatz eine Form aufweist, die im Wesentlichen einem Ausschnitt aus der Mantelfläche einer rohrartigen Wandung eines Prozessbehälters, bspw. einer Rohrleitung oder eines Tanks, entspricht, in welche Wandung die Aufnahmevorrichtung einsetzbar ist.
Für beide der genannten Beispiele muss das Messrohr verformt bzw. im Querschnitt verändert werden. Je nach den Materialeigenschaften des jeweils verwendeten Werkstoffs, insb. die Plastizität und/oder Duktilität, kann es dabei jedoch leicht zu Spannungen innerhalb des Materials kommen, welche die Stabilität des Messrohres beeinträchtigen können. Zur Vermeidung derartiger Probleme ist aus der bisher noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102015112424.6 ein hygienegerechtes Messrohr sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt geworden, bei welchem das Messrohr wird mittels eines generativen Verfahrens, insbesondere mittels eines 3D-Druck Verfahrens hergestellt ist. Auf diese Weise können Spannungen innerhalb der jeweilig verwendeten Materialien vermieden werden, sodass Verformungen und/oder Querschnittsänderungen nicht notwendig sind. Auf diese deutsche Patentanmeldung wird im Folgenden vollumfänglich Bezug genommen.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Alternative für ein hygienegerechtes Messrohr, insb. ein hygienegerechtes Thermometer anzugeben, bei welchem ebenfalls Spannungen innerhalb des zur Herstellung verwendeten Materials vermieden werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Messrohr gemäß Anspruch 1, ein Messgerät mit einem erfindungsgemäßen Messrohr wie in Anspruch 16, sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohrs gemäß Anspruch 17 gelöst.
Bezüglich des Messrohrs wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Messrohr zum Führen eines Mediums umfassend zumindest einen Teilabschnitt einer Rohrleitung, oder um einen Rohrleitungsabschnitt, und zumindest einen Eintauchkörper, wobei der Eintauchkörper zumindest teilweise in den Teilabschnitt der Rohrleitung hineinreicht, und wobei zumindest der Teilabschnitt der Rohrleitung und der Eintauchkörper aus einem Stück gefertigt und mittels eines Fräsverfahrens, insbesondere mittels einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, hergestellt sind. In das Messrohr ragt beispielsweise ein Messaufnehmer hinein, um eine chemische und/oder physikalische Messgröße eines Mediums zu bestimmen, das sich in der Rohrleitung befindet. Dabei ist ein Eintauchkörper bspw. in Form eines Schutzrohres vorgesehen, in welches Schutzrohr beispielsweise ein Messeinsatz, vorzugsweise zur Bestimmung der Temperatur, eingebracht werden kann. Bei dem Eintauchkörper kann es sich aber auch um ein Staurohr oder einen anderen Staukörper handeln, der in die Rohrleitung zumindest teilweise hineinragt. Die Rohrleitung, beispielsweise ein Rundrohr, ein Quadratrohr, ein Rechteckrohr oder ein Rohrbogen, besteht dabei beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff.
Fräsverfahren gehören zur Gruppe der spanenden Fertigungsverfahren und damit zu den Trennverfahren. Von einem Rohteil oder Grundkörper wird zur Herstellung des jeweiligen gewünschten Bauteils überschüssiges Material auf mechanischem Weg in Form von Spänen mittels eines Fräswerkzeugs mit vorgebbarer Schneidkante, welches sich mit hoher Geschwindigkeit um eine eigene Achse dreht, abgetrennt. Um eine gewünschte geometrische Ausgestaltung zu erhalten, wird entweder das Fräswerkzeug oder das Rohteil bzw. der Grundkörper entlang einer vorgegebenen Kontur entlang beweg. Im Gegensatz zum Bohren erfolgt diese Bewegung senkrecht oder schräg zur Rotationsachse des Fräswerkzeugs. Im Laufe der Zeit sind viele verschiedene Fräsverfahren bekannt geworden, welche beispielsweise im Rahmen der DIN-Norm DIN8589 in Plan-, Rund-, Schraub-, Wälz-, Profil- und Formfräsverfahren unterteilt werden. Die entsprechenden Verfahren sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Besonders vorteilhaft im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die sogenannte Hochgeschwindigkeitszerspanung (englisch High Speed Cutting kurz HSC), welche sich im Vergleich zu den zuvor genannten Fräsverfahren durch besonders hohe Drehzahlen der Fräswerkzeuge und damit einhergehend durch geringere Schnittkräften und eine besonders geringe Spandicke der abgetrennten Späne auszeichnet.
Vorteilhaft lassen sich mittels der HSC-Verfahren auch vergleichsweise dünnwandige Rohteile oder Werkstücke bearbeiten sowie hohe Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der jeweiligen Bauteile erfüllen. Somit ermöglicht die Hochgeschwindigkeitszerspanung eine besonders große Gestaltungsfreiheit für die jeweils herzustellenden Bauteile.
Bezogen auf ein erfindungsgemäßes Messrohr erlaubt die Anwendung eines Fräsverfahrens dessen direkte und einstückige Herstellung. Insbesondere kann ein totraum-, fugen- und/oder spaltfreies Messrohr mit einem Eintauchkörper, welches bestens zum Einsatz für sterile Anwendungen geeignet ist, hergestellt werden. Im Vergleich zu auf herkömmliche Art und Weise hergestellten Messrohren kann insbesondere unter Anwendung einer Hochgeschwindigkeitszerspanung eine deutlich erhöhte Stabilität erzielt werden, da möglicherweise herstellungsbedingte Spannungen innerhalb des Messrohres, verringert werden. Im Gegensatz zu Messrohren, welche aus mehreren Teilkomponenten zusammengesetzt werden, kann ferner auch auf Dichtungsmechanismen, Schweißnähte Verklebungen, oder ähnliches, verzichtet werden. Dies bedingt in der Folge gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren vorteilhaft außerdem deutlich verkürzte Montagezeiten.
Darüber hinaus können bisher nicht, oder nur schwer realisierbare Formen und/oder Geometrien für die Rohrleitung sowie den Eintauchkörper gewählt werden, welche verschiedene technische Vorteile, insb. in Bezug auf Strömungseigenschaften des jeweiligen Mediums aufweisen können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Messrohres verläuft die Längsachse des Eintauchkörpers im Wesentlichen in einem definierten Winkel, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer Wandung des Teilabschnitts der Rohrleitung. Der Winkel kann dabei in Bezug auf verschiedenste Anforderungen an das jeweilige Messrohr, beispielsweise in Bezug auf den durch den Eintauchkörper hervorgerufenen Strömungswiderstand, angepasst werden.
Es ist von Vorteil, wenn zumindest ein Übergangsbereich zwischen einer Wandung des Teilabschnitts der Rohrleitung und einer Wandung des Eintauchkörpers totraumfrei ist. Auf diese Weise kann insbesondere die Bildung von Ablagerungen und/oder Biofilmen innerhalb des Messrohres vermieden werden. Der Übergangsbereich ist als Konsequenz der erfindungsgemäßen Herstellung mittels eines Fräsverfahrens und der damit einhergehenden Möglichkeit, das Messrohr einstückig herzustellen, ferner fugen- und/oder spaltfrei.
In einer Ausgestaltung beträgt zumindest ein Radius in einem Übergangsbereich zwischen einer Wandung in einem Übergangsbereich zwischen einer Wandung des Teilabschnitts der Rohrleitung und einer Wandung des Eintauchkörpers mindestens 3mm. Ein derartiger Radius im Übergangsbereich ist besonders vorteilhaft in Bezug auf die Vermeidung der Bildung von Ablagerungen und/oder Biofilmen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Messrohres beinhaltet, dass das Messrohr zumindest einer Hygienebestimmung, insbesondere nach zumindest einem der Standards gemäß ASME, BPE, 3A oder EHEDG, genügt. Die genannten Standards für Hygieneanwendungen geben beispielsweise verschiedene Bedingungen für einen Radius in einem Übergangsbereich zwischen einer Wandung des Teilabschnitts der Rohrleitung und deiner Wandung des Eintauchkörpers parallel zu seiner Längsachse an. Weitere Bestimmungen betreffen beispielweise die jeweilige Oberflächenbeschaffenheit der Materialien, insb. im Bereich der jeweils dem Medium zugewandten Bereichen der jeweiligen Oberflächen, sowie Auswahlbestimmungen für die zu verwendenden Materialien.
Für die sterile Verfahrenstechnik haben internationale oder nationale Kontrollbehörden Standards, u. a. für die Herstellung, und Ausgestaltung des jeweils verwendeten Equipments erarbeitet. Beispielhaft sei hier auf die Standards der „American Society of Mechanical Engineers" (ASME), insbesondere auf den sog. „ASME Bioprocessing Equippment – Standard" (BPE), der "3-A Sanitary Standards Incorporation" (3-A), oder auch der “European Hygienic Design Group” (EHEDG) verwiesen. Die Standards gemäß ASME, BPE und 3A sind dabei insbesondere für den amerikanischen Raum relevant, während der Standard gemäß EHEDG mehrheitlich in Europa zum Tragen kommt. Typische Anforderungen an ein Bauteil durch zumindest einer der genannten Hygienebestimmungen betreffen insbesondere die Geometrie und/oder Oberfläche des jeweiligen Bauteils, welches derart beschaffen sein sollte, dass sich keine Ablagerungen bilden können und das jeweilige Bauteil einfach zu reinigen und/oder sterilisieren ist. Der Standard gemäß EHEDG schließt beispielsweise ferner scharfkantige Übergänge aus. Daher sollte beispielsweise ein Winkel zwischen zwei aneinander angrenzenden Flächen > 135°, und/oder der Radius im Bereich des Übergangs zweier Flächen > 3,2mm sein. Darüber hinaus wird eine Oberflächenrauhigkeit von < 0,78µm gefordert. Die Möglichkeit, derartige Vorgaben erfüllen zu können, hängt dabei unter anderem auch von dem jeweiligen Bauteil ab. Insbesondere im Falle von Bauteilen mit kleinen Abmessungen kann es sein, dass entsprechende Vorgaben nicht konsequent eingehalten werden können. In solchen Fällen gilt es eine adäquate Anpassung durch beispielsweise den bestmöglichen Kompromiss zu finden, wobei jeder Einzelfall separat zu prüfen ist.
Es ist von Vorteil, wenn zumindest ein Endbereich des Teilabschnitts der Rohrleitung derart ausgestaltet ist, dass er mit einem Rohrelement, beispielsweise einem Rohrbogen oder einer weiteren Rohrleitung verbindbar, insbesondere verschweißbar oder verschraubbar ist. Aber auch andere dem Fachmann wohlbekannte Verfahren zur Verbindung eines Messrohrs mit einem Abschnitt einer Rohrleitung oder ähnlichem sind möglich und fallen unter die vorliegende Erfindung.
In einer Ausgestaltung ist das Messrohr im Wesentlichen in Form eines T-Stücks oder in Form eines Eck-Stücks ausgestaltet. Im Falle eines Messrohrs in Form eines T-Stücks kann der Eintauchkörper dann beispielsweise in dem Teilbereich angeordnet sein, welcher von der jeweiligen Hauptleitung, das ist der Zweig, welcher üblicherweise in eine bestehende Rohrleitung integriert wird, abzweigt. Bei einem Messrohr in Form eines Eck-Stücks wiederum kann der Eintauchkörper beispielsweise im jeweils gebogenen Teilbereich des Eck-Stücks angeordnet werden. Dabei kann eine Ausrichtung des Eintauchkörpers senkrecht zur Wandung des gebogenen Teilbereichs in unmittelbarer Umgebung zum Eintauchkörper gewählt werden, aber auch andere Winkel sind selbstverständlich möglich. Insbesondere kann vorteilhaft eine gegenseitige Ausrichtung von Messrohr und Eintauchkörper gewählt werden, bei welcher der Eintauchkörper in einen geraden Abschnitt des Eckstücks hineinreicht, wobei in diesem Falle die Länge des Eintauchkörpers im Wesentlichen frei wählbar ist. Ferner ist die geometrische Ausgestaltung in einem Endbereich des Eintauchkörpers im Wesentlichen frei wählbar. Der Endbereich des Eintauchkörpers kann in Form einer ebenen Fläche ausgestaltet sein, er kann sich aber ebenfalls im Durchmesser verjüngen oder spitz zulaufen. Eine derartige Ausgestaltung hat gegebenenfalls insbesondere im Hinblick auf ein Strömungsprofil eines durch das Messrohr strömenden Mediums eine vorteilhafte Wirkung. Da der Eintauchkörper in diesem Fall nicht senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums ausgerichtet ist, wirkt er nicht als eine Art Prallwand für das Medium. Ist der Eintauchkörper in Form eines Schutzrohres zur Aufnahme eines Sensorelements ausgestaltet, so ergibt sich eine deutliche Erhöhung der Messgenauigkeit des Sensorelements.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Messrohr in Form eines Eck-Stücks ausgestaltet, wobei in zumindest einem Endbereich des Eck-Stückes ein, insbesondere zumindest abschnittsweise gebogenes Rohrelement, angeordnet, insbesondere angeschweißt, ist. Auf diese Weise können besondere Anforderungen an die Geometrie des Messrohrs insbesondere mit Hinblick auf ein bestehendes Rohrleitungssystem, erfüllt werden. Beispielsweise lässt sich ein Eck-Stück zu einer Art T-Stück umrüsten.
Es ist von Vorteil, wenn der Eintauchkörper ein Schutzrohr zur Aufnahme eines Sensorelements oder Messeinsatzes eines Feldgeräts ist. Das Schutzrohr ist dabei vorzugsweise messstoffdicht ausgestaltet. Das Medium kann wiederum beispielsweise flüssig oder gasförmig sein.
Bei dem Sensorelement kann es sich beispielweise um einen Messeinsatz, insbesondere zur Erfassung der Temperatur, handeln, vorzugsweise in Form eines Messeinsatzes an dessen Spitze der Messaufnehmer angeordnet ist, und welcher in den Eintauchkörper eingebracht werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Messrohres weist die Querschnittsfläche des Eintauchkörpers senkrecht zu seiner Längsachse eine im Wesentlichen kreisrunde, ovale, quaderförmige, dreieckige, pfeilförmige, rauteförmige, kreissegmentförmige oder flügelähnliche Geometrie auf. Besagte Geometrien bieten insbesondere eine vorteilhafte Wirkung in Bezug auf den durch den Eintauchkörper hervorgerufenen Strömungswiderstand innerhalb der Rohrleitung. Ein strömungsoptimierter Eintauchkörper kann ferner Vibrationen des Eintauchkörpers, welche durch das strömende Medium hervorgerufen werden, verringern. Es sei an dieser Stelle darauf verwiesen, dass für den Eintauchkörper nebst den genannten Beispielen noch viele andere Geometrien denkbar sind, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen. Viele der Beispiele wären ohne die Anwendung eines generativen Fertigungsverfahrens gar nicht realisierbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Messrohres ist die Dicke zumindest einer Wandung des Eintauchkörpers derart ausgestaltet, dass das von der Wandung des Eintauchkörpers eingeschlossene Volumen eine im Wesentlichen an die Geometrie des Sensorelements angepasste, insbesondere kreisrunde, Innen-Querschnittsfläche aufweist, und dass die die Wandung des Eintauchkörpers beinhaltende Außen-Querschnittsfläche senkrecht zu seiner Längsachse eine im Wesentlichen ovale, quaderförmige, dreieckige, pfeilförmige, rautenförmige, kreissegmentförmige oder flügelähnliche Geometrie aufweist. Bezogen auf die äußere Querschnittsfläche weist der Eintauchkörper also eine strömungsoptimierte Geometrie auf. Für die Innen-Querschnittsfläche des von der Wandung des Eintauchkörpers eingeschlossenen Volumens wird dagegen eine auf die geometrischen Abmessungen eines in den Eintauchkörper eingebrachten Sensorelements, insb. eine im Wesentlichen kreisrunde Innen-Querschnittsfläche gewählt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und passgenaue Einführung des Sensorelements in den Eintauchkörper. Im Falle eines Thermometers ist dies insbesondere vorteilhaft in Bezug auf die Wärmeankopplung zwischen dem Sensorelement und dem Eintauchkörper, welcher in diesem Beispiel üblicherweise durch ein Schutzrohr gegeben ist.
Es ist von Vorteil, wenn das Messrohr aus einem Metall, insbesondere aus rostfreiem Edelstahl, besteht. Dieses Material wird besonders häufig im Bereich der sterilen Verfahrenstechnik eingesetzt und genügt, je nach Bearbeitung, insbesondere der Oberflächen, hohen Hygieneanforderungen
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Messgerät umfassend zumindest ein Messrohr nach zumindest einer der beschriebenen Ausgestaltungen und ein Sensorelement, welches in den Eintauchkörper eingebracht ist.
Das Messgerät dient bevorzugt der Bestimmung der Temperatur, wobei das Sensorelement einen Messaufnehmer zur Bestimmung der Temperatur umfasst. Es handelt sich bei dem Messgerät also bevorzugt um ein Thermometer, insbesondere um ein Thermometer mit einem Eintauchkörper in Form eines Schutzrohres.
Bezüglich des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohres zum Führen eines Mediums, umfassend zumindest einen Teilabschnitt einer Rohrleitung und zumindest einen Eintauchkörper, wobei der Eintauchkörper zumindest teilweise in den Teilabschnitt der Rohrleitung hineinreicht, und wobei zumindest der Teilabschnitt der Rohrleitung und der Eintauchkörper aus einem Stück gefertigt und mittels eines Fräsverfahrens, insbesondere mittels einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, hergestellt werden.
Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile gelten in analoger Weise ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Messrohr im dem Medium zugewandten Bereich in Bezug auf seine Geometrie zumindest teilweise derart ausgestaltet, dass das Strömungsprofil des Mediums optimiert und/oder die Messperformance des Sensorelements verbessert wird.
Die in Zusammenhang mit dem Messrohr und/oder Messgerät erläuterten Ausgestaltungen lassen sich mutatis mutandis auch auf die vorgeschlagenen Verfahren anwenden und umgekehrt.
Zusammenfassend erlaubt der erfindungsgemäße Einsatz eines Fräsverfahrens, insbesondere einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, die Herstellung eines für hygienische Anwendungen geeigneten, totraumfreien, spalt- und fugenfreien Messrohres. Die insbesondere bei einer Hochgeschwindigkeitszerspanung auftretenden, geringen Spandicken ermöglichen, dass typische Anforderungen gängiger Hygienestandards, insbesondere in Bezug auf eine maximale Oberflächenrauhigkeit oder Bedingungen für Übergangsradien direkt während des Fräsvorgangs erfüllt werden können. Entsprechend sind vorteilhaft keine Nachbearbeitungen des Messrohres notwendig. Ein besonderer Vorteil ergibt sich für klein dimensionierte Messrohre, insbesondere solche mit einem Rohrdurchmesser von etwa 10–30 mm und/oder einem Durchmesser des Eintauchkörpers von etwa 6mm oder weniger. Solche Messrohre sind aufgrund ihrer geringen geometrischen Dimensionierung einer Nachbearbeitung, beispielsweise einem Poliervorgang, gar nicht zugänglich.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Messrohrs mit einem Eintauchkörper gemäß Stand der Technik,
2: eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen einstückigen Messrohres in Form eines T-Stücks in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten a) und b), und
3 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen einstückigen Messrohres a) in Form eines Eck-Stücks und b) in Form eines Eck-Stücks mit zwei angeschweißten Rohrbögen.
In 1 ist ein Messrohr 1 gemäß Stand der Technik mit einem Teilabschnitt einer von einem Medium M durchflossenen Rohrleitung 2 und einem Eintauchkörper 3, welcher teilweise in den Teilabschnitt der Rohrleitung 2 hineinragt, gezeigt. Es handelt sich also um ein Messrohr 1 in Form eines T-Stücks. Die Längsachse L des Eintauchkörpers 3 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Wandung W der Rohrleitung 2. Es sei jedoch darauf verwiesen, dass für den Winkel α zwischen der Wandung des W der Rohrleitung 2 und der Längsachse des Eintauchkörpers auch ein Winkel ungleich 90° gewählt werden kann. Für das in 1 gezeigte Messrohr 1 ist jeweils im Übergangsbereich B zwischen Rohrleitung 2 und Eintauchkörper 3 ein Totraum, welcher insbesondere für den Einsatz des Messrohres 1 im Bereich der sterilen Verfahrenstechnik nachteilig ist.
In der in 1 gezeigten Ansicht ist in den Eintauchkörper 3 ein Sensorelement 4 eines Feldgeräts (hier ist nur das Sensorelement gezeigt, ein Feldgerät beinhaltet oftmals ferner zumindest eine Elektronikeinheit) eingebracht. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann es sich bei dem Eintauchkörper 3 um ein Schutzrohr, und bei dem Sensorelement 4 um den Messeinsatz eines Thermometers handeln.
2a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Messrohrs 1. Die Längsachse L des Eintauchkörpers 3 verläuft wie in 1 im Wesentlichen senkrecht zur Wandung W der Rohrleitung 2. Es sei jedoch darauf verwiesen, dass auch für ein erfindungsgemäßes Messrohr 1 für den Winkel α zwischen der Wandung des W der Rohrleitung 2 und der Längsachse des Eintauchkörpers auch ein Winkel ungleich 90° gewählt werden kann. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Messrohr 1 tritt bei dem Beispiel gemäß 2a aufgrund der erfindungsgemäßen Herstellung im Übergangsbereich B zwischen Rohrleitung 2 und dem Eintauchkörper 3 kein Totraum auf. Dies ist noch besser in der Ansicht in 2b zu erkennen. Der Radius r im Übergangsbereich B beträgt bevorzugt mindestens 3mm zur Erfüllung der Forderungen gängiger Hygienestandards.
Erfindungsgemäß handelt es sich also ein totraumfreies, spalt- und fugenfrei ausgestaltetes Messrohr 1, welches bestens für den Einsatz in der sterilen Verfahrenstechnik oder auch anderen Anwendungen mit hohen Hygieneanforderungen geeignet, da aufgrund der Beschaffenheit des Messrohres 1 eine rückstandsfreie Reinigung möglich ist.
Durch die erfindungsgemäße Anwendung eines Fräsverfahrens ergeben sich viele unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten für das Messrohr 1. Insbesondere können sowohl die Querschnittsfläche A als auch die Dicke d der Wandung des Eintauchkörpers 3 sowie das von der Wandung des Eintauchkörpers eingeschlossene Volumen V, insbesondere die Innen-Querschnittsfläche A` nach bestimmten sich durch den Prozess und/oder das verwendete Sensorelement 4 ergebenden Bedingungen gewählt werden. Die Dicke d der Wandung des Eintauchkörpers 3 kann ferner sowohl homogen als auch inhomogen sein. Die jeweils gewählten Geometrien für das Messrohr 1 zielen bevorzugt auf eine Optimierung des Strömungsprofils des jeweils durch das Messrohr fließenden Mediums M und/oder auf eine Verbesserung der Messperformance des jeweils verwendeten Sensorelements ab. Der dem Medium M durch den Eintauchkörper 3 entgegengesetzte Strömungswiderstand kann dabei auch direkt mit der erzielbaren Messperformance korrelieren.
Optional und unabhängig von der weiteren Ausgestaltung des Messrohres 1, ist zumindest ein Endbereich 5a, 5b des Teilabschnitts der Rohrleitung 2 derart ausgestaltet, dass er mit einem Rohrelement, beispielsweise einem Rohrbogen oder einer weiteren Rohrleitung (hier nicht gezeigt) verbindbar, insbesondere verschweißbar oder verschraubbar ist. Ebenfalls optional kann ferner der Eintauchkörper 3 über eine Befestigungseinheit 7 verfügen, welche insbesondere ein Gewinde sein kann, und welche der Befestigung eines Messeinsatzes 4 in dem Eintauchkörper 3 dient.
Eine zweite vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messrohres 1, hier in Form eines Eck-Stücks, ist in 3 gezeigt. Auch diese Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Messrohr 1 zeichnet sich insbesondere durch totraumfreie Übergangsbereiche B aus. Die in Zusammenhang mit 2 erläuterten Vorteile und Ausgestaltungsmöglichkeiten gelten für das in 3 gezeigte Eck-Stück analog zu 2. Auf bereits erläuterte Bezugszeichen wird entsprechend nicht erneut eingegangen.
Für 2 verläuft der Eintauchkörper 3 im Wesentlichen parallel zur Wandung W eines ersten Teilbereichs 2a der Rohrleitung. Ein zweiter Teilbereich der Rohrleitung 2b verläuft wiederum senkrecht zum ersten Teilbereich 2 der Rohrleitung. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Winkel zwischen den Teilbereichen 2a, 2b der Rohrleitung möglich sind und unter die vorliegende Erfindung fallen. Vorteilhaft ermöglicht die Ausgestaltung gemäß 3a, dass die Länge L des Eintauchkörpers 3 im Wesentlichen frei wählbar und somit im Gegensatz zu anderen möglichen Ausgestaltungen deutlich verlängert werden kann. Dies bietet insbesondere im Falle einer Ausgestaltung des Eintauchkörpers 3 als Schutzrohr zur Aufnahme eines Sensorelements 4 [hier nicht eingezeichnet] messtechnische Vorteile, insbesondere mit Hinblick auf die Beeinflussung des Strömungsprofils des Mediums M durch den Eintauchkörper 3.
Im Falle einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres 1 als Eck-Stück ergibt sich, wie in 3b dargestellt, weiterhin die Möglichkeit, in einem, oder wie hier gezeigt in beiden Endbereichen 5a, 5b jeweils ein, für diese Ausführung gebogen ausgestaltetes Rohrelement 6a, 6b angebracht. Für das hier gezeigte Beispiel, jedoch nicht grundsätzlich zwingend, entspricht das Messrohr 1 der Ausgestaltung gemäß 3a. Mit der Variante der Erfindung gemäß 3b kann auf besondere Anforderungen, beispielsweise eines bestehenden Rohrleitungssystems eingegangen werden.
Bezugszeichenliste

1: Messrohr
2: Rohrleitung oder Teilabschnitt einer Rohrleitung
3: Eintauchkörper
4: Sensorelement
5a, 5b: Endbereiche des Messrohre
6a, 6b: Rohrelemente, z. B. gebogene Rohrstücke
L: Längsachse des Eintauchkörpers
W: Wandung der Rohrleitung
α: Winkel zwischen W und L
B: Übergangs B zwischen Rohrleitung und Eintauchkörper
D: Dicke der Wandung des Eintauchkörpers
A: Querschnittsfläche des Eintauchkörpers
A`: Innen-Querschnittsfläche des Eintauchkörpers
V: Von der Wandung des Eintauchkörpers eingeschlossenes Volumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010037994 A1 [0005]
DE 102012112579 A1 [0006]
DE 102015112424 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Artikel „Totraumfreies Schutzrohr“ abrufbar unter http://www.prozesstechnik-online.de/firmen//article/31534493/37267194/Totraumfreies-Schutzrohr/art_co_INSTANCE_0000/maximized/ [0004]
DIN-Norm DIN8589 [0011]
Standards der „American Society of Mechanical Engineers“ (ASME), insbesondere auf den sog. „ASME Bioprocessing Equippment – Standard” (BPE), der “3-A Sanitary Standards Incorporation” (3-A) [0019]
Standards gemäß ASME, BPE und 3A [0019]

Claims

Messrohr (1) zum Führen eines Mediums (M), umfassend zumindest einen Teilabschnitt einer Rohrleitung (2) und zumindest einen Eintauchkörper (3), wobei der Eintauchkörper (3) zumindest teilweise in den Teilabschnitt Rohrleitung (2) hineinreicht, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest der Teilabschnitt der Rohrleitung (2) und der Eintauchkörper (3) aus einem Stück gefertigt und mittels eines Fräsverfahrens, insbesondere mittels einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, hergestellt sind.
Messrohr (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Längsachse (L) des Eintauchkörpers (3) im Wesentlichen in einem definierten Winkel (α), insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer Wandung (W) des Teilabschnitts der Rohrleitung (2), verläuft.
Messrohr nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest ein Übergangsbereich (B) zwischen einer Wandung (W) des Teilabschnitts der Rohrleitung (2) und einer Wandung des Eintauchkörpers (3) totraumfrei ist.
Messrohr nach zumindest einem der Ansprüche 1–3, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest ein Radius (r) in einem Übergangsbereich (B) zwischen einer Wandung (W) des Teilabschnitts der Rohrleitung (2) und einer Wandung des Eintauchkörpers (3) mindestens 3mm beträgt.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Messrohr (1) zumindest einer Hygienebestimmung, insbesondere nach zumindest einem der Standards gemäß ASME, BPE, 3A oder EHEDG, genügt.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest ein Endbereich (5a, 5b) des Teilabschnitts der Rohrleitung derart ausgestaltet ist, dass er mit einem Rohrelement (6a, 6b), beispielsweise einem Rohrbogen oder einer weiteren Rohrleitung verbindbar, insbesondere verschweißbar oder verschraubbar ist.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Messrohr (1) im Wesentlichen in Form eines T-Stücks oder in Form eines Eck-Stücks ausgestaltet ist.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Eintauchkörper (3) eine Befestigungseinheit (7), insbesondere ein Gewinde, zur Befestigung eines Messeinsatzes (4) in dem Eintauchkörper (3) umfasst.
Messrohr nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass das Messrohr (1) in Form eines Eck-Stücks ausgestaltet ist, wobei in zumindest einem Endbereich des Eck-Stückes ein, insbesondere zumindest abschnittsweise gebogenes Rohrelement (6a, 6b), angebracht, insbesondere angeschweißt, ist.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Eintauchkörper (3) ein Schutzrohr zur Aufnahme eines Sensorelements (4) eines Feldgeräts ist.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Querschnittsfläche (A) des Eintauchkörpers (3) senkrecht zu seiner Längsachse (L) eine im Wesentlichen kreisrunde, ovale, quaderförmige, dreieckige, pfeilförmige, rautenförmige, kreissegmentförmige oder flügelähnliche Geometrie aufweist.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass die Dicke (D) zumindest einer Wandung des Eintauchkörpers (3) derart ausgestaltet ist, dass das von der Wandung des Eintauchkörpers (3) eingeschlossene Volumen (V) eine im Wesentlichen an die Geometrie des Sensorelements (4) angepasste, insbesondere kreisrunde, Innen-Querschnittsfläche (A‘) aufweist, und dass die die Wandung des Eintauchkörpers (3) beinhaltende Außen-Querschnittsfläche (A) senkrecht zu seiner Längsachse (L) eine im Wesentlichen ovale, quaderförmige, dreieckige, pfeilförmige, rauteförmige, kreissegmentförmige oder flügelähnliche Geometrie aufweist.
Messrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Messrohr (1) aus einem Metall, insbesondere aus rostfreiem Edelstahl, besteht.
Messgerät umfassend zumindest ein Messrohr (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Sensorelement (4), welches in den Eintauchkörper (3) eingebracht ist.
Messgerät zur Bestimmung der Temperatur nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass das Sensorelement (4) einen Messaufnehmer zur Bestimmung der Temperatur umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Messrohres (1) zum Führen eines Mediums (M), umfassend zumindest einen Teilabschnitt einer Rohrleitung (2) und zumindest einen Eintauchkörper (3), wobei der Eintauchkörper (3) zumindest teilweise in den Teilabschnitt der Rohrleitung (2) hineinreicht, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest der Teilabschnitt der Rohrleitung (2) und der Eintauchkörper (3) aus einem Stück gefertigt und mittels eines Fräsverfahrens, insbesondere mittels einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass das Messrohrs (1) im dem Medium (M) zugewandten Bereich in Bezug auf seine Geometrie zumindest teilweise derart ausgestaltet wird, dass das Strömungsprofil des Mediums (M) optimiert und/oder die Messperformance des Sensorelements (4) verbessert wird.