DE102017107973B4 - Messanordnung mit einer Dichtung zur Verwendung in hygienischen Anwendungen - Google Patents

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Abstract

Messanordnung (100) zur Verwendung in hygienischen Anwendungen mit einem an einem Anschlussstutzen (3) eines Behältnisses montierten Messgerät (5) der Prozessautomatisierung und einer Dichtung (1) zur Abdichtung des Übergangs von dem Anschlussstutzen (3) zu dem Messgerät (5), wobei die Dichtung (1) zwischen dem Anschlussstutzen (3) und einem Adapter (6) zur Montage des Messgerätes (5) angeordnet ist, die Dichtung (1) einen umlaufenden, einer Dichtkontur (31) des Anschlussstutzens (3) angepassten Dichtabschnitt (10) sowie eine durchgehende, einen Querschnitt des Anschlussstutzens (3) abschließende und mit dem Dichtabschnitt (10) einstückig ausgebildete Membran (12) aufweist, wobei das Messgerät (5) als Radarfüllstandmessgerät ausgebildet ist und die Membran (12) durch einen Antennenkegel (50) des Radarfüllstandmessgerätes in Richtung des Prozesses gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem drucklosen Zustand ein hinter der Membran (12) befindlicher Hohlraum ergibt, der bei Überdruck verschwindet, während sich die Membran (12) gleichzeitig formschlüssig an den Adapter (6) sowie den Antennenkegel (50) anlegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einer Dichtung zur Verwendung in hygienischen Anwendungen.
  • Unter hygienischen Anwendungen sollen im Folgenden alle Anwendungen verstanden werden, die erhöhte Hygieneanforderungen, insbesondere an Abdichtungen verwendete Materialien und Übergänge zwischen einzelnen Bauteilen aufweisen. Beispielhaft seien Anwendungen der pharmazeutischen Industrie oder der Biotechnologie sowie der Lebensmittelindustrie genannt. Diese Industriezweige fordern sehr hohe Hygienestandards, die im Allgemeinen fordern, dass jedwede Oberfläche, die mit dem Prozess in Kontakt kommen kann, wirksam gereinigt und/oder sterilisiert werden kann und dass Übergänge zwischen Bauteilen totraumfrei ausgestaltet sein müssen.
  • Außerdem dürfen beispielsweise Materialien, die mit Komponenten oder anderen Materialien innerhalb eines Prozesses in Kontakt kommen, nicht reagieren, etwas hinzufügen oder absorbieren, damit die Sicherheit, Identität, Festigkeit, Qualität oder Reinheit des Prozessprodukts nicht hinter den aufgestellten Erfordernissen zurückbleiben.
  • Alle in diesen Industriezweigen benutzten Messinstrumente werden daher so konzipiert, dass entweder alle mit dem Prozess in Kontakt befindlichen Teile gereinigt und/oder sterilisiert werden können oder mittels Einwegeinsätzen, die in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden können, von dem Prozess getrennt werden.
  • Eine Messanordnung gemäß dem Stand der Technik, bei der die mit dem Prozess in Berührung kommenden Komponenten entsprechend für Hygieneanwendungen ausgelegt sind, ist in 3 gezeigt.
  • 3 zeigt eine Messanordnung 100 mit einem Messgerät 5, das vorliegend als Radarfüllstandmessgerät ausgebildet ist. Das Messgerät 5 ist über einen Adapter 6, in dem das Messgerät mittels einer vorderseitig mit einer Dichtung 7 abgedichteten Schraubverbindung 35 gehalten ist an einem Anschlussstutzen 3 eines Behältnisses befestigt. Der Adapter 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel geeignet ausgebildet, um eine Verbindung zu einem sogenannten Clamp-Anschlussstutzen eines Behältnisses herzustellen. Sowohl der Anschlussstutzen 3 des Behältnisses als auch der Adapter 6 weisen dazu eine entsprechende Außenkontur auf, sodass diese mittels eines Klemmrings 33 miteinander verspannt werden können. Sowohl der Anschlussstutzen 3 als auch der Adapter 6 weisen an zueinander weisenden Flächen Dichtkonturen 31, 32 auf, wobei zwischen dem Adapter 6 und dem Anschlussstutzen 3 eine Dichtung 1 mit einem an die Dichtkonturen 31, 32 angepassten Dichtabschnitt 10 angeordnet ist.
  • Zur Erfüllung der Anforderungen für hygienische Anwendungen müssen in diesem Ausführungsbeispiel die Dichtungen 1, 7 sowie die Materialien des Adapters 6 und des Messgeräts 5 geeignet ausgelegt sein, um mit dem Prozess in Berührung kommen zu dürfen. Ferner müssen sämtliche Übergänge zwischen Bauteilen totraumfrei ausgebildet sein.
  • Ein aus dem Stand der Technik bekannter Einwegeinsatz für Messgeräte der Prozessautomatisierung ist in der DE 10 2006 012 115 A1 beschrieben. Der dort offenbarte Einwegeinsatz für Messgeräte oder allgemeiner gesagt, Geräte der Prozessautomatisierung ist zur Benutzung in Kombination mit Einwegbehältereinsätzen für die jeweiligen Prozessbehälter ausgelegt, wobei der Einwegeinsatz für das Messgerät eine Form aufweist, die jener der äußeren Kontur eines Messfühlers und eines Prozessanschlusses folgt mit dem er verwendet werden soll. Es sollen alle Oberflächen des Messinstruments, die dem Produkt während des Messvorgangs ausgesetzt sind, eng abgedeckt werden und durch eine möglichst dünne Ausgestaltung des Einwegeinsatzes eine kostengünstige und einfach austauschbare Lösung zur Verfügung gestellt werden. An diesen bekannten Einwegeinsätzen wird es jedoch als nachteilig empfunden, dass diese nur bei der Herstellung sterilisierbar sind und nach jedem Protzesszyklus ausgetauscht werden müssen. DE 11 2005 002 578 B4 offenbart eine Antennenvorrichtung mit einer flachen Array-Antenne, welche durch Befestigungsschrauben an einem Behälter befestigt ist. Die Öffnung des Behälters ist durch eine flache, dielektrische Abdeckung abgedeckt.
  • An den aus dem Stand der Technik bekannten Einwegeinsätzen wird es als nachteilig empfunden, dass diese am Ende eines Bearbeitungsprozesses jeweils ausgetauscht werden müssen, wobei durch das Einsetzen der Einwegeinsätze zusätzliche häufig nur schlecht definierte Materialübergänge und Dichtstellen geschaffen werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Anordnung dahingehend weiterzubilden, dass eine Zahl der mit dem Prozess in Berührung kommenden Materialien reduziert vorzugsweise die Anzahl der abzudichtenden Übergänge vermindert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Eine erfindungsgemäße Dichtung zur Verwendung in hygienischen Anwendungen zur Abdichtung des Übergangs von einem Anschlussstutzen eines Behältnisses zu einem Messgerät der Prozessautomatisierung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtung einen umlaufenden, einer Dichtkontur des Anschlussstutzens angepassten Dichtabschnitt sowie eine durchgehende, einen Querschnitt des Anschlussstutzens abschließende und mit dem Dichtabschnitt einstückig ausgebildete Membran aufweist.
  • Dadurch, dass die den Übergang von dem Behältnis zum Messgeräts abdichtende Dichtung erfindungsgemäß nicht nur mit einer an den Anschlussstutzen angepassten Dichtkontur ausgebildet ist, sondern einstückig daran angeformt eine durchgehende Membran aufweist, die den Querschnitt des Anschlussstutzens abschließt wird der Bedarf an zusätzlichen Dichtungen reduziert und es wird erreicht, dass die Materialien eines hinter der Membran angeordneten Messgeräts und/oder Adapters die hohen Anforderungen der Hygienestandards nicht mehr erfüllen müssen. Es wird auf diese Weise eine deutliche Kostenreduktion und Vereinfachung eines möglichen Messaufbaus erreicht.
  • Erfindungsgemäß ist das Messgerät als Radarfüllstandmessgerät ausgebildet, wobei die Membran durch einen Antennenkegel des Radarfüllstandmessgerätes in Richtung des Prozesses gedrückt wird, so dass sich in einem drucklosen Zustand ein hinter der Membran befindlicher Hohlraum ergibt, der bei Überdruck verschwindet, während sich die Membran gleichzeitig formschlüssig an den Antennenkegel anlegt.
  • Die Dichtung kann je nach Anforderungen des zu Grunde liegenden Prozesses in ihrem Material an die verschiedenen Hygienestandards angepasst sein. Beispielsweise kann die Dichtung aus einem Elastomer, vorzugsweise Fluorkarbon-Kautschuk (FKM) oder Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), einem weichen Kunststoff mit einer Kugeldruckhärte von weniger als 50, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, oder Perfluoralkoxy gefertigt sein. Auf diese Weise können sowohl die Anforderungen an die Abdichtung des Prozesses gegenüber der Umwelt als auch die hohen Hygienestandards eingehalten werden.
  • Auf Grund der Anpassung des Materials der Membran an die Hygieneanforderungen und auf Grund Sterilisierbarkeit des Materials und der damit einhergehenden mehrfachen Verwendbarkeit kann die Membran eine Dicke zwischen 1 mm und 4 mm aufweisen. Auf diese Weise wird eine hinreichende Stabilität der Membran erreicht um Über- und Unterdrücken Stand zu halten und gleichzeitig eine einfache Handhabbarkeit gewährleistet.
  • Ausgehend von dem Dichtabschnitt kann die Membran eine zunehmende oder abnehmende Dicke aufweisen. Beispielsweise kann die Membran einen ringförmig ausgebildeten Anpassungsabschnitt und einen innerhalb des Anpassungsabschnitts angeordneten, kreisförmig ausgebildeten Zentralabschnitt aufweisen, wobei die Dicke der Membran in dem Anpassungsabschnitt ausgehend von dem Dichtabschnitt kontinuierlich zu- oder abnimmt und in dem Zentralabschnitt konstant ist. Eine derartige Ausgestaltung kann sich beispielsweise als vorteilhaft erweisen, wenn zur Gewährleistung einer Messgenauigkeit des Messgeräts in dem Zentralbereich eine bestimmte und konstante Dicke der Membran erforderlich ist. Dies kann beispielsweise bei einer Radar-Füllstandmessung der Fall sein, bei der es ausschlaggebend ist, dass die für die Messung verwendeten Radarwellen möglichst ungestört durch die Membran hindurchtreten können.
  • Bei einer Verwendung der vorliegenden Dichtung zusammen mit einem Radarfüllstandmessgerät beträgt die Dicke der Membran in dem Zentralabschnitt vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der von dem Radarfüllstandmessgerät verwendeten Radarwellen im Material der Dichtung.
  • Die Dicke der Membran in dem Zentralabschnitt kann beispielsweise 2 mm betragen.
  • Eine erfindungsgemäße Messanordnung zur Verwendungen in hygienischen Anwendungen mit einem an einem Anschlussstutzen eines Behältnisses montierten Messgerät der Prozessautomatisierung und einer Dichtung zur Abdichtung des Übergangs von dem Anschlussstutzen zu dem Messgerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtung einen umlaufenden, einer Kontur des Anschlussstutzens angepassten Dichtabschnitt sowie eine durchgehende, einen Querschnitt des Anschlussstutzens abschließende und mit dem Dichtabschnitt einstückig ausgebildete Membran aufweist. Die Dichtung kann beispielsweise auch zwischen dem Anschlussstutzen und einem Adapter zur Montage des Messgeräts an dem Anschlussstutzen angeordnet sein. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn Messgeräte beispielsweise nur mit bestimmten Prozessanschlüssen, beispielsweise einen Schraubanschluss, hergestellt, jedoch für Anwendungen mit unterschiedlichen Anschlussstutzen verwendet werden sollen. Typische Prozessanschlüsse (im Bereich der Prozessautomatisierungen) sind sogenannte Clamp-Anschlüsse, sogenannte Hygiene-Verschraubungen nach DIN11864, sowie Gewinde unterschiedlicher Durchmesser. Durch entsprechende Adapter können beispielsweise Messgeräte mit einem 3/4'' oder 1 ½'' Gewindeanschluss auch auf einen Clamp-Anschlussstutzen montiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung kommt bevorzugt in Messanordnungen zum Einsatz, in denen das Messgerät als Radarfüllstandmessgerät ausgebildet ist und die Membran eine Dicke aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der von dem Füllstandmessgerät verwendeten Wellenlänge in dem Material der Membran entspricht. Bei einer entsprechenden Dimensionierung der Dicke der Membran können die von dem Radarfüllstandmessgerät verwendeten Radarwellen annähernd verlustfrei durch das Material der Membran hindurchtreten, sodass optimale Messergebnisse erzielt werden können.
  • Bei Verwendung von PTFE kann die Dicke der Membran in dem Zentralbereich beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches von 1,32 mm, bei FKM ein ganzzahliges Vielfaches von 1,10 mm betragen.
  • Vorzugsweise weist die Membran hierfür einen ringförmig ausgebildeten Anpassungsabschnitt und einen innerhalb des Anpassungsabschnitts angeordneten, kreisförmig ausgebildeten Zentralabschnitt auf, wobei die Dicke der Membran in dem Anpassungsabschnitt ausgehend von dem Dichtabschnitt kontinuierlich zu- oder abnimmt und in dem Zentralabschnitt konstant ist, wobei die Membran in dem Zentralabschnitt eine Dicke aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der von dem Füllstandmessgerät verwendeten Wellenlänge in dem Material der Membran entspricht.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Messanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung in drucklosem Zustand,
    • 2 einen Ausschnitt der Messanordnung aus 1 bei anliegendem Prozessüberdruck und
    • 3 eine Messanordnung gemäß dem Stand der Technik (schon behandelt).
  • 1 zeigt eine Messanordnung 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung.
  • Die Messanordnung 100 ist im Wesentlichen aus einem Messgerät 5, das vorliegend als Radarfüllstandmessgerät ausgebildet und über einen Adapter 6 an einem Anschlussstutzen 3 eines Behältnisses angeordnet ist, gebildet. Das Messgerät 5 ist in dem Adapter 6 mittels einer vorderseitig durch eine Dichtung 7 abgedichteten Schraubverbindung 35 gehaltert. Durch den Adapter 6 wird das Messgerät 5, das selbst einen Gewinde-Prozess-Anschluss aufweist, geeignet hergerichtet, um an einem für eine Clamp-Verbindung hergerichteten Anschlussstutzen 3 des Behältnisses befestigt zu werden.
  • Der Adapter 6 sowie der Anschlussstutzen 3 weisen dazu an zueinander weisenden Flächen umlaufende Dichtkonturen 31, 32 auf, an die ein Dichtabschnitt 10 einer zwischen dem Adapter 6 und dem Anschlussstutzen 3 angeordneten Dichtung 1 angepasst ist. An den Dichtabschnitt 10 einstückig angeformt ist eine Membran 12, die einen Querschnitt des Anschlussstutzens 3 zum Prozess hin abschließt. Wird die Dichtung 1 vorschriftsgemäß zwischen den Anschlussstutzen 3 und den Adapter 6 eingesetzt und werden diese mittels eines für einen Clamp-Anschluss charakteristischen Klemmring 33 miteinander verspannt, so ist einerseits die durch die Clamp-Verbindung geforderte Dichtigkeit gegeben und andererseits der Querschnitt des Anschlussstutzens 3 zwischen Messgerät 5 und Prozess verschlossen.
  • Die Membran 12 der Dichtung 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ringförmig ausgestalteten Anpassungsabschnitt 14 sowie einen Zentralabschnitt 16 auf. In dem Anpassungsabschnitt 14 wird eine Dicke d der Membran ausgehend von dem Dichtabschnitt 10 hin zu dem Zentralabschnitt 16 auf eine optimale Dicke d für die radarbasierte Füllstandmessung angepasst. Die optimale Dicke d der Membran 12 bei einer Radarfüllstandmessung beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der von dem Radarfüllstandmessgerät verwendeten Radarwellen im Material der Membran. Bei einer Wellenlänge von X = 3,8434 mm und FKM als Dichtungs- und Membranmaterial beträgt die optimale Dicke damit 1,10 mm.
  • In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist deutlich zu erkennen, dass ein Antennenkegel 50 des Radarfüllstandmessgerätes den Adapter 6 vorderseitig überragt, sodass die Membran 12 durch den Antennenkegel 50 in Richtung des Prozesses gedrückt wird. Durch diese Vorspannung ergibt sich in dem in 1 dargestellten drucklosen Zustand ein hinter der Membran befindlicher Hohlraum, der jedoch, wie dies 2 entnommen werden kann bei Überdruck verschwindet, während sich die Membran gleichzeitig formschlüssig an den Adapter 6 sowie die zum Prozess weisenden Oberflächen des Messgerätes 5, insbesondere den Antennenkegel 50, anlegt.
  • Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auf beliebige Prozessanschlüsse übertragbar und auch für andere Messmethoden und Messgrößen einsetzbar ist ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dichtung
    3
    Anschlussstutzen
    5
    Messgerät
    6
    Adapter
    7
    Dichtung
    10
    Dichtabschnitt
    12
    Membran
    14
    Anpassungsabschnitt
    16
    Zentralabschnitt
    31
    Dichtkontur
    32
    Dichtkontur
    33
    Klemmring
    35
    Schraubenverbindung
    50
    Antennenkegel
    100
    Messanordnung
    d
    Dicke
    λ
    Wellenlänge

Claims (5)

  1. Messanordnung (100) zur Verwendung in hygienischen Anwendungen mit einem an einem Anschlussstutzen (3) eines Behältnisses montierten Messgerät (5) der Prozessautomatisierung und einer Dichtung (1) zur Abdichtung des Übergangs von dem Anschlussstutzen (3) zu dem Messgerät (5), wobei die Dichtung (1) zwischen dem Anschlussstutzen (3) und einem Adapter (6) zur Montage des Messgerätes (5) angeordnet ist, die Dichtung (1) einen umlaufenden, einer Dichtkontur (31) des Anschlussstutzens (3) angepassten Dichtabschnitt (10) sowie eine durchgehende, einen Querschnitt des Anschlussstutzens (3) abschließende und mit dem Dichtabschnitt (10) einstückig ausgebildete Membran (12) aufweist, wobei das Messgerät (5) als Radarfüllstandmessgerät ausgebildet ist und die Membran (12) durch einen Antennenkegel (50) des Radarfüllstandmessgerätes in Richtung des Prozesses gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem drucklosen Zustand ein hinter der Membran (12) befindlicher Hohlraum ergibt, der bei Überdruck verschwindet, während sich die Membran (12) gleichzeitig formschlüssig an den Adapter (6) sowie den Antennenkegel (50) anlegt.
  2. Messanordnung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) aus einem Elastomer, vorzugsweise FKM oder EPDM, einem weichen Kunststoff, vorzugsweise PTFE oder PFA gefertigt ist.
  3. Messanordnung (100 gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) eine Dicke (d) zwischen 1 mm und 4 mm aufweist.
  4. Messanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) eine Dicke (d) aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge (λ) der von dem Füllstandmessgerät verwendeten Wellenlänge in dem Material der Membran (12) entspricht.
  5. Messanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) einen ringförmig ausgebildeten Anpassungsabschnitt (14) und einen innerhalb des Anpassungsabschnitts (14) angeordneten, kreisförmig ausgebildeten Zentralabschnitt (16) aufweist, wobei die Dicke (d) der Membran (12) in dem Anpassungsabschnitt (14) ausgehend von dem Dichtabschnitt (10) kontinuierlich zu- oder abnimmt und in dem Zentralabschnitt (16) konstant ist, wobei die Membran in dem Zentralabschnitt (16) eine Dicke (d) aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge (λ) der von dem Füllstandmessgerät verwendeten Wellenlänge (λ) in dem Material der Membran (12) entspricht.
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