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Die Erfindung betrifft ein modulares Messsystem mit einem zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Messgröße eines Mediums ausgestalteten Sensorelement, das in einen in einer Rohr- oder Behälterwandung angeordneten Prozessanschluss einsetzbar ist, wobei das in den Prozessanschluss eingesetzte Sensorelement durch die Rohr- oder Behälterwandung ragt, und mit einer Transmittereinheit, die der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von die Messgröße repräsentierenden und von dem Sensorelement erzeugten elektronischen und/oder elektrischen Signalen dient.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein modulares Messsystem mit einem elektrochemischen Sensorelement.
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Elektrochemische Sensorelemente werden in der Labor-und Prozessmesstechnik in vielen Bereichen der Chemie, Biochemie, Pharmazie, Biotechnologie, Lebensmitteltechnologie, Wasserwirtschaft und Umweltmesstechnik zur Analyse von Messmedien, insbesondere von Messflüssigkeiten, eingesetzt. Mittels elektrochemischer Messtechniken lassen sich beispielsweise Aktivitäten von chemischen Substanzen, beispielsweise von Ionen, und eine damit korrelierte Prozessgröße eines, insbesondere flüssigen Messmediums, erfassen. Die Substanz, deren Konzentration oder Aktivität gemessen werden soll, wird auch als Analyt bezeichnet. Elektrochemische Sensorelemente können beispielsweise potentiometrische oder amperometrische Sensorelemente sein.
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Potentiometrische Sensorelemente umfassen in der Regel eine Messhalbzelle und eine Bezugshalbzelle sowie eine Messschaltung. Die Messhalbzelle umfasst dazu ein potentialbildendes Element, das je nach Art des potentiometrischen Sensorelements beispielsweise eine Redoxelektrode, eine analytsensitive Beschichtung oder eine ionenselektive Membran umfassen kann. Die Messschaltung erzeugt ein Messsignal, das die Potentialdifferenz zwischen der Messhalbzelle und der Bezugshalbzelle repräsentiert. Beispiele für potentiometrische Sensorelemente sind ionenselektive Elektroden (ISE). Ein Spezialfall einer derartigen ionenselektiven Elektrode ist die bekannte pH-Glaselektrode, die eine durch eine pHsensitive Glasmembran abgeschlossene Kammer mit einem darin enthaltenen Innenelektrolyten und mit einem darin eintauchenden Ableitelement aufweist.
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Amperometrische Sensorelemente, etwa amperometrische Desinfektionssensoren, weisen beispielsweise eine, insbesondere potentiostatische, Regelschaltung auf, die dazu ausgestaltet ist, zwischen einer Arbeitselektrode und einer Referenzelektrode eine Sollspannung vorzugeben und den dabei zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode fließenden Strom zu erfassen. Ein Beispiel für ein amperometrisches Sensorelement ist z.B. in der
DE 10 2008 039 465 A1 beschrieben.
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Weitere Beispiele für elektrochemische Sensorelemente sind solche auf der Basis von Elektrolyt-Isolator-Halbleiter-Schichtstapeln (englisch: electrolyte-insulator-semiconductor, kurz: EIS). Diese Schichtsysteme können beispielsweise kapazitiv oder als ionenselektive Feldeffekttransistoren (ISFET) betrieben werden. In der
DE 198 57 953 A1 ist ein derartiges zur Messung der lonenkonzentration bzw. des pH-Werts eines Messmediums unter Verwendung eines ISFET ausgestaltetes Sensorelement beschrieben.
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Ferner fallen im Rahmen dieser Anmeldung unter den Begriff „elektrochemische Sensorelemente“ konduktiv oder kapazitiv arbeitende Leitfähigkeitssensoren, sowie (spektro)-photometrisch arbeitende Sensoren, wie etwa Trübungssensoren.
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Die Sensorelemente stehen dabei über den Prozessanschluss mit dem Prozess in Kontakt und kommen so typischerweise zumindest teilweise und zumindest zeitweise, bzw. insbesondere im Wesentlichen meistens, mit dem Messmedium Berührung. Für den Fall, dass es sich um ein in den vorstehend genannten Industrien eingesetztes elektrochemisches Sensorelement handelt, ist eine regelmäßige Entnahme des Sensorelements aus dem Prozess notwendig.
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Die Entnahme dient zum Einen dazu, das Sensorelement in regelmäßigen Abständen zu reinigen, etwa um es von Bakterien und anderen Mikroorganismen zu säubern. Hierbei hat sich das Autoklavieren als Methode der Sterilisation bewährt, bei dem das Sensorelement unter hoher Temperatur (ca. 140 °C) und hohem Druck mit Hilfe von Wasserdampf gereinigt wird. Das Autoklavieren wird insbesondere für elektrochemische Sensorelemente eingesetzt, etwa in der pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittelindustrie, der Medizintechnik und weiteren Bereichen.
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Zum anderen kann in regelmäßigen Abständen eine Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung des Sensorelements erforderlich sein. Unter dem Kalibrieren versteht man dabei üblicherweise das Feststellen einer Abweichung des von dem Sensorelement gemessenen ersten Messwerts von dem als korrekt angenommenen, von einem zweiten Sensorelement zur Verfügung gestellten Referenz-Messwert. Das Verifizieren umfasst zusätzlich das Ermitteln der Abweichung und deren Einschätzung bzw. Bewertung. Unter dem Justieren versteht man schließlich das Anpassen des Sensorelements in der Weise, dass ein Modell anhand dessen das Sensorelement aus einem Rohwert einen Messwert ermittelt, derart angepasst wird, dass dieser mit dem von dem zweiten Sensorelement zur Verfügung gestellten Referenzwert übereinstimmt. Auch für eine Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung muss das Sensorelement typischerweise dem Prozess entnommen werden.
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Je nachdem, in welchem Maße das elektrochemische Sensorelement in dem Prozess durch den Kontakt mit dem Messmedium und/oder die oben genannte regelmäßige Reinigung beansprucht und/oder geschädigt wird, kann auch ein regelmäßiger Austausch des Sensorelements vonnöten sein.
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Zur Verarbeitung und/oder Weiterleitung der von dem Sensorelement erzeugten elektronischen und/oder elektrischen Signalen, z.B. zu einer Transmittereinheit oder einer übergeordneten Einheit, etwa an eine Leitstelle, ist das Sensorelement oftmals an ein Anschlusselement angeschlossen.
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Das Anschlusselement umfasst einen Kabelansatz und ein Kabel, welches wiederum mit der übergeordneten Einheit verbunden ist. Am Sensor-und Anschlusselement befindet sich jeweils eine Schnittstelle, die beispielsweise induktiv oder optisch ausgestaltet ist. Über diese wird das Sensorelement mit Energie versorgt und/oder über diese wird eine Kommunikation zwischen Sensor- und Anschlusselement gewährleistet; dies ist etwa in der
EP 1 625 643 beschrieben. Hierbei soll insbesondere auch auf die Produkte mit dem Namen „Memosens“ der Anmelderin verwiesen werden. Weitere gattungsgemäße Ausführungen sind etwa „Memosens“ der Firma Knick, „ISM“ von Mettler-Toledo, das „ARC“-System von Hamilton und der „SMARTSENS“ von Krohne.
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Der große Vorteil der bekannten „Memosens“-Steckverbindung ist, dass die oben beschriebene regelmäßige Entnahme des Sensorelements aus dem Prozess ohne weiteres möglich ist. Das Sensorelement ist sehr einfach dem Prozess entnehmbar und kann ggf. ins Labor für eine Kalibrierung und/oder Justierung (beispielsweise mittels eines sogenannten „Memobase Plus“ Systems) gebracht werden. Zudem kann z.B. bei einer Entnahme eines ersten Sensorelements dieses direkt an der prozessnahen Messstelle durch ein zweites Sensorelement ersetzt werden. Dadurch werden die Wartungsdauern bzw. Stillstandzeiten der Prozessanlage und letztendlich auch die Kosten drastisch reduziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Trennen der Steckverbindung aufgrund deren ggf. flüssigkeitsdichter Ausgestaltung die elektronischen Komponenten des Sensorelements und des Anschlusselements geschützt sind. Dies ist wichtig, um z.B. Feuchtigkeitseinbrüche bei einer in den eingangs genannten Industrien aus hygienischen Gründen eingesetzten Heißdampfstrahlreinigung zu verhindern.
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Ein Nachteil des Anschlusses mittels des Anschlusselements mit Kabelansatzes und Kabels ist, dass eine damit verbundene Transmittereinheit abgesetzt von dem Sensorelement selbst angebracht werden muss. Eine Prozess- bzw. Sensorelement-nahe Anordnung der Transmittereinheit ist aber häufig erwünscht, schon allein um die von dem Sensorelement in Kombination mit der Transmittereinheit ermittelbare Prozessgröße prozessnah berechnen und anzeigen zu können. Im Rahmen dieser Anmeldung wird als eine „Transmittereinheit“ eine elektronische Bauelemente umfassende Einheit bezeichnet, mittels der zumindest die Prozessgröße des Sensorelements vollständig ermittelbar ist und mit der eine standardisierte Übertragung der Prozessgröße zu einer übergeordneten Einheit möglich ist. Hierzu weist die Transmittereinheit zum Beispiel einen Mikroprozessor und/oder eine Speichereinheit auf.
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Eine derartige standardisierte Übertragung erfolgt mittels eines standardisierten, drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsnetzwerks. Dieses ist im einfachsten Fall als eine Messübertragungsstrecke gemäß dem 4-20 mA Standard ausgebildet. Bei einem drahtgebundenen Kommunikationsnetzwerk kann es sich ferner z.B. um einen drahtgebundenen Feldbus der Automatisierungstechnik, beispielsweise Foundation Fieldbus, Profibus PA, Profibus DP, HART, CANBus, etc. handeln. Es kann sich aber auch um ein modernes industrielles Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise um einen „Industrial Ethernet“-Feldbus, insbesondere Profinet, HART-IP oder Ethernet/IP oder um ein aus dem Kommunikationsbereich bekanntes Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise Ethernet nach dem TCP/IP-Protokoll, handeln. Für den Fall eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks kann es sich zum Beispiel um ein Bluetooth-, ZigBee-, WLAN-, GSM-, LTE-, UMTS-Kommunikationsnetzwerk oder aber auch eine drahtlose Version eines Feldbusses, insbesondere eines 802.15.4 basierten Standards wie WirelessHART handeln.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem mit einer angrenzend zu dem Prozessanschluss anordenbaren Transmittereinheit vorzustellen, bei dem ein einfaches und schnelles Entnehmen des Sensorelements aus dem Prozess möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein modulares Messsystem, mit einem zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Messgröße eines Mediums ausgestalteten Sensorelement, das in einen in einer Rohr- oder Behälterwandung angeordneten Prozessanschluss einsetzbar ist, wobei das in den Prozessanschluss eingesetzte Sensorelement durch die Rohr- oder Behälterwandung ragt und mit einer Transmittereinheit, die der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von die Messgröße repräsentierenden und von dem Sensorelement erzeugten elektronischen und/oder elektrischen Signalen dient. Erfindungsgemäß ist die Transmittereinheit mittels einer Koppeleinheit der Transmittereinheit mit dem Prozessanschluss mechanisch verbindbar. Die Koppeleinheit ist an einem dem Prozessanschluss zugewandten Endbereich der Transmittereinheit angeordnet. Die Koppeleinheit der Transmittereinheit ist dadurch mit dem Prozessanschluss mechanisch verbindbar und von dem Prozessanschluss mechanisch lösbar, dass ein im Inneren der Koppeleinheit angeordnetes Rastelement der Koppeleinheit eine relative Bewegung in Bezug zu einem mit dem Rastelement mechanisch verbindbaren und in dem Prozessanschluss angeordneten Gegenkörper ausführt.
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Mittels der Koppeleinheit des erfindungsgemäßen Messsystems ist die Transmittereinheit wiederholt mit dem Prozessanschluss mechanisch verbindbar bzw. davon mechanisch lösbar. Dies wird durch das im Inneren d.h. in einem Innenraum der Koppeleinheit angeordnete Rastelement ermöglicht, welches beim Lösen bzw. Schließen der mechanischen Verbindung eine relative Bewegung in Bezug zu dem Prozessanschluss bzw. zu dem Gegenkörper des Prozessanschlusses ausführt.
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Für den Fall, dass die Koppeleinheit mit dem Prozessanschluss mechanisch verbunden ist, besteht insbesondere eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rastelement der Koppeleinheit und dem Gegenkörper des Prozessanschlusses.
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Für den Fall, dass die Koppeleinheit von dem Prozessanschluss mechanisch gelöst ist, ist die Transmittereinheit in einer axialen Richtung entlang der Längsachse der Koppeleinheit von dem Prozessanschluss wegbewegbar. Anschließend kann das in den Prozessanschluss eingesetzte Sensorelement diesem entnommen werden, um wie eingangs erwähnt gereinigt, ausgetauscht, kalibriert, verifiziert und/oder justiert zu werden.
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Der Prozessanschluss ist zum Beispiel als eine Rohrverschraubung für Lebensmittel und Chemie gemäß DIN 11851 ausgestaltet, umgangssprachlich auch Milchrohrverschraubung genannt, welche besonders einfach zu reinigen ist und daher in den eingangs genannten Industrien häufig verwendet wird. Der Prozessanschluss kann selbstverständlich auch eine Klemmverbindung umfassen, beispielsweise eine Klemmverbindungen für Rohre aus nichtrostendem Stahl, wie etwa die sogenannte „Tri-Clamp“ Rohrleitungsverbindung, welche in verschiedenen Normen beschrieben ist, darunter die DIN 32676 oder die ISO2852. Selbstverständlich sind in Kombination mit der Erfindung auch weitere aus dem Stand der Technik bekannte Prozessanschlüsse möglich, darunter beispielsweise aseptische Rohrverbindungen gemäß der DIN 11864. Beispiele sind der von der Firma „Gea Tuchenhagen“ unter dem Markennamen „Varivent“ vertriebene Prozessanschluss, oder eine Ausgestaltung der sogenannten SMS-Verschraubung der Firma „Wagnerinox“.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanisch lösbare Verbindung zwischen der Koppeleinheit und dem Prozessanschluss als eine Einfach-Schnellkupplung ausgebildet. Dadurch wird ein besonders schnelles bzw. einfaches mechanisches Lösen bzw. Verbinden der Transmittereinheit von dem Prozessanschluss ermöglicht.
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Dadurch, dass das Rastelement im Inneren der Koppeleinheit angeordnet ist, ist zum Lösen der Verbindung zwischen Rastelement und Gegenkörper kein von außen an der Koppeleinheit ansetzbares Werkzeug notwendig. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Koppeleinheit daher derart ausgestaltet, dass die relative Bewegung zwischen dem innerhalb der Koppeleinheit angeordneten Rastelement und dem Gegenkörper werkzeugfrei auslösbar ist. Dadurch ist die Koppeleinheit werkzeugfrei mit dem Prozessanschluss mechanisch verbindbar und werkzeugfrei von dem Prozessanschluss mechanisch lösbar. „Werkzeugfrei“ bedeutet, dass kein Werkzeug zum Lösen bzw. Verbinden der mechanischen Verbindung benötigt wird. Anstatt der Zuhilfenahme eines Werkzeugs wird die relative Bewegung dagegen zum Beispiel von einem Anwender durch eine manuelle Manipulation der Koppeleinheit ausgelöst. „Manuell“ bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung, dass die Möglichkeit der unmittelbaren manuellen Manipulation der Koppeleinheit vorliegt, und dass prinzipiell kein zusätzliches Werkzeug wie etwa ein Schraubenschlüssel zum Lösen einer Gewindemutter benötigt wird.
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Alternativ ist die automatische Ausführung der relativen Bewegung z.B. von dem Anwender durch einen Trigger auslösbar. Durch diese vergleichsweise einfache Lösung wird ein schnelles Lösen bzw. Verbinden von Transmittereinheit und Prozessanschluss weiter vereinfacht. Durch die werkzeugfreie Ausführung kann z.B. ein Anwendungstechniker zunächst die mechanische Verbindung lösen, mit einer Hand die Transmittereinheit von dem Prozessanschluss wegbewegen und anschließend mit der anderen Hand das Sensorelement aus dem Prozessanschluss entnehmen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Gegenkörper mindestens eine Nut und das Rastelement jeweils ein zu der Nut korrespondierendes Gegenstück oder das Rastelement mindestens eine Nut und der Gegenkörper jeweils ein zu der Nut korrespondierendes Gegenstück auf. Für den Fall, dass der Prozessanschluss mit der Koppeleinheit mechanisch verbunden ist, ragt das mindestens eine korrespondierende Gegenstück in die mindestens eine Nut. In dieser Weiterbildung der Erfindung kommt beim Einrasten des Rastelements in den Gegenkörper des Prozessanschlusses also ein Nut-Gegenstück Mechanismus zum Einsatz. Dabei ist insbesondere ein Vielzahl von Nuten bzw. dazu korrespondierenden Gegenstücken möglich, die an unterschiedlichen Stellen des Rastelements angeordnet sind, beispielsweise zumindest jeweils drei.
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In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem mit dem Rastelement mechanisch verbindbaren Gegenkörper um eine in dem Prozessanschluss angeordnete und zur Koppeleinheit und dem Sensorelement kompatible Grundplatte. Die Grundplatte weist eine Aufnahme auf, in die das Sensorelement einsetzbar ist, so dass das in die Aufnahme eingesetzte Sensorelement durch die Grundplatte ragt.
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Die Grundplatte ist vorteilhaft auf das spezielle Sensorelement abstimmbar. Dadurch kann insbesondere ein bestehender Prozessanschluss mittels der Grundplatte auf das jeweilige Sensorelement abgestimmt werden. Zum Beispiel ist die Länge eines durch den Prozessanschluss hindurchragenden Abschnitts des Sensorelements mittels der Ausgestaltung der Grundplatte einstellbar, beispielsweise mittels ihrer Dicke. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Austausch eines ersten Sensorelements gegen ein zweites Sensorelement bei gleichzeitigem Austauschs der Grundplatte durch eine zu dem zweiten Sensorelement und der Koppeleinheit kompatible Grundplatte der Prozessanschluss und/oder die Koppeleinheit ohne weiteres Nachrüsten weiterverwendet werden können.
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Insbesondere ist in einer Ausgestaltung der Erfindung die Grundplatte in den Prozessanschluss einschraubbar.
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In einer dazu alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Grundplatte in den Prozessanschluss einklemmbar.
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Das Sensorelement ist in einer Ausgestaltung der Erfindung von der Grundplatte lösbar, insbesondere in die Grundplatte einsteckbar, einschraubbar und/oder einklemmbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der relativen Bewegung um eine Verdrehung des Rastelements der Koppeleinheit relativ zu dem Gegenkörper des Prozessanschluss mit einem Drehwinkel (α) kleiner als 360°.
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Diese Lösung weist einen großen Vorteil gegenüber Konstruktionen auf, bei denen beim Schließen bzw. Lösen der mechanischen Verbindung ein Gewinde auf- bzw. zugeschraubt werden muss. Da ein Gewinde mehrere Gewindegänge aufweist, umfasst bei Letzteren die relative Bewegung eine Verdrehung mit einem Winkel, der einem Vielfachen von 360° und der Anzahl der Gewindegänge entspricht. Dagegen ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung eine wesentlich kleinere relative Bewegung vonnöten, wodurch letztendlich auch ein beschleunigtes Schließen bzw. Lösen der mechanischen Verbindung ermöglicht ist. Insbesondere wird bei der Verdrehung die zumindest eine Nut in das zumindest eine Gegenstück eingedreht. Bei der mechanischen Verbindung handelt es sich in dieser Ausgestaltung also z.B. im Wesentlichen um einen Bajonett-Verschluss zwischen der Transmittereinheit und dem Prozessanschluss.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Koppeleinheit einen an einer Außenwandung der Koppeleinheit angeordneten und an den Prozessanschluss angrenzenden ersten Abschnitt und einen an der Außenwandung der Koppeleinheit angeordneten und in einer von dem Prozessanschluss abgewandten Richtung an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt auf. Der erste und der zweite Abschnitt sind manuell gegeneinander verdrehbar und/oder in einer axialen Richtung entlang der Längsachse der Koppeleinheit manuell gegeneinander verschiebbar. Die mechanische Verbindung zwischen dem Rastelement und dem Gegenkörper ist mittels der manuellen Verdrehung des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt und/oder mittels dem manuellen Verschieben ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt in lösbar. Insbesondere ist nur bei dem relativ zueinander verdrehten und/oder verschobenen ersten und zweiten Abschnitt die Koppeleinheit in der axialen Richtung von dem Prozessanschluss wegbewegbar.
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Diese Ausgestaltung beschreibt also eine manuelle Variante der werkzeugfreien Ausgestaltung. Hierbei wird mittels einer manuellen Verdrehung der beiden Abschnitte gegeneinander und/oder mittels einem manuellen Verschieben der beiden Abschnitte gegeneinander das im Inneren der Koppeleinheit angeordnete Rastelement von dem Gegenkörper, beispielsweise der Grundplatte, gelöst.
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Dazu ist in einer Ausgestaltung der Erfindung der zweite Abschnitt mit dem Rastelement im Wesentlichen fest verbunden. Hierdurch wird z.B. beim manuellen Verdrehen des zweiten Abschnitts relativ zu dem ersten Abschnitt das Rastelement relativ zu dem ersten Abschnitt entsprechend mitbewegt und führt daher die entsprechende Drehbewegung auch relativ zu dem ersten Abschnitt und relativ zu dem Gegenköper des Prozessanschlusses, beispielsweise der Grundplatte, aus. Somit lassen sich durch die äußere manuelle Manipulation an der Außenwandung der Koppeleinheit z.B. die korrespondierenden Gegenstücke des Rastelements aus den Nuten der Grundplatte drehen.
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Gegebenenfalls kann der erste Abschnitt an der Innenwandung, ähnlich wie das Rastelement, z.B. auch ein zweites Gegenstück aufweisen, welches zusätzlich zu dem Gegenstück des Rastelements in die gleiche Nut der Grundplatte eingreift.
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Gegebenenfalls weisen der erste und/oder der zweite Abschnitt der Koppeleinheit an der Oberfläche der Außenwandung ein Profil auf, um die manuelle Manipulation der beiden Abschnitte relativ zueinander, also das Verdrehen bzw. das Verschieben, für den Anwender zu vereinfachen.
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Auch bei der manuellen Verdrehung handelt es sich insbesondere um eine Verdrehung mit einem Drehwinkel kleiner als 360°
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Ausgestaltung liegt für den Fall, dass das Rastelement mit dem Gegenkörper mechanisch verbunden ist, eine vorgegebene Gegenkraft, vor. Die Gegenkraft wirkt einer zum manuellen Lösen der mechanischen Verbindung zwischen Koppeleinheit und Prozessanschluss benötigten Kraft entgegen.
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Insbesondere handelt es sich um eine magnetische Kraft und/oder eine durch ein Federelement verursachte Federkraft.
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Insbesondere handelt es sich bei der zum manuellen Lösen der mechanischen Verbindung benötigten Kraft um eine Kraft, die zur manuellen Verdrehung des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt und/oder zum manuellen Verschieben des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt benötigt wird.
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In dieser besonders bevorzugten Weiterbildung ist mittels der Gegenkraft eine selbstsichernde bzw. selbstarretierende Lösung gegeben. Dadurch ist die mechanische lösbare Verbindung besonders stabil bzw. gesichert, so dass sie sich beispielsweise nicht unter den in einer Prozessanlage auftretenden mechanischen Vibrationen unbeabsichtigt lösen kann.
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Die Federkraft kann zum Beispiel dadurch hervorgerufen sein, dass zwischen dem relativ zueinander bewegbaren ersten Abschnitt und dem Rastelement ein Federelement angeordnet ist. Dieses Federelement ist im Falle der bestehenden mechanischen Verbindung zwischen dem Rastelement und dem Gegenkörper entspannter im Vergleich zu dem Federelement in derjenigen Position der Koppeleinheit, bei der der erste und zweite Abschnitten manuell derart relativ zueinander verdreht und/oder verschoben sind, dass die Koppeleinheit in der axialen Richtung von dem Prozessanschluss wegbewegbar ist.
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Das zwischen dem ersten Abschnitt und dem Rastelement angeordnetes Federelement wirkt der Verdrehung des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt und dem damit verbundenen Rastelement entgegen. Zum Öffnen der mechanischen Verbindung zwischen dem Rastelement und dem Gegenkörper muss daher eine Kraft aufgebracht werden, die größer als die durch das Federelement verursachte und als Gegenkraft wirkende Federkraft ist.
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Eine weitere Möglichkeit ist, das Rastelement und den Gegenkörper, beispielsweise jeweils die Nut/en und das jeweils dazu korrespondiere Gegenstück als Permanentmagneten auszulegen.
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Die Pole der Permanentmagneten sind dann z.B. derart ausgestaltet, dass auf das korrespondiere Gegenstück eine in Richtung der Nut zeigende Kraft wirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Koppeleinheit einen innerhalb der Koppeleinheit angeordneten Elektroantrieb auf. Der Elektroantrieb ist dazu ausgestaltet, das Rastelement relativ zu dem damit mechanisch verbindbaren und in dem Prozessanschluss angeordneten Gegenkörper zu bewegen, so dass die mechanisch lösbare Verbindung zwischen der Koppeleinheit und dem Prozessanschluss mittels einer Ansteuerung des Elektroantriebs lösbar bzw. arretierbar ist.
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Diese Ausgestaltung beschreibt also eine automatische bzw. motorische Variante der werkzeugfreien Ausgestaltung. Hierbei ist z.B. von der Außenwand der Koppeleinheit her diese weder mittels eines Werkzeugs, noch manuell manipulierbar. Nur mittels einer entsprechenden Ansteuerung des im Inneren der Koppeleinheit angeordneten Elektroantriebs kann das Rastelement die zum Lösen bzw. Schließen der mechanischen Verbindung benötigte Bewegung relativ zu dem Gegenkörper ausführen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Koppeleinheit derart ausgestaltet ist, dass die Koppeleinheit für den Fall, dass die Koppeleinheit von dem Prozessanschluss mechanisch gelöst und von dem Prozessanschluss wegbewegt ist, die Koppeleinheit die Transmittereinheit in dem dem Prozessanschluss zugewandten Endbereich der Transmittereinheit flüssigkeitsdicht abdichtet.
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Hierzu weist die Koppeleinheit an ihrem dem Prozessanschluss zugewandten Endbereich der Transmittereinheit beispielsweise ein Dichtelement auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Transmittereinheit durch die Wahl der Materialen für die Koppeleinheit, insbesondere in dem Endbereich und/oder durch die Wahl einer Dichtgeometrie in dem Endbereich als flüssigkeitsdichtend ausgestaltet. Dadurch kann kein flüssiges Medium, beispielsweise kein aus dem Prozess stammendes Messmedium und/oder beim Reinigen verwendetes Medium, von dem dem Prozessanschluss zugewandten Endbereich her in den Innenraum der Koppeleinheit eindringen. Hierdurch sind die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten der Koppeleinheit bzw. der Transmittereinheit vor dem Eindringen von Flüssigkeit geschützt.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine innerhalb der Transmittereinheit angeordnete Steckverbindung vorgesehen, wobei die Steckverbindung für den Fall, dass das Sensorelement in den Prozessanschluss eingesetzt und die Koppeleinheit mit dem Prozessanschluss mechanisch verbunden ist, einen Endbereich des Sensorelements mit der Transmittereinheit verbindet. Die Steckverbindung ist zu einer magnetisch-induktiven Übermittelung von den von dem Sensorelement erzeugten elektronischen und/oder elektrischen Signalen zu der Transmittereinheit ausgestaltet. In diesem Zusammenhang wird auf die bereits eingangs erwähnte „Memosens“-Steckverbindung und ihre Vorteile verwiesen.
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Das erfindungsgemäße modulare Messsystem weist insbesondere starke Synergieeffekte im Zusammenhang mit einer derartigen Steckverbindung auf, da in dieser Weiterbildung keine weiteren zwischen der Transmittereinheit und dem Sensorelement verlaufenden elektrischen Verbindungen, wie etwa Kabelverbindungen, vorliegen müssen. Somit sind das Sensorelement und die Transmittereinheit des Messsystems mittels der Trennung der mechanischen Verbindung zwischen Prozessanschluss und Koppeleinheit komplett voneinander lösbar. Dadurch ist der modulare Aufbau des Messsystems besonders einfach ausführbar und auf den jeweiligen Prozessanschluss abstimmbar. Zudem zeigen sich in dieser Weiterbildung, bei gleichzeitigem Vorhandensein der prozessnahen (Kopf-) Transmittereinheit, die bereits eingangs genannten vollen Vorteile einer derartigen Steckverbindung, nämlich die sehr einfache bzw. schnelle Entnahme des Sensorelements zwecks einem Austausch des Sensorelements und/oder zum Verifizieren, Kalibrieren und/oder Justieren des Sensorelements.
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Ungeachtet dieser Vorteile ist die Erfindung selbstverständlich aber nicht auf die diese Steckverbindung umfassende Lösung beschränkt, so dass in einer dazu alternativen Ausgestaltung der Erfindung eine galvanisch gekoppelte elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement und der Transmittereinheit vorliegt. Diese umfasst z.B. zwischen der Transmittereinheit und dem Sensorelement verlaufende elektrischen Kontakte wie etwa Kabelanschlüsse.
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In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Transmittereinheit an ein drahtgebundenes und/oder drahtloses Kommunikationsnetzwerk anschließbar. Das Kommunikationsnetzwerk dient der Energieversorgung des Messsystems und/oder einer Übertragung von elektronischen und/oder elektrischen Signalen zwischen einer mit dem Kommunikationsnetzwerk verbundenen übergeordneten Einheit und der Transmittereinheit. Bei den elektronischen und/oder elektrischen Signalen handelt es sich zum Einen um die von dem Sensorelement erzeugten und die Messgröße repräsentierende Signale, welche über das Kommunikationsnetzwerk von der Transmittereinheit zu der übergeordneten Einheit übermittelt werden. Zum anderen können über das Kommunikationsnetzwerk selbstverständlich auch elektronische und/oder elektrische Signale von der übergeordneten Einheit zu der Transmittereinheit übermittelt werden, z.B. zur Ansteuerung der Transmittereinheit und/oder zur Übertragung von Parametern, die von einer in der Transmittereinheit hinterlegten Kalibrierfunktion verwendet werden.
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Hierbei sei insbesondere auf die eingangs genannten Beispiele für ein Kommunikationsnetzwerk verwiesen. Zur Versorgung des Sensorelements bzw. der Transmittereinheit mit Energie kann die Transmittereinheit dabei insbesondere auch mit einer Batterie ausgestattet sein, so dass im Falle eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks prinzipiell kein weiterer drahtgebundener Anschluss an die Transmittereinheit mittels eines Kabels vorgesehen sein muss.
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In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist das Messsystem dazu ausgestaltet, über die Kommunikationsverbindung das Lösen der mechanischen Verbindung zwischen der Transmittereinheit und dem Prozessanschluss und/oder das Lösen der Verbindung zwischen der Transmittereinheit und dem Sensorelement zu der übergeordneten Einheit zu übermitteln. Bei einem derartigen Lösen wird z.B. eine Warnung in einem Leitsystem ausgelöst.
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In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist der Elektroantrieb mittels des Kommunikationsnetzwerks und/oder mittels einer an der Transmittereinheit angeordneten Anzeige- und/oder Bedieneinheit ansteuerbar.
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Bei der Anzeige- und/oder Bedieneinheit der Transmittereinheit handelt es um eine zur Anzeige und/oder zum Bedienen der Transmittereinheit und oder des Sensorelements ausgestaltete Einheit, wie beispielsweise um ein Display mit oder ohne bedienbare Tasten.
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Mittels einer Eingabe eines Anwenders an der Anzeige- und/oder Bedieneinheit wird z.B. die mechanische Verbindung zwischen Transmittereinheit und Prozessanschluss gelöst. Alternativ kann eine Ansteuerung des Elektroantriebs mittels eines entsprechenden Kommandos erfolgen, welches über das Kommunikationsnetzwerk an die Transmittereinheit übermittelt wird. Ferner kann in dieser Ausgestaltung auch eine kombinierte Ansteuerung des Elektroantriebs über das Kommunikationsnetzwerk und über eine Eingabe an der Anzeige- und/oder Bedieneinheit erfolgen. Beispielsweise erfolgt über das Kommunikationsnetzwerk, z.B. mittels der Übermittelung eines digitalen Schlüssels, eine Freigabe zur Ansteuerung des Elektroantriebs über die Anzeige- und/oder Bedieneinheit. Nur anschließend zu einer derartigen erfolgten Freigabe ist der Elektroantrieb dann auch über die lokale Anzeige- und/oder Bedieneinheit der Transmittereinheit ansteuerbar. Durch diese zusätzliche Autorisierung ist eine erhöhte Sicherheit gegenüber unerlaubter Manipulation gegeben.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Grundplatte und die Koppeleinheit derart ausgestaltet, dass die Grundplatte nur für den Fall, dass die Koppeleinheit der Transmittereinheit von der Grundplatte gelöst und in einer zu der Grundplatte im Wesentlichen senkrechten Richtung von der Grundplatte wegbewegt ist, aus dem Prozessanschluss herausnehmbar ist.
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Eine vollständige Entnahme der Grundplatte, des Sensorelements und der Transmittereinheit aus dem Prozessanschluss bei bestehender mechanischer Verbindung zwischen Transmittereinheit und Grundplatte ist dadurch ausgeschlossen. Insbesondere in Kombination mit der den Elektroantrieb umfassenden Variante ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung ein hoher Manipulationsschutz gegeben. Hierzu überlappt z.B. ein Teil der Transmittereinheit derart über den Prozessanschluss, dass etwa eine Zugang zu einer prinzipiell lösbaren Verbindung zwischen Grundplatte und Prozessanschluss eingeschränkt ist.
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Für den vorstehend erwähnten Fall der sogenannten Milchrohrverschraubung erstreckt sich beispielsweise eine ähnlich einer Überwurfmutter ausgestalteter Endabschnitt der Transmittereinheit über z.B. eine Nutmutter der Milchrohrverschraubung. Für den Fall, das die Transmittereinheit mit dem Prozessanschluss mechanisch verbunden ist, ist damit der Zugang zu der Nutmutter versperrt. Eine Manipulation der Nutmutter, durch die etwa die Grundplatte aus dem Prozessanschluss herausnehmbar wird, ist damit ausgeschlossen. Nur für den Fall, dass wie beispielsweise wie oben erwähnt die Freigabe zum Lösen der mechanischen Verbindung erfolgt ist, kann damit zunächst die Transmittereinheit von dem Prozessanschluss gelöst und anschließend gegebenenfalls auch die Grundplatte dem Prozessanschluss entnommen werden. Entsprechende Sicherungen sind bei anders als die Milchrohrverschrauben ausgestalteten Prozessanschlüssen selbstverständlich auch möglich. Damit besteht in dieser bevorzugten Weiterbildung ein besonders hoher Manipulationsschutz.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Sensorelement um ein elektrochemisches Sensorelement. Bei einem elektrochemischen Sensorelement handelt es sich z.B. wie bereits erwähnt insbesondere um einen amperometrischen oder potentiometrischen Sensor, wie etwa eine ionenselektive Elektrode, oder um einen Leitfähigkeitssensor, einen ISFET oder einen weiteren der vorstehend erwähnten elektrochemischen Sensorelemente.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorelement länglich ausgestaltet. Die Koppeleinheit weist eine innerhalb der Koppeleinheit angeordnete und in axialer Richtung der Koppeleinheit längliche Führung auf. Für den Fall, dass die Koppeleinheit mit dem Prozessanschluss mechanisch verbunden ist, ist das Sensorelement in der Führung aufgenommen. In diesem Fall ist das Sensorelement also vollständig innerhalb der Koppeleinheit angeordnet. Insbesondere handelt es sich um eine zu dem Sensorelement korrespondierende Führung.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, gegebenenfalls nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
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Es zeigt:
- 1: Eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems;
- 2a,2b: Schnittansichten verschiedener Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messsystems;
- 3a-d: Verschiedene Ansichten von Komponenten des erfindungsgemäßen Messsystems in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems;
- 4: Eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems;
- 5a,5b Eine Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems.
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In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems 1 gezeigt. In dieser Ausgestaltung handelt es sich wie angedeutet um die Variante der manuell lösbaren/schließbaren werkzeugfreien mechanischen Verbindung zwischen einer Transmittereinheit 5 und einem Prozessanschluss 4. Es liegt eine sehr einfach und schnell lösbare mechanische Verbindung zwischen dem Prozessanschluss 4 und der Transmittereinheit 5 vor; dies wird mittels einer Koppeleinheit 6 der Transmittereinheit 5 erreicht. Die hier als zweiteilig ausgestaltete Koppeleinheit 6 ist in einem dem Prozessanschluss zugewandten Endbereich 7 der Transmittereinheit 5 angeordnet. In 1 ist die Transmittereinheit 5 als von dem Prozessanschluss 4 gelöst und wegbewegt dargestellt. Dabei verbleibt das Sensorelement 2 bei dem Wegbewegen der Transmittereinheit 5 von dem Prozessanschluss 4 in dem Prozessanschluss 4.
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Der Prozessanschluss 4 ist in dieser Ausgestaltung in einer Rohrwandung 3 angeordnet und umfasst eine Überwurfmutter der bereits beispielhaft erwähnten Milchrohrverschraubung. In den Prozessanschluss 4 ist eine Grundplatte 12 eingesetzt, mit der, bei gleicher Überwurfmutter d.h. bei im Wesentlichen gleichem Prozessanschluss 4, das modulare Messsystem 1 angepasst werden kann. Je nach Ausgestaltung des Sensorelements 2 (hier eine pH-Elektrode), weist dieses z.B. eine bestimmte Länge auf. Für beengte Einbausituationen, beispielsweise bei kleinen Rohrdurchmessern, kann mittels einer dicker ausgelegten Grundplatte 12 der durch den Prozessanschluss 4 hindurchragende Abschnitt des Sensorelements 2 entsprechend verkleinert werden. Selbstverständlich kann, zusätzlich oder alternativ, auch durch eine Auswahl bzw. eine Anpassung der Überwurfmutter der Prozessanschluss 4 an das modulare Messsystem 1 angepasst werden.
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Die in die Grundplatte 12 eingesetzte pH-Elektrode weist an einem dem Prozessanschluss 4 abgewandten Endbereich 21 einen ersten Verbindungspartner einer magnetischen-induktiven Steckverbindung 15 auf, etwa der bekannten und vorstehend erwähnten „Memosens“-Steckverbindung. Der zweite Verbindungspartner der magnetischen-induktiven Steckverbindung 15 ist im Inneren der Koppeleinheit 6 der Transmittereinheit 5 angeordnet, siehe auch 2b. Vorteilhaft an dieser Variante ist, dass im Falle der von dem Prozessanschluss 4 wegbewegtem Transmittereinheit 5 keine elektrischen Durchführungen oder Verbindungen zwischen der Transmittereinheit 5 und dem Sensorelement 2 vorliegen, wie etwa ein Kabelanschluss. Dadurch wird zum einen eine komplette Trennung der Komponenten des modularen Messsystems 1, und damit auch ein sehr einfacher Austausch der Komponenten bzw. eine sehr einfache Anpassung des modularen Messsystems 1 ermöglicht. Zum anderen wären derartige Kabelverbindungen gegebenenfalls empfindlich gegenüber der Einwirkung eines flüssigen Mediums. Dagegen ist die Steckverbindung 15 als flüssigkeitsdicht ausgestaltet.
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Auch die Transmittereinheit 5 ist in ihrem Endbereich 7 durch die flüssigkeitsdicht abdichtende Koppeleinheit 6 vordem Eindringen eines flüssigen Mediums in das Innere der Transmittereinheit 5 (bzw. in das Innere der Koppeleinheit 6 der Transmittereinheit 5) geschützt.
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Wie bereits erwähnt ist die Erfindung ungeachtet dieser Vorteile selbstverständlich nicht auf die diese Steckverbindung umfassende Ausgestaltung beschränkt.
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In der hier gezeigten, manuell bedienbaren Variante, wird ein erster Abschnitt 61 der Koppeleinheit 6 relativ zu einem zweiten Abschnitt 62 der Koppeleinheit 62 manuell mit einen Winkel α von ca. 60° verdreht. Zum Verdrehen des ersten 61 und des zweiten Abschnitts 62 relativ zueinander muss eine gegen eine Gegenkraft FG wirkende Kraft aufgebracht werden. Die Gegenkraft FG wird z.B. durch ein Federelement (siehe 2a,b) 18 hervorgerufen.
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Durch das Verdrehen wird ein im Inneren der Koppeleinheit 6 angeordnetes Rastelement 8 (siehe 2 und 3), das mit dem zweiten Abschnitt 62 fest verbunden ist, derart gegenüber dem ersten Abschnitt 61 verdreht, dass die Transmittereinheit 5 mit ihrer Koppeleinheit 6 auf die Grundplatte 12 aufgesetzt werden kann. Wird nach dem Aufsetzten der erste Abschnitt 61 losgelassen, wirkt nur noch die Gegenkraft FG. Die Koppeleinheit 6 springt dadurch wieder in Richtung ihrer Ausgangslage zurück, wodurch das Rastelement 8 in den Gegenkörper 9 einrastetet. Dadurch ist die mechanische Verbindung als selbstsichernd ausgestaltet. Dies ist insbesondere vorteilhaft wenn z.B. starke Vibrationen in einer Prozessanlage, beispielsweise einer Nahrungsmittelmaschine, vorliegen.
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Dem Messsystem 1 kann, selbstverständlich unabhängig von der hier gezeigten Ausgestaltung, eine zusätzliche Arretiereinrichtung hinzugefügt werden. Dadurch wird z.B. eine zusätzliche Sicherheit gegen ein ungewolltes Lösen der mechanischen Verbindung bei Anwendungen mit sehr hoher Vibrationslast erreicht.
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Die Transmittereinheit 5 ist über ein Kommunikationsnetzwerk 16, hier eine 4-20mA Messübertragungsstrecke, an eine übergeordnete Einheit 17 angeschlossen. Selbstverständlich kann das Kommunikationsnetzwerk 16 auch gemäß einer der eingangs erwähnten Ausführungen ausgebildet sein. Bei der übergeordneten Einheit 17 handelt es sich beispielsweise um eine in einer Leitwarte angeordnete speicherprogrammierte Steuerungseinheit (SPS), die zur Steuerung der Prozessanlage ausgestaltet ist.
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In 2a,b sind zwei Schnittansichten (mit jeweils zwei verschiedenen zueinander parallelen Schnittebenen) der mit dem Prozessanschluss 4 verbundenen Transmittereinheit 5 dargestellt, in zwei leicht unterschiedlichen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messsystems 1.
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In 2a ist dabei zusätzlich zu den schon in Zusammenhang mit 1 erläuterten Komponenten der Koppeleinheit 6 das Rastelement 8 sowie das zwischen dem Rastelement 8 und dem ersten Abschnitt 61 angeordnete Federelement 18 gezeigt. Das Federelement 18 ist insbesondere bei bestehender mechanischer Verbindung zwischen Koppeleinheit 6 und Prozessanschluss 4 entspannter im Vergleich zu der in 1 gezeigten Position des ersten 61 und des zweiten Abschnitts 62, bei welcher die Koppeleinheit 6 auf den Prozessanschluss 4 aufsetzbar bzw. von dem Prozessanschluss 4 einer axialen Richtung Rax wegbewegbar ist. Dadurch sorgt das Federelement 18 für die bereits erwähnte Selbstarretierung bzw. Selbstsicherung. Zum einen, da zum Lösen der mechanischen Verbindung die Gegenkraft FG überwunden werden muss. Gegebenenfalls ist zum anderen das Federelement 18 auch bei bestehender mechanischer Verbindung zwischen Koppeleinheit 6 und Prozessanschluss 4 noch nicht vollständig entspannt. Dadurch versucht das Federelement 18 hier weiterhin seine Ausgangslage zu erreichen, so dass mittels des Federelements 18 bei bestehender mechanischer Verbindung die Gegenkraft FG als zusätzliche Arretierungskraft wirkt.
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Eine weitere Lösung zum Erreichen einer derartigen Gegenkraft sieht zusätzlich oder alternativ zu dem Federelement 18 ein zumindest abschnittsweise magnetisches Rastelement 8 bzw. einen zumindest abschnittsweise magnetischen Gegenkörper 9 vor.
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Das Rastelement 8 weist ein Gegenstück 11a auf, das in eine Nut 10a der Grundplatte 12 einrastetet. Gegebenenfalls kann der erste Abschnitt 61 an der Innenwandung ähnlich zu dem Rastelement 8 auch ein Gegenstück 11a' aufweisen, welches zusätzlich zu dem Gegenstück 11a des Rastelements 8 in die selbe Nut 10a der Grundplatte eingreift. Dies ist weiter unten in Zusammenhang mit 3a-d näher erläutert.
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2b zeigt in einer weiteren Schnittebene das in einer Führung 63 der Koppeleinheit 6 aufgenommene Sensorelement 2, sowie die Steckverbindung 15 zwischen dem Sensorelement 2 und der Transmittereinheit 5. Diese ist wie vorstehend erwähnt in bekannter Weise als eine „Memosens-Steckverbindung“ ausgestaltet. Über die Steckverbindung 15 werden die elektronischen Signale Si von dem Sensorelement 2 zu der Transmittereinheit 5 übertragen. Die weiteren Komponenten der Transmittereinheit 5, etwa deren elektronische Bauelemente, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt, auch wird der Übersichtlichkeit halber auf die weitere Bezeichnung der schon in 2a erwähnten Komponenten verzichtet.
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Im Unterschied zu 2a ist in der Ausgestaltung 2b der erste Abschnitt 61 derart ausgebildet, dass er sich über die Nutmutter des Prozessanschlusses 4 erstreckt bzw. darüber überlappt. Dadurch ist eine Manipulation an der Nutmutter, die etwa eine Herausnahme der Grundplatte 12 aus dem Prozessanschluss 4 ermöglichen würde, bei bestehender mechanischer Verbindung zwischen der Transmittereinheit 5 und dem Prozessanschluss 4 ausgeschlossen. Dies führt zu einer erhöhten Manipulationssicherheit.
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3a zeigt eine Schnittansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems 1 in einer Schnittebene, die senkrecht zu der Schnittebene aus 2a ist.
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3b zeigt eine perspektivische Ansicht der schon in der Schnittansicht in 3a gezeigten mechanischen Verbindung zwischen der Transmittereinheit 5 und dem Prozessanschluss 4, wobei in der Detailansicht der mechanischen Verbindung insbesondere der erste Abschnitt 61 und das Rastelement 8 näher dargestellt sind.
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3c zeigt eine perspektivische Ansicht eines als Eintauchprofil ausgebildeten Gegenstücks 11a'.
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3d zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung einer Grundplatte 12.
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Das Rastelement 8 weist in dieser Ausgestaltung mehrere Gegenstücke 11a, 11b, 11c auf, vgl. 3a, hier drei Gegenstücke 11a, 11b, 11c. Diese Rasten beim Schließen der mechanischen Verbindung jeweils in eine Nut 10a, 10b, 10c der Grundplatte 12 ein.
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Drei weitere, als Eintauchprofile ausgebildete Gegenstücke 11a', 11b', 11c' (siehe 3c) sind an der Innenwandung des ersten Abschnitts 61 angeordnet. Durch eine durch die Gegenkraft bedingte Verdrehung verkanten sich die Gegenstücke 11a, 11b, 11c, 11a', 11b', 11c' der Koppeleinheit 6 mit der Grundplatte 12 in dem Prozessanschluss 4 und bilden über eine Art Dreibein (siehe 3a) eine stabile mechanische Verbindung.
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Dabei werden die Gegenstücke 11a, 11b, 11c des Rastelements 8 jeweils gegen einen ersten Bereich der Nut 10a, 10b, 10c gedrückt, und die als Eintauchprofile ausgebildeten Gegenstücke 11a', 11b', 11c' des ersten Abschnittes 61 jeweils gegen einen zweiten Bereich der Nut 10a, 10b, 10c gedrückt. Die beiden Bereiche der Nut 10a sind z.B. in 3d erkennbar. Durch die in 3c, 3d gezeigte Anschlagschräge wird ein Andrücken des Rastelements 8 gegen die Grundplatte 12 realisiert.
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Unter einer an dem ersten 61 und zweiten Abschnitt 62 aufgebrachten Handkraft (vgl. 1) gegen die Gegenkraft des Federelements 18 (vgl. 2a,b) bewegen sich die als Eintauchprofile ausgebildeten Gegenstücke 11a', 11b', 11c' aus den Nuten 10a, 10b, 10c der Grundplatte 12 heraus. Dadurch bilden diese eine Einheit in der axialen Richtung Rax mit den Gegenstücken 11a, 11b, 11c des Rastelements 8. Da in diesem Zustand keine Verspannung und kein Gegenhalt in axialer Richtung Rax mehr vorliegt, kann die derart gelöste Koppeleinheit 6 mit der Transmittereinheit 5 von dem Prozessanschluss 4 wegbewegt werden.
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Die in 1 bis 3 beschriebene Koppeleinheit 6 ist im Wesentlichen vergleichbar zu einer Bajonett-Kupplung ausgebildet. Wie bereits erwähnt kann die Erfindung auch mit einer Koppeleinheit 6 mit einer Einfach-Schnellkupplung ausgestattet sein, bei der die Koppeleinheit 6 zwei in der axialen Richtung Rax der Koppeleinheit 6 relativ zueinander verschiebbare Abschnitte 61,62 aufweist.
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In 4 und 5a,b ist eine Variante des erfindungsgemäßen Messsystems 1 gezeigt, bei dem die werkzeugfrei lös- bzw. verbindbare Koppeleinheit 6 anstelle des bisher beschriebenen manuellen Mechanismus mittels eines Elektroantriebs 14 realisiert ist, welcher im Inneren der Koppeleinheit 6 angeordnet ist.
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Die Außenwandung der Koppeleinheit 6 ist in dieser Ausgestaltung des Messsystems bevorzugt im Wesentlichen einteilig bzw. einstückig ausgeführt. Dadurch weist die Koppeleinheit 6 beispielsweise keine relativ zueinander bewegbaren und an der Außenwandung angeordneten Abschnitte 61 ,62 wie in der oben beschriebenen manuellen Variante auf. Dies erleichtert die Realisierung eines hygienischen Designs.
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Die zum mechanischen Verbinden bzw. Lösen benötigte relative Bewegung zwischen dem Rastelement 8 und dem Gegenkörper 9 des Prozessanschlusses 4 wird nun mittels des Elektroantriebs 14 selbständig vollführt. Der Elektroantrieb 14 ist dabei über eine Anzeige- und/oder Bedieneinheit 51 der Transmittereinheit 5 ansteuerbar. Mittels eines Bedieninterfaces an der Anzeige- und/oder Bedieneinheit 51 wird die Ver- und Entriegelung der Transmittereinheit 5 mit dem Prozessanschluss 4 lokal ausgelöst.
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Zusätzlich kann die Vor-Ort Ver- und Entriegelung über das mit der Transmittereinheit 5 verbundene Kommunikationsnetzwerk 16, etwa eine Feldbusschnittstelle, blockiert bzw. freigegeben werden. Dadurch wird die Manipulationssicherheit des Messsystems 1 erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann die Ver- und Entriegelung der Transmittereinheit 5 mittels der Ansteuerung des Elektroantriebs 14 auch über das Kommunikationsnetzwerk 16 auslösbar sein. Steht z.B. keine lokale Bedieneinheit an der Transmittereinheit 5 zur Verfügung, kann somit die Ver- und Entriegelung ausschließlich über das Kommunikationsnetzwerk 16 erfolgen.
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Für den Fall, dass der Anwender beispielsweise über ein mobiles Endgerät verfügt, welches mit dem Kommunikationsnetzwerk 16 verbindbar ist, lässt sich so die Ver- und Entriegelung an beliebigen Stellen, also auch lokal, auslösen. Bei dem mobilen Endgerät handelt es sich beispielsweise um ein Smartphone, ein Laptop oder Tablet, eine Smartwatch, eine Datenbrille, oder aber ein für die Prozessautomatisierung spezifisches mobiles Endgerät wie der von Endress+Hauser vertriebene „FieldXpert“.
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Die in 4 gezeigte Variante der Erfindung kann selbstverständlich auch mit der in 2b gezeigten und sich über den Prozessanschluss 4 erstreckenden Koppeleinheit 6 kombiniert sein. Im Unterschied zu 2b weist die Koppeleinheit 6 eine einteilige Außenwandung auf. In diesem Fall ergibt sich ein sehr hoher Manipulationsschutz, da ohne die entsprechende Ansteuerung des Elektroantriebs 14, die gegebenenfalls der Freigabe über das Kommunikationsnetzwerk 16 bedarf, keine der Komponenten des Messsystems 1 aus dem Prozessanschluss 4 entnommen werden kann. In 4 ist der Gegenkörper 9 als eine in die Grundplatte 12 eingebrachte Haltenut 10a, 10b ausgeführt. In diese Nuten 10a, 10b kann ein von dem Elektroantrieb 14 bewegbares Rastelement 8 der Koppeleinheit 6 eingreifen.
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Dieser Mechanismus ist in der Schnittansicht der Koppeleinheit in 5a sowie in der perspektivischen Ansicht des Rastelements 8 in 5b näher dargestellt. Durch einen zu einem Drehfutter vergleichbaren Mechanismus wird die Koppeleinheit 6 über bewegliche Spannbacken des Rastelements 8 mit den in der Grundplatte 12 enthaltenen Nuten 10a, 10b fest verspannt.
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Der Elektroantrieb 14 betätigt dabei mittels einer Schnecke einen Zahnkranz des in 5b dargestellten Plangewindes. Der Motorstrom kann hierbei als Indikator für die Erreichung der beiden Endpositionen (d.h. Transmittereinheit 5 und Prozessanschluss 4 mechanisch gelöst oder verbunden) herangezogen werden. Plangewinde und Schneckenantrieb verhindern jedwede Lockerung der in die Nuten 10a, 10b eingespannten Gegenstücke 11a, 11b des Rastelements 8, welche ansonsten etwa durch starke Vibrationen in der prozessnahen Umgebung ausgelöst werden könnte. Beide Elemente erlauben ausschließlich eine Kraftübertragung in Drehrichtung der Schnecke.
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Die Nuten 10a,10b können wie in Fig, 5b dargestellt als Teil eine Zahnkranzes ausgeführt sein, um eine Bewegung der Transmittereinheit 5 relativ zum Prozessanschluss 4 trotz Arretierung vollständig auszuschließen.
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Zusammenfassend zeigt die Erfindung zwei voneinander verschiedene Varianten, einer werkzeugfrei lösbaren/schließbaren mechanischen Verbindung zwischen der Transmittereinheit 5 und dem Prozessanschluss 4. Die erste Variante umfasst eine manuell bedienbare Variante (1 bis 3), wohingegen die zweite Variante eine mittels einem Elektroantrieb 14 bedienbare Variante umfasst. (4 und 5). Dabei ist das erfindungsgemäße Messsystem 1 selbstverständlich nicht auf die in Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Merkmale beschränkt.
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Insbesondere umfasst die Erfindung auch
- - Ausgestaltungen ohne Grundplatte 12;
- - Im Falle der manuellen bedienbaren werkzeugfreien Variante: die bereits erwähnte Ausgestaltung, bei der der erste Abschnitt 61 und der zweite Abschnitt 62 der Koppeleinheit 6 in der axialen Richtung Rax gegeneinander verschiebbar sind, wodurch eine relative Bewegung zwischen dem Rastelement 8 und dem Gegenkörper 9 verursacht wird; sowie
- - Ausgestaltungen mit beliebigen, insbesondere elektrochemischen Sensorelementen 2.
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Die Vorteile der Erfindung sind hier noch einmal abschließend aufgelistet:
- - Es liegt eine prozess- und Sensorelement-nahe Anbindung einer als Kopftransmitter ausgebildeten Transmittereinheit vor.
- - Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft für Sensorelemente 2 mit einer induktiven „Memosens“-Schnittstelle.
- - Die werkzeugfrei lösbare mechanische Verbindung ermöglicht ein schnelles und werkzeugloses Entnehmen bzw. Wechseln von Sensorelementen 2. Dadurch ergibt sich eine Verringerung der Wartungszeiten, beispielsweise bei dem Wechseln von pH-Sensoren
- - Die mechanische Verbindung ist selbstsichernd verriegelt.
- - Durch den modularen Aufbau ist ein einheitlicher Mechanismus der mechanischen Verbindung für verschiedener Typen von Sensorelementen geschaffen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messsystem
- 2
- Sensorelement
- 21
- Endbereich des Sensorelements
- 3
- Rohr- oder Behälterwandung
- 4
- Prozessanschluss
- 5
- Transmittereinheit
- 51
- Anzeige- und/oder Bedieneinheit
- 6
- Koppeleinheit
- 61
- erster Abschnitt
- 62
- zweiter Abschnitt
- 63
- Führung
- 7
- Endbereich der Transmittereinheit
- 8
- Rastelement
- 9
- Gegenkörper
- 10a;10b;10c,...
- Nut
- 11a; 11b; 11c, 11a',11b', 11c'
- Gegenstück
- 12
- Grundplatte
- 13
- Aufnahme
- 14
- Elektroantrieb
- 15
- Steckverbindung
- 16
- Kommunikationsnetzwerk
- 17
- übergeordnete Einheit
- 18
- Federelement
- Si
- elektronischen und/oder elektrischen Signale
- α
- Drehwinkel
- Rax
- axiale Richtung
- FG
- Gegenkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008039465 A1 [0005]
- DE 19857953 A1 [0006]
- EP 1625643 [0013]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 32676 [0022]
- ISO2852 [0022]
- DIN 11864 [0022]
