DE102017128888A1

DE102017128888A1 - Wechselarmatur und Verfahren zum Detektieren einer Endlage einer Wechselarmatur

Info

Publication number: DE102017128888A1
Application number: DE102017128888.0A
Authority: DE
Inventors: Rene Kündscher; Felix Schneider; Thomas Pfauch
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung offenbart eine Wechselarmatur (1), umfassend ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse (2) mit einem Gehäuseinnenraum (12) und einem Kolben (6), wobei der Gehäuseinnenraum (12) vier Einlässe (4, 5, 20, 21) umfasst; ein Wegeventil (30) mit dem der erste, zweite, dritte und vierte Anschluss (4, 5, 20, 21) verbunden sind, wobei das Wegeventil 30 zumindest zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schaltbar ist, wobei das Wegeventil (30) in die ersten Position schaltet, wenn Versorgungsenergie am ersten Anschluss (4) anliegt und zumindest nach Überfahren des vierten Anschluss (21) durch den Kolben (6) in Richtung Prozessstellung (P) einen Pfad der Versorgungsenergie zu einer ersten Detektionseinheit (25) freigibt, und wobei das Wegeventil (30) in die zweite Position schaltet, wenn Versorgungsenergie am zweiten Anschluss (5) anliegt und zumindest nach Überfahren des dritten Anschluss (20) durch den Kolben (6) in Richtung Servicestellung (S) einen Pfad der Versorgungsenergie zu einer zweiten Detektionseinheit (24) freigibt.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Detektieren einer Endlage einer Wechselarmatur.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wechselarmatur sowie ein Verfahren zum Detektieren einer Endlage einer Wechselarmatur.
Wechselarmaturen werden von der Firmengruppe Endress+Hauser in großer Variantenvielfalt angeboten und vertrieben, beispielsweise unter der Bezeichnung „Cleanfit CPA875“. Informationen über diese finden sich auf der Homepage der Anmeldering, beispielsweise zum Anmeldetag unter:
https://www.de.endress.com/de/messgeraete-fuer-dieprozesstechnik/fluessigkeitsanalyse-produktuebersicht/pH-wechselarmaturcpa875
Wechselarmaturen sind in der Analysemesstechnik und Prozessautomatisierung weit verbreitet. Sie dienen dazu, Sonden ohne Prozessunterbrechung aus dem Prozess, und damit dem Medium, zu entnehmen und anschließend wieder in den Prozess einzuführen. Die Sonden werden in einem Tauchrohr befestigt und mittels eines Antriebs manuell oder automatisch, beispielsweise pneumatisch, axial zwischen einer Prozessstellung (Messung) und einer Servicestellung (Wartung, Kalibrierung, Spülen, Sondentausch etc.) verfahren. Diese Vorgänge verlaufen innerhalb eines bestimmten Zeittakts oder in Abhängigkeit von sonstigen bestimmbaren oder gemessenen Parametern.
Sonden im Sinne dieser Erfindung umfassen Sonden mit zumindest einer Aufnahme für zumindest einen Sensor zur Messung einer oder mehrerer physikalischer oder chemischer Prozessgrößen.
Der Einsatzbereich von Wechselarmaturen zur Messung physikalischer oder chemischer Prozessgrößen eines Mediums, z.B. eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, in der Prozesstechnik ist vielfältig. Für die Bestimmung der Prozessgrößen werden Sensoren verwendet, wobei es sich bei den Sensoren beispielsweise um pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, optische oder elektrochemische Sensoren zur Bestimmung einer Konzentration einer in dem zu überwachenden Medium enthaltenen Substanz, z.B. O₂, CO₂, bestimmte lonenarten, organische Verbindungen, ö.ä. handelt.
Werden Wechselarmaturen zur Aufnahme des Sensors zur Bestimmung zumindest einer Prozessgröße verwendet, kann der Sensor in der Servicestellung überprüft, kalibriert, gereinigt und/oder ausgetauscht werden, wobei sich der Sensor dabei in der so genannten Servicekammer, befindet. Damit das Medium durch die Kalibrierungs-, Spül- oder Reinigungsflüssigkeit nicht verunreinigt wird, ist in Servicestellung die Servicekammer zum Behältnis, in dem sich das Medium befindet, so abgedichtet, dass kein Austausch von Medium / Flüssigkeit stattfinden kann. Üblicherweise befindet sich dazu am medienseitigen Ende des Gehäuses der Wechselarmatur eine Dichtung, die im Zusammenspiel mit einem Verschlusselement am Tauchrohr einen Austausch von Medium / Flüssigkeit verhindert.
Dazu umfasst die Wechselarmatur ein oder mehrere Mechanismen zur Erkennung der Endlage der Armatur um sicher zu stellen, dass sich die Armatur komplett in Service- oder Prozessstellung befindet.
Der Stand der Technik kennt zum einen pneumatische Schalter, die über den Kolben mechanisch betätigt werden. Der Kolben ist Teil des Antriebs, welcher das Tauchrohr bewegt. Diese Schalter sind extern an das Gehäuse angeschraubt. Es ergeben sich zusätzliche mechanische Baugruppen, eine Abnutzung des Kolbens und eine unter Umständen unübersichtliche Verschlauchung.
Weiter werden elektrische Endlagenschalter verwendet. Diese erfassen die Position des Antriebes, also etwa des Pneumatikantriebs. Das elektrische Signal wird von der Armatur beispielsweise zu einem Schaltschrank weitergeleitet. Dort wird das elektrische Signal wieder in ein pneumatisches gewandelt. Es erfolgt also eine doppelte Signalwandlung, eine eingeschränkte Nutzung in Ex-Zonen und lange Signalübertragungswege, was die Fehleranfälligkeit erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere Endlagendetektion zu ermöglichen, welche eine aufwändige Verschlauchung vermeidet, mit geringem Bauraum ausführbar ist und nur mit wenigen zusätzlichen bewegten mechanischen Teile auskommt. Die Signalumsetzung soll nicht doppelt erfolgen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wechselarmatur, umfassend: ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum; einen Kolben, der axial im Gehäuseinnenraum zwischen einer aus dem Medium herausgefahrenen Servicestellung und einer in das Medium hineingefahrenen Prozessstellung mittels einer Versorgungsenergie, insbesondere Druckluft, beweglich ist, wobei der Kolben einen mediumszugewandten und einem mediumsabgewandten Abschnitt umfasst, wobei der Kolben die Bewegung eines ihm zugeordneten Tauchrohrs vorgibt, wobei der Gehäuseinnenraum vier Anschlüsse umfasst: einen ersten Anschluss, der mediumsabgewandt (also oben) angeordnet ist, wobei sich der Kolben in Richtung Prozessstellung bewegt (nach unten), wenn Versorgungsenergie am ersten Anschluss anliegt; einen zweiten Anschluss, der mediumszugewandt (also unten) angeordnet ist, wobei sich der Kolben in Richtung Servicestellung bewegt (nach oben), wenn Versorgungsenergie am zweiten Anschluss anliegt; einen dritten Anschluss, wobei der dritte Anschluss zwischen dem ersten und zweiten Anschluss angeordnet ist, wobei der dritte Anschluss mediumszugewandter als der mediumszugewandte Abschnitt des Kolbens angeordnet ist (also weiter unten), wenn sich das Tauchrohr in Servicestellung befindet; und einen vierten Anschluss, wobei der vierte Anschluss zwischen dem ersten und zweiten Anschluss angeordnet ist, wobei der vierte Anschluss mediumsabgewandter als der mediumsabgewandte Abschnitt des Kolbens angeordnet ist (also weiter oben), wenn sich das Tauchrohr in Prozessstellung befindet, und wobei der vierte Anschluss mediumszugewandter als der dritte Anschluss angeordnet ist (also weiter unten); und ein Wegeventil mit dem der erste, zweite, dritte und vierte Anschluss verbunden sind, wobei das Wegeventil zumindest zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schaltbar ist, wobei das Wegeventil in die ersten Position schaltet, wenn Versorgungsenergie am ersten Anschluss anliegt und zumindest nach Überfahren des vierten Anschluss durch den Kolben in Richtung Prozessstellung einen Pfad der Versorgungsenergie zu einer ersten Detektionseinheit freigibt, und wobei das Wegeventil in die zweite Position schaltet, wenn Versorgungsenergie am zweiten Anschluss anliegt und zumindest nach Überfahren des dritten Anschluss durch den Kolben in Richtung Servicestellung einen Pfad der Versorgungsenergie zu einer zweiten Detektionseinheit freigibt.
„Oben“, „oberhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung dabei vom Messmedium abgewandt. „Unten“, „unterhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung dabei dem Messmedium zugewandt.
In einer Ausgestaltung ist der dritte Anschluss direkt unterhalb des Kolbens angeordnet, wenn sich der Kolben in Serviceposition befindet. In einer Ausgestaltung ist der vierte Anschluss direkt oberhalb des Kolbens angeordnet, wenn sich der Kolben in Prozessstellung befindet.
Somit werden nur zwei zusätzliche Bohrungen benötigt. Entsprechend werden auch nur zwei zusätzliche Schläuche benötigt. Das Ventil ist langlebig und wartungsarm. Es gibt keine zusätzlichen bewegten Teile an der Armatur - dadurch ist diese robust und wartungsarm. Die Signalweiterschaltung erfolgt ohne zweifache Wandlung.
In einer Ausgestaltung umfasst die Wechselarmatur das Tauchrohr, wobei der Kolben integraler Bestandteil des Tauchrohrs ist oder fest mit dem Tauchrohr verbunden ist.
In einer Ausgestaltung ist das Wegeventil als 4/2- oder 5/2-Wegeventil ausgestaltet.
In einer Ausgestaltung ist der ersten und/oder zweiten Detektionseinheit eine Drossel vorgeschaltet.
In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der ersten und/oder zweiten Detektionseinheit um einen pneumatisch-elektrischen Wandler handelt. Das pneumatische Signal kann aber auch für eine rein optische Anzeige genutzt werden. In einer Ausgestaltung werden federnd gelagerte, verschiedenfarbig markierte Elemente zur Anzeige genutzt.
In einer Ausgestaltung ist das Wegeventil von der Wechselarmatur entfernt angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung ist die Wechselarmatur in einem Ex-Bereich angeordnet.
In einer Ausgestaltung gibt die erste und zweite Detektionseinheit ein Signal aus, wenn der Kolben in Servicestellung bzw. Prozessstellung angekommen ist.
In einer Ausgestaltung umfasst die Wechselarmatur einen Kugelhahn und der Kugelhahn wird geschlossen bzw. geöffnet, wenn die erste bzw. zweite Detektionseinheit detektiert, dass der Kolben in Service bzw. Prozessstellung angekommen ist.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Detektieren einer Endlage einer Wechselarmatur, umfassend die Schritte: Anlegen von Versorgungsenergie an die Wechselarmatur; Schalten eines Wegeventils und Freigeben eines Pfades der Versorgungsenergie; Bewegen eines Kolbens in der Wechselarmatur mittels der Versorgungsenergie; und Auslösen eines Signals, wenn der Kolben die Endlage erreicht hat, da die Versorgungsenergie entlang des Pfades einen Schwellenwert übersteigt.
Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert.

1 zeigt die beanspruchte Wechselarmatur.
2 zeigt die beanspruchte Wechselarmatur im Querschnitt.
3 zeigt ein Anschlussplan für die beanspruchte Wechselarmatur mit dem Wegeventil in einer ersten Position.
4 zeigt ein Anschlussplan für die beanspruchte Wechselarmatur mit dem Wegeventil in einer zweiten Position.

In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
„Oben“, „oberhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung vom Messmedium 14 abgewandt. „Unten“, „unterhalb“ und verwandte Begriffe bedeuten im Sinne dieser Erfindung dem Messmedium 14 zugewandt.
Die erfindungsgemäße Wechselarmatur in ihrer Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1 und ist in 1 dargestellt. Die Wechselarmatur 1 besteht aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse 2, das mittels eines Anschlussmittels 13 an ein Behältnis 15 angeschlossen werden kann. Das Anschlussmittel 13 kann etwa als Flanschverbindung, z.B. aus Edelstahl, ausgeführt werden. Andere Ausgestaltungen sind aber möglich. Im Behältnis befindet sich das zu messende Messmedium 14. Das Behältnis 15 kann etwa ein Behälter, Kessel, Rohr, Rohrleitung o.ä. sein.
1 zeigt die Wechselarmatur 1 in der Prozessstellung. Dies wird im Folgenden näher erläutert. 2 zeigt die Wechselarmatur 1 in Servicestellung.
Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Tauchrohr 3 geführt. Ein Sensor 16 ist durch eine, nicht näher beschriebene, Aufnahme mit dem Tauchrohr 3, beispielsweise durch Verschraubung, verbunden. Der Sensor 16 im Sinne dieser Erfindung umfasst Sensoren zur Messung einer oder mehrerer physikalischer oder chemischer Prozessgrößen. Diese sind beispielsweise pH-Wert, auch über einen ISFET, Redoxpotential, Absorption von elektromagnetischen Wellen im Messmedium 14, beispielsweise mit Wellenlängen im UV-, IR-, und/oder sichtbaren Bereich, Sauerstoff, Leitfähigkeit, Trübung, Konzentration von metallischen und/oder nicht-metallischen Werkstoffen oder Temperatur. Über eine Öffnung 8 im Tauchrohr 3 hat der Sensor 16 Zugang zum Messmedium 14. Dabei ist die Öffnung 8 so ausgestaltet, dass sie insbesondere dann wenn die Wechselarmatur 1 in einer Rohrleitung angewendet wird, in Strömungsrichtung offen ist, d.h. dass der Sensor 16 optimal vom Messmedium 14 angeströmt wird.
Das Tauchrohr 3 kann aus verschieden Materialien hergestellt sein. Der Stand der Technik kennt Tauchrohre 3 aus Stahl bzw. Edelstahl. Es sind aber Anwendungen, insbesondere in der chemischen Industrie verbreitet, bei denen sehr widerstandfähige Materialien angewendet werden. Das Tauchrohr 3 kann somit auch aus einem Kunststoff wie Polyetheretherketon (PEEK), Polytetrafluorethylen (PTFA), einem Perfluoralkoxy-Polymer (PFA), einem anderen Kunststoff oder widerstandsfähigen Metallen wie etwa Hastelloy hergestellt sein. Das gleiche gilt für das Gehäuse 2.
Das Tauchrohr 3 ist axial in Richtung des Messmediums 14 bzw. in vom Messmedium 14 abgewandter Richtung, entlang der zentralen Achse L, verschieblich gelagert. Das Tauchrohr 3 ist dabei zwischen der ins Gehäuse 2 eingefahrenen Servicestellung (in 2 dargestellt) und der aus dem Gehäuse 2 ausgefahrenen Prozessstellung (in 1 dargestellt) verfahrbar. In der Prozessstellung findet die Messung statt. Über eine käfigartige Öffnung 8 im Tauchrohr 3 hat die Sonde bzw. der Sensor 16 Zugang zum Messmedium 14. In der Servicestellung werden verschiedenste Serviceaufgaben wie Reinigung oder Kalibration durchgeführt werden. Durch den Anschluss 7 kann dabei Spül-/Reinigungs-/Kalibrierungs- und/oder Sterilisationsmedium in die Servicekammer 11, siehe unten) eingelassen werden. Im Allgemeinen soll hier Spül-/Reinigungs-/Kalibrierungs- und/oder Sterilisationsmedium als „Medium“ bezeichnet werden. Das Medium kann dabei flüssig oder gasförmig sein. Durch den entsprechenden Anschluss 22, der sowohl axial als auch radial versetzt zum Anschluss 7 positioniert sein kann, kann die Flüssigkeit wieder ablaufen. Auch kann die Spülrichtung umgekehrt sein.
Die Verschiebung des Tauchrohrs 3 wird durch eine Antriebsvorrichtung 18 durchgeführt, die sich oberhalb der Servicekammer 11 befindet. Der Antrieb 18 ist Teil des Gehäuses 2 und umfasst einen Gehäuseinnenraum 12. Die Bewegung erfolgt durch automatischen Antrieb, etwa durch Versorgungsenergie. Wird Versorgungsenergie durch den Anschluss 4 eingebracht, bewegt sich das Tauchrohr 3 von Service- in Prozessstellung. Der Anschluss 5 dient dann als Auslass. Wird Versorgungsenergie durch den Anschluss 5 eingebracht, bewegt sich das Tauchrohr 3 von Prozess- in Servicestellung. Der Anschluss 4 dient dann als Auslass. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise pneumatische, hydraulische oder elektrische Antriebe bekannt. Die vorliegende Wechselarmatur verwendet einen pneumatischen Antrieb. Der Vorgang des Verschiebens des Tauchrohrs 3 wird im Folgenden näher erläutert.
Mit dem Tauchrohrs 3 fest verbunden oder integraler Teil desselben ist ein Kolben 6, siehe dazu die 3 und 4. Der Kolben 6 ist als Ringkolben ausgeführt und ist Teil des Antriebs 18. Der Kolben 6 teilt den Gehäuseinnenraum 12 in einen oberen Bereich 12.1 und einen unteren Bereich 12.2. Über den Anschluss 4 in den oberen Bereich 12.1 und einen Anschluss 5 in den unteren Bereich 12.2 ober- bzw. unterhalb des Kolbens 6 kann das Tauchrohr 3 verfahren werden: wird Druckluft in den oberen Bereich 12.1 durch den Anschluss 4 gebracht, verfährt das Tauchrohr 3 in Richtung Medium 14, wobei gleichzeitig Luft aus dem unteren Bereich 12.2 durch den Anschluss 5 fließt. Auch kann aktiv Luft aus dem unteren Bereich 12.2 gesaugt werden um die Bewegung in Richtung Medium 14 zu unterstützen.
Wird Druckluft in den unteren Bereich 12.2 durch den Anschluss 5 gebracht, verfährt das Tauchrohr 3 weg vom Medium 14, wobei gleichzeitig Luft aus dem oberen Bereich 12.1 durch den Anschluss 4 fließt. Auch kann aktiv Luft aus dem oberen Bereich 12.1 gesaugt werden um die Bewegung zu unterstützen.
Selbstredend ist durch entsprechende Dichtungen (nicht dargestellt) dafür zu sorgen, dass Druckluft nicht entweicht und diese nur durch die Anschlüsse 4, 5 geleitet wird.
Der Anschluss 4 ist mit einer Steuerleitung L1 und der Anschluss 5 mit einer Steuerleitung L2 verbunden.
Die Anschlüsse 4, 5 sind seitlich am Gehäuse 2 angebraucht. Der Anschluss 4 kann sich oberhalb des Kolbens 6 befinden (Tauchrohr 3 in Servicestellung), der Anschluss 5 kann sich unterhalb des Kolbens 6 befinden (Tauchrohr 4 in Prozessstellung). Es ist denkbar, dass sich beide Einlässe 4, 5 am Gehäuse 2 oberhalb oder unterhalb des Kolbens 6 befinden und für die Funktionstüchtigkeit eine Leitung im Inneren des Gehäuses 2 in den jeweils anderen Bereich 12.1 bzw. 12.2 geführt wird. In 1 dargestellt ist, dass bei Anschlüsse 4, 5 oberhalb des Kolbens (Servicestellung) nebeneinander angeordnet sind. 2 zeigt diese übereinander angeordnet. Im Innern des Gehäuses 2 befindet sich eine entsprechende Leitung zum Führen des Anschluss 5 in den unteren Bereich 12.2. Die Anschlüsse 4, 5 müssen nicht notwendigerweise in der gleichen Frontalebene liegen.
Ist das Tauchrohr 3 in Servicestellung, befindet sich ein Teilbereich des Tauchrohrs 3, insbesondere der Sensor 16, in der Servicekammer 11 zum Spülen, Reinigen, Kalibrieren, Sterilisieren etc. Am unteren Ende des Tauchrohres 3 befindet sich zur Prozessabschottung das Verschlusselement 9. Das Verschlusselement 9 dichtet die Servicekammer 11 zum Prozess, und damit zum Messmedium 14, ab. Das Messmedium kann heiß, giftig, ätzend oder in sonstiger Weise schädlich für Mensch und Umwelt sein. Es ist daher darauf zu achten, dass das Verschlusselement 9 sicher und dauerhaft abdichtet. Dafür werden verschiedene Dichteinrichtungen am Gehäuse 2 angebracht, insbesondere werden ein oder mehrere Mediumsdichtungen 10 verwendet. In der abgebildeten Ausgestaltung ist die Mediumsdichtung 10 am Gehäuse 2 angeordnet. Alternativ kann die Mediumsdichtung 10 am unteren Endbereich des Tauchrohrs 3 angeordnet sein (nicht abgebildet).
Am oberen Bereich des Tauchrohrs 3 ist zumindest eine Dichtung 17, im Beispiel zwei Dichtungen 17, 23 angeordnet. Die Dichtung 17, 23 dichtet die Servicekammer 11, besonders bei Bewegung von Servicestellung in Prozessstellung und umgekehrt, gegenüber der Antriebsvorrichtung 18 ab. In Servicestellung ist die obere Dichtung 17 oberhalb des Anschluss 22 angeordnet und die untere Dichtung 23 ist auf gleicher Höhe oder unterhalb des Anschluss 22 angeordnet.
1 zeigt neben dem ersten Anschluss 4, den zweiten Anschluss 5 auch einen dritten Anschluss 20 und einen vierten Anschluss 21.
3 zeigt einen Anschlussplan für die beanspruchte Wechselarmatur 1. Abgebildet ist der Kolben 6, der als Antrieb 18 im Gehäuseinnenraum 12 beweglich gelagert ist. Der Anschluss 4 wird über die Leitung L1 betrieben; Anschluss 5 über L2. Anschluss 4 führt in den oberen Bereich 12.1, Anschluss 5 in den unteren Bereich 12.2 des Gehäuseinnenraums 12. Mit dem Kolben 6 verbunden ist das Tauchrohr 3, das nur angedeutet gezeichnet ist.
Weiter ist in 3 ein Wegeventil 30 gezeigt. Das Wegeventil 30 ist hier ein 5/2-Wegeventil; alternativ ist ein 4/2- oder ein 5/3-Wegeventil möglich. Mit den Steueranschlüssen 30.12 und 30.14 vom Wegeventil 30 verbunden sind die Leitungen L1 bzw. L2. Grundsätzlich folgt die Nomenklatur des abgebildeten Wegeventils 30 der üblichen für Wegeventile mit einem Suffix „30.“. Der Druckanschluss 30.1 ist freigelassen, deswegen ist auch problemlos die Verwendung eines 4/2-Wegeventils möglich.
4 zeigt die zweite Schaltposition des Wegeventils 30 und ist ansonsten gleich. Entsprechend ist der Kolben 6 nach oben gefahren.
Mit den Arbeitsanschlüssen 30.2 und 30.4 verbunden ist jeweils eine Detektionseinheit 24, 25. Die Detektionseinheit 24, 25 ist jeweils ein pneumatischelektrischer Wandler. Es kann auch eine optische Anzeige verwendet werden. Die Detektionseinheit 24, 25 wandelt anliegenden Luftdruck in ein elektrisches Signal um. Hier also wenn der Kolben 6 in einer Endposition (Servicestellung oder Prozessstellung) ist, wird ein entsprechendes Signal ausgegeben. Genauso könnte nur eine einzelne Detektionseinheit verwendet werden, welche dann „Kolben in Endposition“ detektiert und gegebenenfalls anzeigt.
Der Detektionseinheit 24, 25 vorgeschaltet ist jeweils eine Drossel 19, siehe unten.
Mit dem Abfluss 30.3 bzw. der Entlüftung 30.5 verbunden sind ein dritter Anschluss 20 bzw. vierter Anschluss 21. In der Reihenfolge von oben nach unten sind die Anschlüsse wie folgt angeordnet: erster 4, dritter 20, vierter 21 und zweiter 5.
Der dritte Anschluss 20 ist direkt unterhalb des Kolbens 6 angeordnet, wenn sich der Kolben 6 in Servicestellung befindet. Damit kann erkannt werden, wenn sich der Kolben ganz oben befindet. In anderen Worten: sobald der Kolben 6 nach unten fährt, wird der Anschluss 20 durch den Kolben 6 bedeckt.
Der vierte Anschluss 21 ist direkt oberhalb des Kolbens 6 angeordnet, wenn sich der Kolben 6 in Prozessstellung befindet. Damit kann erkannt werden, wenn sich der Kolben ganz unten befindet. In anderen Worten: sobald der Kolben 6 nach oben fährt, wird der Anschluss 21 durch den Kolben 6 bedeckt.
In der 3, also der ersten Stellung, gibt das Wegeventil 30 den Weg vom vierten Anschluss 21 über die Drossel 19 zur Detektionseinheit 25 frei. Es wird die Prozessstellung P detektiert.
In der 4, also der zweiten Stellung, gibt das Wegeventil 30 den Weg frei vom dritten Anschluss 20 über die Drossel 19 zur Detektionseinheit 24. Es wird die Servicestellung S detektiert.
Im Folgenden soll das Verfahren des Tauchrohrs 3 bzw. des Kolbens 6 erläutert werden und wie die Endposition in Servicestellung S bzw. Prozessstellung P detektiert wird.
Wenn die Leitung L1 mit Druck beaufschlagt wird, betätigt dieser Druck das Wegeventil in die in 3 dargestellte Position. Gleichzeitig beginnt der Kolben 6 sich nach unten, also in Richtung Prozess zu bewegen und überfährt dabei den dritten und vierten Anschluss 20 und 21. Unmittelbar nachdem die Dichtung des Kolbens 6 den vierten Anschluss 21 D passiert hat, breitet sich der Druck in der durch das Wegeventil 30 freigegebenen Leitung bis hin zur Detektionseinheit 25 für die Position „Prozess P“ aus.
Während der Verfahrbewegung nach unten wird ein Luftvolumen vor dem Kolben 6 hergeschoben. Um zu verhindern, dass dieses Volumen zu einem Druckanstieg in der Zuleitung zur Detektionseinheit 25 schon während der Verfahrbewegung führt, ist vor der Detektionseinheit 25 eine Drossel 19 eingebaut. Diese sorgt dafür, dass die verdrängte Luft über den freien Anschluss 5 drucklose Versorgungsleitung L2 abfließen kann. Somit ist gewährleistet, dass das Anzeigesignal auch wirklich erst bei 100%-igem Erreichen der Endlage erscheint. Im Umkehrschluss bedeutet das Ausbleiben des Endlagensignals, dass eine undefinierte Zwischenstellung und somit eventuell eine sicherheitsrelevante Fehlfunktion vorliegt.
Soll der Antrieb nun wieder in Servicestellung zurückfahren, wird die Versorgungsleitung L1 entspannt und die Leitung L2 mit Druck beaufschlagt. Das Ventil wird in die zweite Stellung gedrückt, siehe 4. Der Druck zwischen Ventil 30 und Detektionseinheit 24 kann nun durch das Ventil 30 vom Arbeitsanschluss 30.2 zum Druckanschluss 30.1 abfließen. Die Anzeige an der Detektionseinheit 25 erlischt und nach passieren des dritten Anschlusses 20 erkennt die Detektionseinheit 24 die Servicestellung S.
Bezugszeichenliste

1: Wechselarmatur
2: Gehäuse
3: Tauchrohr
4: Anschluss Versorgungsenergie
5: Anschluss Versorgungsenergie
6: Kolben
7: Anschluss für 11
8: Öffnung in 3
9: Verschlusselement
10: Mediumsdichtung
11: Servicekammer
12: Gehäuseinnenraum
12.1: oberer Teil von 12
12.2: unterer Teil von 12
13: Anschlussmittel
14: Messmedium
15: Behältnis
16: Sensor
17: Dichtung
18: Antriebsvorrichtung
19: Drossel
20: Anschluss in 12
21: Anschluss in 12
22: Anschluss für 11
23: Dichtung
24: Detektionseinheit
25: Detektionseinheit
30: Wegeventil
30.1: Druckanschluss von 30
30.2: Arbeitsanschluss von 30
30.3: Abfluss von 30
30.4: Arbeitsanschluss von 30
30.5: Entlüftung von 30
30.12: Steueranschluss von 30
30.14: Steueranschluss von 30
L: Längsachse von 1
L1: Steueranschluss
L2: Steueranschluss
S: Servicestellung
P: Prozessstellung

Claims

Wechselarmatur (1) für Eintauch-, Durchfluss- und Anbau-Messsysteme in der analytischen Prozesstechnik zur Messung zumindest einer Messgröße eines Mediums (14) in einem Behältnis, umfassend - ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse (2) mit einem Gehäuseinnenraum (12), - einen Kolben (6), der axial im Gehäuseinnenraum (12) zwischen einer aus dem Medium herausgefahrenen Servicestellung (S)und einer in das Medium hineingefahrenen Prozessstellung (P) mittels einer Versorgungsenergie, insbesondere Druckluft, beweglich ist, wobei der Kolben (6) einen mediumszugewandten Abschnitt (12.2) und einem mediumsabgewandten Abschnitt (12.1) umfasst, wobei der Kolben (6) die Bewegung eines ihm zugeordneten Tauchrohr (3) vorgibt, wobei der Gehäuseinnenraum (12) vier Anschlüsse (4, 5, 20, 21) umfasst: ■ einen ersten Anschluss (4), der mediumsabgewandt angeordnet ist, wobei sich der Kolben (6) in Richtung Prozessstellung (P) bewegt, wenn Versorgungsenergie am ersten Anschluss (4) anliegt, ■ einen zweiten Anschluss (5), der mediumszugewandt angeordnet ist, wobei sich der Kolben (6) in Richtung Servicestellung (S) bewegt, wenn Versorgungsenergie am zweiten Anschluss (5) anliegt, ■ einen dritten Anschluss (20), wobei der dritte Anschluss (20) zwischen dem ersten und zweiten Anschluss (4, 5) angeordnet ist, wobei der dritte Anschluss (20) mediumszugewandter als der mediumszugewandte Abschnitt (12.2) des Kolbens (6) angeordnet ist, wenn sich das Tauchrohr (3) in Servicestellung (S) befindet, und ■ einen vierten Anschluss (21), wobei der vierte Anschluss (21) zwischen dem ersten und zweiten Anschluss (4, 5) angeordnet ist, wobei der vierte Anschluss (21) mediumsabgewandter als der mediumsabgewandte Abschnitt (12.1) des Kolbens (6) angeordnet ist, wenn sich das Tauchrohr (3) in Prozessstellung (P) befindet, und wobei der vierte Anschluss (21) mediumszugewandter als der dritte Anschluss (20) angeordnet ist, und - ein Wegeventil (30) mit dem der erste, zweite, dritte und vierte Anschluss (4, 5, 20, 21) verbunden sind, wobei das Wegeventil 30 zumindest zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schaltbar ist, wobei das Wegeventil (30) in die ersten Position schaltet, wenn Versorgungsenergie am ersten Anschluss (4) anliegt und zumindest nach Überfahren des vierten Anschluss (21) durch den Kolben (6) in Richtung Prozessstellung (P) einen Pfad der Versorgungsenergie zu einer ersten Detektionseinheit (25) freigibt, und wobei das Wegeventil (30) in die zweite Position schaltet, wenn Versorgungsenergie am zweiten Anschluss (5) anliegt und zumindest nach Überfahren des dritten Anschluss (20) durch den Kolben (6) in Richtung Servicestellung (S) einen Pfad der Versorgungsenergie zu einer zweiten Detektionseinheit (24) freigibt.
Wechselarmatur (1) nach Anspruch 1, wobei die Wechselarmatur (1) das Tauchrohr (3) umfasst, wobei der Kolben (6) integraler Bestandteil des Tauchrohrs (3) ist oder fest mit dem Tauchrohr (3) verbunden ist.
Wechselarmatur (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wegeventil (30) als 4/2- oder 5/2-Wegeventil ausgestaltet ist.
Wechselarmatur (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der ersten und/oder zweiten Detektionseinheit (24, 25) eine Drossel (19) vorgeschaltet ist.
Wechselarmatur (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei der ersten und/oder zweiten Detektionseinheit (24, 25) um einen pneumatisch-elektrischen Wandler handelt.
Wechselarmatur (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wegeventil (30) von der Wechselarmatur (1) entfernt angeordnet ist.
Wechselarmatur (1) nach Anspruch 6, wobei die Wechselarmatur (1) in einem Ex-Bereich angeordnet ist.
Wechselarmatur (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste und zweite Detektionseinheit (24, 25) ein Signal ausgibt, wenn der Kolben (6) in Servicestellung (S) bzw. Prozessstellung (P) angekommen ist.
Wechselarmatur (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wechselarmatur (1) einen Kugelhahn umfasst und der Kugelhahn geschlossen bzw. geöffnet wird, wenn die erste bzw. zweite Detektionseinheit (24, 25) detektiert, dass der Kolben (6) in Service (S) bzw. Prozessstellung (P) angekommen ist.
Verfahren zum Detektieren einer Endlage einer Wechselarmatur (1), umfassend die Schritte: - Anlegen von Versorgungsenergie an die Wechselarmatur (1), - Schalten eines Wegeventils (30) und Freigeben eines Pfades der Versorgungsenergie, - Bewegen eines Kolbens (6) in der Wechselarmatur (1) mittels der Versorgungsenergie, und - Auslösen eines Signals, wenn der Kolben (6) die Endlage erreicht hat, da die Versorgungsenergie entlang des Pfades einen Schwellenwert übersteigt.