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Die Erfindung betrifft eine Eintaucharmatur zur Positionierung von Messsensoren in Prozessflüssigkeiten mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
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Derartige Eintaucharmaturen sind durch offenkundige Vorbenutzung aus dem Stand der Technik bekannt und anhand der beiden Fig. 8 und 9 näher zu erläutern. So umfassen diese bekannten Eintaucharmaturen einen rohrförmigen Grundkörper 1', der über einen nicht näher dargestellten Anschluss, wie beispielsweise einem Flansch oder eine sogenannte Milchrohrverschraubung, in einem Behälter mit Prozessflüssigkeit fixierbar ist. Am eintauchseitigen Ende 2' des Grundkörpers 1' ist ein Sensoradapter 3' angeordnet, der über eine Ringschulter 4' von innen gegen einen Ringanschlag 5' des Grundkörpers 1' fixiert ist, in dem auf das aus dem eintauchseitigen Ende 2' hervorstehenden Kopf 6' des Sensoradapters 3' ( 8) eine Überwurfmutter 7' aufgeschraubt ist, die an einem als Ganzes mit 8' bezeichneten Schutzkorb ausgebildet ist. Letzterer umgibt den in den Sensoradapter 3' eingesetzten Messsensor 9', bei dem es sich beispielsweise um einen Leitfähigkeits-, pH- oder Sauerstoffkonzentrations-Messsensor handeln kann. Bei der bekannten Ausführungsform gemäß 9 ist der Sensoradapter 3' mithilfe der am Grundkörper 1' verschraubten Überwurfmutter 7' von der Prozessseite her im Grundkörper 1' gehalten.
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Zur Abdichtung des Sensoradapters 3' gegenüber dem Grundkörper 1' und damit zur Verhinderung, dass Prozessflüssigkeit in das Innere des Grundkörpers 1' eindringt, ist am Außenmantel des Sensoradapters 3' ein - wie üblich - in einer Nut 10' sitzender Dichtring 11' vorgesehen, der in radialer Richtung zur Innenwand 12' des Körpers 1' abdichtet.
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Bei der bekannten Eintaucharmatur gemäß 8 ist von Nachteil, dass der Sensoradapter 3' mit dem Messsensor 9' nach Abschrauben der Überwurfmutter 7' zum Ausbau aus dem Grundkörper 1' nur nach oben abgezogen werden kann, da der Weg nach unten durch die Anlage der Ringschulter 4' am Ringanschlag 5' blockiert ist.
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Bei der ebenfalls vorbekannten Ausführungsform gemäß 9 ist der Sensoradapter 3' von unten her mit einer Ringschulter 4' an einem Ringanschlag 5' des Grundkörpers 1' mit Hilfe der Überwurfmutter 7' mit Schutzkorb 8' gehalten. Dementsprechend ist für den Ausbau des Sensoradapters 3' nur ein Abziehen nach unten möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eintaucharmatur zu schaffen, bei der der Sensoradapter mit Messsensor universell in beide Richtungen, also wahlweise aus seiner Montagestellung aus dem eintauchseitigen Ende des Grundkörpers in Richtung Prozess oder durch den Grundkörper hindurch aus dem Prozess abgewandten Ende entnommen werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach wird die Montagebefestigung des Sensoradapters im Grundkörper durch eine Beaufschlagung des am Sensoradapter vorgesehenen Dichtrings bewerkstelligt, in dem dieser mit Hilfe der Überwurfmutter in eine Löse- und eine Fixierstellung gebracht werden kann. In der Lösestellung des Dichtringes ist dieser so ausgelegt, dass er durch den freien Innendurchmesser des Grundkörpers hindurch axial verschiebbar ist. Dies wird vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, dass der Außendurchmesser des Dichtringes in dieser Stellung kleiner als der freie Innendurchmesser des Grundkörpers ist. In der Fixierstellung dagegen ist der Dichtring durch radiale Aufweitung mit der Innenwand des Grundkörpers gekoppelt ist und hält dadurch den Sensoradapter im Grundkörper stabil. Um diese Fixierstellung zu erreichen, wird der Dichtring beim Verschrauben der Überwurfmutter mit dem Sensoradapter durch Beaufschlagung mittels mindestens einer an Sensoradapter oder Überwurfmutter angeordneten Spreizfläche aus der Löse- in die Fixierstellung übergeführt. Dieses „Verschrauben“ kann nicht nur durch ein herkömmliches Maschinen-Gewinde zwischen diesen beiden Bauteilen, sondern auch durch eine Grobgewinde oder eine Art Bajonettverschluss bewerkstelligt werden. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass durch eine relative Verdrehung von Sensoradapter und Überwurfmutter zueinander auch eine axiale Zustellbewegung zwischen diesen beiden Bauteilen hervorgerufen wird.
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Die vorstehende Montageweise des Sensoradapters bedarf keiner Anschläge, da die Montage des Sensorhalters nicht durch ein Verschrauben des Sensoradapters gegen einen Anschlag im Grundkörper, sondern durch die Aufspreizung des Dichtrings erfolgt. Dieser nimmt dabei seine eigentliche Dichtfunktion nach wie vor wahr, so dass der Dichtring eine Doppelfunktion ausübt.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. So sind die beiden Spreizflächen an Sensoradapter und Überwurfmutter so ausgebildet und zueinander ausgerichtet, dass der Dichtring bei Überführung aus der Löse- in die Fixierstellung unter Vergrößerung seiner Umfangslänge mit Innen- und Außendurchmesser gleichermaßen radial aufgeweitet wird. Diese bevorzugte Ausführungsform macht sich die Eigenschaft elastischer Dichtringe zunutze, dass diese in Umfangsrichtung deutlich elastischer sind, als in einer Querschnittsebene. Die Durchmesservergrößerung zur Blockierung des Sensoradapters im Grundkörper wird auf effektivere Weise erreicht, indem statt durch ein Zusammenpressen des Dichtring-Querschnitts dieser plattgedrückt und dadurch der Außendurchmesser vergrößert wird, vielmehr wird seine Umfangslänge vergrößert und er insgesamt radial aufgeweitet.
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Als besonders wirksame Formgebung für die Spreizflächen haben sich konische Ringflächen an Sensoradapter und Grundkörper erwiesen, die zueinander in einem sich nach außen öffnenden Keilwinkel angeordnet sind. Durch Zusammenführen der konischen Ringflächen wird der Dichtring radial nach außen gedrängt und damit aufgeweitet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist in der Innenwand des Grundkörpers gegenüber dem Dichtring eine Ringnut zum Eingriff des Dichtrings in seiner Fixierstellung vorgesehen. Dadurch wird zwischen Dichtring und Grundkörper ein Formschluss erzielt, der für eine besonders stabile Halterung des Sensoradapters im Grundkörper sorgt.
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Für eine erhebliche Montageerleichterung sorgt eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Spreizfläche an der Überwurfmutter an einem in den Grundkörper eingreifenden Kragen der Überwurfmutter ausgebildet ist, wobei die axiale Länge des Kragens auf den axialen Abstand der Ringnut zum benachbarten Stirnrand des Grundkörpers abgestimmt ist. Dadurch genügt es bei einer Montage des Sensoradapters vom eintauchseitigen Ende des Grundkörpers her in Lösestellung des Dichtrings die Überwurfmutter mit dem Kragen von unten in den Grundkörper vollständig einzustecken. Damit liegt dann „automatisch“ der Dichtring in seiner Position genau im Bereich der Ringnut. Beim anschließenden Verschrauben von Sensoradapter und Überwurfmutter zueinander tritt der Dichtring also zuverlässig in die Ringnut ein und sorgt für eine zuverlässige Fixierung des Sensoradapters im Grundkörper.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am inneren Ende der Spreizfläche am Sensoradapter eine umlaufende, radial nach außen offene Lagernut für den Dichtring in seiner Lösestellung angeordnet. Damit ist letzterer bei der Demontage des Sensoradapters verliersicher daran gehalten.
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Durch die Grundkonzeption der erfindungsgemäßen Halterung des Sensoradapters am Grundkörper ist es möglich, den Sensoradapter statt die Überwurfmutter mit einem zu einer Prozessflüssigkeit hin offenen Schutzkorb für die Messspitze des im Sensoradapter gehaltenen Messsensors zu versehen. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Ausbau des Sensoradapters mit Messsensor letzterer nach wie vor bei der Handhabung durch den Schutzkorb geschützt ist.
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Eine erfindungsgemäße Eintaucharmatur kann ferner eine längsaxial neutrale Verdrehsicherung zwischen Grundkörper und Sensoradapter aufweisen. Dies bedeutet, dass die Verdrehsicherung so gestaltet ist, dass sie keinen axialen Anschlag aufweist und somit Grundkörper und Sensoradapter ohne Begrenzung in axialer Richtung gegeneinander verschoben werden können. Dies ist im Sinne der erfindungsgemäßen Aufgabe, den Sensoradapter in beiden Richtungen aus dem Grundkörper herausnehmen zu können. Die Verdrehsicherung dient zur Erleichterung der Montage des Sensoradapters durch das Anziehen der Überwurfmutter sowie dem Schutz des Anschlusskabels des Messsensors gegen Verdrehen oder Verdrillen beim Anziehen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Verdrehsicherung ist durch mindestens eine, vorzugsweise mehrere über den Außenumfang von Sensoradapter und Innenumfang vom Grundkörper verteilt angeordnete, parallel zur Längsachse verlaufende, gegenseitig eingreifende Nuten und Stege gebildet.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine ausschnittsweise Seitenansicht einer Eintaucharmatur,
- 2 einen Längsaxialschnitt der Eintaucharmatur gemäß 1 in Montageposition,
- 3 eine ausschnittsweise Seitenansicht der Eintaucharmatur mit abgeschraubter Überwurfmutter,
- 4 einen Längsaxialschnitt der Eintaucharmatur gemäß 3,
- 5 einen ausschnittsweisen Axialschnitt der Einzelheit V nach 2,
- 6 einen ausschnittsweisen Axialschnitt der Einzelheit VI nach 4,
- 7 einen Radialschnitt der Eintaucharmatur gemäß Schnittlinie VII-VII nach 1,
- Fig. 8 und 9 Längsaxialschnitte durch Eintaucharmaturen nach dem Stand der Technik.
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Wie aus 1 und 2 deutlich wird, weist die gezeigte Eintaucharmatur einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 1 auf, in dessen eintauchseitigem Ende 2 ein Sensoradapter 3 montiert ist. Letzterer weist einen im Wesentlichen zylindrischen, massiven Aufnahmekörper 13 auf, in dem in einer zentrisch durchgehenden Bohrung 14 ein Messsensor 9, beispielsweise in Form einer Leitfähigkeits- oder pH-Messelektrode; gehalten ist. Der Aufnahmekörper 13 geht einstückig in einen Schutzkorb 8 über, der insbesondere die empfindliche Messspitze 15 des Messsensors 9 umgibt. Über Öffnungen 16 im Schutzkorb 8 kann die überwachende Prozessflüssigkeit mit der Messspitze 15 in Kontakt kommen.
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Am der Eintauchseite abgewandten Ende des Grundkörpers 1 (nicht dargestellt in den 1 bis 7) sind geeignete Montagemittel, beispielsweise ein Flansch oder eine sogenannte Milchrohr-Verschraubung angeordnet, um die Eintaucharmatur in einem Prozessbehälter oder einer Prozessleitung zu applizieren.
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Für die Befestigung des Sensoradapters 3 im Grundkörper 1 ist ein Dichtring 11 am Sensoradapter 3 vorgesehen, der zwischen einer konischen, ringförmig umlaufenden Spreizfläche 17 am Sensoradapter 3 und einer entsprechenden konischen, ringförmigen Spreizfläche 18 an einer Überwurfmutter 7 eingesetzt wird. Die somit als konische Ringflächen ausgebildeten Spreizflächen 17, 18 sind so zueinander angeordnet, dass sie sich in einen Keilwinkel K nach außen hin öffnen.
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Die Überwurfmutter 7 ist über ein Gewinde 19 zwischen ihr und dem Sensoradapter 3 auf letzteren aufschraubbar, wobei die beiden Spreizflächen 17, 18 durch das Aufschrauben aufeinander zu und durch Abschrauben der Überwurfmutter 7 voneinander weg bewegt werden können.
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Wie insbesondere aus 2 bis 6 hervorgeht, ist der Grundkörper 1 in einem Abstand a (siehe 4) vor seinem eintauchseitigen Ende 2 mit einer peripher umlaufenden Ringnut 20 versehen, die im Querschnitt flachtrapezförmig ausgebildet ist. Die Spreizfläche 18 an der Überwurfmutter 7 ist in diesem Zusammenhang an einem umlaufenden Kragen 21 angelegt, dessen Höhe h (siehe 3) dem Abstand a der Ringnut 20 vom Stirnrand 22 des Grundkörpers im Wesentlichen entspricht.
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Wie insbesondere aus 6 hervorgeht, ist der Sensoradapter 3 am inneren Ende der Spreizfläche 17 mit einer umlaufenden, radial nach außen offenen Lagernut 23 für den Dichtring 11 versehen, mit der letzterer in seiner Lösestellung gehalten wird.
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In 7 ist die Verdrehsicherung von Sensoradapter 3 zu Grundkörper 1 erkennbar, die aus nach innen vorspringenden, parallel zur Längsachse verlaufenden Stegen 24 am Grundkörper 1 und mit diesen in Eingriff stehenden Nuten 25 am Sensoradapter 3 gebildet ist. Durch diese Ausgestaltung ist eine relative Verdrehung von Grundkörper 1 zu Sensoradapter 3 blockiert, wogegen beide Bauteile in axialer Richtung zueinander ungehindert verschiebbar sind.
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Im Folgenden werden nun Montage und Demontage des Sensoradapters 3 mit Messsensor 9 näher erläutert. Ein mit Messsensor 9 bestückter Sensoradapter 3 kann bei abgeschraubter Überwurfmutter 7 von dem oberen, dem eintauchseitigen Ende 2 abgewandten Ende her in den Grundkörper 1 eingeschoben werden. Dabei sitzt der Dichtring 11 in seiner kontrahierten Lösestellung (6) in der Lagernut 23 am Sensoradapter 3. Der Sensoradapter wird so durch den Grundkörper 1 von oben hindurchgeschoben, bis sein unteres Ende mit dem Schutzkorb 8 und dem Gewinde 19 aus dem eintauchseitigen Ende 2 des Grundkörpers 1 heraussteht. Die Überwurfmutter 7 wird auf das Gewinde 19 aufgeschraubt, bis die Spreizfläche 18 am Dichtring 11 in der in 6 gezeigten Position ansteht. Dann kann der Sensoradapter 3 wieder in den Grundkörper 1 zurückgeschoben werden, wobei der Kragen 21 der Überwurfmutter 7 in den Grundkörper 1 eingreift, bis der Ringanschlag 26 um den Kragen 21 der Überwurfmutter 7 am Stirnrand 22 des Grundkörpers anschlägt. In dieser Position steht der Dichtring 11 im Wesentlichen mit der Ringnut 20 auf gleicher Höhe. Bei einem weiteren Verschrauben der Überwurfmutter 7 mit dem Sensoradapter 3, der durch die Verdrehsicherung V gegen ein Rotieren innerhalb des Grundkörpers 1 blockiert ist, untergreift die Spreizfläche 18 der Überwurfmutter 7 den Dichtring 11 und weitet diesen in Zusammenwirkung mit der Spreizfläche 17 am Sensoradapter 3 radial unter Vergrößerung der Umfangslänge des Dichtrings 11 auf. Innendurchmesser d und Außendurchmesser D des Dichtrings 11 werden also nahezu gleichermaßen erweitert. Dadurch greift der Dichtring 11 zunehmend in die Ringnut 20 ein, wo er - wie in 5 gezeigt ist - schließlich unter Formschlusseingriff mechanisch gegen ein Verschieben in Axialrichtung gesichert und unter Abdichtung gegenüber dem Grund 27 der Ringnut 20 und der Spreizfläche 17 sitzt. Somit ist der Spalt zwischen Grundkörper 1 und Sensoradapter 3 in Richtung weg vom Prozess abgedichtet und der Sensoradapter 3 gleichzeitig mechanisch im Grundkörper 1 fixiert.
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Zum Ausbau des Sensoradapters 3 genügt es, die Überwurfmutter 7 soweit zu lösen, dass der Dichtring 11 komplett aus der Ringnut 20 nach innen ausgetreten ist. Dann kann der Sensoradapter zusammen mit der Überwurfmutter 7 nach unten vom Grundkörper 1 durch das eintauchseitige Ende 2 herausgezogen werden. Soll der Sensoradapter 3 nach oben entnommen werden, so braucht die Überwurfmutter 7 lediglich komplett vom Sensoradapter 3 abgeschraubt und heruntergenommen werden. Damit ist der Weg frei, den Sensoradapter 3 nach oben bezogen auf 2 herauszuziehen.
