DE102018102571A1

DE102018102571A1 - Prozesssondenanordnung mit Sammelaufsatz und Sammelaufsatz

Info

Publication number: DE102018102571A1
Application number: DE102018102571.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Mannhardt
Original assignee: Blue Ocean Nova GmbH
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-08-08
Also published as: WO2019154836A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prozesssondenanordnung, umfassend- eine Prozesssonde (1) mit einem gegenüber einem Sondengehäuse (2) in eine Messposition bewegbaren Sondenteil- wobei der bewegbare Sondenteil mindestens ein Messfenster (4) aufweist und wobei ein Sammelaufsatz (7) vorhanden ist, welcher ein mindestens teilweise abgeschlossenes Teilvolumen bildet, wobei das Messfenster (4) in einer Messposition des bewegbaren Sondenteiles an das Teilvolumen angrenzt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Sammelaufsatz (7) zur Aufnahme von Medien.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prozesssondenanordnung zur Bestimmung chemischer oder physikalischer Eigenschaften von Medien in Prozessräumen sowie einen Sammelaufsatz für Prozesssonden. Derartige Prozesssonden werden oftmals durch eine Wandung in einen Prozessraum, beispielsweise einen Fermenter oder etwas Ähnliches eingeführt, in welchem sie in Kontakt mit dem zu untersuchenden Medium gelangen.
Typischerweise sind derartige Sonden als optische Sonden ausgebildet, mittels derer spektroskopische Untersuchungen zur Zusammensetzung von Medien vorgenommen werden können. In den genannten Prozessräumen können insbesondere Vorgänge wie beispielsweise Trocknungen oder andere Behandlungen von Pulvern erfolgen; ebenso kann ein Prozessraum auch als Teilbereich eines Rohres ausgebildet sein, in welchem ein Medium aufgrund der Gravitation oder auch mittels eines Fluidstromes transportiert wird. Eine Herausforderung beim Betrieb der eingangs genannten Sonden besteht darin, für eine zuverlässige Bestimmung der Eigenschaften des im Prozessraum befindlichen Mediums eine definierte Probenaufbereitung zu erreichen. So hängt das Messergebnis insbesondere auch einer optischen Analyse oftmals auch von der Schichtdicke und damit dem Weg ab, welchen die zur Messung verwendete elektromagnetische Strahlung durch das zu analysierende Medium nimmt.
Die Verteilung des zu analysierenden Mediums im Bereich der Prozesssonde ist ohne weitere Maßnahmen häufig - gerade bei gewollten Verwirbelungen eines Mediums in einem Prozessraum bei Trocknungsvorgängen - oftmals dem Zufall unterworfen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Prozesssondenanordnung und einen Sammelaufsatz zu schaffen, bei welcher ein Medium mittels einer Prozesssonde unter gegenüber dem Stand der Technik besser reduzierbaren Bedingungen untersucht werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Prozesssondenanordnung umfasst eine Prozesssonde 1 mit einem gegenüber einem Sondengehäuse in eine Messposition bewegbaren Sondenteil, wobei der bewegbare Sondenteil mindestens ein Messfenster aufweist. Erfindungsgemäß ist im Prozessraum ein Sammelaufsatz vorhanden, welcher ein mindestens teilweise abgeschlossenes Teilvolumen bildet, wobei das Messfenster in einer Messposition des bewegbaren Sondenteiles an das Teilvolumen angrenzt.
Insbesondere kann das Teilvolumen nach oben hin (also im umgangssprachlich üblichen Sinne entgegen der Wirkung der Gravitationskraft) offen ausgebildet sein und ein Boden des Teilvolumens kann durch einen Teil des bewegbaren Sondenteils gebildet werden, welcher das mindestens eine Messfenster enthält.
Mit anderen Worten bildet die Kombination aus dem Sammelaufsatz und dem bewegbaren Sondenteil eine löffelartige Struktur aus, die sich besonders gut zur Aufnahme des zu analysierenden Mediums eignet, da das beispielsweise in einem Prozessraum befindliche Medium in dem Teilvolumen aufgenommen werden kann.
Dadurch, dass der Sammelaufsatz mit dem Sondengehäuse fest verbunden, insbesondere verschraubt ist, kann erreicht werden, dass die Relativanordnung der beiden Komponenten Sammelaufsatz und bewegbarer Sondenteil zueinander zuverlässig beibehalten wird. Typischerweise, aber nicht zwingend ist das Sondengehäuse mit der Wandung eines Prozessraumes verbunden, beispielsweise mit einem Flansch an der Außenseite der Wandung verschraubt. Wenn nun der bewegbare Teil der Sonde beispielsweise zu Wartungs- oder Reinigungszwecken vollständig aus dem Prozessraum zurückgezogen wird, kann der Sammelaufsatz an seiner Position im Prozessraum verbleiben; bei einem erneuten Einführen des bewegbaren Sondenteils in den Prozessraum kann er dann ohne weitere Maßnahmen wieder direkt am Sammelaufsatz angeordnet werden.
In der zurückgezogenen Position des bewegbaren Sondenteils kann auch die Unterseite des Sammelaufsatzes offen ausgebildet sein, da der Boden des Teilvolumens durch einen Teil des bewegbaren Sondenteils gebildet werden kann. In dieser Position des Sondenteils kann auch ein Prozessraum besonders günstig gereinigt werden, da in diesem Fall typischerweise keine Reste von Reinigungsmitteln in dem Teilvolumen verbleiben.
Der bewegbare Sondenteil kann insbesondere als zylindrischer Schaft ausgebildet sein, welcher in seiner Axialrichtung bewegbar ist. Beispielhaft für derartige Sonden sei an dieser Stelle die sogenannte Lighthouse-Sonde der Blue Ocean Nova AG genannt; der erfindungsgemäße Sammelaufsatz kann in Verbindung mit der genannten Sonde besonders vorteilhaft zur Anwendung kommen.
Wenn der Sammelaufsatz einen Abschnitt aufweist, der geometrisch derart an die Außenkontur des zylindrischen Schaftes angepasst ist, dass er zusammen mit dem Schaft die Begrenzungsflächen des Teilvolumens ausbildet, sobald sich der bewegbare Sondenteil in Messposition befindet, kann die gewünschte Funktionalität auf besonders einfache Weise realisiert werden.
Dadurch, dass das Messfenster bei einer Bewegung des Sondenteiles gegenüber dem Sondengehäuse in einen Prozessraum eintritt bzw. aus dem Prozessraum austritt und der bewegbare Teil einen Dichtabschnitt umfasst, der in einer zurückgezogenen Position des bewegbaren Teiles den das mindestens eines Messfenster umfassenden Teil des bewegbaren Teiles gegenüber dem Prozessraum abdichtet, kann ein Betriebszustand hergestellt werden, in welchem der Prozessraum wie auch das Messfenster mit geringem Aufwand gereinigt werden können; auch eine Kalibrierung der Sonde ist hierdurch auf einfache Weise möglich.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist mindestens eine Öffnung an einer dem Teilvolumen zugewandten Innenseite des Sammelaufsatzes vorhanden, welche über Gasanschlüsse mit druckbeaufschlagtem Gas versorgt werden kann, wodurch eine effektive Möglichkeit geschaffen wird, dass Teilvolumen durch Ausblasen zu leeren. Dabei kann die mindestens eine Öffnung dazu eingerichtet sein, einen Gasstrahl auf mindestens ein Messfenster zu richten.
Dieser Vorgang kann insbesondere dadurch unterstützt werden, dass die dem Teilvolumen zugewandten, quer zur Längsachse der Sonde verlaufenden Innenseiten des Sammelaufsatzes nach oben hin nach außen geneigt sind, vorteilhafterweise um einen Neigungswinkel zur Vertikalen im Bereich von 10°-30°, insbesondere im Bereich von 20°.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Prozesssondenanordnung in perspektivischer Ansicht. Dabei umfasst die Prozesssondenanordnung eine Prozesssonde 1 mit einem Gehäuse 2 und einen innerhalb des Gehäuses 2 in seiner axialen Richtung entlang der Längsachse A der Sonde beweglichen Sondenschaft 3. Die axiale Beweglichkeit des Sondenschaftes 3 dient insbesondere dazu, den Sondenschaft 3 bei Bedarf in einen in der Figur nicht gesondert bezeichneten Prozessraum einzuführen bzw. wieder aus dem Prozessraum zu entfernen. Im Sondenschaft 3 integriert sind in radialer Richtung angeordnete Messfenster 4, die in eine Umfangswandung des Sondenschaftes 3 eingesetzt sind. Eine derartige Prozesssonde 1 kann beispielsweise durch Verbindung eines dargestellten Dichtflansches 5 mit einem Gegenflansch an einem Prozessraum angebracht werden, so dass die Prozesssonde 1 von außen für Anschlüsse 6 wie beispielsweise für Reinigungsmedien, Kalibrationsmedien wie auch für elektrische oder optische bzw. Datenanschlüsse zugänglich bleibt.
Wie bereits erwähnt gewährleistet der axial bewegliche Sondenschaft 3 ein Herausziehen bzw. Einschieben des Sondenschaftes 3 in den Prozessraum. Erfindungsgemäß ist im gezeigten Beispiel an der Stirnseite des Gehäuses 2 über einen Befestigungsabschnitt 11 ein Sammelaufsatz 7 an diesem angeschraubt, welcher in seiner Geometrie an die Außenkontur des Sondenschaftes 3 derart angepasst ist, dass er zusammen mit der Außenkontur bei eingeschobenem Sondenschaft 3 ein teilweise abgeschlossenes Teilvolumen aufweist.
Gut erkennbar in der Figur ist auch, dass das Messfenster 4 dem so geschaffenen Teilvolumen zugewandt ist, so dass innerhalb des Teilvolumens optische Messungen wie beispielsweise unter Verwendung von Ramanspektroskopie oder auch Fluoreszenzmessungen ebenso wie weitere Messungen vorgenommen werden können. In der gezeigten Konfiguration weist das Teilvolumen mit seiner offenen Seite entgegen der Wirkung der Gravitationskraft, also entsprechend dem üblichen Sprachgebrauch nach oben. Nach unten abgedichtet ist das Teilvolumen durch die Umfangswandung des Sondenschaftes 3 mit dem Messfenster 4.
Befindet sich nun eine derartige Prozesssonde 1 mit dem dargestellten Sammelaufsatz 7 in einem Prozessraum, in welchem beispielsweise ein pulverförmiges Medium zu Trocknungszwecken verwirbelt wird, so wird sich das Medium allein aufgrund der Einwirkung der Gravitation im Laufe der Zeit in dem Teilvolumen soweit ansammeln, bis es über die Seitenwände des Teilvolumens herunterrieselt und keine weitere Erhöhung der Menge des Mediums in dem Teilvolumen mehr erfolgt. Damit können definierte Bedingungen zur Messung geschaffen werden und insbesondere eine vergleichsweise zuverlässig und einfach herstellbare reduzierbare Schichtdicke erreicht werden.
Zieht man nun beispielsweise zu Reinigungs- oder Kalibrationszwecken den Sondenschaft 3 nach außen aus dem Prozessraum heraus, so gibt der zurückweichende vordere Teil des Sondenschaftes 3, der mit einem Dichtabschnitt in Form einer Dichtkappe 8 versehen ist, den unteren Bereich des Sammelaufsatzes 7 frei, so dass das angesammelte Medium aufgrund der Wirkung der Gravitation und gegebenenfalls auch aufgrund der Umströmung mit einem Gas oder ähnlichem aus dem nunmehr oben wie unten offenen Teilvolumen entfernt wird.
In einer vollständig zurückgezogenen Position des Sondenschaftes 3 verschließt die Dichtkappe 8 den Prozessraum nach außen, so dass auch der Prozessraum einem Reinigungsprozess unterzogen werden kann, ohne dass zu befürchten ist, dass Reinigungsmittel nach außen oder auch ins Innere des Gehäuses der gezeigten Prozesssonde 1 übertritt. Jedoch wird der Sammelaufsatz 7 aufgrund seines Verbleibs im Inneren des Prozessraumes bei der Reinigung des Prozessraumes mit gereinigt. Parallel hierzu kann innerhalb des Gehäuses 2 in entsprechend ausgebildeten Wasch- bzw. Kalibrationskammern der Prozesssonde 1 eine Reinigung der Messfenster 4 und auch eine Kalibration der Sonde 1 erfolgen. Hierzu können die im Inneren des Gehäuses 2 ausgebildeten Kammern über die dargestellten Anschlüsse 6 mit Reinigungs- bzw. auch Kalibrationsmedien versorgt werden. Im Ergebnis ergibt sich eine weiter verbesserte Prozesssonde 1, die insbesondere unter dem Aspekt der Reproduzierbarkeit von Messungen gegenüber dem Stand der Technik deutliche Vorteile aufweist.
Weiterhin erkennbar in der Figur sind Öffnungen 9 an den dem Teilvolumen zugewandten Innenseiten des Sammelaufsatzes 7. Diese Öffnungen 9 stellen Austrittsöffnungen von Kanälen da, welche über die Gasanschlüsse 10 bedarfsweise mit druckbeaufschlagtem Gas; insbesondere Luft oder Stickstoff versorgt werden können. Das austretende unter Druck stehende Gas dient insbesondere dazu, dass Teilvolumen zu leeren, d.h. nach einem Messvorgang noch im Teilvolumen enthaltenes Medium, beispielsweise Pulver aus diesem herauszublasen und so die Möglichkeit zu schaffen, im Teilvolumen neues Medium aufzunehmen. Weiterhin erkennbar aus der Figur ist, dass die dem Teilvolumen zugewandten Innenseiten des Sammelaufsatzes 7 nach oben hin etwas nach außen geneigt sind, wodurch das Ausblasen des Teilvolumens erleichtert wird.
2 zeigt eine seitliche Ansicht eines exemplarischen erfindungsgemäßen Sammelaufsatzes 7. Gut erkennbar in 2 ist die schräge Ausführung der quer zur Längsachse A der Sonde verlaufenden Innenseiten des Sammelaufsatzes 7; im gezeigten Beispiel verlaufen die Innenseiten zueinander in einem Winkel α von ca. 40°, also jeweils etwa um einen Winkel von 20° gegenüber der Vertikalen. Weiterhin gut erkennbar in der 2 sind die Öffnungen 9 sowie die ihnen zugeordneten Kanäle 12 und 13, die in der Figur gestrichelt gezeichnet sind. Aus der Figur wird insbesondere auch der schräge Verlauf des Kanals 13 dar. Der gezeichnete schräge Verlauf führt dazu, dass eine gedachte Längsachse des Kanals 13 in montiertem Zustand des Sammelaufsatzes 7 in ihrer Verlängerung auf ein Messfenster (in der Figur nicht dargestellt) trifft. Hierdurch wird beim Ausblasen des Sammelaufsatzes 7 eine besonders gründliche Reinigung des Messfensters sichergestellt. Entsprechendes gilt für die dem Kanal 12 zugeordnete Öffnung 9, die ebenfalls derart ausgerichtet ist, dass ein austretender Gasstrahl mindestens teilweise auf ein Messfenster der Sonde trifft. Die Verhältnisse sind anhand der perspektivischen Darstellung in 3 noch einmal verdeutlicht.
4 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Sammelaufsatzes 7, wobei die Schnittebene senkrecht zur Längsachse A der Sonde verläuft. Der in der Figur dargestellte Winkel β bezeichnet den Winkel der beiden parallel zur Längsachse A der Sonde verlaufenden Innenseiten des Sammelaufsatzes zu einander. Im gezeigten Beispiel beträgt β ca. 100°. Ebenfalls gut erkennbar aus der Figur ist der schräge Verlauf der gestrichelt dargestellten Kanäle 13.
Bezugszeichenliste

1: Prozesssonde
2: Gehäuse
3: Sondenschaft
4: Messfenster
5: Dichtflansch
6: Anschluss
7: Sammelaufsatz
8: Dichtkappe
9: Öffnung
10: Gasanschluss
11: Befestigungsabschnitt
12: Kanal
13: Kanal
A: Längsachse der Sonde

Claims

Prozesssondenanordnung, umfassend - eine Prozesssonde (1) mit einem gegenüber einem Sondengehäuse (2) in eine Messposition bewegbaren Sondenteil - wobei der bewegbare Sondenteil mindestens ein Messfenster (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammelaufsatz (7) vorhanden ist, welcher ein mindestens teilweise abgeschlossenes Teilvolumen bildet, wobei das Messfenster (4) in der Messposition des bewegbaren Sondenteiles an das Teilvolumen angrenzt.
Prozesssondenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilvolumen nach oben hin offen ausgebildet ist und ein Boden des Teilvolumens durch einen Teil des bewegbaren Sondenteils gebildet wird, welcher das mindestens eine Messfenster (4) enthält.
Prozesssondenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelaufsatz (7) mit dem Sondengehäuse (2) fest verbunden, insbesondere verschraubt ist.
Prozesssondenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Sondenteil als zylindrischer Schaft (3) ausgebildet ist, welcher in seiner Axialrichtung bewegbar ist.
Prozesssondenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelaufsatz (7) einen Abschnitt aufweist, der geometrisch derart an die Außenkontur des zylindrischen Schaftes (3) angepasst ist, dass er zusammen mit dem Schaft die Begrenzungsflächen des Teilvolumens ausbildet, sobald sich der bewegbare Sondenteil in Messposition befindet.
Prozesssondenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (4) bei einer Bewegung des Sondenteiles gegenüber dem Sondengehäuse (3) in einen Prozessraum eintritt bzw. aus einem Prozessraum austritt und der bewegbare Teil einen Dichtabschnitt (8) umfasst, der in einer zurückgezogenen Position des bewegbaren Teiles den das mindestens eine Messfenster (4) umfassenden Teil des bewegbaren Teiles gegenüber dem Prozessraum abdichtet.
Prozesssondenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung (9) an einer dem Teilvolumen zugewandten Innenseite des Sammelaufsatzes (7) vorhanden ist, welche über einen Gasanschluss (10) mit druckbeaufschlagtem Gas versorgt werden kann.
Prozesssondenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (9) dazu eingerichtet ist, einen Gasstrahl auf mindestens ein Messfenster (4) zu richten.
Prozesssondenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Teilvolumen zugewandten, quer zur Längsachse (A) der Sonde verlaufenden Innenseiten des Sammelaufsatzes (7) nach oben hin nach außen geneigt sind.
Prozesssondenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Teilvolumen zugewandten Innenseiten des Sammelaufsatzes (7) mit einem Neigungswinkel im Bereich von 10°-30°, insbesondere im Bereich von 20° nach oben hin nach außen geneigt sind.
Sammelaufsatz (7) für eine Prozesssonde (1), wobei der Sammelaufsatz (7) ein nach oben und unten offenes Teilvolumen und einen Befestigungsabschnitt (11) zur Befestigung an der Prozesssonde (1) umfasst.
Sammelaufsatz (7) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung (9) an einer dem Teilvolumen zugewandten Innenseite des Sammelaufsatzes (7) vorhanden ist, welche über einen Gasanschluss (10) mit druckbeaufschlagtem Gas versorgt werden kann.
Sammelaufsatz (7) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (9) dazu eingerichtet ist, einen Gasstrahl auf mindestens ein Messfenster (4) zu richten.
Sammelaufsatz (7) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Teilvolumen zugewandten, quer zur Längsachse (A) der Sonde verlaufenden Innenseiten des Sammelaufsatzes (7) nach oben hin nach außen geneigt sind.
Sammelaufsatz (7) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Teilvolumen zugewandten Innenseiten des Sammelaufsatzes (7) mit einem Neigungswinkel im Bereich von 10°-30°, insbesondere im Bereich von 20° nach oben hin nach außen geneigt sind.