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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorgehäuse. Weiterhin betrifft sie einen Sensor, welcher das Sensorgehäuse aufweist.
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Stand der Technik
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Kapazitive Füllstandsensoren im Bereich der Medizintechnik und der Lebensmittelindustrie, wie insbesondere Prozesssensoren, die mit Pharmaprodukten oder mit Lebensmitteln in Kontakt kommen, müssen besonderen Anforderungen bezüglich der Prozessführung und des hygienegerechten Designs entsprechen. Eine hygienegerechte Werkstoffauswahl, eine applikationsgerechte Oberflächenrauheit, die Formgestaltung und der Aufbau der Komponenten sowie die spaltfreie Ausführung von produktberührenden Komponenten sollen eine hygienische Prozessführung unterstützen und die Reinigung und Sterilisierung der Sensoren erleichtern, um so das Risiko einer Kontamination des Produkts auszuschließen. Diese Anforderungen werden indirekt in der EG-Verordnung Nr. 1935/2004 formuliert.
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Die
DE 10 2006 012 115 A1 schlägt einen sterilisierbaren Einwegeinsatz für ein Messinstrument vor. Dieser besteht aus einem elastomeren Material und dient in Verbindung mit einem Einwegbehältereinsatz zur Abdeckung des Inneren eines Behälters. Ein Messfühler des Messinstruments wird in den Einwegeinsatz eingeführt. Die Form des Einwegeinsatzes folgt den äußeren Konturen des Messfühlers und eines Prozessanschlusses zum Einbauen des Messfühlers auf einem Gegenanschluss auf dem Behälter.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorgehäuse bereitzustellen, welches einen hygienischen Schutz eines Sensors vor einem Produkt ermöglicht und dabei in umweltfreundlicher Weise mehrfach verwendbar ist. Hierzu soll es insbesondere in einem CIP/SIP-Prozess (Clean in Place/Sterilization in Place) im geschlossenen Prozess reinigbar und desinfizierbar sein und auch eine Sterilisation in einem Autoklaven überstehen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Sensor bereitzustellen, welcher ein solches Sensorgehäuse aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Sensorgehäuse gelöst, welches einen Grundkörper und eine Medienkontaktierungskappe aufweist. Unter einer Medienkontaktierungskappe wird dabei eine Kappe verstanden, welche mit festen, flüssigen oder gasförmigen Medien in Kontakt kommen kann, die hygienegerecht gehandhabt werden müssen. Die Medienkontaktierungskappe ist teilweise aber nicht vollständig in einer Ausnehmung des Grundkörpers angeordnet. Diese Anordnung ist lösbar, so dass die Medienkontaktierungskappe zum Zweck der Reinigung und Desinfizierung vom Grundkörper gelöst und später wieder an diesen angebracht werden kann. Die Medienkontaktierungskappe weist eine kreisförmig an dieser umlaufende Ausnehmung auf, die zur teilweisen Aufnahme eines Dichtungselements für eine Metallschelle dient.
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Metallschellenverbindungen, die insbesondere den Normen ISO 2852 und/oder DIN 32676 genügen, gelten als hygienegerecht und CIP/SIP-fähig. Sie sind beispielsweise unter der Marke Triclamp® kommerziell erhältlich. Sie ermöglichen das Anbringen eines Sensorgehäuses an einen Behälter mittels eines behälterseitigen Anschweißflansches, einer sensorseitigen Dichtfläche des Dichtungselements und einer Befestigungsklammer. Im erfindungsgemäßen Sensorgehäuse dient die Medienkontaktierungskappe nicht nur dazu ein Messelement eines in ihr positionierten Sensors von einem Medium zu trennen, sondern sie fungiert gleichzeitig auch als sensorseitige Dichtfläche. Ein medienberührender nicht hygienischer Übergang zwischen dem Gehäuse und der Medienkontaktierungskappe in einem Bereich des Sensorgehäuses, welches in Medienkontakt steht, wird auf diese Weise vermieden. Das Medium kommt vielmehr ausschließlich mit der spaltfreien Oberfläche der Medienkontaktierungskappe in Berührung.
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Während der Grundkörper aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen kann, ist es bevorzugt, dass die Medienkontaktierungskappe aus mindestens einem Kunststoff besteht. Dies ermöglicht die Verwendung des Sensorgehäuses auch für kapazitive Sensoren, denen eine Detektion durch metallische Wandungen prinzipiell nicht möglich ist.
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Bei dem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um Polytetrafluorethylen (PTFE) oder um Polyetheretherketon (PEEK). Dieser Kunststoff ist gegenüber der hohen thermischen Belastung von bis zu 150°C und der hohen Druckbelastung von bis zu 6 bar bei der Reinigung und Desinfizierung in einem Autoklaven beständig. Außerdem ist er chemisch beständig gegen alkatische und saure Reinigungsmittel.
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Die Medienkontaktierungskappe weist vorzugsweise einen scheibenförmigen Abschnitt und zumindest einen hohlzylinderförmigen Abschnitt auf. Dabei ist der scheibenförmige Abschnitt in der Ausnehmung des Grundkörpers angeordnet. Besonders bevorzugt ist er vollständig in dieser Ausnehmung angeordnet, um ein stufenloses Abschließen der Medienkontaktierungskappe mit dem Grundkörper zu ermöglichen. Die umlaufende Ausnehmung ist in dem scheibenförmigen Abschnitt angeordnet. Während der scheibenförmige Abschnitt also als Dichtfläche fungiert, kann der hohlzylinderförmige Abschnitt das Messelement eines Sensors aufnehmen. Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere hohlzylinderförmige Abschnitte beispielsweise stufenförmig hintereinander angeordnet sind. Der scheibenförmige Abschnitt ist so durchbrochen, dass der Hohlraum des hohlzylinderförmigen Abschnitts bzw. der hohlzylinderförmigen Abschnitte sich auch durch den scheibenförmigen Abschnitt hindurch erstreckt und auf diese Weise mit einem Hohlraum im Grundkörper verbunden werden kann.
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Das Sensorgehäuse weist weiterhin vorzugsweise ein Dichtungselement für eine Metallschelle auf, welches einen Eingriffsbereich beispielsweise in Form einer Verdickung aufweist. Der Eingriffsbereich greift in die Ausnehmung der Medienkontaktierungskappe ein, so dass das Dichtungselement gegenüber der Medienkontaktierungskappe genau positioniert wird. Auf diese Weise wird ein Verrutschen des Dichtungselements verhindert, was zu einer Undichtigkeit der Metallschellenverbindung führen könnte.
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Weiterhin weist das Sensorgehäuse vorzugsweise einen Anschweißflansch auf. Ein solcher Anschweißflansch, der auch als Anschweißstutzen bezeichnet werden kann, dient dazu, das Sensorgehäuse mit einem Medienbehälter zu verbinden. Genauso wie die Medienkontaktierungskappe weist auch der Anschweißflansch eine kreisförmig an diesem umlaufende Ausnehmung auf. Der Eingriffsbereich des Dichtungselements greift auch in die Ausnehmung des Anschweißflansches ein, so dass auch dessen Position gegenüber dem Dichtungselement und damit auch gegenüber der Medienkontaktierungskappe festgelegt wird.
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Um die Medienkontaktierungskappe und den Anschweißflansch mittels einer Metallschellenverbindung hygienisch miteinander zu verbinden, ist es weiterhin bevorzugt, dass das Sensorgehäuse eine Befestigungsklammer aufweist, welche das Gehäuse, das Dichtungselement und den Anschweißflansch aneinander festklemmt. Vorzugsweise umschließt die Befestigungsklammer das Gehäuse, das Dichtungselement und den Anschweißflansch jeweils zumindest teilweise.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich das Dichtungselement zwischen das Gehäuse und die Befestigungsklammer erstreckt. Dies kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass das Dichtungselement einen ringförmigen Abschnitt aufweist, der auf der Medienkontaktierungskappe aufliegt und eine dagegen rechtwinklig abgewinkelte ringförmige Lippe aufweist, welche das Gehäuse umschließt. Der erste ringförmige Abschnitt weist dabei den Eingriffsbereich auf und der zweite ringförmige Abschnitt kommt zwischen dem Gehäuse und der Befestigungsklammer zum Liegen und verhindert so, dass die innere Umfangsfläche der Befestigungsklammer auf das Gehäuse drückt. So wird ein Metallabrieb verhindert, welcher langfristig zu einer Undichtigkeit führen könnte.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Sensor gelöst. Dieser Sensor weist das erfindungsgemäße Sensorgehäuse auf. Ein Messelement des Sensors ist dabei in der Medienkontaktierungskappe des Sensorgehäuses angeordnet. Es kann auf diese Weise in die Nähe eines Mediums gebracht werden, wird dabei aber durch die Medienkontaktierungskappe in hygienischer Weise vor diesem geschützt.
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Grundsätzlich kann das Messelement für verschiedenste Sensoranwendungen wie beispielsweise die Messung der Temperatur, des Drucks, der Strömungsgeschwindigkeit oder des pH-Werts eines Mediums verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Messelement allerdings um ein kapazitives Messelement. Da kapazitive Messelemente nicht durch metallische Wandungen hindurch detektieren können, kann hierbei der Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorgehäuses genutzt werden, dass die Medienkontaktierungskappe aus einem anderen Material als der Grundkörper bestehen darf und damit aus einem Kunststoff gefertigt werden kann.
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Wenn das Sensorgehäuse einen Anschweißflansch aufweist, dann befindet sich das Sensorelement vorzugsweise in einem Abschnitt der Medienkontaktierungskappe, der sich entlang der Längsachse des Sensors über den Anschweißflansch hinaus erstreckt. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Messelement vom metallenen Anschweißflansch umgeben wird, was ebenfalls insbesondere für kapazitive Anwendungen von Vorteil ist.
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Um sicherzustellen, dass beim Entfernen der Medienkontaktierungskappe zum Zweck der Reinigung und Desinfektion das Messelement keinen schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt wird, ist es bevorzugt, dass das Messelement weiterhin von einer Isolierkappe umgeben ist, die sich in den Grundkörper hinein erstreckt. Das Messelement kann dann in der Medienkontaktierungskappe angeordnet werden, indem es gemeinsam mit der Isolierkappe in diese eingeführt wird. Die Isolierkappe besteht bevorzugt aus einem Kunststoff, besonders bevorzugt aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder aus Polyetheretherketon (PEEK).
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne seine Metallschellenverbindung.
- 2 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne seine Befestigungsklammer.
- 3 zeigt eine Aufsicht auf eine Befestigungsklammer eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 4 zeigt eine isometrische Längsschnittdarstellung eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 5 zeigt in einer Längsschnittdarstellung die Anordnung eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf einem Behälter.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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1 zeigt einen Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit Teilen seines Sensorgehäuses. Er weist ein Gehäuse 10 auf, das vorliegend aus Edelstahl besteht. In einer Stirnfläche des Gehäuses 10 befindet sich eine Ausnehmung 11, die ringförmig um einen entlang der Längsachse des Gehäuses 10 verlaufenden Hohlraum umläuft. Eine Medienkontaktierungskappe 20 ist teilweise in dieser Ausnehmung 11 angeordnet. Auf ihrer vom Gehäuse 10 abgewandten Seite weist sie eine kreisförmig an dieser Seite umlaufende Ausnehmung 21 auf. Die Medienkontaktierungskappe 20 umfasst vier Abschnitte 22 bis 25. Diese sind einstückig miteinander ausgebildet und bestehen vorliegend aus PTFE. Der erste Abschnitt 22 hat im Wesentlichen die Form einer Scheibe, die in ihrer Mitte kreisförmig durchbrochen ist. Er ist vollständig in der Ausnehmung 11 des Grundkörpers 10 angeordnet. Die Ausnehmung 21 der Medienkontaktierungskappe 20 befindet sich in diesem ersten Abschnitt 22. Der zweite Abschnitt 23 ist hohlzylinderförmig und weist einen Innendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser der Öffnung im ersten Abschnitt 22 entspricht. Der dritte Abschnitt 24 weist sowohl einen geringeren Innendurchmesser als auch einen geringeren Außendurchmesser als der zweite Abschnitt auf. Der vierte Abschnitt weist denselben Innendurchmesser wie der dritte Abschnitt, jedoch einen noch geringeren Außendurchmesser auf. Er ist an seiner Stirnfläche geschlossen.
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Ein Messelement 30 in Form einer verzinnten Elektrode, welche aus einer Kupfer-Zink-Legierung besteht, ist in dem vierten Abschnitt 25 angeordnet. Zur Signalübertragung weist es einen versilberten Kupferdraht 31 auf, welcher in einem ersten Schlauch 32 aus PTFE geführt ist. Ein zweiter Schlauch 33, der als Schrumpfschlauch ausgeführt ist, umgibt einen weiteren Draht. In diesem Schlauch 33 ist weiterhin ein Widerstand 34 angeordnet. Die beiden Schläuche 32, 33 sind über einen Großteil ihrer Länge von einer verzinnten Schirmelektrode 35, welche aus einer Kupfer-Zink-Legierung besteht, umgeben. Ein Isolierkörper 36 aus PTFE trennt das Messelement 30 von der Schirmelektrode 35. Alle diese Komponenten 30 bis 36 sind gemeinsam von einer Isolierkappe 40 aus PEEK umgeben. Diese erstreckt sich über die gesamte Länge der Medienkontaktierungskappe 20 und über einen Teil der Länge des Gehäuses 10. Sie ist sowohl mit einer scharfkantigen Gehäuseöffnung hygienisch als auch innerhalb des Gehäuses 10 durch eine um sie umlaufende Dichtung 41 aus EPDM redundant abgedichtet. Sie wird von einem Triaxialstecker 50 abgeschlossen, der mittels eines Klebers 51 mit einem Rohrabschluss 52 elektrisch leitend fixiert ist. Dieser ist mittels einer Dichtung aus EPDM gegenüber dem Gehäuse abgedichtet.
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Der Sensor ist als kapazitiver Sensor zur Füllstandsmessung ausgeführt. Um ihn an einem Behälter anzuordnen zu können, wird ein Dichtungselement 60, das vorliegend aus EPDM besteht, so auf den ersten Abschnitt 21 der Medienkontaktierungskappe 20 angeordnet, dass es mit einem um diesen umlaufenden Eingriffsbereich 61 in die Ausnehmung 21 der Medienkontaktierungskappe 20 eingreift. Der Eingriffsbereich 61 befindet sich dabei in einem ringförmigen Bereich 62 des Dichtungselements 60, welcher auf der Medienkontaktierungskappe 20 aufliegt. Eine Lippe 63 ist gegenüber diesem Bereich 62 um 90° abgewinkelt und umschließt den Bereich des Gehäuses 10, in dem sich dessen Ausnehmung 11 befindet. Ein Anschweißflansch 70 aus Edelstahl, der eine Ausnehmung 71 aufweist, die ringförmig an dessen Stirnfläche umläuft, wird mit der Stirnfläche so auf das Dichtungselement 60 aufgesetzt, dass der Eingriffsbereich 61 in die Ausnehmung 71 des Anschweißflansches 70 eingreift. Die Länge des Anschweißflansches 70 ist so gewählt, dass sich der zweite Abschnitt 23 und der dritte Abschnitt 24 der Medienkontaktierungskappe 20 innerhalb des Anschweißflansches 70 befinden, während der vierte Abschnitt 25 sich außerhalb des Anschweißflansches 70 befindet. Dies führt dazu, dass auch das Messelement 30 außerhalb des Anschweißflansches 70 positioniert ist und somit nicht von Metall umgeben ist.
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3 zeigt eine Befestigungsklammer 80, die für eine Triclamp®-Metallschellenverbindung vorgesehen ist. Wie in 4 dargestellt ist, können mittels dieser Befestigungsklammer das Gehäuse 10, die Medienkontaktierungskappe 20 und der Anschweißflansch 70 aneinander festgeklemmt werden. Dabei erfolgt eine Abdichtung zwischen der Medienkontaktierungskappe 20 und dem Anschweißflansch 70 durch das Dichtungselement 60. Die effektive Dichtfläche des Dichtungselementes 60 ist im gesamten Umfang leicht konisch ausgeführt, um durch höhere Druckkräfte auf Medienseite eine hygienische Abdichtung zu realisieren. Die Lippe 63 des Dichtungselements 60 kommt an der Umfangsfläche des Gehäuses 10 zum Liegen und verhindert so, dass die Befestigungsklammer 80 unmittelbar auf das Gehäuse 10 drückt und sichert gleichzeitig die Position des Dichtelementes 60 zum Gehäuse 10.
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Um den Sensor für eine Füllstandsmessung zu verwenden, wird der Anschweißflansch 70 in der in 5 dargestellten Weise an einer Öffnung eines Behälters 90 angeschweißt. Der Füllstand einer Flüssigkeit 91, die im Behälter 90 bevorratet ist, kann dann kapazitiv mittels des Messelements 30 gemessen werden. Dabei ist dieses so weit von allen Metallkomponenten beabstandet, dass diese die Funktion des Messelements 30 nicht beeinträchtigen. Lediglich die Medienkontaktierungskappe 20 und der Anschweißflansch 70 können in Kontakt mit der Flüssigkeit 91 gelangen. Es gibt keine Spalten, durch welche die Flüssigkeit 91 in das Innere der Medienkontaktierungskappe 20 oder in das Innere des Gehäuses 10 hineinkriechen könnte. Dies wird durch das Dichtungselement 60 verhindert.
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Zum Zweck der Reinigung und Desinfektion wird die Befestigungsklammer 80 entfernt. Dann kann zunächst das Gehäuse 10 mit den darin angeordneten Komponenten 30 bis 36, 40 bis 41 und 50 bis 53 aus der Medienkontaktierungskappe 20 herausgezogen werden. Das Messelement 30 bleibt dabei durch die Isolierkappe 40 geschützt. Da diese nicht in Medienkontakt geraten ist, muss sie nicht gereinigt werden. Die Medienkontaktierungskappe 20 und das Dichtungselement 60 werden vom Anschweißflansch 70 entfernt und können durch Autoklavieren gereinigt werden. Die Medienkontaktierungskappe 20 wird anschließend wieder verwendet, das Dichtungselement 60 kann bei Bedarf ersetzt werden. Um eine Prozessunterbrechung während der Reinigung und Desinfektion zu verhindern, können sofort ein anderes Dichtungselement 60 und eine andere Medienkontaktierungskappe 20 auf den Anschweißflansch 70 aufgesetzt werden und die übrigen Komponenten des Sensors wieder in die Medienkontaktierungskappe 20 eingeführt werden. Nach Schließen der Befestigungsklammer 80 ist der Sensor dann sofort wieder einsatzbereit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012115 A1 [0003]
