DE19720504B4

DE19720504B4 - Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer Messelektrode

Info

Publication number: DE19720504B4
Application number: DE1997120504
Authority: DE
Inventors: Klaus Stellmacher; Andreas Klein
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: DE19720504A1

Abstract

Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer Meßelektrode (10) zum Durchführen von Messungen in fluiden Medien, insbesondere zur pH-, Redox-, Leitfähigkeits-, Sauerstoffgehalts-, Chlormessung, mit einem Gehäuse (4), einer im Gehäuse (4) axial gleitverschieblich gelagerten Innenhülse (8), in der die Messelektrode (10) untergebracht ist, wobei die Innenhülse (8) gegenüber dem Gehäuse derart verschieblich ist, dass ein einen Zutritt des fluiden Mediums zur Messelektrodenspitze (12) erlaubender Abschnitt (14) der Innenhülse (8) aus dem Gehäuse ausfahrbar ist, um in Kontakt mit dem fluiden Medium zu treten, und wieder in das Gehäuse einfahrbar ist, um die Messelektrode (10) zu reinigen, zu sterilisieren, zu kalibrieren oder gegen eine andere auszutauschen, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (8) aus keramischem Material besteht oder zumindest einen medienseitigen Abschnitt aus keramischem Material oder eine keramische Beschichtung umfasst und dass die Innenhülse (8) bzw. der medienseitige Abschnitt der Innenhülse in einem Gehäuselagerabschnitt aus keramischem Material oder in wenigstens einer Keramikdichtbuchse...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer Messelektrode zum Durchführen von Messungen in fluiden Medien, insbesondere zur PH-, Redox-, Leitfähigkeits-, Sauerstoffgehalts-, Chlormessung, mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse axial gleitverschieblich gelagerten Innenhülse, in der die Messelektrode untergebracht ist, wobei die Innenhülse gegenüber dem Gehäuse derart verschieblich ist, dass ein einen Zutritt des fluiden Mediums zur Messelektrodenspitze erlaubender Abschnitt der Innenhülse aus dem Gehäuse ausfahrbar ist, um in Kontakt mit dem flüssigen Medium zu treten, und wieder in das Gehäuse einfahrbar ist, um die Medienseite der Messelektrode bzw. den dieser zugeordneten Abschnitt der Innenhülse zu reinigen, zu sterilisieren oder zu kalibrieren oder die Messelektrode gegen eine andere auszutauschen.
Eine derartige Elektrodenhalterung findet Verwendung bei Eintauch-, Durchfluss- und Anbaumesssystemen bspw. in der analytischen Chemie, in der Prozess- und Verfahrenstechnik, in der Messtechnik für Abwasser, in der Lebensmittelchemie und der pharmazeutischen Industrie.

Es ist bekannt, Elektrodenhalterungen der vorstehend beschriebenen Art, die häufig auch als Schleusenarmaturen bezeichnet werden, mit ihrem Gehäuse, das wie die darin geführte Innenhülse ebenfalls rohrförmig ausgebildet sein kann, an einem das fluide Prozess- oder Messmedium enthaltenden oder führenden Behälter oder Rohr stationär anzuordnen. Um die Messelektrode zu reinigen oder zu kalibrieren muss die Vorrichtung nicht demontiert werden, sondern die Innenhülse wird mitsamt der Messelektrode aus dem Prozess- oder Messmedium heraus in das Gehäuse zurückgezogen und dort in einer gegen die Medienseite abgedichteten Reinigungs- oder Kalibrierkammer in der erforderlichen Weise behandelt. Insoweit wird auf die EP 0 391 838 A2 , die DE 41 40 286 C2 und die DE 42 07 845 C1 verwiesen.

Diese bekannten Vorrichtungen sind im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Funktionsweise durchaus zufriedenstellend. Die Abdichtung der Medienseite vom Gehäuseinneren bzw. die Abdichtung von Reinigungs- und Kalibrierkammern im Gehäuseinneren erfolgt durch O-Ringdichtungen, was in einzelnen Anwendungsfällen aber problematisch ist, zumal unterschiedlich aggressive Medien verschiedene Dichtmaterialien erfordern und für bestimmte Anwendungen, etwa in der Lebensmittelindustrie, nur ganz bestimmte Materialien zugelassen sind. Es hat sich darüberhinaus gezeigt, dass die Verwendung von O-Ringdichtungen eine verhältnismäßig hohe Wartung erfordert, wenn der Medieneinsatz einhergeht mit Karbonatablagerungen, Anbackungen von Schmutz, Sulfatablagerungen, Kristallwachstum o.dgl. an mit dem Messmedium in Kontakt stehenden Abschnitten des Innenrohrs. Beim Ein- und Ausfahren des Innenrohrs gleitet nämlich die Oberfläche gegen die O-Ringdichtungen, und die beschriebenen Ablagerungen verschleisen das Dichtmaterial der O-Ringe. Undichtigkeiten sind die Folge, so dass die O-Ringdichtungen ausgewechselt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer Messelektrode der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass die vorstehend genannten Probleme nicht auftreten, dass es also ungeachtet der Medienbeschaffenheit nicht zu Problemen und einer vorzeitigen Alterung der Abdichtungen im Bereich der Innenhülsenführung kommt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Innenhülse aus keramischem Material besteht oder zumindest einen medienseitigen Abschnitt aus keramischem Material oder eine keramische Beschichtung bspw. eines Stahlkerns umfasst und dass die Innenhülse bzw. der medienseitige Abschnitt der Innenhülse in einem Gehäuselagerabschnitt aus keramischem Material oder in wenigstens einer Keramikdichtbuchse oder einer Kunststoffdichtbuchse gleitet, wobei das Material der Kunststoffdichtbuchse weicher als das keramische Material der Innenhülse ist, so dass zwischen die Dichtflächen gelangender Partikelschmutz in das Material der Kunststoffdichtbuchse eingedrückt und darin aufgenommen wird.

Nach der ersten Variante der Erfindung wird also vorgeschlagen, die gegeneinander gleitenden Dichtflächen als Keramik-Keramik-Paarungen auszubilden. Es hat sich gezeigt, dass der Spalt zwischen den Dichtflächen von Innenrohr und Keramikgehäuseabschnitt bzw. Keramikdichtbuchse so gering gehalten werden kann, dass eine ausreichende Abdichtung erreicht wird. Es hat sich darüber hinaus überraschenderweise gezeigt, dass beim Herausziehen des Innenrohrs aus dem Prozess- oder Messmedium in das Gehäuse der daran anbackende Belag abgeschert, abgeschabt oder abgestreift wird, und zwar ohne dass die gegeneinander gleitenden Dichtflächen dabei in Mitleidenschaft gezogen werden. Auf diese Weise ist der im Gehäuseinneren stattfindende Reinigungsprozess erleichtert durchführbar. Eine vorzeitige Alterung von O-Ringdichtungen, die nach der Erfindung zur Abdichtung von mit Prozess- oder Messmedium in Berührung kommenden Abschnitten ganz weggelassen werden, tritt demnach nicht auf.

Nach der DE 38 12 108 A1 wird bei einer gattungsfremden Elektrodenhalterung ein stationär in die Medienseite eintauchendes und aus einem keramischen Werkstoff bestehendes Kalibrierkammergehäuse mittels ebenfalls aus keramischem Material bestehenden schieberartigen Dichtklappen, die gegen die flächige Gehäuseseite anliegen und dagegen verschieblich sind, abgedichtet. Einen Hinweis oder eine Anregung, das insbesondere kreiszylindrische Innenrohr und die das Innenrohr umgebende Dichtfläche aus keramischem Material auszubilden, lässt sich dieser Druckschrift jedoch nicht entnehmen.

Nach der alternativen Erfindungsvariante wird vorgeschlagen, das harte Material der keramischen Innenhülse zum Abdichten mit einer insbesondere elastomeren Kunststoffdichtbuchse zu paaren. Es werden dann die vorstehend erwähnten Ablagerungen auf dem Innenrohr beim Einfahren des Innenrohrs in das Gehäuse zwar nicht abgetragen; es hat sich jedoch gezeigt, dass zwischen die Dichtflächen gelangender Partikelschmutz nicht zu einer Zerstörung oder vorzeitigen Alterung der Abdichtung führt, sondern von dem nachgiebigen Material der Kunststoffdichtbuchse aufgenommen wird. In diesem Fall erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Kunststoffdichtbuchse aus PTFE oder einem PTFE-ähnlichen Fluor enthaltenden Material, wie z.B. PFM oder PFA, besteht. Auch Polypropylen und Polyethylen haben sich als Material für die Kunststoffdichtbuchse als vorteilhaft erwiesen. Die Innenhülse besteht vorzugsweise aus oxidkeramischen Materialien, wie z.B. Aluminiumoxid- oder Zirkondioxid-Material, oder aus Siliziumnitrit-Material, das vorzugsweise derart bearbeitet ist, dass es eine möglichst glatte Oberfläche aufweist.

Wenn die Innenhülse so ausgebildet ist, dass sie das untere Ende der Messelektrode überragt und von einem Boden abgeschlossen ist und in diesem Bereich wenigstens ein, vorzugsweise zwei oder mehrere Fenster aufweist, um den Medienzutritt zur Messelektrode zu erlauben, so ist einerseits eine besonders kompakte Ausbildung des medienseitigen Endes der Innenhülse erreicht. Andererseits erweist sich die Erfindung solchenfalls als besonders vorteilhaft, da beim Überstreichen des Fensterbereichs über eine O-Ringdichtung die O-Ringdichtung in Folge ihrer Spannung geringfügig in den Fensterbereich hineingezogen würde und beim Passieren der in axialer Richtung nachfolgenden Begrenzung des Fensters einer sehr großen Scherbeanspruchung durch die Fensterkante ausgesetzt wäre. Derartiges tritt nach der erfindungsgemäßen Lösung nicht auf.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer Messelektrode und
2 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer Messelektrode.
1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnete Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer PH-Messelektrode. Die Vorrichtung umfasst ein insgesamt hülsenförmiges Gehäuse 4, das größtenteils aus Kunststoff besteht und über einen Montageflansch 6 als Eintauch-, Durchfluss- und Anbau-Messsystem an einen Behälter oder die Außenseite eines medienführenden Rohrs anflanschbar ist, wofür noch spezielle und im Einzelnen angepasste Adapterbauteile verwendet werden können.
Innerhalb des Gehäuses 4 ist eine Innenhülse 8 axial gleitverschieblich gelagert. In der Innenhülse 8 ist die Messelektrode 10 untergebracht, deren Messelektrodenspitze 12 im Bereich eines medienseitigen Endabschnitts 14 der Innenhülse 8 zu liegen kommt. Im Bereich dieses Endabschnitts 14 sind im Mantel der Innenhülse 8 Durchbrechungen oder Fenster 16 ausgebildet, die einen Zutritt des Prozess- oder Messmediums zur Messelektrodenspitze 12 erlauben, wenn das Innenrohr 8 derart aus dem Gehäuse 4 ausgefahren ist, dass der Abschnitt 14 in das Prozess- oder Messmedium eintaucht. Das messmedienseitige freie Ende der Innenhülse 8 ist mit einem Boden 18 dichtend verschlossen.
In einem von der Medienseite abgewandten Abschnitt des Gehäuses 4 ist eine von einer pneumatischen Druckquelle beaufschlagbare Druckkammer 20 vorgesehen, durch die sich die Innenhülse 8 hindurcherstreckt und in der ein an der Innenhülse 8 angefügter Ringflansch 22 verschieblich ist. Die Druckkammer 20 und der Ringflansch 22 wirken dabei als Pneumatikzylinder und Kolben zusammen. Eine Druckbeaufschlagung der Druckkammer 20 bewirkt, dass durch den auf die Kolbenfläche 24 des Flanschs 22 wirkenden Druck die Innenhülse in die in der 1 dargestellte Stellung verschoben wird, so dass der Endabschnitt 14 der Innenhülse 8 aus dem Gehäuse 4 ausgefahren ist und in das Prozess- oder Messmedium eingetaucht wird. In entsprechender Weise kann die Druckkammer 20 so angesteuert werden, dass der Flansch 22 und somit die Innenhülse 8 in der 1 nach oben gefahren werden, so dass der freie Endabschnitt 14 der Innenhülse 8 in das Gehäuse 4 zurückgezogen wird.
Die Innenhülse 8 besteht aus keramischem Material und ist in zwei im Gehäuse 4 fixierten Keramikdichtbuchsen 26 und 28 gelagert bzw. gleitverschieblich geführt. Der Spalt zwischen den gegeneinander gleitenden Dichtflächen, also der Oberfläche 30 des Innenrohrs 8 und der jeweiligen radial inneren Gleitflächen 32 bzw. 34 der Keramikdichtbuchsen 26, 28 ist dabei so bemessen, dass die Innenhülse 8 im Wesentlichen spielfrei in den Keramikdichtbuchsen 26, 28 verschieblich ist und dass eine mit Reinigungs-, Kalibrier- oder druckluftbeaufschlagbare Behandlungskammer 36 im Gehäuseinneren gegen die Medienseite abgedichtet ist. Die Innenhülse 8 kann dann in der 1 nach oben in das Gehäuse 4 eingefahren werden, und über die angedeuteten Anschlüsse 38, 40 kann die Reinigungs- oder Kalibrierflüssigkeit, Druckluft oder ein sonstiges Behandlungsmedium eingeleitet werden und über die Fenster 16 zum Sensor 10 bzw. zu dessen Messspitze 12 gelangen. Nach einer derartigen Behandlung kann die Innenhülse 8 wieder aus dem Gehäuse 4 ausgefahren und in das Prozess- oder Messmedium eingetaucht werden, um die PH-Messung fortzusetzen.
Es hat sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, dass durch die vorstehend beschriebene Ausbildung der gegeneinander gleitenden Dichtflächen aus keramischem Material an der Oberfläche 30 der Innenhülse 8 anbackender Schmutz Ablagerungen aus Carbonat, Sulfat oder sonstige Kristallbildung beim Einfahren der Innenhülse 8 in Folge der spielfreien Bemessung der Gleitpartner abgeschert bzw. abgeschabt werden, und zwar ohne dass es zu einer Beschädigung der Gleit- oder Dichtflächen kommt.
Die Abdichtung des Flanschs 22 gegen die Wandung des Druckraums 20 sowie die Abdichtung des Druckraums 20 gegenüber der äußeren Umgebung einerseits sowie zu einer angrenzenden Kammer 42 andererseits erfolgt über O-Ringdichtungen 43, 44, 45. Der gegen diese O-Ringdichtungen 44, 45 laufende Abschnitt der Innenhülse 8 tritt jedoch nicht in Medienkontakt und schleppt daher keine abrassiv wirkenden Verunreinigungen an die O-Ringdichtungen 44, 45 heran.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung 50 entspricht im Aufbau der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 2 und unterscheidet sich von dieser lediglich dadurch, dass anstelle von Keramikdichtbuchsen Kunststoffdichtbuchsen 52, 54 vorgesehen sind. Diese Kunststoffdichtbuchsen 52, 54 bestehen aus PTFE oder einem teflonähnlichen Material wie z.B. PFM oder PFA oder einem sonstigen auf Fluor basierenden Kunststoff. Die vorstehenden Materialien sind hervorragend zur Ausbildung von Gleitlagerstellen geeignet, da sie ausgezeichnete tribologische Eigenschaften aufweisen. Sie sind kaltfließend. Es hat sich gezeigt, dass bei der vorliegenden Paarung des extrem harten verschleißfesten keramischen Materials der Innenhülse 8' mit den soeben beschriebenen Dichtbuchsen 52, 54 eine vorzeitige Alterung der Dichtstelle auch dann nicht eintritt, wenn Partikelschmutz in den Spalt zwischen den Dichtflächen gelangt. Solchenfalls werden die Partikel von dem kaltfließenden Teflon oder teflonartigen Material aufgenommen. Sie werden von dem unnachgiebigen keramischen Material der Innenhülse 8' in das kaltfließende nachgiebige Material der Dichtbuchsen 52, 54 eingedrückt und darin eingebettet.

Claims

Vorrichtung zur Aufnahme und Halterung einer Meßelektrode (10) zum Durchführen von Messungen in fluiden Medien, insbesondere zur pH-, Redox-, Leitfähigkeits-, Sauerstoffgehalts-, Chlormessung, mit einem Gehäuse (4), einer im Gehäuse (4) axial gleitverschieblich gelagerten Innenhülse (8), in der die Messelektrode (10) untergebracht ist, wobei die Innenhülse (8) gegenüber dem Gehäuse derart verschieblich ist, dass ein einen Zutritt des fluiden Mediums zur Messelektrodenspitze (12) erlaubender Abschnitt (14) der Innenhülse (8) aus dem Gehäuse ausfahrbar ist, um in Kontakt mit dem fluiden Medium zu treten, und wieder in das Gehäuse einfahrbar ist, um die Messelektrode (10) zu reinigen, zu sterilisieren, zu kalibrieren oder gegen eine andere auszutauschen, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (8) aus keramischem Material besteht oder zumindest einen medienseitigen Abschnitt aus keramischem Material oder eine keramische Beschichtung umfasst und dass die Innenhülse (8) bzw. der medienseitige Abschnitt der Innenhülse in einem Gehäuselagerabschnitt aus keramischem Material oder in wenigstens einer Keramikdichtbuchse (26, 28) oder einer Kunststoffdichtbuchse (52, 54) gleitet, wobei das Material der Kunststoffdichtbuchse (52, 54) weicher als das keramische Material der Innenhülse ist, so dass zwischen die Dichtflächen gelangender Partikelschmutz in das Material der Kunststoffdichtbuchse eingedrückt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffdichtbuchse (52, 54) aus PTFE oder einem PTFE-ähnlichen fluorenthaltenden Material (PFM, PFA) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffdichtbuchse (52, 54) aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (8) aus oxidkeramischem Material, insbesondere aus Aluminiumoxid- oder Zirkonoxid-Material, oder aus Silizium-Nitrit-Material besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (8) das untere Ende der Messelektrode (10) überragt und von einem Boden (18) abgeschlossen ist und in diesem Bereich wenigstens ein, vorzugsweise zwei oder mehrere Fenster (16) aufweist, um den Medienzutritt zur Messelektrode (10) zu erlauben.