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Die Erfindung betrifft ein Thermometer mit einem auswechselbaren Messeinsatz zur Messung von Prozesstemperaturen von flüssigen oder gasförmigen Medien in Gefäßen verfahrenstechnischer Anlagen.
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Derartige Thermometeranordnungen sind seit langem bekannt und beispielsweise in der
EP 0291 571 A1 beschrieben. Ein solches Thermometer besteht im wesentlichen aus einem Messeinsatz, der in einem einseitig geschlossenen Schutzrohr mit einem Prozessflansch untergebracht ist, wobei das geschlossene Ende des Schutzrohres bis zum Prozessflansch in einen Behälter eingetaucht ist, in dem sich das Medium befindet, dessen Temperatur zu bestimmen ist. Das offene Ende des Schutzrohres ist in ein Anschlussgehäuse geführt, in dem zumindest Anschlussklemmen zum Verbinden des Messeinsatzes mit einer entfernten Messwertverarbeitung über eine Kommunikationsleitung angeordnet sind. Darüber hinaus kann in dem Anschlussgehäuse eine elektrische Schaltung zur Messwertvorverarbeitung angeordnet sein kann.
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Die wesentlichen Komponenten der Thermometeranordnung sind zur Gewährleistung der Austauschbarkeit standardisiert, so die Anschlußköpfe in DIN 43729 und die Schutzrohre in DIN 43772. Darüber hinaus sind Thermometer mit auswechselbarem Messeinsatz in DIN 43770 und DIN 43771 sowie gerade Thermoelemente in DIN 43733 genormt.
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Das Schutzrohr besteht aus einem abrasions- und/oder korrosionsbeständigen Material und schützt den Messeinsatz vor dem Angriff aggressiver Medien. Für hohe Belastungen werden vorzugsweise Schutzrohre verwendet, die aus Vollmaterial gebohrt und in ihren Außenkonturen bearbeitet sind. Dies hat den Vorteil, dass Masse, Form und Wanddicken optimal an die betriebstechnischen Beanspruchungen, wie Druck und Strömung, und die messtechnischen Anforderungen, wie Ansprechzeit, anpassbar sind. So hergestellte Schutzrohre sind jedoch aufwendig in der Herstellung und demgemäß teuer. Aus diesem Grund werden gebohrte Schutzrohre nur für den medienberührten Bereich des Temperaturfühlers eingesetzt. Außerhalb des Medien-Bereichs werden Thermometer, soweit erforderlich, mit sogenannten Halsrohren verlängert.
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Die Schutzrohre unterliegen je nach Anwendungsbereich bestimmten gesetzlichen Anforderungen. Als drucktragende Teile müssen beispielsweise Werkstoff, Konstruktion, Berechnung, Fertigung und Prüfung den Anforderungen der Druckbehälter- oder Dampfkesselverordnung entsprechen. International weit verbreitet sind auch die entsprechenden Regeln und Vorschriften der länderspezifischen Codes, beispielsweise ASME-Codes. In explosionsgefährdeten Bereichen wird durch Schutzrohre die Trennung von Zonen unterschiedlicher Gefährdungshäufigkeiten bewirkt.
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Elektrische Geräte innerhalb explosionsgefährdeter Bereiche und zugehörige Betriebsmittel außerhalb explosionsgefährdeter Bereiche müssen konform zur EU-Richtlinie 94/9/EG sein. Durch eine von den EU-Mitgliedsstaaten benannte Stelle wird die Einhaltung der einschlägigen Normen überprüft sowie erforderliche Prüfungen durchgeführt. Die Bescheinigung der Konformität erfolgt mit einer EG-Baumusterprüfbescheinigung oder für einfache elektrische Betriebsmittel, dazu gehören beispielsweise Thermoelemente, gemäß EN 50020 Punkt 5.4 per Herstellerkonformitätserklärung. Außerdem müssen die Hersteller die Produktion dieser Geräte einem regelmäßigen Überwachungsaudit durch eine benannte Stelle unterziehen.
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Die bestimmungsgemäße Verwendung der Geräte und der zugehörigen Betriebsmittel sind Grundvoraussetzungen für die Explosionssicherheit. Dazu sind neben den speziellen Anforderungen für die Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen die Informationen des Herstellers, dazu gehören beispielsweise EG-Baumusterprüfbescheinigung, Kennzeichnungen am Gerät sowie die zugehörige Betriebsanleitung, zu beachten.
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Die Konstruktion eines Temperaturfühlers für Anwendungen im explosionsgeschützten Bereich weist Maßnahmen zur Vermeidung von Explosionen auf. Hierzu zählen insbesonder die eigensichere Auslegung der Stromkreise und/oder druckfeste Kapselung der Messumformer im Anschlusskopf.
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Da die bekannten Ausführungen industrieller Temperaturfühler das Eintreten eines explosiven Gasgemisches in das Innere des Schutzrohres nicht ausschließen können, muß ihr Temperatur-Einsatzbereich auf die Temperaturklasse des sich möglicherweise in der Umgebung und damit auch im Inneren des Schutzrohres und/oder im Prozeß befindlichen Gasgemisches begrenzt werden. Entsprechende Angaben auf den Typschildern machen dies durch die von der Temperaturklasse T1 ... T6 abhängige maximale Mediumstemperatur Tmed deutlich. Die Temperaturklasse gibt hierbei die maximal zulässige Oberflächentemperatur an, bei der unter Berücksichtigung von Sicherheitszuschlägen noch davon ausgegangen werden kann, dass es nicht zu einer Zündung des Gases kommt. Wenn die Temperaturklasse des Mediums und die Temperaturklasse der Umgebung identisch sind, stellt dieser Sachverhalt nahezu keinerlei Einschränkung dar, da es physikalisch bedingt nicht sinnvoll ist Messtemperaturen oberhalb der Temperaturklasse des Mediums anzustreben.
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Wenn jedoch die Temperaturklasse des Mediums im Prinzip eine höhere Messtemperatur zulassen würde als es sich aus der Temperaturklasse der Umgebung ergäbe, weil beispielsweise im Prozess ein Gasgemisch mit höherer Zündtemperatur oder gar kein explosives Gas vorhanden sind und/oder weil das Innere des Schutzrohres durch Eigenerwärmung des Sensors auf einer höhere Temperatur gebracht wird, dann kommt es durch den vorstehend dargestellten Sachverhalt zu einer unerwünschten Einschränkung des theoretisch (physikalisch) möglichen Messbereiches.
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Trotz weitgehender Resistenz sind Beschädigungen an dem Schutzrohr nicht auszuschließen. In Folge einer solchen Beschädigung dringt das Medium durch das Innere des Schutzrohres in Anschlussgehäuse vor und greift die Bauelemente der elektronischen Schaltung, des Messeinsatzes und die Isolation der Kommunikationsleitung an.
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Aus dem Gebrauchsmuster
DE 91 08 581 U1 ist bekannt, zur Abdichtung des Inneren des Thermometers gegen die Außenwelt eine elektrische Messdurchführung vorgesehen ist, die aus einem Durchführungskörper mit einem integrierten Kragen aus Fluorkohlenstoffharz besteht. Der Kragen ist zwischen Flansche des Messrohres und des Anschlussgehäuses angeordnet. Dabei dichtet der Kragen das Innere des Messrohres gegen das Anschlussgehäuse und die Außenwelt ab. Der vielteilige Aufbau ist jedoch sehr aufwendig und erschwert die Auswechselung des Messeinsatzes.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2007 036 693 ein Thermometer mit einem auswechselbaren Messeinsatz bekannt, dessen Übergang von dem offenen Ende des Schutzrohres zum Anschlussgehäuse eine Spielpassung mit einer zylindrischen Passfläche zwischen dem Messeinsatz und einer diesen zumindest partiell umgebenden Passhülse aufweist. Zwischen dem Prozessflansch und der Passhülse ist eine Spülvorrichtung vorgesehen, deren Spülausgang mit dem Inneren des Schutzrohres in Fließverbindung steht. Hierbei wird der Aufwand für die Spülvorrichtung als nachteilig angesehen.
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In der Praxis hat sich herausgestellt, dass viele Geräte während des Betriebes neu justiert werden müssen. Während dieser Justierung müssen die Geräte abgeschaltet werden, da die druckfeste Kapselung, die das Gehäuseinnere gegen die Umgebung abdichtet, nicht mehr gegeben ist. Dabei besteht die Gefahr, dass eine Zündung im Inneren des Gehäuses auf die Umgebung übergreift.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die bekannte Thermometeranordnung Mittel anzugeben, die geeignet sind, während der Justierung die druckfeste Kapselung aufrecht zu erhalten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht aus von einem Thermometer im wesentlichen bestehend aus einem Messeinsatz, der in einem einseitig geschlossenen Schutzrohr mit einem Prozessflansch untergebracht ist, wobei das geschlossene Ende des Schutzrohres bis zum Prozessflansch in einen Behälter eingetaucht ist, in dem sich das Medium befindet, dessen Temperatur zu bestimmen ist. Das offene Ende des Schutzrohres ist mit einem Halsrohr lösbar verbunden, das in ein Anschlussgehäuse geführt, in dem zumindest Anschlussklemmen zum Verbinden des Messeinsatzes mit einer entfernten Messwertverarbeitung über eine Kommunikationsleitung angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß weist die lösbare Verbindung zwischen dem Schutzrohr und dem Halsrohr folgende Merkmale auf. Das Halsrohr und das Schutzrohr weisen an ihrer Fügestelle einen koaxial-zylindrischen Überlappungsbereich mit einem Innenzylinder und einem Außenzylinder auf, der als Spielpassung ausgebildet ist und dessen Länge größer ist als der Durchmmesser des Innenzylinders.
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Der Außenzylinder ist an seinem freien Ende mit einem Außengewinde ausgestattet. Der Innenzylinder weist außerhalb des koaxial-zylindrischen Überlappungsbereichs einen Kragen auf. Der Innenzylinder ist mit dem Außenzylinder verschraubt, wobei eine Überwurfmutter, die sich auf dem Kragen des Innenzylinders abstützt, auf das Gewinde des Außenzylinders geschraubt ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kragen des Innenzylinders in Richtung des koaxial-zylindrischen Überlappungsbereichs als Dichtsitz ausgebildet, der auf einen komplementären Gegendichtsitz am freien Ende des Außenzylinders gepresst ist.
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Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Thermometers ist die Überwurfmutter festgezogen und der Innenzylinder im Außenzylinder hermetisch dicht lagearretiert.
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Zur Justierung des Thermometers wird die Überwurfmutter gelöst. Dabei löst sich der Dichtsitz des Innenzylinders vom Gegendichtsitz am freien Ende des Außenzylinders. Nunmehr ist der Innenzylinder gegen den Außenzylinder geführt durch den koaxial-zylindrischen Überlappungsbereich drehbar. In diesem Zustand bildet die Spielpassung des koaxial-zylindrischen Überlappungsbereichs einen sogenannten Flammspalt. Eine eventuelle Explosion im Inneren des Thermometers wird durch diesen Flammspalt an der Ausbreitung auf die Umgebung gehindert, weil der Explosion im Inneren durch diesen Flammspalt die Energie entzogen wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
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1 eine Prinzidarstellung eines Thermometers für den industriellen Einsatz
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2 eine geschnittene Darstellung der Fügestelle
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In der 1 ist ein Thermometer 10 für den industriellen Einsatz prinzipiell dargestellt. Das Thermometer 10 besteht im wesentlichen aus einem Messeinsatz 11, der in einem einseitig geschlossenen Schutzrohr 12 mit einem Prozessflansch 13 untergebracht ist, wobei das geschlossene Ende des Schutzrohres 12 bis zum Prozessflansch 13 in einen Behälter 20 eingetaucht ist, in dem sich das Medium 21 befindet, dessen Temperatur zu bestimmen ist. Das offene Ende des Schutzrohres 12 ist mit einem Halsrohr 14 an einer Fügestelle 16 lösbar verbunden. Das Halsrohr 14 ist in ein Anschlussgehäuse 15 geführt, in dem zumindest Anschlussklemmen zum Verbinden des Messeinsatzes 11 mit einer nicht näher dargestellten, entfernten Messwertverarbeitung über eine Kommunikationsleitung angeordnet sind.
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In der 2 ist die Fügestelle 16 des Schutzrohrs 12 mit dem Halsrohr 14 detailiert geschnitten dargestellt. Das Halsrohr 14 und das Schutzrohr 12 weisen an ihrer Fügestelle einen koaxial-zylindrischen Überlappungsbereich auf, der als Spielpassung ausgebildet ist. Der koaxial-zylindrische Überlappungsbereich ist durch einen Innenzylinder gebildet, der in einem Außenzylinder gehalten ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Innenzylinder durch das Halsrohr 14 gebildet, während der Außenzylinder durch das Schutzrohr 12 gebildet ist. Dabei steckt das Halsrohr 14 partiell im Schutzrohr 12.
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Die Länge des koaxial-zylindrische Überlappungsbereichs ist größer als der Durchmmesser des Halsrohrs 14.
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Das Schutzrohr 12 ist an seinem freien Ende mit einem Außengewinde ausgestattet.
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Das Halsrohr 14 weist außerhalb des koaxial-zylindrischen Überlappungsbereichs einen Kragen 17 auf. Das Halsrohr 14 ist mit dem Schutzrohr 12 verschraubt, wobei eine Überwurfmutter 18, die sich auf dem Kragen 17 des Halsrohrs 14 abstützt, auf das Gewinde des Schutzrohrs 12 geschraubt ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kragen 17 des Halsrohrs 14 in Richtung des koaxial-zylindrischen Überlappungsbereichs als Dichtsitz 19 ausgebildet, der auf einen komplementären Gegendichtsitz am freien Ende des Schutzrohrs 12 gepresst ist.
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Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Thermometers 10 ist die Überwurfmutter 18 festgezogen und das Halsrohr 14 im Schutzrohr 12 hermetisch dicht lagearretiert.
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Zur Justierung des Thermometers 10 wird die Überwurfmutter 18 gelöst. Dabei löst sich der Dichtsitz 19 des Halsrohrs 14 vom Gegendichtsitz am freien Ende des Schutzrohrs 12. Nunmehr ist das Halsrohr 14 gegen das Schutzrohr 12 geführt durch den koaxial-zylindrischen Überlappungsbereich drehbar. In diesem Zustand bildet die Spielpassung des koaxial-zylindrischen Überlappungsbereichs einen sogenannten Flammspalt. Eine eventuelle Explosion im Inneren des Thermometers 10 wird durch diesen Flammspalt an der Ausbreitung auf die Umgebung gehindert, weil der Explosion im Inneren durch diesen Flammspalt die Energie entzogen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Thermometer
- 11
- Messeinsatz
- 12
- Schutzrohr
- 13
- Prozessflansch
- 14
- Halsrohr
- 15
- Anschlussgehäuse
- 16
- Fügestelle
- 17
- Kragen
- 18
- Überwurfmutter
- 19
- Dichtsitz
- 20
- Behälter
- 21
- Medium
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0291571 A1 [0002]
- DE 9108581 U1 [0012]
- DE 102007036693 [0013]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 43729 [0003]
- DIN 43772 [0003]
- DIN 43770 [0003]
- DIN 43771 [0003]
- DIN 43733 [0003]
- EN 50020 Punkt 5.4 [0006]
