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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, mit der ein Sensor mit der Grenzfläche eines Prozesses in Verbindung gebracht werden kann, bestehend aus einem Gehäuse mit einer zum Prozess gerichteten Messöffnung und einer darin gelagerten Kugel, welche eine durch ihre Mitte gehende Bohrung zur Aufnahme des Sensors über ein Ende der Bohrung besitzt, und einem mit der Kugel gekoppelten Stellglied, über welches das gegenüber dem Sensor liegende Ende der Bohrung in (Messstellung) und aus (Schließstellung) dem Bereich der Messöffnung schwenkbar ist.
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Derartige Messvorrichtungen sind seit längerer Zeit bekannt und beispielsweise in der
EP 197077 beschrieben. Dabei geht es im Wesentlichen darum, dass der Sensor einerseits mit dem Prozess in Verbindung gebracht werden kann, um bestimmte Prozessparameter zu messen und andererseits aber auch von diesem Zwecks Austausch des Sensors trennbar ist. Die hierbei zur Anwendung kommenden Vorrichtungen sind sehr aufwendig und teuer und insbesondere bei schwierigen Einsatzbedingungen auch relativ störanfällig.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine möglichst einfache und robuste Messvorrichtung zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kugel auf zwei gegenüberliegenden Seiten über je einen Führungsring im Gehäuse abgestützt ist, die Führungsringe senkrecht zu einer durch die Schwenkachse der Kugel und die Mitte der Messöffnung verlaufenden Geraden angeordnet sind und der innere Führungsring im Bereich der Messöffnung auch als Dichtring ausgebildet ist. Damit erfolgt eine Reduzierung auf sehr wenige und einfach aufgebaute Elemente.
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Dennoch ist über die Führungsringe eine ausreichende Fixierung der Kugel in Form einer schwimmenden Lagerung sowie eine sichere Abdichtung gegenüber dem Prozess gewährleistet. Bei dem Prozess kann es sich beispielsweise um eine Rohrleitung zum Transport eines Fluids innerhalb eines Prozesses oder aber auch um einen Reaktor, Behälter o. ä. handeln, in dem physikalische, biologische oder chemische Prozesse ablaufen. Dabei soll der Sensor bestimmte Parameter hinsichtlich des Fluids bzw. Prozesses wie zum Beispiel Temperatur oder Druck liefern.
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Damit der im Bereich der, den Sensor aufnehmenden Bohrung angeordnete, äußere Führungsring den Schwenkbereich der Kugel nicht einschränkt, sollte dieser äußere Führungsring im Schwenkbereich der Kugel unterbrochen, insbesondere vollständig unterbrochen sein. Hierdurch wird ein Schwenkbereich der Kugel von mindestens 40° möglich, was eine sichere Trennung des Sensors vom Prozess erlaubt. Somit kann der äußere Führungsring keine Dichtfunktion übernehmen, weshalb der innere Führungsring die wesentliche Abdichtung zum Prozess übernehmen muss. Außerdem kann einer Verschmutzung noch durch ein weitestgehend abgeschlossenes Gehäuse begegnet werden.
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Im Interesse einer möglichst stabilen Führung der Kugel sollten zumindest ein, vorzugsweise beide Führungsringe eine konkav geformte Stützfläche für die Kugel besitzen. Dabei kann eine stabile Fixierung der Führungsringe im Gehäuse dadurch erreicht werden, dass zumindest ein, vorzugsweise beide Führungsringe gegenüber der, die Kugel führenden Stützfläche zwei benachbarte Seitenflächen aufweisen, die sich an der Innenseite des Gehäuses abstützen. Hinsichtlich Belastbarkeit und Herstellung ist es hierzu von Vorteil, wenn die benachbarten Seitenflächen des Führungsrings rechtwinklig zueinander verlaufen.
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Für eine stabile Führung der Kugel zwischen den beiden Führungsringen ist es außerdem von Vorteil, wenn der im Bereich der, den Sensor aufnehmenden Bohrung angeordnete äußere Führungsring zum inneren Führungsring pressbar ist. Sehr einfach lässt sich diese Anpressung des äußeren Führungsrings über eine Abdeckplatte des Gehäuses realisieren, welche mittels Verschraubung am Gehäuse in Richtung äußerem Führungsring verschiebbar ist.
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Um die Abdichtung zum Prozess zu verbessern, sollte der innere Führungsring eine sich zur Messöffnung hin erstreckende, flexible Dichtungslippe aufweisen, die den Spalt zwischen Führungsring und Kugel abdichtet.
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Damit der innere Führungsring seine Doppelfunktion (Führung und Dichtung) besser erfüllen kann, sollte dieser aus zumindest zwei Teilen, insbesondere aus unterschiedlichen Materialien bestehen. In diesem Fall ist es für die Abdichtung, insbesondere die Abdichtung des Spaltes zwischen innerem Führungsring und Kugel vorteilhaft, wenn der Führungsring einen oder mehrere, separate Dichtringe besitzt, deren Dichtfläche mit der Kugel in Kontakt steht.
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Für die Abdichtung in der Bohrung genügt ein mit dem Sensor in Kontakt stehender, radialer Dichtring.
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Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt durch die Messvorrichtung. Um die Parameter in einem Transport- oder Reaktionsprozess erfassen zu können, werden an der, den entsprechenden Prozess begrenzenden Wandung 15 Sensoren 1 positioniert. Im Allgemeinen geht es hierbei darum, Parameter wie Druck, Temperatur usw. eines Fluids zu messen, welches gelagert oder transportiert wird oder reagiert.
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Dabei hilft die dargestellte Messvorrichtung die Dichtheit des Prozesses zu gewährleisten und den Austausch des Sensors 1 zu ermöglichen.
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Für die Verbindung des Sensors 1 mit der Grenzfläche des Prozesses besitzen die Wandung 15 und die Messvorrichtung eine gemeinsame Messöffnung 3.
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Die Messvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 2 mit der zum Prozess gerichteten Messöffnung 3 und einer darin schwimmend gelagerten Kugel 4.
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Die Kugel 4 besitzt eine durch ihre Mitte gehende Bohrung 5. Während ein Ende der Bohrung 5 in der Messstellung sich im Bereich der Messöffnung 3 befindet, ist in das andere Ende der Bohrung 5 der Sensor 1 eingeschraubt. Auf diese Weise steht das in der Bohrung 5 liegende Ende des Sensors 1 über die Messöffnung 3 mit dem Prozess-Fluid in Verbindung.
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Durch das Gehäuse 2 hindurch ist die Kugel 4 mit einem Stellglied, beispielsweise einen Schwenkhebel gekoppelt, über das, das in Messstellung im Bereich der Messöffnung 3 liegende Ende der Bohrung 5 aus diesem Bereich in eine Schließstellung schwenkbar ist. Dabei verläuft die Schwenkachse 9 durch die Mitte der Kugel 4. In der Schließstellung kann der Sensor 1 unter Aufrechterhaltung der Abdichtung des Prozesses aus der Bohrung 5 geschraubt und so ausgetauscht werden. Ein Verriegelungselement kann dabei ein Zurückschwenken in die Messstellung ohne eingebauten Sensor 1 verhindern.
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Die Führung der Kugel 4, insbesondere während des Schwenkens übernehmen zwei auf gegenüberliegenden Seiten angeordnete Führungsringe 6, 7, die sich im Gehäuse 2 abstützen. Dabei sind die Führungsringe 6, 7 senkrecht zu einer durch die Schwenkachse 9 der Kugel 4 und die Mitte der Messöffnung 3 verlaufenden Geraden angeordnet. Dementsprechend sind die Führungsringe 6, 7 in Messstellung der Bohrung 5 konzentrisch zu dieser positioniert. Dies gewährleistet eine einfache und robuste Konstruktion. Im Interesse einer guten Abdichtung des Prozesses ist jedoch der innere Führungsring 7 im Bereich der Messöffnung 3 auch als Dichtring ausgebildet. Alternativ kann die Abdichtung über einen separaten Dichtring erfolgen.
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Damit der im Bereich des, den Sensor 1 aufnehmenden Endes der Bohrung 5 angeordnete, äußere Führungsring 6 das Schwenken der Kugel 4 nicht behindert, ist dieser im Schwenkbereich der Kugel 4 vollständig unterbrochen. Des Weiteren hat das Gehäuse 2 eine entsprechende Aussparung 18. Hierdurch wird der erforderliche Schwenkbereich der Kugel 4 sicher gestellt.
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Für eine umfassende Führung besitzen beide Führungsringe 6, 7 eine sphärische Stützfläche 10 für die Kugel 4. Außerdem ist für eine sichere Fixierung der Führungsringe 6, 7 im Gehäuse 2 gesorgt. Hierzu haben beide Führungsringe 6, 7 gegenüber der, die Kugel 4 führenden Stützfläche 10 zwei benachbarte Seitenflächen 11, 12, die sich an der Innenseite des Gehäuses 2 abstützen und rechtwinklig zueinander verlaufen.
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Um die Dichtwirkung des inneren Führungsringes 7 zu verbessern, wird der äußere Führungsring 6 auf die Kugel 4 zum inneren Führungsring 7 hin gedrückt. Dies erfolgt auf einfache Weise über eine Abdeckplatte 13 des Gehäuses 2, die sich über den äußeren Führungsring 6 hinweg erstreckt und über Schrauben 16 zum Gehäuse 2 und den äußeren Führungsring 6 pressbar ist. Für den Schwenkbereich der Kugel 4 mit dem Sensor 1 hat auch diese Abdeckplatte 13 eine entsprechende Aussparung 17. Zur Abdichtung des Spaltes zwischen innerem Führungsring 7 und Kugel 4 hat der innere Führungsring 7 zur Messöffnung 3 hin eine flexible Dichtungslippe 14, welche eine kreisrunde Öffnung für die Messöffnung 3 umschließt. Der innere Führungsring 7 mit der Dichtungslippe 14 besteht hierzu aus einem Kunststoff, beispielsweise PTFE.
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Des Weiteren besteht der innere Führungsring 7 aus zwei Teilen, nämlich einem Grundkörper 19 für die Führung der Kugel 4 aus PTFE sowie einem, darin eingebetteten, separaten Dichtring 8 aus Kunststoff, dessen Dichtfläche mit der Kugel 4 in Kontakt steht. Durch diese Aufteilung können die beiden Aufgaben Führung und Abdichtung wesentlich besser erfüllt werden. Vervollkommnet wird die Abdichtung des Prozesses noch durch einen O-Dichtring 20 in der Bohrung 5, der mit dem Sensor 1 in Kontakt steht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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