DE102020120822A1

DE102020120822A1 - Absperrhahn

Info

Publication number: DE102020120822A1
Application number: DE102020120822.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Bindrich; Angela Eubisch; Arne Kleinpeter; Thomas Pfauch; Carsten Schippan; Jörg Uhle; Melanie Ullrich
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-02-10

Abstract

Die Erfindung offenbart ein Absperrhahn (1) zum Freigeben oder Sperren eines Durchflusses eines Mediums in einem Behältnis, umfassend: ein Gehäuse (2), das zur Anbindung des Absperrhahns (1) an das Behältnis ausgestaltet ist; ein bewegliches Schließelement (3) im Gehäuse (2), das in einer ersten Position einen Durchfluss durch das Gehäuse (2) freigibt und in einer zweiten Position einen Durchfluss durch das Gehäuse (2) sperrt; eine Sensoraufnahme (4), die mit dem Schließelement (3) verbunden ist, sodass eine Bewegung des Schließelements (3) eine Bewegung der Sensoraufnahme (4) bewirkt; und einen Sensor (1), der an einem ersten Ende mit der Sensoraufnahme (4) verbunden ist wobei die Sensoraufnahme (4) am Gehäuse (2) angeordnet ist, dass der damit verbundene Sensor (5) mit einem zweiten Ende in einen Durchflussbereich des Schließelements (3) hineinragt, wobei der Sensor (5) in der ersten Position des Schließelements vom Medium umspült wird, und in der zweiten Position des Schließelements (3) vom Medium abgetrennt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Absperrhahn zum Freigeben oder Sperren eines Durchflusses eines Mediums in einem Behältnis.
Ein Absperrhahn ist eine Armatur, die den Durchfluss eines Fluids in einer Rohrleitung ganz freigibt oder ganz sperrt. Ein Hahn wird durch eine 90°-Drehung eines Schließelementes betätigt und dadurch geschlossen oder geöffnet. Es gibt beispielsweise einen Kugel- oder Kükenhahn, wobei diese als solches medienabsperrende Rohrleitungsfittings sind.
Bei Rohrleitungen mit Armaturen für Flüssigkeitsanalysesensoren sind die Absperrhähne in bestimmten Anwendungen vor einer Wechselarmatur eingebaut, entweder direkt in der Rohrleitung in einem Bypass oder nach einem T-Stück vor der Armatur. Die Installation mit T-Stück, Kugelhahn und nachfolgender Armatur ist oft sehr kostspielig und bedeutet meist einen hohen Installationsaufwand mit hohen zeitlichen und technischen Ressourcen.
Bei Prozessen mit einer Wechselarmatur ohne vorgeschaltetem Kugelhahn ist bei Undichtigkeiten der Armatur die Gefahr von austretendem Prozessmedium ein großes Risiko. Bei einem Sensorwechsel kann austretendes Prozessmedium die Personensicherheit und die Umwelt stark gefährden.
Bei einer Messung im Bypass werden zwei Kugelhähne und eine Armatur benötigt, also einer vor der Armatur, einer nach der Armatur. Dadurch ist ein hoher Installationsaufwand erforderlich. Alle Komponenten bedürfen regelmäßiger Wartung. Mit erhöhtem Installationsaufwand ist ebenso bei Prozessleitungen mit T-Stück und vor der Wechselarmatur gelegenem Absperrhahn zu rechnen.
Bei beiden Varianten wird beim Schließen des Absperrhahns immer Restmedium eingeschlossen, welches bei einem Sensorwechsel ein Gesundheits- und Umweltrisiko beherbergt. Dieses kann nur aufwändig entfernt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Installationsaufwand zu minimieren und somit Kosten und zeitliche Ressourcen zu sparen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Absperrhahn zum Freigeben oder Sperren eines Durchflusses eines Mediums in einem Behältnis, umfassend: ein Gehäuse, das zur Anbindung des Absperrhahns an das Behältnis ausgestaltet ist; ein bewegliches Schließelement im Gehäuse, das in einer ersten Position einen Durchfluss durch das Gehäuse freigibt und in einer zweiten Position einen Durchfluss durch das Gehäuse sperrt; eine Sensoraufnahme, die mit dem Schließelement verbunden ist, sodass eine Bewegung des Schließelements eine Bewegung der Sensoraufnahme bewirkt; und einen Sensor, der an einem ersten Ende mit der Sensoraufnahme verbunden ist, wobei die Sensoraufnahme am Gehäuse angeordnet ist, dass der damit verbundene Sensor mit einem zweiten Ende in einen Durchflussbereich des Schließelements hineinragt, wobei der Sensor in der ersten Position des Schließelements vom Medium umspült wird, und in der zweiten Position des Schließelements vom Medium abgetrennt ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Schließelement als Kugel oder Küken ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensoraufnahme ein Gewinde, insbesondere ein Innengewinde umfasst, und der Sensor, insbesondere mit einem Außengewinde, darin eingeschraubt ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensoraufnahme ein oder mehrere Dichtungen umfasst, die den Durchflussbereich von der Umgebung abdichten.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse zwei Spülanschlüsse zum Durchflussbereich umfasst, wobei das Schließelement einen Zugang der Spülanschlüsse zum Durchflussbereich in der ersten Position sperrt und in der zweiten Position freigibt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sensor einen Durchmesser von 12 mm aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Sensor um einen pH-, Redox-, Sauerstoff-, Temperatur- oder Leitfähigkeitssensor handelt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sensor als digitaler Sensor mit Mikrocontroller und Speicher ausgestaltet ist, insbesondere ist der Sensor ein induktiver Sensor, insbesondere unterstützt der Sensor Plug & Play zu einem daran angeschlossenen Messumformer zu einem schnellen Sensorwechsel.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass am Schließelement ein Griff zur Bewegung desselben angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse aus Edelstahl, Nickelbasislegierungen, PVC oder PVDF gefertigt ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Behältnis als Rohr ausgestaltet ist.
Um den Installationsaufwand zu minimieren und somit Kosten und zeitliche Ressourcen zu sparen, wird ein Absperrhahn in den Prozess integriert, in welchen ein Sensor montiert werden kann.
Kern der Erfindung ist somit die Möglichkeit einen Sensor direkt in den Prozess aufzunehmen, mit Hilfe eines einzelnen Kugelhahnes. Das sensitive Element des Sensors befindet sich direkt im Innern des Absperrhahns, beispielsweise im Innern der offenen Kugel. Dadurch kann der Sensor problemlos vom Prozess getrennt, gewartet, kalibriert oder getauscht werden.
Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert.

1 zeigt den beanspruchten Absperrhahn in geöffneter Stellung.
2 zeigt den beanspruchten Absperrhahn in geschlossener Stellung.
3 zeigt den beanspruchten Absperrhahn in geöffneter Stellung in einer Draufsicht.
4 zeigt den beanspruchten Absperrhahn in geöffneter Stellung im Querschnitt.
5 zeigt den beanspruchten Absperrhahn in geschlossener Stellung im Querschnitt.

In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der beanspruchte Absperrhahn in seiner Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1 und ist in 1 dargestellt.
Im Folgenden wird der Absperrhahn 1 anhand der Ausführung eines Kugelhahns erläutert. Mit wenigen, nicht erfinderischen, Modifikationen kann die Idee auch bei einem Kükenhahn verwendet werden.
Kugelhähne 1 sind Armaturen mit einer durchbohrten Kugel als Absperrkörper 3 und werden auch als Kugelschieber bezeichnet. Der Absperrkörper 3 wird auch als Schließelement bezeichnet. Charakteristisch für einen Absperrhahn ist das vollständige Schließen durch Drehung des Schließelements 3 um 90°. Kugelhähne können mit Stellantrieben ausgestattet sein, um das Öffnen und Schließen zu automatisieren. Durch Drehen der Kugel (also des Schließelements 3) um 90° kann somit erreicht werden, dass Medium durch den Hahn 1 fließt oder davon abgehalten wird. Der Bereich des Hahns 1, durch den Medium fließt, wird als Durchflussbereich 10 bezeichnet. Die 1 und 2 zeigen den Absperrhahn 1 in geöffneter bzw. geschlossener Stellung; 3 zeigt ihn in einer Draufsicht. In den 3-5 ist das sensitive Element 5a des Sensors 5 zu sehen.
Das Schließelement kann auch als gebohrte Walze oder Rundstab ausgestaltet sein.
Um den Installationsaufwand zu minimieren und somit Kosten und zeitliche Ressourcen zu sparen, wird der Kugelhahn 1 in den zu messenden Prozess integriert, in welchen dann ein Sensor 5 montiert wird.
Der Kugelhahn 1 umfasst ein Gehäuse 2, das zur Anbindung des Kugelhahns 1 an ein Behältnis ausgestaltet ist. Die Montage des Kugelhahns kann direkt in den Prozess erfolgen. Die Anbindung an die Prozessleitung erfolgt durch Standard-Schraub/ -Klebe /-Schweiß oder -Flanschanschlüsse am Kugelhahn. Das Behältnis ist beispielweise eine Rohrleitung.
Der Hahn 1 umfasst ein bewegliches Schließelement 3 im Gehäuse 2, das in einer ersten Position einen Durchfluss des Mediums durch das Gehäuse 2 freigibt und in einer zweiten Position einen Durchfluss des Mediums durch das Gehäuse sperrt. Bei der Ausführung als Kugelhahn ist das Schließelement als durchbohrte Kugel ausgestaltet, bei der Ausführung als Kükenhahn ist das Schließelement ein kegel(stumpf)artiges so genanntes Küken. Die erste Position wird auch als geöffnete Stellung bezeichnet, die zweite Position entsprechend als geschlossene Stellung.
Weiter umfasst der Hahn eine Sensoraufnahme 4, die mit dem Schließelement 3 verbunden ist, sodass eine Bewegung des Schließelements eine Bewegung der Sensoraufnahme bewirkt. Bewegt sich das Schließelement, bewegt sich somit analog auch die Sensoraufnahme 4. Diese hat ein Innengewinde, in die ein Sensor 5 mit einem Außengewinde eingeschraubt wird. Im Allgemeinen ist dieser an einem ersten Ende mit der Sensoraufnahme verbunden.
Die Sensoraufnahme 4 ist am Gehäuse so angeordnet, dass der Sensor 5 mit einem zweiten Ende in einen Durchflussbereich 10 des Schließelements 3 hineinragt, der Sensor 5 wird also in der ersten Position des Schließelements 3 vom Medium umspült, und in der zweiten Position des Schließelements 3 vom Medium abgetrennt. Die Sensoraufnahme 4 ist dabei auf die Länge des Sensors angepasst, damit der Sensor mit seinem sensitiven Bereich 5a immer in den Bereich des Hahns 1 hineinragt, der vom Medium durchflossen wird.
An der Sensoraufnahme 4 sind ein oder mehrere Dichtungen 6 angeordnet, die den Durchflussbereich von der Umgebung abdichten. Als „Umgebung“ ist dabei alles außerhalb des Behältnisses und außerhalb des Hahns zu verstehen.
Ein Griff 8 ist am Schließelement 3 angebracht. Dadurch kann das Schließelement 3, die Sensoraufnahme 4 und damit der Sensor 5 leicht gedreht werden.
Das Schließelement 3 kann auch pneumatisch oder elektrisch betrieben werden, beispielsweise mit einem Schwenkantriebe. Damit kann ein zyklisches Reinigen und/oder Kalibrieren des Sensorelements erfolgen.
Zum Spülen des Sensors 5 in geschlossener Stellung des Kugelhahns 1 sind zwei Spülanschlüsse 7 am Kugelhahngehäuse 2 angebracht mit Bohrungen bis zur Kugel 3, also in den Durchflussbereich 10. In der geöffneten Stellung ist der Kugelhahn 1 prozessseitig geöffnet und der Sensor 5 wird umströmt; dies ist die Mess- bzw. Betriebsposition, also die erste Position. In der geschlossenen Stellung ist der Kugelhahn 1 spülanschlussseitig geöffnet. Das Medium fließt also nicht durch den Hahn, sondern das Medium ist abgesperrt. Die Spülanschlüsse 7 sind entsprechend freigegeben und der Durchflussbereich 10 kann durch diese gespült werden. Ebenso kann ein Spülen, Kalibrieren, Justieren etc. des Sensors 5 erfolgen. Die Spülanschlüsse 7 ermöglichen auch ein komfortables Entfernen von Restmediums aus dem Kugelhahn 1, genauer aus dem Durchflussbereich 10.
4 und 5 zeigen den Absperrhahn 1 in geöffneter bzw. geschlossener Stellung im Querschnitt.
Geeignet sind für einen solchen Kugelhahn 1 alle Sensoren mit 12 mm Durchmesser in unterschiedlicher Länge. Durch die direkte Integration des Sensors 5 in den Kugelhahn 1 entfällt eine Wechselarmatur.
Gedacht ist diese Lösung für Prozesse, die problemlos kurzzeitig abgestellt werden können, beispielweise für einen Sensorwechsel.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Sensorausbau gegenüber dem Stand der Technik schnell erfolgen kann. Bei dem Sensor 1 handelt es sich um einen pH-, Redox-, Sauerstoff-, Temperatur- oder Leitfähigkeitssensor. Der Sensor 1 ist als digitaler Sensor mit Mikrocontroller und Speicher ausgestaltet, insbesondere ist der Sensor 1 ein induktiver Sensor, insbesondere unterstützt der Sensor 1 Plug & Play zu einem daran angeschlossenen Messumformer (nicht dargestellt). Die Anmelderin verkauft derartige Sensoren unter der Bezeichnung „Memosens“.
Möglich ist aber auch die Integration des Absperrhahns in einen Bypass, wenn der Prozess nicht unterbrochen werden darf. In diesem Fall kann im anderen Zweig des Bypasses ein weiterer Absperrhahn, etwa ein Kugelhahn, installiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Absperrhahn
2: Gehäuse
3: Schließelement
4: Sensoraufnahme
5: Sensor
5a: sensitiver Bereich
6: Dichtung
7: Spülanschluss
8: Griff
10: Durchflussbereich

Claims

Absperrhahn (1) zum Freigeben oder Sperren eines Durchflusses eines Mediums in einem Behältnis, umfassend: - ein Gehäuse (2), das zur Anbindung des Absperrhahns (1) an das Behältnis ausgestaltet ist, - ein bewegliches Schließelement (3) im Gehäuse (2), das in einer ersten Position einen Durchfluss durch das Gehäuse (2) freigibt und in einer zweiten Position einen Durchfluss durch das Gehäuse (2) sperrt, - eine Sensoraufnahme (4), die mit dem Schließelement (3) verbunden ist, sodass eine Bewegung des Schließelements (3) eine Bewegung der Sensoraufnahme (4) bewirkt, und - einen Sensor (1), der an einem ersten Ende mit der Sensoraufnahme (4) verbunden ist, wobei die Sensoraufnahme (4) am Gehäuse (2) angeordnet ist, dass der damit verbundene Sensor (5) mit einem zweiten Ende in einen Durchflussbereich des Schließelements (3) hineinragt, wobei der Sensor (5) in der ersten Position des Schließelements vom Medium umspült wird, und in der zweiten Position des Schließelements (3) vom Medium abgetrennt ist.
Absperrhahn (1) nach Anspruch 1, wobei das Schließelement (1) als Kugel oder Küken ausgestaltet ist.
Absperrhahn (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoraufnahme (4) ein Gewinde, insbesondere ein Innengewinde umfasst, und der Sensor (5), insbesondere mit einem Außengewinde, darin eingeschraubt ist.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoraufnahme (4) ein oder mehrere Dichtungen (6) umfasst, die den Durchflussbereich von der Umgebung abdichten.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) zwei Spülanschlüsse (7) zum Durchflussbereich umfasst, wobei das Schließelement (3) einen Zugang der Spülanschlüsse (7) zum Durchflussbereich in der ersten Position sperrt und in der zweiten Position freigibt.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (5) einen Durchmesser von 12 mm aufweist.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Sensor (5) um einen pH-, Redox-, Sauerstoff-, Temperatur- oder Leitfähigkeitssensor handelt.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (5) als digitaler Sensor mit Mikrocontroller und Speicher ausgestaltet ist, insbesondere ist der Sensor (5) ein induktiver Sensor, insbesondere unterstützt der Sensor Plug & Play zu einem daran angeschlossenen Messumformer zu einem schnellen Sensorwechsel.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei am Schließelement (3) ein Griff (8) zur Bewegung desselben angeordnet ist.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) aus Edelstahl, Nickelbasislegierungen, PVC oder PVDF gefertigt ist.
Absperrhahn (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Behältnis als Rohr ausgestaltet ist.