DE29721863U1

DE29721863U1 - Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers

Info

Publication number: DE29721863U1
Application number: DE29721863U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2007-12-11

Description

GR 97 G 44 62 DE

Beschreibung

Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers, der zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen Größe in einem Medium geeignet ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Meßfühler sind Aufnehmer, gegebenenfalls ergänzt durch geeignete Anpasser, die eine physikalische oder chemische Größe durch Umformung als meist elektrisches Signal abbilden. Sie nutzen hierzu physikalische oder chemische Effekte. Ihr Aufbau wird je nach Einzelfall sehr stark von den meßtechnischen Anforderungen und den realen Prozeßbedingungen in der Applikation geprägt. Im industriellen Einsatz müssen Meßfühler hohen Ansprüchen genügen. Starke mechanische Beanspruchung, aggressive Medien, hohe Temperaturen oder explosive Gasgemische am Meßort erfordern jeweils einen angepaßten Aufbau.

Ist eine Messung beispielsweise der Temperatur, des pH-Werts, der Leitfähigkeit, der Konzentration oder der Schallgeschwindigkeit in einem Medium unter realen Prozeßbedingungen, d. h. direkt im Prozeß messend, erforderlich, so sind spezielle Meßstellenaufbauten notwendig. Diese werden vom Anwender, vom Anlagenbauer, oder von dem Hersteller des Meßfühlers geplant, konstruiert, hergestellt und in den Prozeß eingebaut. Die individuelle Anpassung ist mit hohem Aufwand verbunden.

Muß ein Meßfühler am Einbauort in direktem Kontakt zu einem Medium stehen, so wird er häufig in eine Wand eines das Medium einschließenden Raums, beispielsweise eines Rohrs oder eines Behälters, eingebaut. Durch einen Einbaustutzen, der mit der Wand verschweißt oder durch eine andere Maßnahme in

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der Wand befestigt wird, wird der Meßfühler von außen eingebaut und ragt in den mediengefüllten Raum hinein. Aufgrund der Anbringung des Meßfühlers im Prozeßmedium wird eine Verfälschung des Meßergebnisses weitgehend vermieden. Nachteilig dabei ist jedoch, daß Wartungs- und Reparaturarbeiten am Meßfühler Online, d. h. bei laufendem Prozeß, nicht möglich sind. Mit großem Aufwand muß beispielsweise vor einem Austausch eines Meßfühlers der laufende Prozeß abgeschaltet und der Mediendruck heruntergefahren werden. Bei Einbau eines Meßfühlers in ein Rohr kann dies z. B. durch Absperrventile vor und hinter der Meßstelle geschehen. In einer prozeßtechnischen Anlage wird dadurch die laufende Produktion gestört oder sogar völlig unterbrochen, wenn diese Arbeiten bei Anlagenstillstand durchgeführt werden müssen. An Pipelines, Tanks, Silos oder Reaktoren sind derartige Maßnahmen kaum durchzuführen.

Wenn beispielsweise bei einer Temperaturmessung geringe Meßungenauigkeiten hinnehmbar sind, kann der Meßfühler in ein Schutzrohr eingesetzt werden, das selbst mit einem Einbaustutzen in der Wand befestigt wird. Der Meßfühler ist bei dieser Einbauart zwar in einem geringeren Maße einer mechanischen oder chemischen Beanspruchung durch aggressive Medien ausgesetzt, aufgrund der Entkopplung vom Prozeß wird aber die Meßgenauigkeit vermindert. Bei diesem Meßstellenaufbau ist auch eine Online-Wartung möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers zu schaffen, die bei einem geringen Herstellungs- und Wartungsaufwand eine hohe Meßgenauigkeit ermöglicht.

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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Anordnung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben. 5

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Meßfühler in direktem Kontakt zum Medium oder medienumspült ist und daher eine hohe Meßgenauigkeit liefert. Meßfühler beliebiger Art, die eine Meßgrößenerfassung in unmittelbarer Nähe eines Mediums erfordern, können in dieser Anordnung eingesetzt werden. Bei geöffneter Kammer ist der Meßfühler vom Medium umströmt und eine Messung unter realen Prozeßbedingungen möglich. Bei geschlossener Kammer ist der Innenraum der Kammer vom Prozeß getrennt und der Meßfühler kann für Kalibrier-, Wartungs- oder Reparaturarbeiten bei laufendem Prozeß ausgebaut werden. In vorteilhafter Weise wird der Meßfühler durch die Kammer vor mechanischen Beanspruchungen geschützt.

Eine mechanische Kopplung zur Verschlußbetätigung von außen, d. h. von außerhalb des das Medium einschließenden Raumes,

ist einfach realisierbar, wenn der Verschluß als Drehschieber ausgebildet ist. In diesem Fall muß lediglich eine drehbare Welle durch die Wand nach außen geführt werden, an der ein Betätigungswerkzeug angesetzt werden kann. 25

Bei Batch-Prozessen, bei denen physikalische oder chemische Größen wechselnder Medien zu erfassen sind, wird eine gute Spülung der Kammer zwischen den Messungen erreicht, wenn die Kammer an zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Öffnung zur Verbindung mit dem das Medium einschließenden Raum aufweist und in diesen Raum hineinragt. Damit nur eine mechanische Kopplung für die Verschlußbetätigung ausreicht, sind beide zum Medium führenden Öffnungen durch einen

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einzigen Drehschieber gleichzeitig verschließbar. Mit geringem Aufwand erhält man einen gut dichtenden Verschluß bei einer Kammer, die durch ein äußeres und ein koaxial dazu angeordnetes inneres Gehäuseteil mit jeweils zueinander korrespondierenden Öffnungen gebildet wird. Vorzugsweise ist das innere Gehäuseteil relativ zu dem äußeren Gehäuseteil drehbar gelagert, so daß in einer geöffneten Stellung die Öffnungen des äußeren Gehäuseteils durch die Öffnungen des inneren Gehäuseteils freigegeben und in einer geschlossenen Stellung die Öffnungen des äußeren Gehäuseteils durch die Wand des inneren Gehäuseteils verschlossen werden. Bei einer Betätigung des Verschlusses sind dann lediglich die Dichtungen zwischen den beiden Gehäuseteilen einer Bewegungsreibung ausgesetzt und der Meßfühler kann mit geringem Aufwand in eine Welle, die zur Betätigung des Verschlusses vorgesehen ist, dichtend eingesetzt werden. Vorzugsweise wird eine Schraubverbindung in der Öffnung der Kammer, also nahe beim Medium, zum dichtenden Einbau des Meßfühlers vorgesehen. Der Meßfühler selbst kann in einem Schutzrohr untergebracht 0 werden, damit er druckfrei und nicht medienberührt ist. Mit Schließen des Verschlusses ist der Raum um den Meßfühler vom Prozeß getrennt. Der Meßfühler kann dann ohne weitere Maßnahmen ein- oder ausgebaut werden. Würde man in die Hohlwelle am äußeren Ende, d. h. an der der Kammer abgewandten Seite der Hohlwelle, ein Gewinde zur Befestigung des Meßfühlers vorsehen, so wäre der Raum bis zum Gewinde medienberührt und druckbelastet. Bei hoher Beanspruchung ist daher ein Gewinde auf der zur Kammer weisenden Seite der Hohlwelle vorzuziehen. Dabei hat eine Ausbildung der Drehachse als Hohlwelle zur Durchführung des Meßfühlers den Vorteil, daß nur wenige Dichtflächen vorhanden sind und der Einbauplatz so ausgebildet werden kann, daß er für Meßfühler verschiedener Art geeignet ist. Auf diese Weise läßt sich ein modulares Konzept

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nach einem Baukastenprinzip realisieren, bei welchem Meßfühler für unterschiedliche Meßgrößen in einer einheitlichen Kammer eingebaut werden können, ohne daß die Kammer für die jeweilige Meßfühlerart angepaßt werden muß. 5

Für eine einfache Montage der Kammer in der Wand eines das Medium einschließenden Raums kann das äußere Gehäuseteil mit einem Anschlußstutzen versehen werden, mittels dessen die Kammer durch eine Schraubverbindung mit Dichtung oder durch Einschweißen in die Öffnung der Wand einsetzbar ist.

Eine hohe Funktionssicherheit des Verschlußmechanismus ist gewährleistet, wenn die Form der Kammer einem Kugelhahn mit dem äußeren Gehäuseteil als Kugelhahngehäuse und dem inneren Gehäuseteil als drehbarem Kugelhahnküken entspricht.

Wenn die Öffnung der Wand des das Medium einschließenden Raums, in welche die Kammer dichtend einsetzbar ist, sich über den vollständigen Umfang eines Rohrs erstreckt, also die Kammer zwei Rohrenden dichtend miteinander verbindet, kann die Kammer aufgrund des Verschlusses bei vollständiger Durchdringung des Rohrinnenraums gleichzeitig als Absperrvorrichtung dienen.

Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers mit im wesentlichen zylinderförmiger Kammer im geöffneten Zustand,
Figur 2 die Anordnung nach Figur 1 im geschlossenen Zustand,

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Figur 3 eine Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers mit einer Kammer, die im wesentlichen die Form eines Kugelhahns hat,

Figur 4 eine Anordnung mit geöffneter, im wesentlichen zylinderförmiger Kammer und Anti-blow-out-Sicherung,

Figur 5 die Anordnung nach Figur 4 in geschlossenem Zustand und

Figur 6 eine Anordnung zur Verdeutlichung der Anschlußmöglichkeiten bei Rohreinbau.

Die Prinzipdarstellung nach Figur 1 zeigt ein Schnittbild durch eine Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers 1 in eine Wand 2 eines ein Medium einschließenden Raums. Eine Strömungsrichtung des Mediums ist durch Pfeile 3 und 4 angedeutet. Bei geöffneter Kammer ist auch ein Innenraum 5 mediendurchströmt. Der Meßfühler 1 liefert daher Meßwerte, die frei von Verfälschungen durch eine eventuelle Schutzhülle sind. Es ist leicht zu erkennen, daß bei einem Einsatz der Anordnung in Batch-Prozessen durch Spülen eine leichte Reinigung der Kammer bei einem Medienwechsel möglich ist. Bei geöffneter Kammer ist ein inneres Gehäuseteil 6 relativ zu einem äußeren Gehäuseteil 7 derart gedreht, daß seine Öffnungen die des äußeren Gehäuseteils 7 freigeben. Eine Achse 8, um welche das innere Gehäuseteil 6 drehbar gelagert ist, verläuft senkrecht zur Wand 2 des das Medium einschließenden Raums. Durch das Zusammenwirken des inneren Gehäuseteils 6 und des äußeren Gehäuseteils 7 wird ein von außen betätigbarer Verschluß realisiert, der als Drehschieber bezeichnet werden kann. An den Öffnungen des äußeren Gehäuseteils 7 sind ringförmige Dichtungen 9 und 10 zur Abdichtung des Verschlusses in geschlossenem Zustand angebracht.

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Figur 2 zeigt die Anordnung nach Figur 1 in nun geschlossenem Zustand. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die seitlichen Öffnungen des äußeren Gehäuseteils 7 sind durch die Wand des inneren Gehäuseteils 6 verschlossen, indem das innere Gehäuseteil 6 gegenüber der in Figur 1 dargestellten Stellung um 90° gedreht wurde. Bei geschlossener Kammer kann ohne weitere Eingriffe in den Prozeß der Meßfühler 1 Wartungs- und Reparaturarbeiten unterzogen werden. In einer prozeßtechnischen Anlage wird mit der gezeigten Anordnung in vorteilhafter Weise eine höhere Verfügbarkeit erreicht.

In Figur 3 ist eine Anordnung mit einem Meßfühler dargestellt, die einem Kugelhahn ähnlich ist. Ein äußeres Gehäuseteil 11 entspricht dem Kugelhahngehäuse, ein inneres Gehäuseteil 12 dem darin drehbar gelagerten Kugelhahnküken. Zum Einbau der Anordnung in eine Rohrleitung einer prozeßtechnischen Anlage sind auf beiden Seiten Anschlußflansche 13 bzw. 14 vorgesehen. Diese Kammer weist bezüglich Robustheit und Funktionssicherheit dieselben Vorzüge auf, wie sie auch von Kugelhähnen bekannt sind. Sie ist sowohl für flüssige als auch für gasförmige Medien geeignet und zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Druckstabilität aus. Zur Durchführung eines Meßfühlers 15 ist eine Spindel 16 bis in den Innenraum 17 der Kammer durchbohrt und in die Kugelbohrung ein Gewinde 18 geschnitten. In das Gewinde 18 ist ein Schutzrohr 19 eingeschraubt, das druckfrei und nicht medienberührt ist. Durch das Schutzrohr 19 ist der Meßfühler 15 in den Innenraum 17 der Kammer geführt. Zur Montage des Schutzrohrs 19 ist ein Sechskant 20 von außen zugänglich angebracht.

Durch einen Hebel 21 ist der Verschluß von außen zu betätigen, indem die Spindel 16 gemeinsam mit dem inneren Gehäuseteil 12 und den in der Spindel 16 angeordneten Komponenten um

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90° um eine Achse 22 gedreht wird. Zur Abdichtung der verschlossenen Kammer sind Dichtungen 23 und 24 vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit im wesentlichen zylinderförmiger Kammer ist in Figur 4 dargestellt. Die Kammer wird aus einem äußeren Gehäuseteil 25 und einem inneren Gehäuseteil 26 gebildet, das gegenüber dem äußeren Gehäuseteil 25 um 90° drehbar gelagert ist. Das äußere Gehäuseteil 25 ist mit einem Anschlußstutzen 27 zur einfachen Montage in einer Rohrwand 2 8 durch Einschweißen versehen. Alternativ kann die Montage auch durch eine Schraubverbindung erfolgen. Zwei Öffnungen 29 und 30 der Kammer dienen.zur Zuleitung eines Prozeßmediums entsprechend einem Pfeil 31 zu einem Meßfühler 32, der im Innenraum der Kammer angeordnet ist. Das innere Gehäuseteil 2 6 ist im Bereich von Dichtungen 33 und teilkugelförmig ausgebildet, um ähnlich gute Dichteigenschaften zu erhalten, wie sie Kugelhähne aufweisen. In der dargestellten geöffneten Stellung der Kammer werden die Öffnungen 29 und 30 des äußeren Gehäuseteils 25 durch das innere Gehäuseteil 26 freigegeben. Ein Klemmring 35 mit einem Außengewinde 36 sorgt für eine langzeitstabile Abdichtung zwischen äußerem Gehäuseteil 25 und innerem Gehäuseteil 26 über die Dichtungen 33 und 34. Durch den Klemmring 35 wird eine druckfeste und dichte Lagerung des inneren Gehäuseteils 26 im äußeren Gehäuseteil 25 erreicht. Zusätzlich ist der Klemmring 35 mit einer Außenfeinverzahnung 37 im oberen Bereich versehen, die in eine dazu korrespondierende Innenverzahnung einer Anti-blow-out-Sicherung 38 eingreift. Durch diese Verzahnung werden Drehbewegungen des Klemmrings 35 beim Öffnen und Schließen der Meßkammer verhindert. Darüber hinaus werden durch die Anti-blow-out-Sicherung 38 Beschädigungen des Gewindes 36 bei Überdruck in der Kammer und ein Heraussprengen des inneren Gehäuseteils 26 aus dem äußeren Gehäuseteil 25

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vermieden. Sie trägt somit zu einer Verbesserung der Zerberstsicherheit der Kammer bei. Die Anti-blow-out-Sicherung 38 wird durch Schrauben 39 und 40 auf dem Stutzen 27 gehalten. Weiterhin enthält die Anti-blow-out-Sicherung 38 in der Figur 4 nicht sichtbare Anschlagnocken für eine Begrenzung des Drehbereichs, damit eine Überdrehung des inneren Gehäuseteils 2 6 vermieden und ein definierter Anschlag gewährleistet wird. Der Meßfühler 32 ist mit einem Montagestutzen 41 in ein Gewinde 42 eingedreht. Durch einen Dichtring 43 wird Dichtheit der Schraubverbindung sichergestellt. Auf Nocken 44 ist ein Spezialwerkzeug aufsetzbar, mit dessen Hilfe das innere Gehäuseteil 26 zur Betätigung des Verschlusses von außen um 90° um. eine Achse 45 gedreht werden kann.

Figur 5 zeigt die Anordnung nach Figur 4 in nun geschlossener Stellung der Kammer. Durch die Wand des inneren Gehäuseteils 26 werden nun die Öffnungen 29 und 30 im äußeren Gehäuseteil 25 verschlossen. Mit den Dichtungen 33 und 34 wird der Innenraum der Kammer gegenüber dem Prozeßmedium abgedichtet und die Meßsonde 32 kann ohne Beeinflussung des Prozesses ausgetauscht und gewartet werden.

Soll eine Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers in eine Rohrleitung 4 6 einer prozeßtechnischen Anlage eingefügt werden, so kann eine Kammer 47 mit einem Schweißstutzen 48, wie es auf der linken Seite in Figur 6 dargestellt ist, oder mit einem Standardvorschweißflansch 49 gemäß der rechten Seite von Figur 6 versehen werden.

Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann bei einem Einbau der Anordnung in eine Rohrleitung auch in einem äußeren Gehäuseteil ein Strömungskanal geführt sein, der nicht bei Verschließen der Kammer unterbrochen wird. Dadurch

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bleibt die Strömung auch bei Wartungs- und Reparaturarbeiten am Meßfühler erhalten.

Claims

1. Anordnung zum Einbau eines Meßfühlers, der zur Erfassung einer physikalischen oder chemischen Größe in einem Medium geeignet ist, in eine Wand (2) eines das Medium einschließenden Raums, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer in eine Öffnung der Wand dichtend einsetzbar ist,

daß der Meßfühler (1) bei in die Wand (2) eingesetzter Kammer (6, 7) von außen in eine Öffnung der Kammer (6, 7) dichtend einsetzbar ist, so daß der Meßfühler (1) in den Innenraum (5) der Kammer (6, 7) hineinragt,

daß die Kammer (6, 7) zumindest eine Öffnung aufweist, die den Innenraum (5) der Kammer (6, 7) mit dem das Medium einschließenden Raum verbindet und die mit einem Verschluß versehen ist, der von außen betätigbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß als Drehschieber ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (6, 7) in den das Medium einschließenden Raum hineinragt und an zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Öffnung aufweist, die den Innenraum (5) der Kammer (6, 7) mit dem das Medium einschließenden Raum verbindet und die mit einem Verschluß versehen ist, der von außen betätigbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Medium führenden Öffnungen durch einen einzigen Drehschieber gleichzeitig verschließbar sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (6, 7) ein äußeres Gehäuseteil (7) und ein koaxial dazu angeordnetes inneres

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Gehäuseteil (6) mit jeweils zueinander korrespondierenden Öffnungen aufweist, wobei das innere Gehäuseteil (6) relativ zu dem äußeren Gehäuseteil (7) drehbar gelagert ist, so daß in einer geöffneten Stellung die Öffnungen des äußeren Gehäuseteils (7) durch die Öffnungen des inneren Gehäuseteils (6) freigegeben und in einer geschlossenen Stellung die öffnungen des äußeren Gehäuseteils (7) durch die Wand des inneren Gehäuseteils (6) verschlossen werden.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Kammer (11, 12) einem Kugelhahn entspricht, wobei das äußere Gehäuseteil (11) dem Kugelhahngehäuse und das innere Gehäuseteil (12) dem drehbaren Kugelhahnküken entspricht.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet ,

daß das innere Gehäuseteil (12) um eine im wesentlichen senkrecht zur Wand des das Medium einschließenden Raums verlaufende Achse (22) drehbar gelagert ist, daß eine Spindel (16) entlang dieser Achse (22) zur Betätigung des Verschlusses nach außen geführt ist und daß die Spindel (16) als Hohlwelle zur Durchführung des Meßfühlers (15) ausgebildet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung der Kammer (11, 12) zur Hohlwelle (16) hin eine Schraubverbindung (18) zum dichtenden Einbau des Meßfühlers (15) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuseteil (25) mit einem Anschlußstutzen (27) versehen ist, mittels dessen die Kammer (25, 26) durch eine Schraubverbindung mit Dichtung oder durch

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Einschweißen in die Öffnung der Wand (28) des das Medium einschließenden Raums dichtend einsetzbar ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (47) wie eine Absperrvorrichtung in eine Rohrleitung (46) als das Medium einschließender Raum einsetzbar ist.