DE102013100158A1

DE102013100158A1 - Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einer Rohrleitung

Info

Publication number: DE102013100158A1
Application number: DE102013100158.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Krumbholz; Robert Schmidt
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-07-10
Also published as: WO2014095419A1; US9766101B2; US20150338252A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einer Rohrleitung, die einen vorgegebenen Innenquerschnitt aufweist, mit einem Sensor (2) und einem T-förmigen Adapter (1), der einen ersten Teilbereich (3) und einen zu dem ersten Teilbereich (3) im Wesentlichen senkrecht angeordneten zweiten Teilbereich (4) aufweist, wobei der erste Teilbereich (3) im wesentlichen denselben Innenquerschnitt (A1) aufweist wie die Rohrleitung (7) und wobei in den zweiten Teilbereich (4) der Sensor (2) so angeordnet ist, dass die dem Medium zugewandte Stirnfläche (5) des Sensors (2) frontbündig zu der Innenfläche (6) des ersten Teilbereichs (3) des Adapters (1) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einer Rohrleitung, wobei die Rohrleitung einen vorgegebenen Innenquerschnitt aufweist.
Messvorrichtungen wie Sensoren, aber auch Stellvorrichtungen, wie beispielsweise Ventile, werden im Bereich der Nahrungs- und Lebensmittelindustrie vielfältig eingesetzt. Kommen die Messvorrichtungen in Kontakt mit Nahrungsmitteln, müssen Sie aus verständlichen Gründen höchsten Hygiene-Anforderungen genügen.
Potentielle Sammelbecken für gesundheitsgefährdende Keime finden sich im Kontaktbereich mit dem Medium bevorzugt an den Stellen, an denen zwei Komponenten miteinander verbunden werden. Als Beispiel sei der Einbau eines Sensors bzw. einer Messvorrichtung in eine Rohrleitung genannt. Besonders kritisch sind in diesem Zusammenhang relativ schmale und klein dimensionierte Zwischenräume bzw. Spalte, da diese sich sehr schlecht reinigen lassen. Befindet sich in dem Kontaktbereich von Sensor und Rohrleitung ein Spalt, so kann das Medium in diesen Spalt eindringen; in dem Spalt können sich Verunreinigungen ansammeln, und es können sich Keime bilden. Derartige Messvorrichtungen erfüllen nicht die Anforderungen von Lebensmittel-Normen, und werden daher für den Einsatz im Lebensmittelbereich nicht zugelassen. Gleichmaßen sind sie für den Einsatz in pharmazeutischen Anwendungen nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die hohen Hygiene-Anforderungen genügt.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die einen Sensor und einen T-förmigen Adapter aufweist, wobei der Adapter einen ersten Teilbereich und einen zu dem ersten Teilbereich im Wesentlichen senkrecht angeordneten zweiten Teilbereich aufweist, wobei der erste Teilbereich im wesentlichen denselben Innenquerschnitt aufweist wie die Rohrleitung und wobei in dem zweiten Teilbereich der Sensor so angeordnet ist, dass die dem Medium zugewandte Stirnfläche des Sensors frontbündig zu der Innenfläche des ersten Teilbereichs des Adapters liegt. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird einerseits eine Spaltbildung zwischen dem Sensor und der Rohrleitung vermieden, wodurch andererseits auch eine ausreichend gute Reinigungsmöglichkeit im Bereich der Stirnfläche, also im Kontaktbereich des Senosrs mit dem Medium, sichergestellt wird. Die Stirnfläche des Sensors ist quasi integraler Teil der Innenfläche des ersten Teilbereichs des Adapters.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Rohrleitung im Wesentlichen einen kreisförmigen Innenquerschnitt auf. Weiterhin hat die dem Medium zugewandte Stirnfläche des Sensors im Wesentlichen die gleiche Krümmung wie die Innenfläche der Rohrleitung.
Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung höchsten Hygiene-Anforderungen genügt, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, dass die dem Medium zugewandte Stirnfläche des Sensors spaltfrei in dem Adapter angeordnet ist.
Bei dem Sensor handelt es sich bevorzugt um einen konduktiven oder kapazitiven Sensor. Ebenso kann es sich bei dem Sensor auch um einen Temperatursensor, einen Ultraschallsensor z.B. zur Durchflussmessung, einen Sensor für Analysezwecke, einen Leitfähigkeitssensor oder einen sonstigen Sensor handeln.
Im Falle eines kapazitiven oder konduktiven Sensors sind eine erste Elektrode, eine Elektrodenisolation, eine zweiten Elektrode, ein Guard und eine Guardisolation vorgesehen. Alternativ besteht der kapazitive oder konduktive Sensor aus einer ersten Elektrode, einer Elektrodenisolation, einem Guard und einer Guardisolation. Bei dieser Ausgestaltung wird die zweite Elektrode von dem Adapter gebildet. Bevorzugt bestehen/besteht die Elektrode bzw. die Elektroden aus dem gleichen Material wie die Rohrleitung und/oder der Adapter. Insbesondere bestehen/besteht die Elektrode aus Edelstahl. In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Adapter aus einem Gussteil.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung über ein Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gefertigt:

– der Sensor wird in den zweiten Teilbereich des Adapters derart eingepresst, dass der Sensor in Bezug auf den Innenquerschnitt des ersten Teilbereichs ein vorgegebenes Aufmaß hat;
– anschließend werden/wird durch ein zerspanendes Verfahren das in den Adapter hineinragende Aufmaß des Sensors und/oder die Innenfläche des ersten Teilbereichs des Adapters so überdreht, dass der Innenquerschnitt des ersten Teilbereichs des Adapters und der Innenquerschnitt der Rohrleitung im Wesentlichen gleich sind.

Nachdem die erfindungsgemäße Vorrichtung in der zuvor beschriebenen Art und Weise gefertigt wurde, wird sie in die Rohrleitung integriert. Die Integration erfolgt über die üblichen Befestigungsmöglichkeiten, z.B. Einschweißen, Einschrauben, usw.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1: eine erste perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters,
1b: eine zweite perspektivische Ansicht der in 1a gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters,
2a: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die den ersten Fertigungsschritt verdeutlicht,
2b: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die den zweiten Fertigungsschritt verdeutlicht,
3a: eine perspektivische Ansicht der in 2b gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Elektronikgehäuse,
3b: eine erste perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Elektronikgehäuse und Clamp-Anschlüssen,
3c: die in 3b gezeigte Ausführungsform in einer zweiten perspektivischen Ansicht und
4: einen Querschnitt durch die in 2b gezeigte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt eine erste perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters 1. 1b zeigt eine zweite perspektivische Ansicht der in 1a gezeigten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters 1.
Der Adapter 1 besteht aus einem ersten rohrförmigen Teilbereich 3 und einem dazu im Wesentlichen senkrecht angeordneten zweiten rohrförmigen Teilbereich 4. Über den ersten Teilbereich 3 ist der Adapter 1 in einer Rohrleitung 7 befestigbar. Bei dem Adapter 1 handelt es sich im gezeigten Fall um ein T-Stück. Der Adapter 1 ist ein Gussteil, ein Drehteil oder ein Frästeil und dient darüber hinaus auch als Prozessanschluss.
Im montierten Zustand befindet sich in der Rohrleitung 7 und in dem ersten Teilbereich 3 des Adapters 1 ein in den Figuren nicht gesondert dargestelltes Medium. Der Innendurchmesser D1 des ersten Teilbereichs 3 des Adapters 1 und der Innendurchmesser D2 der Rohrleitung 7 sind im Wesentlichen gleich, so dass das Medium ungehindert fließen kann. In den Figuren 1a und 1b ist die durchgehende Öffnung 8 in dem zweiten Teilbereich 4 des Adapters 1 zu sehen. Die Öffnung 8 dient zur Aufnahme des Sensors 2.
In den Figuren 2a und 2b sind perspektivische Ansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, die die beiden Fertigungsschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verdeutlichen. Der Sensor 2 wird – wie in 2a zu sehen – so in der durchgehenden Öffnung 2 im zweiten Teilbereich 4 des Adapters 1 montiert, dass ein definiertes Aufmaß 15 über die Innenfläche 6 des ersten Teilbereichs 3 des Adapters 1 hinausragt. Die Montage des Sensors 2 in dem zweiten Teilbereich 4 erfolgt bevorzugt über Verpressen. Im gezeigten Fall handelt es sich bei dem Sensor 2 um einen kapazitiven Sensor.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das in den Innenbereich des Adapters 1 hineinragende Aufmaß 15 des Sensors 2 durch ein zerspanendes Verfahren entfernt. Bevorzugt wird der erste Teilbereich 3 des Adapters innen komplett samt Sensor 2 überdreht bzw. ausgespindelt. Insbesondere werden/wird der Sensor 2 und/oder die Innenfläche 6 des ersten Teilbereichs 3 des Adapters 1 so überdreht, dass der Innenquerschnitt A1 des ersten Teilbereichs 3 des Adapters 1 und der Innenquerschnitt A2 der Rohrleitung 7 im Wesentlichen gleich sind. Daher muss der Innendurchmesser des ersten Teilbereichs 3 vor dem zweiten Fertigungsschritt ggf. entsprechend kleiner sein als der Innendurchmesser D2 der Rohrleitung.
Im fertig montierten Zustand ist die Stirnfläche 5 des Sensors 2 quasi integraler Teil der Innenfläche 6 des ersten Teilbereichs 3 des Adapters 1. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass der Sensor 2 nicht-intrusiv in das Medium – sondern frontbündig – und spaltfrei in dem ersten Teilbereich 3 des Adapters 1 angeordnet ist. Durch den frontbündigen Einbau wird das in der Rohrleitung 7 strömende Medium in seiner Fließbewegung nicht behindert.
Da der Einbau spaltfrei ist – es sind keine Hohlräume oder Toträume vorhanden –, ist die Lösung für Hygiene-Anwendungen bestens geeignet.
In 3a ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich mit einem Elektronikgehäuse 9 versehen. Während die in 3a gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung in die Rohrleitung 7 geschweißt wird, sind bei der in 3b gezeigten Ausgestaltung beidseitig an dem Adapter 1 zwei Clamp-Adapter 10 angeschweißt. Über die Clamp-Adapter 10 lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in die Rohrleitung 7 hinein montieren, wobei an der Rohrleitung 7 die korrespondierenden Claim Adapter angebracht sind. In 3c ist die in 3b gezeigte Ausführungsform in einer zweiten perspektivischen Ansicht zu sehen.
In den Figuren 3a und 4 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der als Sensor 2 ein kapazitiver Sensor in den Adapter 1 integriert ist. Infolge der aufeinander abgestimmten Innen-Abmessungen des ersten Teilbereichs 3 des Adapters 1 und der Rohrleitung 7 stellt der Adapter 1 quasi ein Teilstück der Rohrleitung 7 dar. Der frontbündig in dem ersten Teilbereich 3 des Adapters 1 montierte kapazitive Sensor misst insbesondere, ob sich in der Rohrleitung 7 Medium befindet oder ob die Rohrleitung 7 leer ist.
Der kapazitive Sensor 2 besteht aus einer mittig angeordneten ersten Elektrode 11, die über einen Isolator 12 von einer Guardelektrode 13 getrennt ist. Der Isolator 12 und die Guard-Elektrode 13 umgeben die erste Elektrode 11 konzentrisch. Bevorzugt ist die erste Elektrode 11 aus demselben Material gefertigt wie der Adapter, z.B. bestehen beide aus Edelstahl. Über einen weiteren konzentrisch zur ersten Elektrode 11 angeordneten Isolator 14 ist die Guardelektrode 13 von der zweiten Elektrode 15 isoliert. Bei der zweiten Elektrode handelt es sich im gezeigten Fall um den Adapter 1. Es versteht sich von selbst, dass in Zusammenhang mit der Erfindung alle bekannten Ausgestaltungen von kapazitiven oder konduktiven Sensoren eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Adapter
2: Sensor
3: erster Teilbereich
4: zweiter Teilbereich
5: Stirnfläche
6: Innenfläche
7: Rohrleitung
8: Öffnung
9: Elektronikgehäuse
10: Befestigung
11: erste Elektrode
12: Isolator
13: Guard
14: Isolator
15: Aufmaß

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einer Rohrleitung, die einen vorgegebenen Innenquerschnitt aufweist, mit einem Sensor (2) und einem T-förmigen Adapter (1), der einen ersten Teilbereich (3) und einen zu dem ersten Teilbereich (3) im Wesentlichen senkrecht angeordneten zweiten Teilbereich (4) aufweist, wobei der erste Teilbereich (3) im wesentlichen denselben Innenquerschnitt (A1) aufweist wie die Rohrleitung (7) und wobei in den zweiten Teilbereich (4) der Sensor (2) so angeordnet ist, dass die dem Medium zugewandte Stirnfläche (5) des Sensors (2) frontbündig zu der Innenfläche (6) des ersten Teilbereichs (3) des Adapters (1) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rohrleitung (7) im Wesentlichen einen kreisförmigen Innenquerschnitt (A2) aufweist und wobei die dem Medium zugewandte Stirnfläche (5) des Sensors (2) die gleiche Krümmung wie die Innenfläche (8) der Rohrleitung (7) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die dem Medium zugewandte Stirnfläche (5) des Sensors (2) spaltfrei in dem Adapter (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei es sich bei dem Sensor (2) um einen konduktiven oder kapazitiven Sensor handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der kapazitive oder konduktive Sensor (2) aus einer ersten Elektrode (11), einer Elektrodenisolation (12), einer zweiten Elektrode, einen Guard (13) und einer Guardisolation (14) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der kapazitive oder konduktive Sensor eine erste Elektrode (11), eine Elektrodenisolation (12), einen Guard (13) und eine Guardisolation (14) aufweist und wobei die zweite Elektrode von dem Adapter (1) gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die Elektrode (11)/die Elektroden bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Rohrleitung (7) und/oder der Adapter (1) besteht/bestehen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Adapter (1) um ein Gussteil handelt.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, wie sie in zumindest einem der Ansprüche 1–8 beschrieben ist, wobei der Sensor (2) in den zweiten Teilbereich (4) des Adapters (1) derart eingepresst wird, dass der Sensor (2) in Bezug auf den Innenquerschnitt (A1) des ersten Teilbereichs (3) ein Aufmaß (15) hat, und wobei durch ein zerspanendes Verfahren das in den Adapter (1) hineinragende Aufmaß (15) des Sensors (2) und/oder die Innenfläche (A1) des ersten Teilbereichs (3) des Adapters (1) so überdreht werden/wird, dass der Innenquerschnitt (A1) des ersten Teilbereichs (3) des Adapters (1) und der Innenquerschnitt (A2) der Rohrleitung (7) im Wesentlichen übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Adapter (1) nach der Montage des Sensors (2) in die Rohrleitung (7) integriert wird.