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Die Erfindung betrifft eine Sondeneinrichtung zum Messen einer Messgröße eines in einem Prozessbehälter enthaltenen Prozessmediums, insbesondere zur Anwendung in chemischen, lebensmitteltechnischen, biotechnologischen oder pharmazeutischen Prozessen.
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Der Einsatzbereich von Sondeneinrichtungen zur Messung physikalischer oder chemischer Messgrößen eines Mediums in der Prozessmesstechnik ist vielfältig. Beispielsweise erfordern chemische, lebensmitteltechnische, biotechnologische oder pharmazeutische Prozesse den Einsatz von Messsonden zur Überwachung des Prozesses bzw. eines in dem Prozess hergestellten Produkts. Bei den Messsonden kann es sich beispielsweise um pH-Messsonden, ionenselektive Elektroden, Leifähigkeitssonden, Trübungssonden, oder um optische oder elektrochemische Messsonden zur Bestimmung einer Konzentration einer in dem zu überwachenden Prozessmedium enthaltenen Substanz, wie O2, CO2, bestimmte Ionenarten oder organische Verbindungen, handeln.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Inline-Messungen an Prozessmedien durchzuführen, bei denen Sondeneinrichtungen mit axial verfahrbarem, eine Messsonde haltendem Tauchrohr zum Einsatz kommen. Solche Sondeinrichtungen werden auch als Wechselarmaturen bezeichnet. Diese Wechselarmaturen sind an einem Prozessbehälter, beispielsweise einem das Prozessmedium führenden Rohr, befestigt. Sie weisen eine Behandlungskammer auf, in die die Messsonde mittels des Tauchrohrs zeitweilig während des Betriebs verfahren werden kann. In die Behandlungskammer können verschiedene Behandlungsmedien eingeleitet werden. Beispielsweise kann eine Spülflüssigkeit zur Reinigung der Messsonde durch die Behandlungskammer geleitet werden. Auch die Beaufschlagung der Messsonde mit einem Sterilisationsmedium, z. B. Heißdampf, in der Behandlungskammer ist möglich. Schließlich kann auch eine Kalibrierflüssigkeit in die Behandlungskammer geleitet werden, um eine Kalibrierung der Messsonde vorzunehmen. Nach Abschluss der Behandlung wird die Messsonde zurück in den Prozessbehälter bzw. in das Prozessmedium verfahren, um mit der Inline-Messung fortzufahren. Dabei wird einer Kontamination des zu überwachenden Prozessmediums bzw. umgekehrt einer Kontamination der Kalibrierflüssigkeit mit Prozessmedium mit Hilfe von Dichtungen entgegengewirkt, die die Behandlungskammer und den Prozessbehälter gegeneinander abdichten.
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Für viele Prozesse, insbesondere in der Lebensmitteltechnik, Pharmazie und Biotechnologie sind selbst geringe Kontaminationen durch Herauslösen von Substanzen aus dem Prozessbehälter oder den mediumsberührenden Teilen der Sondeneinrichtung nicht tolerierbar. Andere Prozesse verwenden, insbesondere auch zur Reinigung des Prozessbehälters, aggressive Medien, die die mediumsberührenden Teile der Sondeneinrichtung angreifen und zu unerwünschter Korrosion führen können. Chemisch widerstandsfähige Materialien, mit denen diese Probleme vermieden werden können, sind beispielsweise Titan oder hochkorrosionsbeständige Nickel-Chrom-Molybdän-Wolframlegierungen. Diese Materialien sind jedoch sehr teuer. Chemisch weitgehend inerte Kunststoffmaterialien, z. B. PTFE, PFA oder PVDF, weisen häufig eine erheblich geringere mechanische Festigkeit im Vergleich zu Metallen und Metalllegierungen auf.
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In
DE 10 2009 033 558 A1 ist eine Sondeneinrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, die zum Anschluss an einen Ingoldstutzen eines Prozessbehälters ausgestaltet ist. Die Sondeneinrichtung weist ein im angeschlossenen Zustand in den Ingoldstutzen eingesetztes Zapfenteil auf, das aus einem äußeren, mit einer Überwurfmutter am Ingoldstutzen befestigbaren Haltering aus Metall und einem darin verankerten, in den Ingoldstutzen einsetzbaren Zapfen aus Kunststoffmaterial besteht. Das Kunststoffmaterial des Zapfens soll zur Verwendung in aggressiven Prozessmedien geeignet sein, während der metallische Haltering eine ausreichende Festigkeit für eine robuste und stabile Halterung der Armatur mittels der Überwurfmutter gewährleisten soll.
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Zur Reinigung und/oder Kalibrierung der Messsonde weist die Sondeneinrichtung ein Spülkammerteil auf, in dem eine Spülkammer angelegt ist, die prozessseitig durch Dichtungen gegen das Prozessmedium abgedichtet ist. Beim Zurückziehen des Tauchrohrs mit der Messsonde in die Spülkammer wird zwangsläufig Prozessmedium auch in die Spülkammer verschleppt. Somit ist auch die Spülkammer als mediumsberührendes Bauteil der Sondeneinrichtung zu berücksichtigen. Die
DE 10 2009 033 558 A1 sieht jedoch nicht vor, auch die Spülkammer aus einem inerten Material herzustellen. Die Spülkammer ist in der dort beschriebenen Sondeneinrichtung in einem Sockelteil der Sondenarmatur gebildet, das mittels einer weiteren Überwurfmutter an einem pneumatischen Antrieb des Tauchrohrs befestigt ist. Aus diesem Grund muss das Sockelteil verhältnismäßig massiv und mechanisch stabil ausgebildet sein. Eine Ausgestaltung des Sockelteils aus Titan oder hoch korrosionsbeständigen Materialien wäre aus Kostengründen nachteilig. Eine Ausgestaltung aus Kunststoff würde die erforderliche mechanische Stabilität nicht gewährleisten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sondeneinrichtung anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll die Sondeneinrichtung bei einfachem Aufbau eine Ausgestaltung der im Betrieb mit dem Prozessmedium in Berührung kommenden Bauteile aus einem Material mit ausreichender chemischer Beständigkeit bei Gewährleistung der für den Einsatz in der Prozessmesstechnik erforderlichen Robustheit und mechanischen Stabilität erlauben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sondeneinrichtung nach Anspruch 1.
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Diese Sondeneinrichtung zum Messen einer Messgröße eines in einem Prozessbehälter enthaltenen Prozessmediums, umfasst:
- – eine mit komplementären Anschlussmitteln des Prozessbehälters verbindbare Anschlussvorrichtung,
- – ein eine Behandlungskammer bildendes Behandlungskammerteil mit mindestens einer in die Behandlungskammer mündenden Zuleitung für ein Behandlungsmedium,
- – eine Messsonde mit einem zur Erfassung von Messwerten ausgestalteten Messkopf, die in einem zwischen einer Messstellung, in der der Messkopf außerhalb der Behandlungskammer angeordnet ist, und einer Behandlungsstellung, in der der Messkopf in die Behandlungskammer eingefahren ist, axial verschiebbar gelagerten Tauchrohr aufgenommen ist, das an seinem anschlussseitigen Frontende einen stirnseitig geschlossenen Schutzzylinder aufweist, wobei der Messkopf in einem hinter dem Schutzzylinder angeordneten, Durchbrüche aufweisenden Abschnitt des Tauchrohrs angeordnet ist, so dass der Messkopf in der Messstellung des Tauchrohrs über die Durchbrüche mit dem Prozessmedium und in der Behandlungsstellung des Tauchrohrs mit dem Behandlungsmedium beaufschlagbar ist,
- – eine an dem von der Anschlussvorrichtung abgewandten Endbereich der Sondeneinrichtung angeordnete Antriebseinrichtung zum axialen Verschieben des Tauchrohrs, wobei das Behandlungskammerteil von einer mit der Anschlussvorrichtung und der Antriebseinrichtung verbundenen Stützstruktur umgeben ist.
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Indem das Behandlungskammerteil von einer mit der Anschlussvorrichtung und der Antriebseinrichtung verbundenen Stützstruktur umgeben ist, übernimmt die Stützstruktur eine Stabilisierungsfunktion für das zwischen der Anschlussvorrichtung und der Antriebseinrichtung angeordnete Behandlungskammerteil. Das Behandlungskammerteil muss also nicht allein das Gewicht der Antriebseinrichtung tragen, und kann daher aus einem weicheren Material bzw. dünnwandiger ausgestaltet sein, als ohne die zusätzliche Stützstruktur. Somit kann das Behandlungskammerteil selbst aus einem chemisch weitgehend inerten Kunststoff oder alternativ aus einem der hochpreisigen, hoch korrosionsbeständigen metallischen Materialien, insbesondere einer hoch korrosionsbeständigen Legierung wie Hastelloy, gebildet sein, wobei die Wand des Behandlungskammerteils im letzteren Fall sehr dünn ausgestaltet sein kann, um Material und damit Kosten zu sparen.
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Als chemisch inertes Material kommen beispielsweise PVDF (Polyvinylidenfluorid), PEEK (Polyetheretherketon), PFA (Perfluoralkoxylalkan) oder PTFE (Polytetrafluorethylen) in Frage. Als metallische korrosionsbeständige Materialien kommen hoch korrosionsbeständige Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram-Legierungen wie 2.4602 bzw. Hastelloy oder Titan.
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Unter einem chemisch inerten Material ist hier insbesondere ein Material zu verstehen, welches gegenüber dem im Prozessbehälter enthaltenen Prozessmedium und/oder gegenüber den im Betrieb der Sondeneinrichtung der Behandlungskammer zugeführten Behandlungsmedien chemisch resistent ist. Insbesondere soll das chemisch inerte Material derart beschaffen sein, dass es weder chemische Reaktionen mit diesen Medien eingeht, noch dass Substanzen aus dem Material in diesen Medien gelöst werden. Des Weiteren soll die Aufnahme von Prozess- oder Spülmedium oder dessen Bestandteilen in das Material verhindert werden, d. h. das Material darf nicht porös sein oder aufgrund von Korrosion im Laufe der Zeit Poren bilden.
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Alle mediumsberührenden Bauteile der Sondeneinrichtung, d. h. alle Bauteile, die in einer Stellung des Tauchrohrs, insbesondere in der Messstellung, der Behandlungsstellung oder beim Verschieben des Tauchrohrs zwischen der Messstellung und der Behandlungsstellung, mit dem Prozessmedium in Kontakt kommen, können in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einem derartigen chemisch inerten Material, gebildet sein. Dabei können die verschiedenen mediumsberührenden Bauteile aus unterschiedlichen inerten Materialien gebildet sein, z. B. je nach den spezifischen mechanischen Anforderungen, die an die einzelnen Bauteile zu stellen sind. Es ist aber auch möglich, dass alle mediumsberührenden Bauteile der Sondeneinrichtung aus demselben Material gebildet sind wie das Behandlungskammerteil.
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Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise als Linearantrieb ausgestattet und umfasst einen beweglichen Teil, der beispielsweise eine Schubstange umfassen kann, und einen unbeweglichen Teil, in dem ein Lager für den beweglichen Teil gebildet ist. Die Stützstruktur ist in dieser Ausgestaltung mit dem unbeweglichen Teil fest und/oder lösbar verbunden.
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Das Tauchrohr als ebenfalls mediumsberührendes Bauteil kann insgesamt aus einem chemisch inerten Material gebildet sein. Vorteilhafterweise kann das Tauchrohr aus mehreren Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann das mediumsberührende, anschlussseitige, Frontende, das den Schutzzylinder und den hinter dem Schutzzylinder angeordneten, Durchbrüche aufweisenden Abschnitt des Tauchrohrs umfasst, als erstes Bauteil aus chemisch inertem Material gebildet, und mit einem zweiten, antriebsseitigen, Bauteil aus einem mechanisch stabilen, nicht notwendigerweise chemisch inerten Material verbunden sein. Diese Ausgestaltung erlaubt einerseits eine mechanisch stabile und robuste Verbindung des Tauchrohrs mit der Antriebseinrichtung, andererseits wird eine ausreichende chemische Stabilität des mediumsberührenden Frontendes gegenüber dem Prozessmedium bzw. dem Behandlungsmedium gewährleistet.
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Die Stützstruktur kann als eine zumindest abschnittsweise eine rohrförmige Wand aufweisende, das Behandlungskammerteil aufnehmende Buchse ausgestaltet sein, welche mindestens eine sich durch die Wand erstreckende Durchgangsöffnung aufweist, wobei das Behandlungskammerteil und die Stützstruktur verdrehgesichert in einer Orientierung zueinander angeordnet sind, in der die Durchgangsöffnung mit der in die Behandlungskammer mündenden Zuleitung für das Behandlungsmedium fluchtet. Die Durchgangsöffnung verläuft vorzugsweise in radialer Richtung, so dass das Behandlungsmedium über einen seitlich an der Stützstruktur angeordneten Zuleitungsanschluss in die Behandlungskammer eingebracht werden kann. Als Verdrehsicherung zwischen der Stützstruktur und dem Behandlungskammerteil kann beispielsweise mindestens ein in der Stützstruktur angeordnetes, radial bewegliches Sperrglied, insbesondere eine Stiftverbindung beispielsweise mittels eines Passstifts, dienen, das in eine Ausnehmung des Behandlungskammerteils eingreift.
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Die Stützstruktur kann eine durch eine Ringstufe in ihrer Innenwand gebildete, zur Anschlussvorrichtung hin weisende Ringfläche aufweisen, die gegen eine in einem von der Anschlussvorrichtung abgewandten Endbereich des Behandlungskammerteils durch eine Verringerung des Außendurchmessers des Behandlungskammerteils gebildete Ringschulter anliegt. Das Behandlungskammerteil ist auf diese Weise mittels der Stützstruktur formschlüssig an der Anschlussvorrichtung der Sondeneinrichtung befestigt.
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In einer Ausgestaltung kann die Anschlussvorrichtung einen mit der Stützstruktur verbundenen Flansch umfassen, welcher über eine ringförmige Dichtleiste an einen dazu komplementären Flansch des Prozessbehälters anschließbar ist.
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Das anschlussseitige Ende des Behandlungskammerteils kann eine Ringschulter aufweisen, welche in einer durch einen sich in axialer Richtung erstreckenden Stutzen der Dichtleiste gebildeten Aufnahme sitzt, wobei der zwischen der Aufnahme und dem Behandlungskammerteil gebildete Spalt mittels mindestens einer Ringdichtung gegenüber dem Prozessbehälter abgedichtet ist.
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Das Behandlungskammerteil kann in seinem anschlussseitigen Endbereich mindestens eine innen liegende, am Tauchrohr anliegende, Dichtung aufweisen, welche sowohl in der Messstellung als auch in der Behandlungsstellung des Tauchrohrs die Behandlungskammer gegenüber dem Prozessbehälter abdichtet.
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Die in dem sich in axialer Richtung erstreckenden Stutzen der Dichtleiste gebildete Aufnahme oder das anschlussseitige Ende des Behandlungskammerteils kann eine Ausnehmung, beispielsweise eine Ringschulter oder eine Ringnut, aufweisen, in der ein am Tauchrohr anliegender Abstreifring aufgenommen ist. Der Abstreifring kann auch zwischen einer dem Prozessbehälter zugewandten Stirnfläche des Behandlungskammerteils und einer dieser Stirnfläche gegenüberliegenden Fläche einer in der Innewand des axialen Stutzens der Dichtleiste gebildeten Ringstufe gehalten sein.
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Die Dichtleiste kann als medienberührendes Bauteil aus einem chemisch inerten Material gebildet sein. Insbesondere kann sie aus demselben Material bestehen wie das Behandlungskammerteil.
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In einer zum Anschluss der Sondeneinrichtung an einen komplementären Stutzen eines Prozessbehälters angepassten Ausgestaltung weist das Behandlungskammerteil an seinem anschlussseitigen Ende einen zapfenartigen Fortsatz auf, der dazu ausgestaltet ist, in den Stutzen des Prozessbehälters einzugreifen, wobei die Anschlussvorrichtung einen Haltering umfasst, der mittels einer Überwurfmutter an dem komplementären Stutzen befestigbar ist, und der eine vom Prozessbehälter abgewandte Ringfläche aufweist, an der eine in der Außenwand des Behandlungskammerteils gebildete Ringstufe anliegt.
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In dieser Ausgestaltung ist die Stützstruktur mit der der Antriebseinrichtung zugewandten Seite des Halterings verbunden, wobei die Stützstruktur eine der Anschlussvorrichtung zugewandte Absatzfläche aufweist, welche an einer von der Anschlussvorrichtung abgewandten Ringschulter der Behandlungskammer anliegt, um das Behandlungskammerteil weiter zu stabilisieren.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Sondeneinrichtung nach einer ersten Ausgestaltung zum Anschluss an einen Flansch eines Prozessbehälters;
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2 die in 1 gezeigte Sondeneinrichtung in einer Längsschnitt-Darstellung;
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3 die in 1 gezeigte Sondeneinrichtung in einer Längsschnitt-Darstellung in einer zur Längsschnitt-Darstellung der 2 senkrechten Schnittebene;
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4 eine Sondeneinrichtung nach einer zweiten Ausgestaltung zum Anschluss an einen Stutzen eines Prozessbehälters in Messstellung;
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5 die in 4 gezeigte Sondeneinrichtung in Behandlungsstellung.
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1 zeigt eine an einen Flansch
2 eines nicht näher dargestellten Prozessbehälters angeschlossene Sondeneinrichtung
1. Zum Anschluss an den Flansch
2 des Prozessbehälters weist die Sondeneinrichtung
1 eine Anschlussvorrichtung mit einem komplementären Flansch
3 auf. Mit dem Flansch
3 ist eine Stützstruktur
5 verbunden, welche ein darin angeordnetes (in
1 nicht sichtbares) Behandlungskammerteil
4 umgibt und stabilisiert. An ihrem von der Anschlussvorrichtung abgewandten Ende ist die Stützstruktur
5 mit einer Antriebseinrichtung der Sondeneinrichtung
1 verbunden. Die Antriebseinrichtung umfasst im hier gezeigten Beispiel einen pneumatischen Antrieb mit einem Zylinder
6, in dem ein (nicht dargestellter) Kolben axial beweglich gelagert ist, der den Zylinder
6 in zwei Druckräume unterteilt. Durch Druckbeaufschlagung jeweils eines der Druckräume kann der Kolben innerhalb des Zylinders axial in Richtung des jeweils anderen Druckraums bewegt werden. Der Kolben steht mit einem Tauchrohr
7 in Wirkverbindung, so dass das Tauchrohr mittels der axialen Kolbenbewegung ebenfalls in axialer Richtung bewegt und in das Behandlungskammerteil
4 eingefahren oder aus diesem herausgefahren werden kann. Eine detaillierte Beschreibung eines derartigen pneumatischen Antriebs für eine Sondeneinrichtung der eingangs genannten Artist beispielsweise
DE 20 2007 017 297 U1 zu entnehmen. Die Antriebseinrichtung kann alternativ auch zur manuellen Betätigung oder in sonstiger Weise ausgestaltet sein. In diesem Fall kann die Stützstruktur mit einem ortsfesten Bauteil der Antriebseinrichtung direkt oder über mehrere Zwischenstücke verbunden sein.
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2 und 3 zeigen Längsschnitte durch die in 1 gezeigte Sondeneinrichtung 1 entlang zweier zueinander senkrecht verlaufender Schnittebenen A-A und B-B.
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Die Sondeneinrichtung 1 umfasst ein in axialer Richtung bewegliches Tauchrohr 7, in dem eine Messsonde 8, beispielsweise eine pH-Glaselektrode, angeordnet ist. Das Tauchrohr 7 ist axial verschieblich in dem als im wesentlichen rohrförmige Buchse gestalteten Behandlungskammerteil 4 geführt. An zwei einander gegenüberliegenden Endabschnitten des Behandlungskammerteils 4 ist der zwischen dem Behandlungskammerteil 4 und dem Tauchrohr 7 gebildete Ringspalt durch in jeweils einer Ringnut in der inneren Mantelfläche des Behandlungskammerteils aufgenommene und an das Tauchrohr 7 anliegende Dichtringe 12 in der Messstellung und in der Behandlungsstellung gegen den Prozessbehälter bzw. gegen die Antriebseinrichtung hin flüssigkeitsdicht abgedichtet. In einem zwischen den Dichtringen 12 angeordneten Abschnitt des Behandlungskammerteils 4 ist dessen Innendurchmesser aufgeweitet, so dass in diesem Abschnitt zwischen dem Tauchrohr 7 und dem Behandlungskammerteil 4 eine gegenüber dem Prozessbehälter durch den prozessseitigen Dichtring 12 abgedichtete Ringkammer gebildet ist, die als Behandlungskammer 13 dient Das Tauchrohr 7 ist im vorliegenden Beispiel, mehrteilig aufgebaut. Das mit dem Prozessmedium in der Messstellung in Berührung kommende Frontende des Tauchrohrs 7 ist hier aus einem ersten Tauchrohrteil 16 aus einem chemisch inerten Material, beispielsweise einem Kunststoff wie PFA, PTFE oder PEEK oder einem Metall wie Titan oder einer hochkorrosionsresistenten Legierung wie Hastelloy, gebildet. Es kann mit einem rückseitigen, nicht mit dem Prozess- oder Behandlungsmedium in Berührung kommenden weiteren Tauchrohrteil 17, beispielsweise über eine Gewindeverbindung oder einen Bajonett-Verschluss, verbunden. Das weitere Tauchrohrteil 17 muss nicht aus einem besonders inerten Material bestehen. Es kann beispielsweise aus Edelstahl gebildet sein. Dieses weitere Tauchrohrteil 17 ist direkt oder über weitere Zwischenstücke mit der Antriebseinrichtung 6 verbunden. Umfasst die Antriebseinrichtung beispielsweise einen pneumatischen Antrieb wie werter oben beschrieben, steht das weitere Tauchrohrteil 17 mit dem innerhalb des Pneumatikzylinders beweglichen Kolben in Wirkverbindung. Auf diese Weise wird einerseits gewährleistet, dass der mediumsberührende Teil des Tauchrohrs nicht in unerwünschter Weise mit dem Prozess- und/oder Behandlungsmedium wechselwirkt, andererseits ist eine mechanisch ausreichend robuste und stabile Verbindung des Tauchrohrs mit dem Antrieb gewährleistet. Gleichzeitig wird auch der Materialaufwand des unter Umständen für den mediumsberührenden Bereich des Tauchrohrs verwendeten kostenintensiven hochkorrosionsbeständigen Materials minimiert.
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2 zeigt das Tauchrohr 7 in einer aus dem Behandlungskammerteil 4 ausgefahrenen Messstellung, 3 in einer in das Behandlungskammerteil eingefahrenen Behandlungsstellung. An seinem anschlussseitigen Frontende weist das Tauchrohr 7 einen stirnseitig geschlossenen Schutzzylinder 9 auf. Der Messkopf 11 der Messsonde 8 ist in einem hinter dem Schutzzylinder 9 anschließenden Abschnitt des Tauchrohrs angeordnet, der Durchbrüche 10 aufweist, über die der Messkopf 11 mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium beaufschlagbar ist. In der Messstellung (2) befindet sich der die Durchbrüche 10 aufweisende Abschnitt des Tauchrohrs 7 innerhalb des Prozessbehälters, so dass der Messkopf 11 mit dem im Prozessbehälter enthaltenen Prozessmedium beaufschlagt werden kann. In der Behandlungsstellung (3) befindet sich der Messkopf innerhalb der Behandlungskammer 13, die durch den an den Schutzzylinder 9 des Tauchrohrs 7 anliegenden prozessseitigen Dichtring 12 auch in dieser Stellung des Tauchrohrs 7 zum Prozessbehälter hin abgedichtet ist.
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Zur Zuleitung eines Behandlungsmediums, beispielsweise einer Reinigungs- oder Kalibrierflüssigkeit oder eines Sterilisationsmediums, in die Behandlungskammer 13 weist das Behandlungskammerteil 4 eine in radialer Richtung verlaufende Durchgangsöffnung 14 auf (3), die in die Behandlungskammer 13 mündet. Über die Durchbrüche 10 kann der Messkopf 11 in der Behandlungsstellung mit dem Behandlungsmedium beaufschlagt werden. Zur Ableitung des Behandlungsmediums weist das Behandlungskammerteil 4 eine weitere, ebenfalls in radialer Richtung verlaufende, vorzugsweise der ersten Durchgangsöffnung 14 gegenüberliegende, Durchgangsöffnung 15 auf, die in die Behandlungskammer 13 mündet. Die Durchgangsöffnungen 14 und 15 können in anderen Ausgestaltungen auch in einem Winkel gegenüber der radialen Richtung geneigt sein. Zur Reinigung der Dichtungen 12 bzw. eines hinter der prozessabseitigen Dichtung 12 angeordneten Abschnitts des Tauchrohrs 7 können eine oder mehrere weiter Zuleitungen 29 in einem vom Anschluss abgewandten Endbereich des Behandlungskammerteils 4 vorgesehen sein.
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Beim Zurückziehen des Frontendes des Tauchrohrs 7 mit dem Messkopf 11 in die Behandlungskammer 5 kann Prozessmedium aus dem Prozessbehälter in die Behandlungskammer 13 verschleppt werden. Das Behandlungskammerteil 4 ist daher zum Schutz vor dem Angriff aggressiver Prozessmedien aus einem chemisch inerten Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial wie PFA, PVDF, PTFE oder PEEK, gebildet. Alternativ kann es auch aus einem hochkorrosionsbeständigen Metall wie Titan oder einer hochkorrosionsbeständigen Legierung, z. B. Hastelloy gebildet sein, wobei eine Minimierung des kostspieligen metallischen Materials durch eine möglichst geringe Wandstärke erreichbar ist. Zur Gewährleistung einer trotz geringerer mechanischer Stabilität der Kunststoffmaterialien bzw. aufgrund einer geringen Wandstärke des Behandlungskammerteils 4 ausreichenden Stabilität der Sondeneinrichtung 1 ist das Behandlungskammerteil 4 von der Stützstruktur 5 umgeben. Die Stützstruktur 5 ist anschlussseitig mit dem zum Anschluss an den Prozessbehälter vorgesehenen Flansch 3 verbunden und ist dazu ausgestaltet, das Behandlungskammerteil 4 auf seiner von der Anschlussvorrichtung abgewandten Seite formschlüssig zu halten und so zu fixieren. Auf ihrer von dem Prozessbehälter abgewandten Seite ist die Stützstruktur 4 mit dem Zylinder 6 der Antriebseinrichtung verbunden. Im vorliegenden Beispiel ist die Stützstruktur 5 als einstückige, rohrförmige, das Behandlungskammerteil 4 umgebende Buchse ausgestaltet. Sie kann beispielsweise aus Edelstahl bestehen. An ihrem anschlussseitigen Ende ist die Stützstruktur 5 mit dem Flansch 3 über eine Schraubverbindung lösbar, aber stabil verbunden. An ihrem gegenüberliegenden, vom Anschluss abgewandten Ende kann die Stützstruktur 5 ebenfalls mittels einer oder mehrerer Schrauben oder mittels einer Überwurfmutter an der Antriebseinrichtung, im vorliegenden Fall am Pneumatikzylinder, befestigt sein. Im von der Anschlussvorrichtung abgewandten Endbereich des Behandlungskammerteils 4 verjüngt sich dessen Außendurchmesser abrupt, so dass eine Ringschulter 18 gebildet wird, an der eine, in der Innenwand der Stützstruktur 5 gebildete, dem Prozessanschluss zugewandte Anschlagfläche 19 anliegt. Auf seiner dem Prozessanschluss zugewandten Seite wird das Behandlungskammerteil 4 durch eine, zwischen dem Flansch 3 der Anschlussvorrichtung der Sondeneinrichtung 1 und dem Flansch 2 des Prozessbehälters fixierte Dichtleiste 20 gehalten.
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Die Dichtleiste 20 besteht im hier gezeigten Beispiel aus demselben Material wie das Behandlungskammerteil 4, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial wie PFA, PTFE, PVDF oder PEEK. Sie weist einen sich zwischen dem Flansch 2 des Prozessbehälters und dem Flansch 3 der Sondeneinrichtung 1 erstreckende, ringscheibenförmigen Bereich auf, der als Dichtelement für die Flanschverbindung mit dem Prozessbehälter dient. Weiterhin weist die Dichtleiste 20 einen sich in axialer Richtung erstreckenden Stutzen 21 auf, der in die zentrale Öffnung des Flansches 3 hineinragt. Der Stutzen 21 bildet eine ringförmige Aufnahme 22, in der eine im anschlussseitigen Endbereich des Behandlungskammerteils 4 durch eine Verjüngung seines Außendurchmessers gebildete Ringschulter 23 sitzt. Der zwischen dem Behandlungskammerteil 4 und dem Stutzen 21 gebildete Ringspalt ist durch ein Dichtelement 24 flüssigkeitsdicht gegen das Eindringen von Prozessmedium abgedichtet. Zwischen der Dichtleiste 20 und der dem Prozessbehälter zugewandten Stirnfläche des Behandlungskammerteils 4 ist eine weitere, zusätzlich als Abstreifring dienende Ringdichtung 25 eingepresst.
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Die Stützstruktur 5 weist eine erste radiale Durchgangsöffnung 26 auf, welche mit der radialen Durchgangsöffnung 14 des Behandlungskammerteils 4 fluchtet, so dass durch die fluchtenden Durchgangsöffnungen 26 und 14 in die Behandlungskammer 13 zugeführt werden kann. Entsprechend weist die Stützstruktur 5 eine weitere, mit der Durchgangsöffnung 15 des Behandlungskammerteils 4 fluchtende radiale Durchgangsöffnung 27 auf, um Behandlungsmedium wieder aus der Behandlungskammer 13 abzuführen. Um die fluchtende Orientierung der Durchgangsöffnungen 14, 15 des Behandlungskammerteils 4 mit denen der Stützstruktur 5 sicherzustellen, wird ein Verdrehen des Behandlungskammerteils 4 gegenüber der Stützstruktur 5 durch eine Verdrehsicherung gesperrt. Die Verdrehsicherung umfasst im hier gezeigten Beispiel einen Passstift 28, welcher federnd in der anschlussseitigen Innenwand der Stützstruktur 5 gehalten ist und in eine Ausnehmung des Behandlungskammerteils 4 eingreift.
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4 und 5 zeigen ein zweites Beispiel einer Sondeneinrichtung 100, die dazu ausgestaltet ist, an einen Prozessbehälter 101 angeschlossen zu werden, der einen Anschlussstutzen 102 aufweist. 4 zeigt die Sondeneinrichtung 101 mit dem Tauchrohr 107 in Messstellung, während 5 die Sondeneinrichtung 101 mit dem Tauchrohr 107 in Behandlungsstellung zeigt.
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Die Sondeneinrichtung 100 weist wie die anhand der 2 und 3 beschriebene Sondeneinrichtung 1 eine, in 4 und 5 nicht dargestellte, Antriebseinrichtung für die Axialbewegung des Tauchrohrs 107 auf, die beispielsweise pneumatisch oder manuell betätigbar ist. Das Tauchrohr 107 ist in gleicher Weise ausgestaltet wie das Tauchrohr 7 der in 2 und 3 gezeigten Vorrichtung mit einem frontseitigen Schutzzylinder und einem hinter dem Schutzzylinder anschließenden Abschnitt mit Durchbrüchen 110, durch die der Messkopf 111 der in dem Tauchrohr aufgenommenen Messsonde 108 mit dem Prozessmedium bzw. in der Behandlungsstellung mit einem Behandlungsmedium beaufschlagbar ist. Das Tauchrohr 107 ist aus einem vorderen, mediumsberührenden ersten Tauchrohrteil 116 und einem damit über eine Gewinde- oder Bajonettverbindung verbundenen zweiten Tauchrohrteil 117 gebildet. Das zweite Tauchrohrteil 117 steht direkt oder über ein oder mehrere Zwischenstücke mit dem beweglichen Teil der Antriebseinrichtung in Wirkverbindung. Das mediumsberührende erste Tauchrohrteil 116 besteht aus einem gegenüber dem Prozessmedium und gegenüber dem Behandlungsmedium chemisch inerten Material, beispielsweise einem Kunststoff wie PFA, PTFE oder PEEK, während das zweite Tauchrohrteil 117 nicht aus einem inerten Material gebildet sein muss.
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Das Tauchrohr 107 ist in einem als im wesentlichen rohrförmige, die Behandlungskammer 113 umgebende Buchse ausgestaltetes Behandlungskammerteil 104 geführt, das eine Reihe von innen liegenden Nuten aufweist, in denen Ringdichtungen 112 gehalten sind. Die Ringdichtungen 112 liegen gegen das Tauchrohr 107 an. Durch eine Aufweitung des Innendurchmessers der Behandlungskammerteils 104 zwischen zwei Ringdichtungen 112 ist zwischen dem Tauchrohr 107 und dem Behandlungskammerteil 104 ein Ringspalt gebildet, der als Behandlungskammer 113 dient. Mittels der die Behandlungskammer 113 begrenzenden Ringdichtungen 112 ist sie gegenüber dem Prozessbehälter 101 und rückseitig gegenüber der (in 4 und 5 nicht dargestellten) Antriebseinrichtung flüssigkeitsdicht abgeschlossen.
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Das Behandlungskammerteil 104 ist von einer Stützstruktur 105 umgeben, welche im hier gezeigten Beispiel als einstückig gebildete, im wesentlichen rohrförmige Buchse das Behandlungskammerteil 104 umgibt. Das Behandlungskammerteil 104 weist mehrere (in 4 und 5 nicht sichtbare) in radialer Richtung verlaufende Durchgangsöffnungen auf, die in die Behandlungskammer 113 münden, um dieser eine Behandlungsflüssigkeit zuzuführen bzw. diese wieder aus der Behandlungskammer abzuführen. Die Stützstruktur 105 weist eine gleiche Anzahl von mit den radialen Durchgangsöffnungen des Behandlungskammerteils 104 fluchtende radiale Durchgangsöffnungen auf, so dass Behandlungsmedien von außen durch die Stützstruktur 105 hindurch der Behandlungskammer 113 zugeleitet und wieder aus dieser abgeleitet werden können. Die Durchgangsöffnungen des Behandlungskammerteils 104 und der Stützstruktur 105 können beispielsweise in gleicher Weise ausgestaltet sein, wie anhand des in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiels gezeigt. Wie im anhand von 2 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel kann eine Verdrehbewegung zwischen dem Behandlungskammerteil 104 und der Stützstruktur 105 der in 4 und 5 gezeigten Sondeneinrichtung 100 mittels einer Verdrehsicherung gesperrt sein. Die Verdrehsicherung kann beispielsweise einen federnd in der Stützstruktur 105 gehaltenen, in eine radiale Ausnehmung in der gegenüberliegenden Seitenwand des Behandlungskammerteils 104 eingreifenden Rastbolzen 128 umfassen.
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Anschlussseitig weist das Behandlungskammerteil 104 einen zapfenartigen, rohrförmigen Fortsatz 130 auf, der dazu ausgestaltet ist, in den Anschlussstutzen 102 des Prozessbehälters 101 einzugreifen. In einer Außenwand des Fortsatzes 130 ist eine Ringnut gebildet, in der eine außen liegende Ringdichtung 131 aufgenommen ist, die an der Innenwand des Anschlussstutzens 102 anliegt.
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Zur Bildung einer stabilen mechanischen Verbindung zwischen der Sondeneinrichtung 100 und dem Anschlussstutzen 102 des Prozessbehälters 101 weist die Sondeneinrichtung 100 einen Haltering 132 auf, der mittels einer Überwurfmutter 133 an dem Anschlussstutzen 102 festlegbar ist. Der Haltering 132 weist eine von der Anschlussvorrichtung abgewandte Auflage- und Befestigungsfläche 134 für die Stützstruktur 105 auf, an der diese beispielsweise über eine Schraubverbindung befestigt ist. Der Haltering 132 bildet zusammen mit dem sich an den Haltering 132 in prozessseitiger Richtung anschließenden Endbereich des Anschlussstutzens 102 ein Widerlager, auf dem sich das Behandlungskammerteil 104 über eine, durch eine stufenartige Verjüngung seines Außendurchmessers gebildete, Ringstufe 135 abstützt. Der Haltering 132 und die Sützstruktur 105 können als nicht mediumsberührende Teile aus einem stabilen, chemisch nicht notwendigerweise inerten Material, wie beispielsweise Edelstahl, gebildet sein, so dass eine stabile Halterung der Sondeneinrichtung 100 und eine ausreichende Stabilität der Sondeneinrichtung 100 in sich gewährleistet ist.
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Im von dem Anschlussvorrichtung abgewandten Endbereich des Behandlungskammerteils 104 verjüngt sich dessen Außendurchmesser stufenartig und bildet so eine Ringschulter 118, an der eine, in der Innenwand der Stützstruktur 105 gebildete, der Anschlussvorrichtung zugewandte Anschlagfläche 119 anliegt.
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Das mediumsberührende Behandlungskammerteil 104 kann aus einem chemisch inerten, unter Umständen mechanisch weniger stabilen, Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial wie PEEK, PTFE, PFA oder PVDF gebildet sein. Indem es mittels des Halterings 132 und der mit dem Haltering 132 und an seinem gegenüberliegenden Ende formschlüssig von der Stützstruktur 105 gehalten wird, ist eine besondere mechanische Stabilität des Behandlungskammerteils 104 nicht erforderlich.
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Besonders vorteilhaft ist an den in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen außerdem, dass die Dichtelemente, welche den Prozessbehälter gegenüber der Umgebung bzw. gegenüber der Behandlungskammer abdichten, in Nuten des Behandlungskammerteils gehalten sind. Sämtliche Dichtelemente sind somit zum Austausch leicht zugänglich, indem das Behandlungskammerteil der Sondeneinrichtung entnommen wird, was die Wartung der Sondeneinrichtung erheblich vereinfacht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009033558 A1 [0005, 0006]
- DE 202007017297 U1 [0031]
