Die elegante Form, Sensoren zu befestigen

Stefan Worbs, Dipl.-Ing. Dirk Tillich

Bisher sind 25-mm-Stutzen, Clamp- und Flanscharmaturen zum Einbau von pH-Sensoren in Behälter und Rohrleitungen weit verbreitet. Diese haben aber gewisse Schwächen. Bei Einschweißstutzen kann sich bereits durch die Hitze beim Anschweißen der Stutzen verziehen, sodass seine Öffnung nicht mehr exakt kreisförmig ist. Wird nun das Flanschrohr der Armatur eingeführt, schließt es an der Stelle des O-Rings nicht mehr exakt. Um die Öffnung des Stutzens in die richtige Form zu bringen, ist Reiben nötig. Aufgrund der Größe des Stutzens (bis 40 mm) ist er zudem zur Befestigung von Sensoren an kleineren Rohren oder Tanks ungeeignet. Ein weiteres Problem ist, dass der O-Ring des Flanschrohrs und die Innenwand des Tanks, an den der Stutzen mit der Armatur angebracht ist, nicht auf derselben Höhe sind. Der so entstehende schmale Spalt lässt sich nur schwer vom Innern des Tanks her reinigen. Um die Hygiene zu gewährleisten, muss die Armatur zur Reinigung immer wieder ausgebaut werden. Hinzu kommt, dass in kritischen Prozessen medienberührte Dichtungen öfter ausgetauscht werden müssen. Um die Armatur dafür ein- und ausbauen zu können, wird Platz benötigt. Es muss genug sein, um die Überwurfmutter der Armatur von Hand zu verschrauben. Dadurch vergrößert sich der Platzbedarf für den Sensor noch über den Radius des Stutzens auf mindestens 80 mm. Ist die Armatur Vibrationen ausgesetzt, besteht die Gefahr, dass sich die Überwurfmutter der Armatur löst, und die Armatur vom Prozessmedium aus dem Einschweißstutzen herausgedrückt wird. Vorteil der Clamp-Methode ist, dass bei bestimmten Modellen dieser Bauart kein enger Spalt an der Innenseite des Behälters oder des Rohranschlusses auftritt, wo die Armatur befestigt ist: Der abdichtende O-Ring befindet sich auf einer Ebene mit der Behälterwand, so dass sich der Sensor gemeinsam mit der Innenwand, an der er befestigt ist, mit Dampf reinigen lässt. Nachteil ist hier, dass die Prozessanschlüsse viel Platz benötigen. Daher eignen sie sich nur zum Einbau an Rohren oder Tanks mit größerem Durchmesser. Die Größe ist auch beim Einbau von mehreren Sensoren an einem Behälter oder Rohr nachteilig.

Hamilton bietet einen Stutzen für Sensoren an, der beim Einbau keine Nachbearbeitung erfordert und einen geringen Platzbedarf besitzt. Mit einem Gesamtdurchmesser von nur 28 mm ist der Hygienic Socket eine kompakte Lösung für den professionellen Einbau von pH-Sensoren in Stahlrohre, Fermenter oder andere Behälter. Die Eintauchtiefe, mit der ein Sensor in den Prozess ragt, kann beim Einbau variiert werden. CIP-Reinigungen, Sterilisationen und Autoklavierungen sind problemlos möglich.

Der Hygienic Socket besteht aus einem schlanken Stahlmantel, der mit einem PG-13.5-Innengewinde zum Einschrauben des Sensors und mit einem in einer Öffnung positionierten O-Ring versehen ist. Ist ein Sensor in den Hygienic Socket eingeschraubt, dichtet der O-Ring spaltfrei gegen den Prozess ab. Die visuelle Überprüfung und der Austausch erfordern nur wenige Sekunden. Eine zweite Dichtung zwischen Armatur und Stutzen entfällt. Ein in den Stahlmantel geschobenes Modul hält den O-Ring fest, sodass er beim Herausziehen des Moduls leicht visuell überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden kann. Ein Vorteil gegenüber den heute weit verbreiteten 25-mm-Stutzen ist, dass sich der Stahlmantel mit einer nahezu beliebigen Einbautiefe in eine dafür vorgesehene Bohrung in der Behälterwand einschweißen lässt. Dadurch taucht der Sensor in die gewünschte Position innerhalb des Tanks. Der Platzbedarf auf dem Behälter oder dem Rohr verringert sich gegenüber einer Flanscharmatur oder einem 25-mm-Stutzen mit eingebauter Armatur dadurch, dass zum Entfernen und Einbau der Armatur keine große Überwurfmutter gedreht werden muss. Daher kann der Hygienic Socket an kleineren Behältern oder Leitungen angebaut werden als herkömmliche Modelle. Abgesehen vom Durchmesser des Stutzens begrenzt nur die Länge des Sensors, der in den Hohlraum hineinragt, die minimale Größe des Rohrs oder Tanks.

Armaturen in Anwendungen, in denen heiße Prozesse oder Reinigungen ablaufen, müssen regelmäßig gewartet werden, um die rasch ermüdenden O-Ringe auszutauschen. Das geschieht auch mit dem O-Ring im Hygienic Socket. Der O-Ring wird zugänglich, wenn man an dem Kunststoffteil am oberen Ende des Hygienic Sockets zieht. Er wird von einem Stahlreif am Modul gehalten. Dieser ist vom Modul abziehbar, sodass der Dichtungsring leicht zu erreichen ist. Ist dieser beschädigt, so kann er schnell durch einen neuen O-Ring ersetzt werden. Sobald ein Sensor in den Hygienic Socket geschraubt wird, presst das innere Modul den O-Ring zwischen Stahlmantel und Sensorschaft. Dadurch wird eine nahezu spaltfreie Abdichtung des Sensors zum Prozessmedium erreicht. Der O-Ring entspannt sich wieder, sobald der Sensor ein wenig lose geschraubt wird. Dadurch wird eine Reibungsbelastung des O-Rings vermieden. Zudem ist der Stutzen durch eine geschickte Auslegung der Dichtungsanordnung tolerant gegenüber thermischen Deformationen, wie sie beim Schweißen entstehen können. Eine Nachbearbeitung durch Reiben nach dem Einschweißen ist überflüssig.

Der Hygienic Socket ist auch für den Anwender sicherer als die meisten Armaturen. Die zwei seitlichen Löcher im Stahlmantel werden als Life Guard bezeichnet, da sie im Extremfall das Leben eines Menschen retten können. Sobald der Sensor zur Demontage losgeschraubt wird, dichtet der O-Ring zwischen Sensor und Stahlmantel nicht mehr. Prozessmedium gelangt ins Innere des Stahlmantels und entweicht durch die Life Guard-Löcher nach außen, bevor der Sensor völlig herausgeschraubt ist. An der heraustropfenden Flüssigkeit merkt man, noch bevor der Sensor durch den Raum schießt, dass Prozessmedium anliegt, und der Sensor kann wieder festgezogen werden. Der Stutzen ist jetzt zwar verunreinigt. Dies stellt aber kein großes Problem dar, da er sich durch die beiden Löcher in seiner Außenwand z. B. mit einer Wasserspülung reinigen lässt.

Der Hygienic Socket wurde entsprechend den Empfehlungen der EHEDG konstruiert. Wird der Stahlmantel bündig zur Behälter- oder Rohrinnenwand eingeschweißt, entsteht an dieser Stelle auch dank der geschickten Anordnung des O-Rings keine Vertiefung. Daher kann man den Prozess an dieser Stelle erfolgreich einer wirkungsvollen CIP-Reinigung unterziehen. Durch einen Adapter, der anstelle eines pH-Sensors eingeschraubt wird, lässt sich darüber hinaus erreichen, dass Leitfähigkeits- oder Sauerstoffsensoren kaum in den Behälter hineinragen, sondern nahezu bündig mit der Behälterwandung abschließen. Der Stutzen kann nicht nur prozessseitig sterilisiert werden, sondern er ist auch komplett mit eingestecktem Innenleben, dem Modul, und eingebautem Sensor autoklavierbar. Zudem können die Life Guard-Öffnungen auch zur Dampfsterilisation des Elektrodenschafts verwendet werden. Dabei entfällt dann allerdings die oben beschriebene Funktion zur Personensicherheit. Um eine Dampfsterilisation zu beschleunigen, sind im Einsteckmodul großflächige Löcher angebracht, die für eine schnelle Durchströmung und Verteilung des Dampfs sorgen.

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Hygienic Processing