-
Die
Erfindung betrifft ein Messrohr für einen magnetisch induktiven
Durchflussmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren
zum Herstellen eines derartigen Messrohrs sowie einen Durchflussmesser,
der mit einem derartigen Messrohr versehen ist.
-
Magnetisch
induktive Durchflussmesser nutzen das Faraday'sche Induktionsgesetz zur Bestimmung
der Strömungsgeschwindigkeit
eines durchströmenden
Fluids. Ein magnetisches Feld wird senkrecht zu der Strömungsrichtung
erzeugt. In diesem Magnetfeld erzeugen Ladungen, die mit dem Fluid
transportiert werden, eine Spannung senkrecht zu dem Magnetfeld
und zu der Durchflussrichtung, die mit Hilfe von Elektroden abgenommen
werden kann. Die so ermittelte Messspannung ist proportional zu
einer über
den Strömungsquerschnitt
bestimmten Strömungsgeschwindigkeit.
Derartige Durchflussmesser müssen
zur Gewährleistung
der Messgenauigkeit unabhängig
vom jeweils herrschenden Druck des durchströmenden Fluids weitgehend konstante
geometrische Abmessungen beibehalten. Diese Druckfestigkeit wird
häufig
durch ein Messrohr aus Stahl erreicht, durch welches das Fluid strömt. Andererseits
darf dieses Messrohr nicht die elektrischen und magnetischen Felder
stören,
welche das Fluid im Bereich eines Messabschnitts durchsetzen. Aus
diesem Grund werden im Messrohr Auskleidungen. oder Einsätze verwendet,
die typischerweise aus Keramik oder Kunststoffmaterialien hergestellt werden.
Diese erfüllen
die Forderungen, elektrisch nicht leitend zu sein und das Magnetfeld
sowie das elektrostatische Feld kaum zu beeinflussen. Gleichzeitig
schützen
sie die Metallwand des Messrohrs gegen Korrosion. Insbesondere im
Fall von ausgehärteten
Kunststoffauskleidungen oder Einsätzen besteht jedoch das Problem,
dass sie entweder nicht ausreichend formstabil sind oder dass sie
ihre Formstabilität
im Lauf der Zeit verlieren. Beispielsweise neigt ein Kunststoffeinsatz
beim Auftreten eines Druckes, der wesentlich kleiner als der atmosphärische Druck
ist, dazu, sich von der Innenwand des Messrohrs zu lösen, wodurch
der Strömungsquerschnitt
verringert wird.
-
Aus
der
US-PS 5,773,723 ist
ein magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr bekannt,
dessen Innenseite mit Perfluoralkoxy (PFA) ausgekleidet ist. Diese
Auskleidung wird in einem Messabschnitt durch ein eingebettetes
Metallgitter stabilisiert, damit der Innendurchmesser des Rohrs konstant
bleibt. Das im Wesentlichen rohrförmige Metallgitter ist durch
spiralförmiges
Biegen eines Gitterbandes und Verschweißen der aneinander stoßenden Ränder des
Gitterbandes gebildet. An der Außenseite des Gitters sind gleich
verteilt über
den Rohrumfang mehrere, parallel zur Rohrachse verlaufende Drähte aufgeschweißt. Diese
dienen dazu, einen konstanten Abstand zwischen der Innenwand des
Messrohrs und der Außenseite
des Gitters sicherzustellen. Das Gitter wird in das Messrohr eingeschoben
und dort durch die aufgeschweißten
Drähte zentriert.
An den beiden Endseiten wird das rohrförmige Metallgitter mit der
Innenseite des Messrohrs verschweißt. Das Auskleidungsmaterial
aus PFA wird zwischen eine in das Messrohr eingesetzte Spritzform
und die Messrohrinnenwand im Spritzgießverfahren eingefügt, durchfließt dabei
die Öffnungen
im Metallgitter und füllt
den Zwischenraum zwischen dem Gitter und der Innenwand des Messrohrs
aus, wobei es eine Lage konstanter Dicke bildet. Die bekannte Auskleidung
eines Messrohrs hat jedoch den Nachteil, dass ihre Herstellung vergleichsweise
aufwendig ist. Zudem ist es schwierig, bei Herstellung des rohrförmigen Metallgitters
aus einem spiralförmig
gebogenen Metallgitterband konisch verlaufende Rohrenden anzuformen.
Konisch verlaufende Rohrenden des Innenquerschnitts werden jedoch
häufig
bei magnetisch induktiven Durchflussmessern vorgesehen, um im Messabschnitt
eine höhere
Strömungsgeschwindigkeit
und somit eine bessere Messgenauigkeit zu erreichen.
-
Aus
der
JP-A 10197301 ist
ein weiteres Messrohr für
einen magnetisch induktiven Durchflussmesser bekannt. Ein rohrför miger Gittereinsatz zur
Verstärkung
einer elektrisch isolierenden Auskleidung der Innenwand ist im mittleren
Bereich mit Abstandhaltern versehen, die an der Innenwand eines Außenrohrs
des Messrohrs angeschweißt
sind. Zur besseren Fertigbarkeit ist das Außenrohr dreiteilig ausgeführt, wobei
die drei Teile an den Stoßstellen miteinander
verschweißt
werden müssen.
Damit ist ein großer
Herstellungsaufwand verbunden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messrohr für einen
magnetisch induktiven Durchflussmesser zu schaffen, das bei seiner
Verwendung in einem Durchflussmesser robust ist und zu einem Durchflussmesser
mit dauerhaft guter Messgenauigkeit und vergleichsweise geringen
Herstellungskosten führt.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe weist das neue Messrohr für einen magnetisch induktiven
Durchflussmesser der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Ein Verfahren zum
Herstellen des Messrohrs ist in Anspruch 8, ein Durchflussmesser mit
einem derartigen Messrohr im Anspruch 9 beschrieben. In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
-
Die
Erfindung hat den Vorteil, dass ein Gittereinsatz, der aus im Wesentlichen
zwei gleichen Halbschalen besteht, die vorgefertigt und an im Wesentlichen
parallel zur Rohrachse verlaufenden Stoßkanten miteinander verbunden
sind, mit besonders geringem Herstellungsaufwand gefertigt werden kann.
Dies führt
zu einer Verringerung der Herstellungskosten des Messrohrs, da der
Herstellungsprozess des Gittereinsatzes schneller und billiger ist
als beispielsweise das aus der eingangs genannten
US-PS 5,773,723 bekannte spiralförmige Biegen
eines Gitterbandes und Verschweißen der aneinander stoßenden Ränder. Zudem
ist es bei diesem Aufbau des Gittereinsatzes in vorteilhafter Weise
leicht möglich,
ein Profil zur Verstärkung
und eventuell als Abstandhalter in die Halbschalen und damit in
den Gittereinsatz zu prägen.
Dabei zeichnet sich das Messrohr durch eine dauerhafte Haltbarkeit
und geometrische Stabilität
aufgrund der mechanischen Verstärkung
mit einem Gittereinsatz aus. Das elektrisch isolierende Material
wird allein durch mechanische Kräfte
an seinem Platz gehalten. Da es sich auf den aus Lochblech gefertigten
Halbschalen des Gittereinsatzes befindet und die Öffnungen
des Lochblechs durchdringt, müsste
das elektrisch isolierende Material auseinander reißen, um
sich vom Metallgitter zu lösen
und bei eventuellem Unterdruck im Messrohr zusammenzufallen. Zudem
haftet das elektrisch isolierende Material an der Innenwand des
Außenrohrs des
Messrohrs, die beim Spritzgießverfahren
als Teil der Spritzform Verwendung findet. Das Außenrohr besteht
vorzugsweise aus nicht magnetischem Material. Aufgrund des Aufbaus
des Messrohrs bestehen zudem weniger Beschränkungen bezüglich der Auswahl eines geeigneten
elektrisch isolierenden Materials, so dass die Wahl zwischen einer
größeren Vielzahl
geeigneter Materialien getroffen werden kann. Das ist von Vorteil,
da der mögliche
Einsatzbereich eines mit einem derartigen Messrohr ausgestatteten Durchflussmessers
erweitert wird. Auch flexible elektrisch isolierende Materialien,
beispielsweise Gummi, können
verwendet werden, da die im Messabschnitt gewünschte Stabilität der geometrischen
Abmessungen durch die mechanische Verstärkung mit dem Gittereinsatz
zuverlässig
erreicht wird.
-
Da
die Stoßstellen
der Halbschalen, an welchen diese miteinander verbunden werden müssen, im
Wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufen, gestaltet sich ein
Schweißvorgang
vergleichsweise einfach, da ein Schweißgerät ohne weiteres entlang dieser
Bahn geführt
werden kann. Zudem erleichtert dieser Verlauf der Stoßstellen
die Herstellung der Halbschalen in einem einfachen Stanz- und Biegevorgang.
Derartig vorgeformte Halbschalen können ohne Weiteres mit einem
angebogenen Profil versehen werden, welches die Stabilität erhöht. Weiterhin ist
es beim Biegevorgang ohne Schwierigkeiten möglich, die Halbschalen derart
vorzuformen, dass nach dem Zusammenfügen ein rohrförmiger Gittereinsatz mit
konischem Verlauf an seinen beiden Rohrenden entsteht. Dagegen müsste bei
der bekannten Verwendung eines Metallbandes zur mechanischen Verstärkung das
Band in einen mittleren Teil und zwei konische Endteile unterteilt
werden, um eine derartige Form zu erreichen. Dies wäre mit einem
erheblichen höheren
Fertigungsaufwand und eventuell mit einem Stabilitätsverlust
an den Stoßstellen
zwischen dem Mittelteil und dem jeweiligen Endteil verbunden. Gegenüber der
Verwendung eines Metallgitterrohrs als Basis zur Herstellung des
rohrförmigen
Gittereinsatzes hat die Verwendung aus Lochblech vorgeformter Halbschalen
den Vorteil, dass diese in der Anschaffung wesentlich günstiger
sind. An einem fertigen Gittereinsatz wären zusätzliche, teure Arbeitsschritte
erforderlich, um sicherzustellen, dass das elektrisch isolierende
Material bei einem Press- oder Gießverfahren die Öffnungen
des Metallgitters durchdringt und beide Seiten des Metallgitters
im Wesentlichen bedeckt.
-
In
vorteilhafter Weise kann ein Mindestabstand zwischen der Außenfläche des
rohrförmigen Gittereinsatzes
und der dieser gegenüber
liegenden Innenseite des Außenrohrs
des Messrohrs gewährleistet
werden, wenn der rohrförmige
Gittereinsatz an seiner Außenseite
Erhebungen in radialer Richtung aufweist. Somit kann eine vorgegebene
Mindestdicke des elektrisch isolierenden Materials auf der jeweiligen
Seite des Gittereinsatzes eingehalten werden. Diese Erhebungen können beispielsweise
als umlaufende Rippen ausgebildet sein, die in bestimmten axialen
Abständen
zueinander angeordnet und zudem geeignet sind, den Gittereinsatz
gegen Verformungen zu versteifen. Durch diese Abstandhalter wird
sichergestellt, dass das elektrisch isolierende Material beim Press-
oder Gießverfahren
zwischen den Gittereinsatz und die Innenseite des Außenrohrs fließen kann.
-
Als
elektrisch isolierendes Material können für die Auskleidung der Innenwand
des Außenrohrs im
Prinzip beliebige Plastikmaterialien oder gummiartige Materialien
verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung
von Perfluoralkoxy (PFA) erwiesen. Beispielsweise Fluorpolymer ist ebenfalls
gut geeignet.
-
Den
rohrförmigen
Gittereinsatz an seinen beiden Rohrenden zur Zentrierung im Messrohr
mit zumindest drei an der Innenseite des Außenrohrs federnd anliegenden
Elementen zu versehen hat den Vorteil, dass keine besonderen Maßnahmen
zur Positionierung des Gittereinsatzes im Außenrohr für das Spritzgießverfahren
erforderlich sind. Der Gittereinsatz ist bereits nach dem Einsetzen
in das Außenrohr zentriert
und zwar derart, dass ein ausreichender Spalt zwischen Gittereinsatz
und Innenwand des Außenrohrs
vorhanden ist, der beim Spritzgießverfahren zuverlässig mit
elektrisch isolierendem Material gefüllt werden kann.
-
Die
federnd anliegenden Elemente können vorteilhaft
als Laschen ausgeführt
werden, die beim Stanzen der Lochbleche stehen gelassen und nach außen gebogen
werden. Vorteilhaft weisen sie einen näherungsweise parallel zur Innenwand
des Außenrohrs
verlaufenden Endabschnitt auf, so dass sie durch einfaches Punktschweißen mit
der Innenseite des Außenrohrs
verschweißt
werden können.
Damit wird eine stabile Positionierung des Gittereinsatzes erreicht
und ein Verrutschen beim Spritzgießvorgang zuverlässig verhindert.
Die Verwendung von Laschen an den Enden des rohrförmigen Gittereinsatzes
für die
Schweißverbindung
hat zudem den Vorteil, da sie für
ein Schweißgerät im Bereich
des Endes des Messrohrs gut zugänglich
sind.
-
Das
Messrohr zeichnet sich durch einen besonders niedrigen Herstellungsaufwand
aus, wenn die Halbschalen des Gittereinsatzes aus einem Lochblech
aus Metall, in welches die Löcher
zuvor durch Stanzen eingebracht wurden, gefertigt sind.
-
Eine
besonders hohe Stabilität
bei vergleichsweise geringer Dicke besitzt ein rohrförmiger Gittereinsatz,
dessen Halbschalen aus einem Lochblech aus Edelstahl hergestellt
wurden. Dieses Material hat den Vorteil, dass es sich durch eine besonders
gute Langzeitstabilität
auszeichnet und nicht magnetisch ist. Aber auch Messing oder Aluminium sind
als Materialien für
das Lochblech geeignet.
-
Ein
guter Kompromiss zwischen Stabilität der mechanischen Verstärkung einerseits
und Umschließung
der mechanischen Verstärkung
mit elektrisch isolierendem Material für eine gute Anhaftung an der
mechanischen Verstärkung
andererseits wird mit einem Gittereinsatz auf der Basis von Edelstahlblech
erreicht, das eine Dicke von mindestens 1 mm aufweist und mit Löchern mit
einem Durchmesser von 2 bis 4 mm versehen ist, die derart angeordnet sind,
dass zwischen den Löchern
eine Stegbreite von 1 bis 3 mm verbleibt.
-
In
vorteilhafter Weise können
die beiden Halbschalen, aus denen der Gittereinsatz gefertigt ist,
identisch ausgebildet werden. Dadurch müssen Werkzeuge und Formen zur
Herstellung der Halbschalen nicht mehrfach zur Verfügung gestellt
werden und für
die Halbschalen sind geringere Lagerhaltungs- und Logistikkosten
erforderlich.
-
Eine
verbesserte Formstabilität
bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch kann erzielt werden, wenn
der Gittereinsatz mit mehreren, axial zueinander beabstandeten Verstärkungen
zur Stabilisierung des Kreisquerschnitts versehen wird.
-
Anhand
der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung
sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
perspektivische Sicht auf ein Flanschende eines Messrohrs,
-
2 eine
Halbschale,
-
3 einen
Gittereinsatz,
-
4 einen
Ausschnitt eines Lochblechs,
-
5 einen
Durchflussmesser in Sandwichbauweise und
-
6 eine
perspektivische Sicht auf das Ende eines Messrohrs für einen
Durchflussmesser gemäß 5.
-
In 1 ist
eine perspektivische Sicht auf die Seite eines Anschlussflansches 1 eines
Messrohrs 2 dargestellt. Zum Einbau in eine nicht dargestellte Rohrleitung
ist der Anschlussflansch 1 mit vier Bohrungen 3 in
seinem Umfangsbereich versehen. In ein Außenrohr 7 des Messrohrs 2 eingelegt
ist ein Gittereinsatz 5, der entsprechend der Innenform
des Außenrohrs 7 rohrförmig ausgebildet
und an seinen beiden Enden mit jeweils acht Fahnen 4 versehen
ist, von denen in der Darstellung lediglich vier sichtbar sind.
Die Fahnen 4 liegen federnd an der Innenwand des Außenrohrs 7 an
und sind dort zur Fixierung des Gittereinsatzes 5 verschweißt. Sie
dienen zudem zur Zentrierung des Gittereinsatzes 5 im Außenrohr 7.
In einem Spritzgießverfahren,
in welchem die Innenwand des Außenrohrs 7 und
die beiden inneren Kreisflächenbereiche
der nach außen
weisenden Flanschseiten Teile der Gießform bilden, ist ein elektrisch
isolierendes Material 6, dessen Konturen in 1 mit
durchbrochenen Linien gezeichnet sind, zur Auskleidung der Innenwand
des Außenrohrs 7 und
zur Bildung einer Dichtfläche
an den beiden Flanschen aufgebracht. Damit der in das elektrisch isolierende
Material 6 eingebettete Gittereinsatz 5 sichtbar
ist, wurde das Material 6 transparent dargestellt. Weitere
Teile der Spritzform bilden zwei Formteile, die auf die beiden Flansche
aufgesetzt werden und ein Dorn, der in den freibleibenden Innenraum des
Messrohrs 2 geschoben wird. Diese Teile sind in 1 der Übersichtlichkeit
wegen nicht dargestellt. Damit das elektrisch isolierende Material 6 in
den Zwischenraum zwischen der Innenwand des Außenrohrs 7 und der
Außenwand
des Gittereinsatzes 5 dringt, ist der Gittereinsatz 5 mit
Löchern
versehen, die in 1 nicht dargestellt sind, und
zwischen den beiden Teilen ist durch Biegen der Fahnen 4 nach
außen
ein genügend
großer,
verbleibender Freiraum sichergestellt. Weitere Teile des magnetisch
induktiven Durchflussmessers, beispielsweise Elektroden, Spulen
und eine Ansteuer- und Auswerteeinrichtung sind einem Fachmann geläufige Komponenten
und ebenfalls in 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht
gezeigt.
-
2 zeigt
eine Halbschale 20. Aus zwei derartigen Halbschalen 20,
die vollkommen identisch ausgebildet sind, wird ein Gittereinsatz
für ein
Messrohr zusammengefügt.
Die Halbschale 20 wird durch Stanzen und Biegen aus einem
Lochblech gefertigt. Zur besseren Deutlichkeit der Abbildung sind
die Löcher
in 2 weggelassen. Die Form der Halbschale 20 ist
an die Eigenschaften des elektrisch isolierenden Materials und die
Form der Innenseite des Außenrohrs
angepasst. Nach außen
gebogenen Fahnen 21, von denen sieben in der Zeichnung
erkennbar sind, dienen zur späteren
Zentrierung eines mit der Halbschale 20 gebildeten Gittereinsatzes
im Inneren des Außenrohrs
und zur dortigen Fixierung durch Anschweißen der Fahnen 21.
Sie ermöglichen zudem
einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen. Fahnen 22, die
sich an der Seitenkante der Halbschale 20 in tangentialer
Richtung erstrecken, dienen zur Verschweißung von zwei derartigen Halbschalen bei
der Herstellung eines Gittereinsatzes. Eine Öffnung 23 ist zur
Durchführung
einer Elektrode, die beim Betrieb des elektromagnetischen Durchflussmessers
zum Potentialabgriff dient, vorgesehen. Sechs sich im Umfangsbereich
der Halbschale 20 halbkreisförmig erstreckende Verstärkungen 24,
die durch Prägen
des Lochblechs in einfacher Weise erzeugt werden können, stabilisieren
die Form der Halbschale 20.
-
In 3 ist
ein aus zwei Halbschalen 30 und 31 zusammengefügter Gittereinsatz 32 dargestellt. Deutlich
sichtbar sind drei Fahnen 33, die an der Halbschale 30 angeformt
und mit der Halbschale 31 verschweißt sind. Ebenso sind drei Fahnen 34 der Halbschale 31 mit
der Halbschale 30 zur stabilen Verbindung der beiden Halbschalen 30 und 31 verschweißt. Somit
ist ein rohrförmiger
Gittereinsatz 32 von hoher Formgenauig keit und Stabilität mit geringem
Herstellungsaufwand gefertigt.
-
4 zeigt
einen Eckbereich eines Lochblechs, das zur Fertigung einer Halbschale
gemäß den 2 oder 3 verwendet
wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
haben die Löcher
einen Durchmesser von 3 mm mit einer Toleranz von 0,1 mm. Der Mittenabstand
der Löcher
beträgt
4,2 mm mit ebenfalls einer Toleranz von 0,1 mm. Die Löcher sind
in einem rechtwinklig verlaufenden Gitter angeordnet. Die Dicke
des Lochblechs, das beispielsweise aus Edelstahlblech durch Austanzen
der Löcher hergestellt
sein kann, beträgt
2 mm. In der Praxis hat sich eine Bemessung des Lochblechs als besonders vorteilhaft
erwiesen, bei der die Blechdicke mindestens 1 mm beträgt, die
Löcher
einen Durchmesser von 2 bis 4 mm besitzen und derart angeordnet
sind, dass eine Stegbreite von 1 bis 3 mm verbleibt. Alternativ
dazu sind selbstverständlich
auch andere Bemessungen geeignet.
-
5 zeigt
ein Aufnehmergehäuse 50 eines magnetisch
induktiven Durchflussmessers in Sandwichbauweise mit einem Verbindungsrohr 51 und
einer Bodenplatte 52, auf welche ein in der Figur nicht dargestelltes
Transmittergehäuse
aufgesetzt werden kann. In eine seitliche Öffnung 53 wird ein
Messrohr eingesetzt, wie es in 6 dargestellt
ist.
-
Das
Messrohr gemäß 6 besteht
aus einem Edelstahlrohr 60 als Außenrohr, in welches in derselben
Weise, wie es im Detail bereits anhand 1 beschrieben
wurde, ein Gittereinsatz 61 eingefügt und mit Fahnen 62 eingeschweißt ist.
Eine Innenauskleidung aus einem elektrisch isolierenden Material 63,
das in 6 transparent gezeichnet ist, damit auch der Gittereinsatz 61 sichtbar
ist, wobei die Konturen wiederum mit durchbrochenen Linien dargestellt
sind, ist durch ein Spritzgießverfahren
aufgebracht, bei welchem wiederum die Innenwand des Außenrohrs 60 einen
Teil der Gießform
bildet. Wiederum wurde zur besseren Darstellbarkeit auf die Zeichnung
der Löcher
im Gittereinsatz 61 verzichtet.
-
Anhand
der 1 und 6 wird deutlich, dass Messrohre
mit verschiedener Anschlusstechnik für das Rohrleitungssystem mit
geringem Herstellungskosten und dabei hoher Stabilität der elektrisch isolierenden
Innenauskleidung hergestellt werden können.