DE102006055030B3

DE102006055030B3 - Vorrichtung zur Befestigung eines Anbauteils an ein Messrohr eines Coriolis-Durchflussmessgerätes

Info

Publication number: DE102006055030B3
Application number: DE102006055030A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Binz; Lothar Deppe; Steffen Dr. KELLER; Frank Dr. Kassubek; Kuno Hug; Reinhard Steinberg; Robert Dr.Rer.Nat. Huber; Wolfgang Waldi; Jörg Dr.rer.nat. Gebhardt; Rene Dr.rer.nat. Friedrichs
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: US20080124186A1

Abstract

Vorrichtung zur Befestigung eines Anbauteils an ein Messrohr (4) eines Coriolis-Durchflussmessgerätes, umfassend ein auf das Messrohr (4) aufschiebbares Spannteil (1; 1'), welches über Spannmittel gegen das Messrohr (4) pressbar ist, wobei das Spannteil (1) nach Art einer geschlitzten konischen Hohlschraube ausgebildet ist, die mit einer korrespondierenden Konusmutter (5) als Spannmittel derart zusammenwirkt, dass bei Aufdrehen der Konusmutter (5) auf das Spannteil (1) die hierdurch erzeugte nach innen gerichtete Radialkraft das Spannteil (1) gegen das Messrohr (4) presst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines Anbauteils an ein Messrohr eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts, umfassend ein auf das Messrohr aufschiebbares Spannteil, welches über Spannmittel gegen das Messrohr pressbar ist.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf Coriolis-Durchflussmessgeräte. Derartige Messgeräte können mit geraden oder schleifenförmig gebogenen Messrohren ausgestattet sein. Die Messrohre können zudem einfach oder paarweise zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite des Messgeräts verlaufen. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere im Zusammenhang mit geraden Messrohren, ist hierauf jedoch nicht beschränkt.
Entsprechend des Messprinzips von Coriolis-Durchflussmessgeräten wird das von einem Fluid durchströmte Messrohr über einen geeigneten Aktor zu einer periodischen Schwingung angeregt. Das Schwingverhalten wird durch die Fluidströmung beeinflusst. Diese Beeinflussung wird sensortechnisch erfasst und einer nachfolgenden Signalverarbeitung zugeführt. Aus der Phasendifferenz der Messsignal an verschiedenen Messstellen ist durch die Signalverarbeitung der Massendurchfluss ermittelbar.
Bei den hier interessierenden Messgeräten besteht das Messrohr gewöhnlich aus Titan, Tantal, Zirkon oder Legierungen hiervon.
Zur Umsetzung des vorstehend beschriebenen Messprinzips sind am Messrohr entsprechende Anbauteile, wie Aktoren, Sensoren und dergleichen anzubringen.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, Anbauteile an Messrohren von Coriolis-Massendurchflussmessgeräten durch Hartlöten zu befestigen. Denn diese Art von Befestigung hat sich in der Praxis als schwingstabil erwiesen. Da das Hartlöten allerdings mit einer erheblichen Wärmeeinbringung im Bereich der Verbindungsstelle verbunden ist, können Wärmespannungen entstehen, welche einen negativen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Messgeräts haben.
Aus der EP 1 074 821 A2 gehen gegenüber dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik alternative Befestigungsmethoden für Anbauteile an einem hier interessierenden Messrohr hervor. Es wird beispielsweise vorgeschlagen, ein zur Befestigung von Anbauteilen dienenden ringförmigen Metallkörper durch Aufschrumpfen auf dem Messrohr zu befestigen. Anschließend wird der so aufgeschrumpfte Metallkörper zur Lagefixierung mit dem Messrohr punktuell verschweißt. Da auch diese technische Lösung mit einer erheblichen Wärmeeinbringung in die Verbindungsstelle einhergeht, gelten hier dieselben Nachteile wie beim eingangs beschriebenen allgemeinen Stand der Technik (Hartlöten).
Alternativ hierzu wird im zitierten Stand der Technik vorgeschlagen, die Befestigung von Anbauteilen über Spannmittel zur Erzeugung einer Presspassung herzustellen. Hierfür wird als Spannteil ein Außenkonusring verwendet, dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Aussendruchmesser des Messohres im Befestigungsbereich entspricht. Dieser wird auf das Messrohr in dem vorgesehenen Befestigungsbereich aufgrund einer parallel zur Achse des Messrohrs wirkenden Kraft in einem in einer Bohrung des Anbauteils vorgesehenen und dem Außenkonus des Außenkonusrings entsprechenden Innenkonus geschoben und dort gehalten. Hierdurch kommt es zu einem Presssitz des Metallkörpers auf dem Messrohr. Zwar ist diese technische Lösung frei von einer unvorteilhaften Warmeinbringung; jedoch erweist sich die Herstellung zueinander korrespondierender konischer Wirkflächen zur Erzeugung der Spannkraft fertigungstechnisch recht aufwendig, da hier enge Toleranzen einzuhalten sind. Außerdem bestehen die hier vorgeschlagenen Spannmittel aus recht vielen Einzelbauteilen.
Als weitere Alternative wird in diesem druckschriftlichen Stand der Technik vorgeschlagen, ein ringförmiges Spannteil nach dem Aufschieben auf das Messrohr aufzupressen und danach zu verschweißen. Somit bildet diese alternative technische Lösung eine Art verschweißten Press-Fitting. Dieser lässt sich zum Einen nicht wieder vom Messrohr lösen; zum Anderen ist in Verbindung mit dem Aufpressen nach der hier offenbarten technischen Lehre auch ein Verschweißen erforderlich.
Die EP 0 866 317 A1 zeigt ein Verfahren zum Fixieren eines eine Umfangsfläche aufweisenden Metallkörpers auf einem Außenumfang eines einzigen geraden Messrohres eines Coriolis-Massendurchflussmessaufnehmers, wobei der Metallkörper eine dem Außenumfang des Messrohres angepasste Bohrung aufweist. Der Metallkörper wird dazu auf das Messrohr aufgeschoben und anschließend dadurch auf dieses bei Umgebungstemperatur aufgepresst, dass auf mindestens einen Teil der Umfangsfläche ein zum Fixieren ausreichender Druck ausgeübt wird. Eine solche aufgepresste Verbindung ist jedoch nicht oder nur sehr aufwändig wieder lösbar.
In der GB 2 261 837 A ist ein Verfahren zum Verbinden eines röhrenförmigen Teils innerhalb der Bohrung eines Verbindungsstückes angegeben. Dabei wird das röhrenförmige Teil mit einem Ende in die Bohrung eingeführt und darin festgequetscht, wobei durch das Festquetschen sich an der Befestigungsstelle der Durchmesser des röhrenförmigen Teils ändert.
Die DE 10 2004 048 765 A1 offenbart ein Verbund-System, umfassend zwei miteinander verbundene Bauteile, bei dem beispielsweise ein Rohr durch die Öffnung eines auf dem Rohr montierten Rahmens geführt ist, und bei dem die beiden verbundenen Bauteile im Bereich ihrer Verbindung jeweils ineinandergreifende Teilkonturen aufweisen, die aufgrund von Kaltverformung oder Reibschluss so ineinander greifen, dass sie ein Verschieben der beiden zu verbindenden Bauteile relativ zueinander verhindern.
In der US 5 347 701 A eine Verbindung zweier Rohrenden gezeigt, bei Rohrenden aufeinander zuweisend in eine Buchse eingeführt werden, und die Buchse mit zwei Quetschkrägen zusammenwirkt, derart, dass ein äußeres, zweiteiliges Gehäuse durch Verdrehen der beiden Gehäuseteile gegeneinander die Quetschkrägen in Richtung der jeweiligen Rohrenden verschiebt, woraufhin diese die Buchse fest auf die Rohrenden pressen und dadurch die Verbindung zwischen den Rohrenden hergestellt ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zur Befestigung eines Anbauteils an einem Messrohr eines Coriolis-Durchflussmessgeräts zu schaffen, deren Spannmittel einfach aufgebaut sind, sich ohne Wärmeanwendung montieren lassen und sich bei Bedarf auch wieder vom Messrohr lösen lassen.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 5 in Verbindung mit den jeweils zugeordneten kennzeichnenden Merkmalen gelöst Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
In der ersten Alternative der erfindungsgemäßen Lösung wird vorgeschlagen, das Spannteil nach Art einer geschlitzten konischen Hohlschraube auszubilden, welche mit einer korrespondierenden Konusmutter als Spannmittel derart zusammenwirkt, dass bei Aufdrehen der Konusmutter auf das Spannteil die hierdurch erzeugte nach innen gerichtet Radialkraft das Spannteil gegen das Messrohr presst.
Der Vorteil dieser Lösung besteht vornehmlich darin, dass die Konusfunktion und Spannmittelfunktion durch ein einziges Bauteil, nämlich der konischen Schraube, umgesetzt wird. Zusätzliche Spannmittel, welche eine Axialkraft auf die gegeneinander zu verspannenden Bauteile ausüben, entfallen hier gänzlich. Durch das verwirklichte Prinzip von Hohlschraube mit Konusmutter können aufgrund der Gewindegängigkeit höhere Toleranzen hinsichtlich der Konizität in Kauf genommen werden, was entsprechende fertigungstechnische Vorteile hat.
Die erfindungsgemäße Lösung ist weiterhin frei von Wärmeeinbringung, so dass Wärmespannungen hier nicht zu fürchten sind. Durch die erfindungsgemäße lösbare Verbindung zwischen Spannmitteln und Messrohr können einfachere Messrohre Verwendung finden, welche mit wenig Aufwand austauschbar sind, wobei die Spannmittel wiederverwertbar sind. Die erfindungsgemäße Lösung kommt mit insgesamt zwei Einzelteilen aus.
Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahmen ist vorgesehen, dass das Spannteil mit einem Werkzeugeingriffsabschnitt zum Zusammenwirken mit einem Spannwerkzeug ausgestattet ist. Somit lässt sich das Spannteil mit dem Werkzeug festhalten, um die Konusmutter – ggf. mit einem anderen Werkzeug – anzuziehen. Vorzugsweise sollte ein solcher Werkzeugeingriffsabschnitt benachbart zu einem hiervon ausgehenden Konusgewindeabschnitt am Spannteil angeordnet sein. Dabei kann der Werkzeugeingriffsabschnitt als ein Sechskantabschnitt oder ein Parallelflächenabschnitt ausgebildet sein, welcher zum Zusammenwirken mit einem Schraubenschlüssel als Spannwerkzeug geeignet ist. Alternativ hierzu ist es jedoch auch denkbar, den Werkzeugeingriffsabschnitt als radiale Grundbohrung im Spannteil auszubilden, in welche ein Spannstift zum Festhalten des Spannteils während des Anziehens der Konusmutter einführbar ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe kann daneben auch dadurch gelöst werden, dass das Spannteil nach Art eines ringförmigen Druckbehälters mit zumindest flexibler Innenwandung ausgebildet ist, welcher in Folge Beaufschlagung mit einem hydrostatischen Druck über einen axial bewegbaren ringförmigen Druckkolben eine nach innen gerichtete Radialkraft erzeugt, um das Spannteil gegen das Messrohr zu pressen.
Auch diese technische Lösung kommt ohne Wärmeeinbringung aus und stellt Spannmittel bereit, welche eine mit dem Messrohr lösbare Verbindung eingehen. Insoweit wird auf die vorstehend beschriebenen Vorteil zur Alternativlösung verwiesen. Vorzugsweise sollte die Druckkammer des Spannteils mit einem flüssigen Fluid beaufschlagt werden, um die nötige Radialkraft zu erzeugen. Über metallische Dichtsitze oder zusätzliche Dichtmittel lässt sich die erforderliche Dichtheit zwischen dem ringförmigen Druckkolben und dem ringförmigen Druckbehälter herstellen. Diese technische Lösung ist insbesondere für Umgebungen mit hohen hygienischen Anforderungen geeignet. Zudem lässt sich über den hydrostatischen Druck die Radialkraft in einem weiten Bereich komfortabel einstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der als Spannteil ausgeführte ringförmige Druckbehälter eine der flexiblen Innenwandung – welche mit dem Messrohr in Kontakt kommt – benachbart gegenüberliegende Außenwandung, zwischen denen die Druckkammer ausgebildet ist. Dabei kann die Außenwandung ebenfalls flexibel sein. Hierbei lässt sich die Druckkammer in einfacher Weise durch ein Axialschlitz in dem Spannteil ausbilden. Insoweit kann der Druckbehälter als einstückiges Bauteil ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist der ringförmige Druckkolben an einer der Stirnseiten des als Spannteil ausgeführten Druckbehälters angeordnet. In dieser Positionierung ist der Druckkolben von außen her gut zugänglich, so dass dieser zur Aufbringung der Radialkraft sich komfortabel betätigen lässt.
Zur Betätigung des ringförmigen Druckkolbens, also zur axialen Bewegung desselben, ist vorzugsweise mindestens eine Achse parallel zum als Spannteil ausgeführten ringförmigen Druckbehälter angeordnete Spannschraube vorgesehen. Es ist jedoch auch denkbar, mehrere Spannschrauben auf dem Umfang des ringförmigen Druckkolbens zu verteilen, so dass sich eine Art Flanschverbindung ergibt. Durch diese Flanschverbindung kann bedarfsweise eine besonders hohe Betätigungskraft für den ringförmigen Druckkolben durch schrittweise Anziehen der mehreren Schrauben erzeugt werden. Die Schrauben wirken dabei zwischen dem Druckkolben und dem Spannteil.
Zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung in den vorstehend vorgestellten beiden Alternativen sollte die Mindestwandstärke des Messrohres 1 mm betragen. Ansonsten stünde zu befürchten, dass sich das Messrohr an der Befestigungsstelle aufgrund hoher Radialkraft zusammendrückt, was zum Einen die Zuverlässigkeit der Spannbefestigung beeinträchtigt, und was zum Anderen auch wegen der innenseitigen Einschnürung des Messrohres das Messergebnis verfälschen würde. Erforderlichenfalls könnten dünnwandige Messrohre mit einem ringförmigen Versteifungshülsenabschnitt ausgestattet werden, gegen welchen das Spannteil drückt. Der Versteifungshülsenabschnitt ist dabei so zu dimensionieren, dass eine Verformung aufgrund der Radialkraft der Spannmittel nicht stattfindet.
Vorzugsweise besteht das Messrohr aus Titan, Tantal, Zirkon oder Legierungen hiervon, wogegen das hiermit zusammenwirkende Spannteil aus einem Stahl bestehen kann. Denn das erfindungsgemäße Spannprinzip gestattet auch die Verwendung unterschiedlicher Materialien. Stahl erweist sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Spannmittel als besonders günstig, da dieses Material einfach zu bearbeiten ist und die für den Einsatzzweck gefordert ausreichende Stabilität gewährleistet. Als bevorzugtes Material zur Herstellung der erfindungsgemäßen Spannmittel kommt rostfreies Edelstahl zum Einsatz.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung beider Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1a eine perspektivische Ansicht eines Spannteils nach Art einer geschlitzten konischen Hohlschraube,
1b einen schematischen Längsschnitt des Spannteils nach 1a im montierten Zustand, und
2 einen Längsschnitt von Spannmitteln mit einem Spannteil nach Art eines ringförmigen Druckbehälters.
Gemäß 1a wird zum Befestigen eines – nicht weiter dargestellten – Anbauteils (Aktor, Sensor und dergleichen) an einem Messrohr eines Coriolis-Durchflussmessgeräts ein Spannteil 1 verwendet, welches nach Art eines geschlitzten konischen Hohlschraube ausgebildet ist. Das Spannteil 1 weist einen Werkzeugeingriffsabschnitt 2 zum Zusammenwirken mit einem Spannwerkzeug – hier einem Schraubenschlüssel – auf, woran sich ein Konusgewindeabschnitt 3 abschließt.
Gemäß 1b ist das vorstehend beschriebene Spannteil 1 auf ein Messrohr 4 eines – nicht weiter dargestellten – Coriolis-Durchflussmessgeräts aufgeschoben. Anschließend wird auf das Spannteil 1 eine hierzu passende Konusmutter 5 aufgeschraubt. Hierbei wird eine nach innen gerichtete Radialkraft über den geschlitzten Konusgewindeabschnitt 3 auf das Messrohr 4 ausgeübt, um das Spannteil 1 samt Konusmutter 5 nach Art einer Pressverbindung am Messrohr 4 zu befestigen. Anbauteile können anschließend der Konusmutter 5 und damit auch am Messrohr 4 befestigt werden.
Das Messrohr 4 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Titan, wogegen das Spannteil 1 sowie die Konusmutter 5 aus einem rostfreien Edelstahl bestehen.
Gemäß 2 ist bei dieser Ausführungsform ein Spannteil 1' nach Art eines ringförmigen Druckbehälters ausgebildet. Der ringförmige Druckbehälter besteht im Wesentlichen aus einer flexiblen Innenwandung 6, welche in Radialrichtung bewegbar ist. Die Außenwandung 7 ist hier ebenfalls in geringem Maße radial bewegbar. Die radiale Bewegung wird in Folge Beaufschlagung einer zwischen Innenwandung 6 und Außenwandung 7 gebildeten Druckkammer 8 mit einem hydrostatischen Druck erzeugt. Der hydrostatische Druck wird generiert über einen axial bewegbaren ringförmigen Druckkolben 9 bei Verschieben in Richtung Druckkammer 8. Der ringförmige Druckkolben 9 ist an einer Stirnseite des Spannteils 1' angeordnet.
Zur axialen Bewegung des ringförmigen Druckkolbens 9 sind mehrere achsparallel zum Spannteil 1' angeordnete Spannschrauben 10 vorgesehen. Die Spannschrauben 10 bilden mit einem Randbereich des Spannteils 1' eine Art Flanschverbindung. Die Druckkammer 8 ist hier mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Die Abdichtung zwischen Druckkolben 9 und Druckkammer 8 erfolgt über metallische Dichtflächen.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche umfasst. So ist es beispielsweise auch möglich, beim zweiten Ausführungsbeispiel an Stelle der flanschartigen Verschraubung zur Erzeugung der Kolbenkraft andere technische Mittel, wie eine Überwurfmutter oder dergleichen vorzusehen.

1: Spannteil
2: Werkzeugeingriffsabschnitt
3: Konusgewindeabschnitt
4: Messrohr
5: Konusmutter
6: Innenwandung
7: Außenwandung
8: Druckkammer
9: Druckkolben
10: Spannschraube

Claims

Vorrichtung zur Befestigung eines Anbauteils an ein Messrohr (4) eines Coriolis-Durchflussmessgerätes, umfassend ein auf das Messrohr () aufschiebbares Spannteil (1; 1'), welches über Spannmittel gegen das Messrohr (4) pressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (1) nach Art einer geschlitzten konischen Hohlschraube ausgebildet ist, die mit einer korrespondierenden Konusmutter (5) als Spannmittel derart zusammenwirkt, dass bei Aufdrehen der Konusmutter (5) auf das Spannteil (1) die hierdurch erzeugte nach Innen gerichtete Radialkraft das Spannteil (1) gegen das Messrohr (4) presst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (1) mit einem Werkzeugeingriffsabschnitt (2) zum Zusammenwirken mit einem Spannwerkzeug ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeingriffsabschnitt (2) benachbart zu einem hiervon ausgehenden Konusgewindeabschnitt (3) des Spannteils (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeingriffsabschnitt (2) als ein Sechskantabschnitt oder Parallelflächenabschnitt zum Zusammenwirken mit einem Schraubenschlüssel als Spannwerkzeug ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Befestigung eines Anbauteils an ein Messrohr (4) eines Coriolis-Durchflussmessgerätes, umfassend ein auf das Messrohr (4) aufschiebbares Spannteil (1; 1'), welches über Spannmittel gegen das Messrohr (4) pressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (1') nach Art eines ringförmigen Druckbehälters mit flexibler Innenwandung (6) ausgebildet ist, der infolge Beaufschlagung mit einem hydrostatischen Druck über einen axial bewegbaren ringförmigen Druckkolben (9) eine nach Innen gerichtete Radialkraft erzeugt, um das Spannteil (1') gegen das Messrohr (4) zu pressen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Spannteil (1') ausgeführte ringförmige Druckbehälter eine der flexiblen Innenwandung (6) benachbart gegenüberliegend Außenwandung (7) umfasst, zwischen denen eine Druckkammer (8) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Druckkolben (9) an einer der Stirnseiten des als Spannteil (1') ausgeführten Druckbehälters angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Bewegung des ringförmigen Druckkolbens (9) mindestens eine achsparallel zum als Spannteil (1') ausgeführten ringförmigen Druckbehälter angeordnete Spannschraube (10) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (8) durch einen Axialschlitz im als Spannteil ausgeführten einstückigen Druckbehälter gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestwandstärke des Messrohres (4) 1 Millimeter beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (4) mit einem ringförmigen Versteifungshülsenabschnitt ausgestattet ist, gegen welchen das Spannteil (1) drückt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (4) aus Titan, Tantal, Zirkon oder Legierungen hiervon besteht, wogegen das hiermit zusammenwirkende Spannteil (1) aus einem Stahl besteht.