CN100570285C

CN100570285C - 用于振动型测量传感器的弯曲测量管的制造方法

Info

Publication number: CN100570285C
Application number: CNB2005800233320A
Authority: CN
Inventors: 雷纳·洛伦茨
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2025-05-04
Also published as: EP1745264A2; CN1985152A; WO2005108931A3; WO2005108931A2; DE102004023489A1

Abstract

为了制造测量管，首先在待弯曲的初始管(1’)的内腔内部形成由第一填充材料(21)和其中添加的第二填充材料(22)构成且用于在弯曲时稳定初始管(1’)的横截面的实心成形体(2)。第一填充材料(21)是凝固液体，特别是石蜡、油脂或水，其熔化温度低于初始管(1’)的熔化温度，而第二填充材料(22)至少在正常状态中基本是可灌注的，特别是粒状和/或粉末状松散材料，特别是颗粒材料、砂土等，其熔化温度高于液体(21)的熔化温度。在创建成形体(2)之后，通过引入至少部分从外部作用于初始管(1’)的弯曲力而将初始管(1’)弯曲。最后，通过令作为凝固液体构成的填充材料(21)在弯曲的初始管(1”)内部熔化，软化在弯曲的初始管(1”)的内腔内部的成形体(2)。

Description

用于振动型测量传感器的弯曲测量管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于弯曲振动型测量传感器，特别是科里奥利质量流量传感器的至少一个测量管的方法。

背景技术

振动型测量传感器，例如科里奥利质量流量测量传感器、科里奥利质量流量/密度测量传感器和/或粘度/密度测量传感器等，可以被根据使用的测量管形式而大体分为两类，即，具有至少一条直测量管的测量传感器和具有至少一条弯曲测量管的测量传感器，其中弯曲测量管至少部分弯曲成弓形。本发明关心的测量管属于后者。这种本领域技术人员早已了解的测量传感器的结构以及功能和应用例如在DE-A 4327 052、US-B 67 11 958、US-A 53 94 758、US-A 57 96 011、US-A 63 08580或WO-A 03 029 761中有详细说明。

在所述类型的测量传感器的情况中，特别简单的制造弯曲测量管的方法是，弯曲测量管使得任何特定管的弯曲线基本位于一个虚拟管平面中，并且从垂直于纵轴方向上看，其弯曲线基本“打开”，即，没有回切。这种测量管可以例如弯曲为基本U形、V形或S形，如DE-A 4327 052、US-B 67 11 958、US-A 53 94 758、US-A 57 96 011、US-B 65 91656或WO-A 03 029 761所示，并且也可以为梯形或矩形，如US-A 63 08580所示。在一个平面内弯曲的测量管制造相对简单，因为它们可以非常容易地成为任何形状，例如在作为起始初始管的管状件的直线长度上使用两件金属成形压模。通常待弯曲的初始管装备有成形体，其尽可能不可压缩，以保证初始管的横截面形状(通常是合适的圆形横截面)在弯曲之后尽可能不变。

一种非常适合制造这种测量管的处理例如在US-B 65 91 656中有所显示。在这种情况中，特别关注的是这样的处理，其将用于科里奥利质量流量测量传感器的测量管压弯成为期望的测量管形状，其以预定长度的基本直的初始管开始并使用与测量管以及期望的测量管形状匹配的两件压模。在这个处理中，柔性的金属盘簧插入初始管并在初始管的第一端固定，然后该端被密封。弹簧的最大外径小于初始管的内径。随后，初始管被填充液体并被完全凝固，从而在初始管内腔中创建实心的成形体。然后，通过引入从外部至少部分作用于初始管的弯曲力，弯曲初始管。最后，令凝固的液体再次熔化，然后从弯曲的初始管除去盘簧(用作凝固的液体的支持体)和熔化的液体。在公开的方法中，初始管的弯曲是通过在打开的压模内部放置装备有成形体的初始管而以特别简单的方式实现的，并且压模闭合以实现初始管的成形。其它弯曲这种包含用于稳定初始管的凝固液体的成形体的测量管的处理例如在US-A 23 34 661也有所显示。

将易熔液体与支持它的支持体结合使用允许了相对简单并且高度精确地弯曲这里所述的测量传感器的测量管。正如例如在US-B 65 91656中也讨论的，这种方法的高精确可以使得尽管最大半径小于测量管内径的支持体在测量管内壁和支持体之间承载一薄层凝固液体，但是作为过滤器的凝固液体的确对于高精度有主要贡献，并且这对于其余高精度有贡献。

然而，尽管支持体的最大直径小于测量管的内径，并且因而在弯曲之后以及在凝固液体再次变为液体之后从测量管除去支持体是毫无问题的，但是已经发现，支持体的抽取有时也可以导致弯曲测量管的内表面的轻微破碎，例如划伤，特别是在弯曲半径比测量管直径小和/或在较长的弓形段的情况中。除此之外，有时在内表面中可以观察到光痕，特别是如果支持体由金属盘簧构成。这种表面破损通常很不重要，并且因而往往是可容忍的。但是，许多应用要求非常平滑的无破损的测量管内表面，例如在通常具有非常高的卫生需求的食品工业中。另外，在初始管中实现的支持体的螺纹直径非常小并且非常窄的情况中，也会发生实质性的困难。

发明内容

因此，本发明的目的是改进所述类型的测量管的制造，特别是在制造测量管时保持通过上述压弯达到的高精度，能够很大程度上避免当使用置入凝固液体中的支持体时内表面的破损或伤害，特别是在较小的弯曲半径和/或较长的弓形段的情况中。

为了实现这个目的，本发明提供了一种利用具有可预定横截面和内腔的初始管将用于振动型测量传感器(特别是科里奥利质量流量测量传感器)的弯曲测量管制造为期望形式的方法，该方法包括以下步骤：

-在待弯曲的初始管的内腔内部形成由第一填充材料和其中添加的第二填充材料构成且用于在弯曲时稳定初始管横截面的实心成形体；

-通过引入至少部分从外部作用于初始管的弯曲力而将初始管弯曲；以及

-软化在弯曲的初始管的内腔内部的成形体；

-其中第一填充材料是凝固液体，特别是石蜡、油脂或水，其熔化温度低于初始管的熔化温度，而第二填充材料至少在正常状态中基本是可灌注的，特别是粒状和/或粉末状松散材料，特别是颗粒材料、砂土等，其熔化温度高于液体的熔化温度；并且

-其中软化弯曲的初始管的内腔内部的成形体的步骤包括熔化以凝固液体的形式位于弯曲的初始管内部的第一填充材料的步骤。

根据本发明的第一实施例，在初始管的内腔内部形成成形体的步骤包括以下步骤：

-将至少一部分熔融液体形式的第一填充材料以及至少一部分第二填充材料引入初始管的内腔中；以及

-令熔融液体形式的第一填充材料在初始管的内腔内部凝固。

根据本发明的第二实施例，液体形式的第一填充材料被灌注入初始管，用于在初始管的内腔内部创建成形体。

根据本发明的第三实施例，该方法进一步包括液密地密封初始管的至少一端的步骤。

根据本发明的第四实施例，当前可灌注的松散材料用作第二填充材料，并且引入第二填充材料的步骤包括将可灌注的特别是颗粒状和/或粉末状松散材料填充入初始管的内腔的步骤。

根据本发明的第五实施例，将至少一部分第一填充材料填充入初始管内腔发生在将第二填充材料填充入初始管内腔之前和/或同时。

根据本发明的第六实施例，将至少一部分第二填充材料填充入初始管内腔发生在将第一填充材料填充入初始管内腔之前和/或同时。

根据本发明的第七实施例，本方法还包括特别是通过摇晃和/或填塞而令初始管内腔内部填充的第二填充材料稠密的步骤。

根据本发明的第八实施例，该方法还包括从弯曲的初始管内腔除去熔融的第一填充材料的步骤。

根据本发明的第九实施例，为了从弯曲的初始管内腔除去熔融的第一填充材料，令液体流出弯曲的初始管。

根据本发明的第十实施例，软化弯曲的初始管内腔内部的成形体的步骤包括松开弯曲的初始管内腔中包含的第二填充材料的步骤。

根据本发明的第十一实施例，该方法还包括从弯曲的初始管除去松开的特别是可灌注或浇注的第二填充材料的步骤。

根据本发明的第十二实施例，从弯曲的初始管除去第二填充材料的步骤包括令松散材料从弯曲的初始管流出的步骤。

根据本发明的第十三实施例，第二填充材料与第一填充材料之比为9∶1或更多。

根据本发明的第十四实施例，第一填充材料是在低于100℃，特别是在大约0℃凝固的液体。

根据本发明的第十五实施例，至少部分第二填充材料是特别是具有球形颗粒的粒状材料。

根据本发明的第十六实施例，至少部分第二填充材料是粉末。

根据本发明的第十七实施例，第二填充材料至少部分是矿石。

根据本发明的第十八实施例，第二填充材料至少部分是有机物。

根据本发明的第十九实施例，第二填充材料至少部分是金属。

根据本发明的第二十实施例，第一填充材料至少部分由水构成。

根据本发明的第二十一实施例，第一填充材料至少部分由石蜡、油或油脂构成。

根据本发明的进一步发展，使用与要制造的测量管的期望形状匹配并且具有冲头和冲模的压模实现本方法，其中通过引入至少部分从外部作用于初始管的弯曲力而弯曲初始管的步骤包括以下步骤：

-将装备有成形体的初始管插入打开的压模并将其置于冲头和冲模之间；以及

-闭合压模，并利用冲头和冲模彼此相向的相对运动弯曲初始管。

根据本发明的这个进一步发展的实施例，该方法还包括以下步骤：

-在弯曲初始管之后打开压模；以及

-从再次打开的压模除去弯曲的初始管。

本发明的一个基本思想是在要弯曲的初始管的内腔内部创建最佳匹配的且易于除去的成形体，从而不仅液体而且凝固液体在弯曲期间构成为稳定的填充材料而在弯曲之前和之后可流动，特别是可灌注，同时它们二者在弯曲期间形成非常紧密的合成物。

本发明的一个优点在于，这样形成的成形体非常坚硬。同时，它可以容易地进入初始管并且还可以容易地从完工的弯曲测量管取出而不损坏内表面。另外，本发明的另一个优点是，通过用于支持凝固液体的填充材料，可以创建成形体，其尽管使用了极易流动的冰作为凝固液体，也具有在弯曲期间非常形状稳定的横截面。

附图说明

现在根据附图详细解释本发明，其中显示了作为一个实施例的方法的顺序步骤。功能相同的部件在不同附图中具有相同的附图标记，但是只有有意义是才在后续的图中重复。

图1显示了要弯曲的初始管的侧视图；

图2以侧视图显示了图1的初始管，其一端被液密地密封；

图3以侧视图显示了图1的初始管，其中灌注作为可灌注松散材料构成的填充材料；

图4以侧视图显示了图3的初始管，其中进一步灌注了作为液体构成的填充材料；

图5以侧视图显示了图4的初始管，在其内腔中已经从图3和4的填充材料创建了实心成形体；

图6显示了由图1的初始管制造的弯曲的初始管的侧视图，其中，通过图3和4的填充材料的流出，图5的软化的成形体被除去；

图7以侧视图示意性显示了打开的压模；

图8以侧视图示意性显示了图7的打开的压模，图5的初始管已经放入其中；

图9以侧视图示意性显示了图8的闭合的压模，其具有通过将其闭合而制造的图6的初始管；

图10以侧视图示意性显示了再次打开的压模，用于除去弯曲的初始管；和

图11是振动型测量传感器，其具有图6的弯曲初始管用作测量管。

具体实施方式

图1至5分别以侧视图显示了具有预定的特别是环形横截面和内腔的特别是直的初始管1’。初始管1’要被通过合适地引入至少部分从外部作用于其上的弯曲力而被转变为具有可预定的空间形状的弯曲初始管1”。然后如图11所示，弯曲的初始管1”以后再用作振动型测量传感器10，例如科里奥利质量流量测量传感器的测量管1。

在开始实际变形处理之前，可以例如从一件管形杆(未显示)切割具有期望长度L的初始管1’。初始管1’的长度L简单地来自在弯曲之后弯曲的初始管1”的期望长度。初始管1’具有预定内径dI，并且可以由通常用于所述类型测量管的材料，例如不锈钢、钛、钽、锆等制成。

为了尽可能防止在初始管1’弯曲期间横截面不期望的形变，使用用于稳定其横截面并基本填充初始管1’的内腔的成形体2。成形体2在弯曲之前直接形成在内腔内部，或者至少最终形成在那里。成形体2由第一填充材料21和其中包含的第二填充材料22构成。根据本发明，在这种情况中用作第一填充材料21的是凝固液体，特别是石蜡、油脂或水，其熔化温度低于初始管1’的熔化温度。另外，第二填充材料22至少在正常状态中基本是可灌注的，特别是粒状和/或粉末状松散材料22’，其熔化温度高于用作第一填充材料21的液体的熔化温度。填充材料22的例子有颗粒材料，特别是具有球形颗粒形状的例如砂土，特别是砂砾等。填充材料22可以是矿石、有机物和/或金属材料。对于本应用，成形体2可以这样以非常简单的方式形成，即，将填充材料21至少部分以液态引入初始管内腔中，然后在引入足够量的第二填充材料22之后，通过例如在合适的冰箱或冷冻器中冷却而令材料21尽可能完全凝固。填充材料21和填充材料22可以例如被同时、顺序或交替地引入内腔。在交替引入的情况中，更有益的是在进一步引入用作填充材料21的液体和/或进一步引入第二填充材料22之前先凝固一部分用作填充材料21的液体。在需要的情况中，填充入初始管1’且此刻构成为松散材料22’的填充材料22例如通过合适的填塞和/或机械摇晃而被进一步稠密，以增加得到的成形体2的强度。形成任意成形体2所实际需要的第一和第二填充材料21、22的量可以例如实验地考虑与将其冷却相关联的可能的体积波动而容易地确定。根据本发明的实施例，第二填充材料22与第一填充材料21的含量之比为9∶1或更高。

为了创建成形体2，这里所示实施例的初始管1’首先在一端被利用隔盖(例如简单的栓塞4)液密地密封，然后以其现在密封的末端向下地放置和/或悬挂；参见图2。

根据本发明的方法的实施例，此刻构成为熔融的特别是低粘度的液体21’的填充材料21被引入输出管1’的内腔，此刻至少部分构成为可灌注的特别是粒状和/或粉末状松散材料22’的第二填充材料22被引入要弯曲的初始管1’的内腔中。如图3和4所示，两种填充材料21、22的引入可以以简单的方式，通过填充可灌注或可浇注材料21’、22’经过垂直放置的初始管1’的上部未密封末端而完成。

根据本发明的方法的另一实施例，至少一部分填充材料21连同一部分使用的填充材料22已经预先在初始管1’外部被预制为至少一个实心成形体内核，其一旦被制备好就被插入初始管1’的内腔中以形成实际的成形体2。为了预制成形体内核，可以使用以相应方式匹配初始管1’内腔的铸模，例如由两个半壳组装而成的铸模。在利用两种初始填充材料21和填充材料22填充之后，该铸模被再次放置在适于液体凝固的环境温度中。

在初始管1’的内腔已经被充分填充至少部分为液体的填充材料21和填充材料22之后，如图5示意性显示的，令仍然为液体的填充材料21在初始管1’的内腔中凝固。最后，通过合适的弯曲而以期望的方式令初始管1’变形。

为了能够容易地从最终弯曲的初始管1”除去成形体2，根据本发明，成形体2已经在弯曲的初始管1”的内腔内部在很大程度上特别是基本完全软化，并且这通过令第一填充材料21的主要部分再次熔融而实现。结果，以同样的方式，其中先前包含的填充材料22再次被松开，特别是令其再次可灌注或浇注，从而成形体2不仅软化而且在很大程度上是可流动的。

在填充材料21液化之后，简单地通过令填充材料21连同再次松开的特别是再次构成为可浇注松散材料的填充材料22流出特别是浇出或注出，而从现在弯曲的初始管1”的内腔除去，如图6所示。对于第一填充材料21，实际中任何凝固温度比初始管1’的材料以及填充材料22的熔化温度低100℃的液体都是适用的。于是，填充材料21可以是具有这种较低熔融点的金属，例如]铋金属或铋基低熔点合金，也可以是粘度更低的水溶液，其在低于100℃的温度特别是大约0℃的温度凝固，例如是水本身，或者有机化合物，例如石蜡、油、油脂等。特别是将水用于制备成形体2的优点在于，其易于获得并且成本低廉。除了较高的易用性，将水用作填充材料21还可观地降低了清洁弯曲的初始管的内表面所需的工作。

根据本发明的进一步发展，利用与完工的测量管1的期望形状相匹配的压模3弯曲初始管1’；在图7～10中示意性显示了在该方法的不同状态中适用于本发明的这个发展的压模3。图7中显示为打开的压模3包括具有冲头311的上部31和具有作为与冲头311互补部分形成的冲模321的下部32。冲头311和冲模321匹配完工的弯曲初始管1”的期望形状以及其外径。为此，冲头311和冲模321中都具有凹槽，其中冲头311的凹槽的轮廓基本对应于完工的弯曲初始管1”的上侧，冲模321的凹槽的轮廓基本对应于完工的弯曲初始管1”的下侧。相应地，两个凹槽的横截面为半圆平面形状，其直径等于初始管1的外径。以这种方式，当压模3完全闭合时，冲头311的凹槽的横截面与冲模321的凹槽的横截面完成整圆平面。下部还包括用于要弯曲的初始管1’的挡块33。

在图7-10显示的实施例中，冲头311和冲模321的轮廓以及两条凹槽这样形成，使得完工的弯曲初始管1”基本上弯曲为U形或V形。另外，冲头311和冲模321的凹槽这样形成并彼此协调，使得完工的弯曲初始管1”的虚拟弯曲线和虚拟连接其两端的纵轴基本上位于一个公共平面中。

在该方法的这个进一步发展中，为了弯曲初始管1’，在装备了支持体2之后将其放入打开的压模3中，并因而位于冲头311和冲模321之间，如图8示意性示出的。然后，通过冲头321和冲模311彼此合适的相对运动，这里通过冲头311自己的运动，而将压模充分关闭，然后将压模保持闭合足够长的时间，直至以期望的方式形成初始管1’。图9相应显示了图8的闭合的压模3，其具有通过闭合而弯曲的初始管1”。正如已经提到的，很显然由于弯曲，弯曲的初始管1”比直的初始管1的长度L短。

最终，图10示意性显示了再次打开的压模3，弯曲的初始管1”正要从此移除。其中容纳的成形体2可能已经由于弯曲而部分损坏，该成形体被除去，这在图中以箭头指示。在实际中，弯曲的初始管1”可以在刚刚从压模3除去后就被用作振动型测量传感器10的测量管1，特别是无需复杂的后处理。

Claims

1.利用具有预定横截面和内腔的初始管(1’)将用于振动型测量传感器的弯曲测量管(1)制造为期望形状的方法，所述初始管由从包含不锈钢、钛、钽、锆的材料组中选择的材料制成，该方法包括以下步骤：

-在要弯曲的初始管(1’)的内腔内部形成实心成形体(2)，其由第一填充材料(21)和其中添加的第二填充材料(22)构成且用于在弯曲时稳定初始管(1’)横截面；

-通过引入至少部分从外部作用于初始管(1’)的弯曲力而将初始管(1’)弯曲；以及

-软化在弯曲的初始管(1”)的内腔内部的成形体(2)，该步骤中包括令在弯曲的初始管(1”)内部构成为凝固液体的第一填充材料(21)熔化的步骤；

-其中第一填充材料(21)是凝固液体，其熔化温度低于初始管(1’)的熔化温度，而第二填充材料(22)至少在正常状态中基本是可灌注的粒状松散材料(22’)，其熔化温度高于液体(21)的熔化温度并且其具有球形颗粒；

-其中第二填充材料(22)与第一填充材料(21)的含量之比大于9∶1，并且/或者第二填充材料(22)至少部分是金属。

2.根据权利要求1的方法，其中在初始管(1’)的内腔内部形成成形体(2)的步骤包括以下步骤：

-将至少一部分熔融液体(21’)形式的第一填充材料(21)以及至少一部分第二填充材料(22)引入初始管(1’)的内腔中；以及

-令在初始管(1’)内腔内部构成为熔融液体(21’)的第一填充材料(21)凝固。

3.根据权利要求2的方法，其中为了在初始管(1’)的内腔内部创建成形体(2)，构成为液体(22)的第一填充材料(21’)被灌注入初始管(1’)。

4.根据前述任一权利要求的方法，进一步包括液密地密封初始管(1’)的至少一端的步骤。

5.根据权利要求1的方法，

-其中当前可灌注的松散材料用作第二填充材料(22)，并且

-引入第二填充材料(22)的步骤包括将可灌注的颗粒状松散材料填充入初始管(1’)的内腔的步骤。

6.根据权利要求5的方法，其中将至少一部分第一填充材料(21)填充入初始管(1’)内腔发生在将第二填充材料(22)填充入初始管(1’)内腔之前和/或同时。

7.根据权利要求5的方法，其中将至少一部分第二填充材料(22)填充入初始管(1’)内腔发生在将第一填充材料(21)填充入初始管(1’)内腔之前和/或同时。

8.根据权利要求5的方法，其中还包括令初始管(1’)内腔内部填充的第二填充材料(22)稠密的步骤。

9.根据权利要求8的方法，其中通过摇晃和/或填塞而令初始管(1’)内腔内部填充的第二填充材料(22)稠密。

10.根据权利要求1的方法，还包括从弯曲的初始管(1”)的内腔除去熔融的第一填充材料(21’)的步骤。

11.根据权利要求10的方法，其中为了从弯曲的初始管(1”)的内腔除去熔融的第一填充材料(21’)，令液体流出弯曲的初始管(1”)。

12.根据权利要求1的方法，软化弯曲的初始管(1”)内腔内部的成形体(2)的步骤包括松开弯曲的初始管(1”)内腔中包含的第二填充材料(22)的步骤。

13根据权利要求1的方法，还包括从弯曲的初始管(1”)除去松开的可灌注的第二填充材料(22)的步骤。

14.根据权利要求1的方法，其中从弯曲的初始管(1”)除去第二填充材料(22)的步骤包括令松散材料从弯曲的初始管(1”)流出的步骤。

15.根据权利要求1的方法，其中在低于100℃的温度凝固的液体被用作第一填充材料(21)。

16.根据权利要求1的方法，其中在大约0℃的温度凝固的液体被用作第一填充材料(21)。

17.根据权利要求1的方法，其中第一填充材料(21)至少部分由水构成。

18.根据权利要求1的方法，其中第一填充材料(21)至少部分由石蜡、油或油脂构成。

19.根据权利要求1的方法，其中第二填充材料(22)至少部分由粉末构成。

20.根据权利要求1的方法，其中第二填充材料(22)至少部分是矿石。

21.根据权利要求1的方法，其中第二填充材料(22)至少部分是有机物。

22.根据权利要求1的方法，通过使用具有冲头(311)和冲模(321)的压模(3)而实现，该压模与要制造的测量管(1)的期望形状匹配，其中通过引入至少部分从外部作用于初始管的弯曲力而弯曲初始管(1’)的步骤包括以下步骤：

-将装备有支持体(2)的初始管(1’)插入打开的压模(3)并将其就位于冲头(311)和冲模(321)之间；以及

-利用冲头(311)和冲模(321)彼此相向的相对运动，闭合压模(3)并弯曲初始管(1’)。

23.根据权利要求22的方法，还包括以下步骤：

-在弯曲初始管(1’)之后打开压模(3)；以及

-从再次打开的压模(3)除去弯曲的初始管(1”)。

24.利用根据前述任一权利要求的方法制造的弯曲的初始管(1”)作为振动型材料传感器(10)的测量管(1)的应用。