DE10026568A1 - Verbindungsstück für ein Ultraschallwandlergehäuse - Google Patents

Abstract

Ein Verbindungsstück zwischen einem Ultraschallwandlergehäuse (8) und einem Gehäuse (4) eines Durchflussmessers für gasförmige oder flüssige Medien ermöglicht, identische Ultraschallwandlergehäuse (8) in die Gehäuse (4) mit unterschiedlich großen Nennweiten zu verwenden. Der Körper (1) des Verbindungsstücks ist einfacher herzustellen als das Ultraschallwandlergehäuse (8). Zu jeder Nennweite des Gehäuses (4) oder Ausführung des Durchflussmessers ist eine Ausführung der Verbindungsstücke zugeordnet. Das Verbindungsstück deckt einerseits eine Öffnung (10) des Gehäuses (4) ab und weist andererseits einen Verbindungskanal (14) auf, durch den das Innere des in das Medium eingetauchten Ultraschallwandlergehäuses (8) belüftet und eine elektrische Zuleitung (12) zur Erregung eines Ultraschallwandlers (13) geführt wird. Das in das Kopfteil (21) und einen Zapfen (22) gegliederte Verbindungsstück weist zwei in verschiedenen Ebenen (2; 3) angeordnete Dichtflächen (18; 23) auf. Die Richtung des vom Ultraschallwandler (13) ausgesandten Ultraschalls hängt vom Winkel zwischen den beiden Ebenen (2; 3) und deren Ausrichtung in Bezug auf die Gehäuseachse (5) ab.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungsstück, das zwischen einem Ultraschallwandlergehäuse und einem Gehäuse für einen Durchflussmesser für gas- oder flüssige Medien gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angeordnet ist, und eine Verwendung des Verbindungsstücks gemäss Anspruch 12.

Solche Verbindungsstücke eignen sich zum Einbau von Ultraschallwandlergehäusen in ein Gehäuse eines Durchflussmessers, der die Durchflussgeschwindigkeit bzw. Durchflussmenge eines in einem Leitungssystem strömenden, gasförmigen oder flüssigen Mediums misst.

Ultraschallwandlergehäuse sind für die in den Patentschriften, z. B. DE-PS 29 34 031, EP 0 609 561 B1, EP 0 897 101 A1 usw., beschriebenen Durchflussmesser bekannt. Der Ultraschallwandler ist einem für das zu messende flüssige oder gasförmige Medium dichten Gehäuse eingebaut und besteht aus einer im Ultraschallwandlergehäuse angeordneten Scheibe aus Piezo-Keramik mit beidseitig auf den kreisförmigen Flächen der Scheibe aufgebrachten Elektroden. Die Piezo-Keramikscheibe ist durch ein für Ultraschall transparentes Fenster vom Medium getrennt. Leitungsdrähte sind mit den Elektroden verbunden und stellen die Verbindung mit einem ausserhalb des Durchflussmessers angeordneten, z. B. aus einer Batterie gespeisten Hochfrequenzgenerator her. Die bekannten Ultraschallwandlergehäuse weisen typisch einen Kragen auf, mit dem das Ultraschallwandlergehäuse in einer Oeffnung im Gehäuse des Durchflussmessers so geführt ist, dass das Ultraschallwandlergehäuse in radialer Richtung ins Gehäuse des Durchflussmessers ragt und derart vorbestimmt ausgerichtet ist, dass sich von der elektrisch erregten Piezo-Keramikscheibe durch das Fenster abgestrahlte Ultraschallwellen im Medium auf einer Messstrecke im wesentlichen parallel zur Achse des Durchflussmessers fortpflanzen. Der Kragen des Ultraschallwandlergehäuses wird von aussen auf das Gehäuse des Durchflussmessers derart gepresst, dass die Oeffnung im Gehäuse des Durchflussmessers gegen das Medium abgedichtet ist.

Aus der DE 34 38 976 C2 ist eine andere Ausführung des Ultraschallwandlergehäuses bekannt. Es eignet sich zur Durchflussmessung bei einem Messrohr mit einem grossen Rohrdurchmesser. Die Ultraschallwandlergehäuse sitzen auf der Aussenseite des Rohrs auf und sind derart in der Längsrichtung des Gehäuses versetzt, dass der Ultraschall durch die Rohrwand hindurch auf einem zur Achse der rohrförmigen Messstrecke schiefen Weg durch das strömende Medium zur gegenüberliegenden Gehäusewand gelangt und nach der Durchdringung der gegenüberliegenden Rohrwand einen dort angeordneten Ultraschallempfänger erreicht. Eine derartige Anordnung lässt sich leicht warten, benötigt aber wegen der ineffizienten Ankopplung durch die Wandung des Messrohres hindurch wesentlich mehr Schallenergie.

Um für den Ultraschall eine optimale Ankopplung des Mediums an den Ultraschallwandler auch bei schiefer Durchschallung zu gewährleisten, sind Anordnungen aus der DE 40 11 526 A1 und der US- PS 3,771,117 bekannt, bei denen das Fenster der Ultraschallwandlergehäuse direkt mit dem strömenden Medium in Kontakt ist.

Diese Ultraschallwandlergehäuse weisen den Nachteil auf, dass ihre Abmessungen dem jeweiligen durch den Nenndurchfluss bestimmten Durchmesser des Gehäuses des Durchflussmessers abhängig ist und daher bei einem Durchflussmesser-Sortiment mit verschiedenen Nenndurchflüssen eine entsprechende Anzahl verschieden dimensionierter Ultraschallwandlergehäuse hergestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Voraussetzung für den Einbau eines kostengünstigen Ultraschallwandlergehäuses von einheitlicher Ausführung in verschieden dimensionierten Gehäusen eines Durchflussmessers für gas- oder flüssige Medien zu schaffen, so dass die Ausführung des Ultraschallwandlergehäuses unabhängig vom Querschnitt des Gehäuses des Durchflussmessers ist.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Verbindungsstück im Querschnitt,

Fig. 2 das Verbindungsstück in der Ansicht auf eine zweite Dichtebene,

Fig. 3 eine andere Ausführung des Verbindungsstück im Querschnitt,

Fig. 4 eine Dichtung gegen ein Ultraschallwandlergehäuse im Querschnitt,

Fig. 5 Ausrichtung einer zweiten Ebene,

Fig. 6 eine weitere Ausführung des Verbindungsstück im Querschnitt,

Fig. 7 Querschnitt durch ein Ultraschallwandlergehäuse und

Fig. 8a und 8b Draufsicht auf eine Schnellspann-Befestigung des Verbindungsstücks.

In der Fig. 1 bedeutet 1 ein Körper eines Verbindungsstücks, 2 eine erste und 3 eine zweite Ebene am Körper 1, 4 ein rohrförmiges Gehäuse eines Durchflussmessers mit einer Gehäuseachse 5, 6 eine Aussenfläche und 7 eine Innenfläche des Körpers 1, 8 ein Ultraschallwandlergehäuse mit einer Anschlussfläche 9, 10 eine Oeffnung im Gehäuse 4, 11 ein Flansch der Oeffnung 10, 12 eine Zuleitung für einen Ultraschallwandler 13 und 14 ein Verbindungskanal zur Aufnahme der Zuleitung 12. Weiter bezeichnet 15 eine Wandung des Gehäuses 4, 16 eine Nut im Flansch 11, 17 einen Dichtring und 18 eine erste Dichtfläche am Körper 1.

Das Medium ist ein Gas oder eine Flüssigkeit, z. B. heisses oder kaltes Wasser, und wird von Unternehmen in Rohrleitungen an Verbraucher geliefert, wobei die Durchflussmesser das Volumen des gelieferten Mediums erfassen. Das Gehäuse 4 des Durchflussmessers ist in einer Ausführung rohrförmig und weist in seiner Wandung 15 wenigstens zwei Oeffnungen 10 auf, durch die hindurch der Ultraschallwandler 13 im Ultraschallwandlergehäuse 8 in das Gehäuse 4 so eingeführt ist, dass zum Zweck der Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Gehäuse 4 wenigstens von dem einen Ultraschallwandler 13 ausgesandte Ultraschallwellen von einem hier nicht dargestellten zweiten Ultraschallwandler empfangen werden. Der Ultraschallwandler 13 übt die Funktionen des Sendens und Empfangens periodisch abwechslungsweise vertauscht aus, wobei das Senden bzw. Empfangen gleichzeitig mit dem zweiten Ultraschallwandler erfolgen kann oder wobei für eine erste Messung der eine Ultraschallwandler sendet und der andere empfängt, in der folgenden Messung sind die Funktionen der Ultraschallwandler vertauscht. Andere Ausführungen des Gehäuses 4 sind quadratisch oder rechteckförmig. Der Flansch 11 ist ein Teil des Gehäuses 4, umgibt die Oeffnung 10 und ist mit seiner vom Gehäuse 4 wegweisenden Oberfläche parallel zur ersten Ebene 2 angeordnet. Wie in der Zeichnung der Fig. 1 nur auf der linken Seite einer Körperachse 24 des Körpers 1 dargestellt ist, weist in einer Ausführung die Oberfläche des Flansches 11 die um die Oeffnung 10 umlaufende Nut 16 mit dem Dichtring 17 auf. Mittels in den Flansch 11 gedrehter Schrauben 19 wird der Körper 1 mit seiner Dichtfläche 18 gegen den Dichtring 17 im Flansch 11 gepresst, wobei der Dichtring 17 die Oeffnung 10 gegen einen Austritt des Mediums abdichtet. In einer anderen Ausführung ist die Nut 16 statt in den Flansch 11 so in die zweite Dichtfläche 18 eingeschnitten, dass der Dichtring 17' in der Nut 16' rings um die Oeffnung 10 auf die Oberfläche des Flansches 11 zu liegen kommt. Dies ist in der Zeichnung der Fig. 1 auf der rechten Seite der Körperachse 24 dargestellt. Diese Ausführung besitzt den Vorteil, dass die Nut 16' kostengünstiger herzustellen ist, weil der Körper 1 wegen seinen geringen Abmessungen leichter zu bearbeiten ist als das Gehäuse 4.

Das Ultraschallwandlergehäuse 8 ist in der Zeichnung der Fig. 1 punktiert in Umrissen gezeichnet, soweit dies zum Verständnis der Ausbildung einer zweiten Dichtfläche 23 des Körpers 1 notwendig erscheint. Die zweite Dichtfläche 23 ist parallel zur zweiten Ebene 3. Der in das Ultraschallwandlergehäuse 8 eingebaute Ultraschallwandler 13 besteht aus einer Scheibe aus Piezomaterial mit beidseitig auf den kreisförmigen Flächen der Scheibe aufgebrachten Elektroden. Der Ultraschallwandler 13 ist hinter einem für Ultraschall transparenten Fenster vom Medium getrennt derart angeordnet, dass vom Ultraschallwandler 13 erzeugte Ultraschallwellen durch das Fenster hindurch vorbestimmt gerichtet in das Medium austreten und eine Messstrecke M zum hier nicht gezeigten zweiten Ultraschallwandler zurücklegen. Die Elektroden sind mit Leitungsdrähten der Zuleitung 12 mit einem hier nicht gezeigten, ausserhalb des Gehäuses 4 angeordneten, z. B. aus einer Batterie gespeisten Hochfrequenzgenerator verbunden. Mit der elektrischen Wechselspannung im Bereich von 0,5 MHz bis 3 MHz aus dem Hochfrequenzgenerator wird der Ultraschallwandler 13 zum Aussenden der Ultraschallwellen angeregt. Die Anschlussfläche 9 ist oberhalb des transparenten Fensters angeordnet und ist parallel zur Fläche des Ultraschalwandlers 13 gerichtet. Ein Zuleitungskanal 20 führt die Zuleitung 12 durch die Anschlussfläche 9 hindurch aus dem Ultraschallwandlergehäuse 8 heraus. Der Zuleitungskanal 20 ist gegen das Medium abzudichten, damit das Medium nicht in das Ultraschallwandlergehäuse 8 eindringt bzw. durch den Verbindungskanal 14 entweicht.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführung des Verbindungsstücks im Detail. Der Körper 1 gliedert sich in zwei untrennbare Teilstücke, einem Kopfteil 21 und einem Zapfen 22. Das Material des Körpers 1 oberhalb der Ebene 2 bildet den Kopfteil 21, das Material unterhalb der Ebene 2 den Zapfen 22. In einer Ausführung des Körpers 1 ist der Zapfen 22, mit Ausnahme einer durch eine zur zweiten Ebene 3 (Fig. 1) parallelen zweiten Dichtfläche 23 bedingten Ausnehmung, ein zur Körperachse 24 rotations­ symmetrischer Zylinder. Die Länge L des Zapfens 22 richtet sich im wesentlichen nach dem Durchmesser des Gehäuses 4 (Fig. 1) und die Art der Durchschallung des Volumens der Messstrecke M (Fig. 1), während die Höhe H der zweiten Dichtfläche 23 durch die Anschlussfläche 9 (Fig. 1) bestimmt ist. In einem Beispiel ist die Länge L derart bemessen, dass die Gehäuseachse 5 (Fig. 1) das Lot im Zentrum der scheibenförmigen Fläche des Ultraschallwandler 13 (Fig. 1) bildet.

Der Kopfteil 21 mit der Aussenfläche 6 ist z. B. scheibenförmig, rechteckförmig oder im wesentlichen quadratisch und ragt mit der ersten Dichtfläche 18 über den Zapfen 22 hinaus. Die im wesentlichen flache Aussenfläche 6 und die z. B. kreisringförmige erste Dichtfläche 18 bis zum Zapfen 22 sind parallel zur ersten Ebene 2. Die Oberfläche des Zapfens 22 ist die dem Medium zugewandte Innenfläche 7. Der Körper 1 ist so bemessen, dass der Kopfteil 21 den Flansch 11 (Fig. 1) abdeckt und der Zapfen 22 durch die Oeffnung 10 (Fig. 1) hindurch in das Innere des Gehäuses 4 (Fig. 1) ragt. Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführung ist der Dichtring 17 auf den Zapfen 22 aufgesteckt und bis zur ersten Dichtfläche 18 hinaufgeschoben. Der zwischen dem Kopfteil 21 und dem konisch sich erweiternden Innenrand des Flansches 11 eingeklemmte Dichtring 17 verhindert einen ungewollten Austritt des Mediums und dichtet die zum radialen Einführen des Ultraschallwandlergehäuses 8 (Fig. 8) in das Gehäuse 4 dienende Oeffnung 10 ab.

Die zum mediumdichten Verbinden des Ultraschallwandlergehäuses 8 ausgebildete, zur zweiten Ebene 3 parallele zweite Dichtfläche 23 schliesst mit der Anschlussfläche 9 eine Dichtung 28 (Fig. 1), z. B. ein O-Ring, ein. Der Körper 1 weist in einer Ausführung etwa in der Mitte der zweiten Dichtfläche 23 eine Mündung 25 des Verbindungskanals 14 (Fig. 1) auf, die optional von einer Teilfläche 26 umgeben ist. Die Teilfläche 26 ist einerseits durch die Mündung 25 und andererseits durch eine z. B. kreisringförmige Auflagefläche 27 der Dichtung 28 begrenzt. Ausserhalb der Auflagefläche 27 sind Befestigungsmittel 29 und mit Vorteil auch Formstücke 30 auf der zweiten Dichtfläche 23 angeordnet. Die Formstücke 30 richten das Ultraschallwandlergehäuse 8 in radial zur Gehäuseachse 5 vorbestimmt aus und ermöglichen einen reproduzierbaren Zusammenbau mit dem Körper 1. Die Befestigungsmittel 29 pressen das Ultraschallwandlergehäuse 8 mit der Anschlussfläche 9 gegen die zweite Dichtfläche 23 des Körpers 1, damit die Dichtung 28 ein ungewolltes Eindringen des Mediums in das Ultraschallwandlergehäuse 8 verhindert. Die Befestigungsmittel 29 sind entweder in den Körper 1 abgesenkte Zapfenlöcher mit Innengewinde zum Befestigen des Ultraschallwandlergehäuses 8 mittels Schrauben oder über der zweiten Dichtfläche 23 vorstehende, im Körper 1 verankerte Gewindebolzen zum Befestigen des Ultraschallwandlergehäuses 8 mittels Muttern.

In einer Ausführung umgibt die Dichtung 28 den Ausgang des Zuleitungskanals 20 (Fig. 1), während die zweite Dichtfläche völlig glatt und eben ist. Nach dem Zusammenbau des Ultraschallwandlergehäuses 8 mit dem Körper 1 liegt das Dichtmittel 28 in der Auflagefläche 27 auf der zweiten Dichtfläche 23 so auf, dass der gegen das Medium abgedichtete Uebergang vom Zuleitungskanal 20 zum Verbindungskanal 14 entsteht. Der Kanal dient zur Aufnahme der Zuleitung 12 und Belüftung des Inneren des ins Medium eingetauchten Ultraschallwandlergehäuses 8.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die beiden Dichtflächen 18; 23 in zwei verschiedenen Ebenen 2; 3 angeordnet. In der in der Zeichnung der Fig. 1 gezeigten Ausführung sind die beiden Ebenen 2 und 3 senkrecht zueinander und senkrecht zur Zeichnungsebene ausgerichtet, wobei die Gehäuseachse 5 senkrecht auf der zweiten Ebene 3 steht. Die zweite Ebene 3 und damit die Dichtfläche 23 sind parallel zur Körperachse 24 angeordnet und schneiden die erste Ebene 2 unter einem Winkel von 90°. Die beiden Achsen 5 und 24 liegen in der Zeichnungsebene. Der Verbindungskanal 14 verbindet durch den Körper 1 hindurch die Mündung 25 (Fig. 2) mit der Aussenfläche 6. Der Verbindungskanal 14 setzt sich beispielsweise aus einer senkrecht zur ersten Ebene 2 von der Aussenfläche 6 in den Körper 1 eingesenkten und gegenüber der Körperachse 24 versetzten Zylinder 31 und einer weiteren von der Mündung 25 (Fig. 2) auf der zweiten Dichtfläche 23 (Fig. 2) in den Zylinder 31 vorgetriebenen Bohrung zusammen.

Damit das Ultraschallwandlergehäuse 8 wiederholt reproduzierbar ausgerichtet im Gehäuse 4 positioniert werden kann, weist der Körper 1 mit Vorteil auch im Kopfteil 21 (Fig. 2) wenigstens eine Positioniereinrichtung auf. Stehbolzen 32 und Löcher 33 bilden die Positioniereinrichtung. Die Stehbolzen 32 sind ausserhalb der Nut 16 bzw. 16' senkrecht zur ersten Ebene 2 auf dem Flansch 11 und die zugehörigen Löcher 33 im Körper 1 angeordnet. Die Ausführung des mit dem Flansch verschraubten Körpers 1 weist im Kopfteil 21 entsprechend angeordnete Löcher 33 auf, in denen die Stehbolzen 32 formschlüssig eingreifen und den Körper 1 vorbestimmt auf dem Flansch 11 ausrichten.

Das Formstück 30 auf der zweiten Dichtfläche 23 greift als Bolzen formschlüssig im Bereich der Anschlussfläche 9 ausserhalb der Dichtung 28 in eine Ausnehmung des Ultraschallwandlergehäuses 8 ein. In einer anderen Ausführung ist das Formstück 30 als Sackloch 34 ausgebildet, das einen vorbestimmten Metalldorn des Ultraschallwandlergehäuses 8 formschlüssig aufnimmt. Mit Vorteil sind für gut reproduzierbares Ausrichten mehrere dieser Formstücke 30 auf der zweiten Dichtfläche 23 gemäss der Zeichnung in der Fig. 2 angeordnet.

Soll in der Ausführung des Verbindungsstücks gemäss der Fig. 1 der Ultraschall unter einem Winkel zur Gehäuseachse 5 ausgesendet werden, muss die Ebene des Flansches 11 eine entsprechende Neigung zur Gehäuseachse 5 aufweisen, damit das Ultraschallwandlergehäuse 8 richtig positioniert ist.

Eine andere Ausführung des Verbindungsstücks gemäss der Fig. 3 positioniert das Ultraschallwandlergehäuse 8 zur Schrägdurchschallung, ohne dass der Flansch 11 geneigt sein muss. Der Körper 1 weist auf dem Zapfen 22 eine andere Ausnehmung auf. In der Zeichnung der Fig. 3 sind die erste Ebene 2 und die zweite Ebene 3 senkrecht zur Zeichnungsebene ausgerichtet. Die Körperachse 24 liegt in der Zeichnungsebene und ist eine Senkrechte zur ersten Ebene 2. Die zweite Ebene 3 und damit die Dichtfläche 23 sind so schief zur Körperachse 24 angeordnet, dass sich die erste und zweite Ebene 2 bzw. 3 unter einem Kippwinkel α schneiden. Der Kippwinkel α liegt im Bereich von 0° bis 110°, wobei aus den Bereichen 0° bis 30°, 60° bis 90° bevorzugte Werte zu entnehmen sind. In einer weiter unten beschriebenen Ausführung des Verbindungsstücks beträgt der Kippwinkel α = 0°, d. h. die beiden Dichtflächen 18 und 23 sind in parallelen Ebenen 2 und 3 angeordnet.

In der Ausführung gemäss Fig. 3 sind die Nut 16' und der Dichtring 17' symmetrisch zur Körperachse 24 in den Kopfteil 21 in die erste Dichtebene 18 eingelassen. Der Verbindungskanal 14 umfasst den Zylinder 31 und eine Bohrung im Zapfen 22 von der Mündung 25 zum Zylinder 31, wobei die Achse 35 der Bohrung in der Zeichnungsebene liegt und mit Vorteil senkrecht zur zweiten Ebene 3 ausgerichtet ist. Der Ultraschallwandler 13 ist parallel zur zweiten Ebene 3 ausgerichtet, um eine Durchschallung der Messstrecke M schief zur Gehäuseachse 5 (Fig. 1) zu erreichen. In der in der Fig. 3 gezeigten Ausführung weist das Gehäuse 4 (Fig. 1) von rechteckigem Querschnitt einen zylindrischen Flanschfuss 36 auf, der den Flansch 11 mit der Wandung 15 derart verbindet, dass das punktiert eingezeichnete Ultraschallwandlergehäuse 8 ausserhalb des von der Wandung 15 umschlossenen lichten Querschnitts des Gehäuses 4 angeordnet ist. Das Ultraschallwandlergehäuse 8 ragt nicht in die Strömung des Mediums und verursacht nur eine minimale Störung der Strömung.

Die Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Querschnitt des Körpers 1 am Uebergang zwischen dem Ultraschallwandlergehäuse 8 und dem Zylinder 31 des Verbindungskanals 14. Die Dichtung 28 ist in einer in die zweite Dichtfläche 23 abgestuften Erweiterung 37 der Mündung 25 (Fig. 2) eingelegt. Das Ultraschallwandlergehäuse 8 und der Zuleitungskanal 20 sind in der Zeichnung der Fig. 4 punktiert dargestellt. Beim Zusammenbau des Ultraschallwandlergehäuses 8 mit dem Körper 1 dringt der als Röhrchen 38 ausgebildete Zuleitungskanal 20 längs der gemeinsamen Achse 35 in die Mündung 25 des Verbindungskanals 14 ein. Die auf den Zuleitungskanal 20 aufgesteckte Dichtung 28 wird von der Erweiterung 37 derart aufgenommen, dass die Dichtung 28 sowohl gegen den Körper 1 als auch gegen die Anschlussfläche 9 gepresst wird, sobald das Ultraschallwandlergehäuse 8 mit dem Körper 1 verschraubt ist und die Anschlussfläche 9 auf der Dichtfläche 23 aufliegt. Anstelle einer abgestuften Erweiterung 37 weist eine andere Ausführung eine hier nicht dargestellte konische Erweiterung 37 auf. Diese Ausführungen der Erweiterung 37 sind auch bei einer Ausführung nach den Fig. 1 oder 3 verwendbar.

Das Röhrchen 38 ist als Formstück 30 ausgebildet, greift als Dorn formschlüssig in die Mündung 25 ein und zentriert das Ultraschallwandlergehäuse 8. Die Mündung 25 übernimmt in dieser Ausführung die Funktion des Sacklochs 34 (Fig. 1).

Eine Anschlagfläche 39 (Fig. 3) des Körpers 1 verbindet die zweite Dichtfläche 23 mit der Innenfläche 7 des zylindrischen Teils des Zapfens 22 (Fig. 3) und kann in einer anderen Ausführung auch als Formstück 30 verwendet werden. Dazu ist eine Fussfläche 40 des Ultraschallwandlergehäuses 8 entsprechend geformt und schmiegt sich, sobald die Befestigungsmittel 29 die Anschlussfläche 9 gegen die Dichtfläche 23 drücken, formschlüssig an die Anschlagfläche 39 und wirkt wegen des Formschlusses als Verdrehschutz.

Der Ultraschallwandler 13 (Fig. 3) ist somit im Gehäuse 4 (Fig. 1) in der gleichen Lage wiederholt reproduzierbar in radialer Richtung zur Gehäuseachse 5 (Fig. 1) zu positionieren. Sind die Befestigungsmittel 29 Senkkopfschrauben und weist das Ultraschallwandlergehäuse 8 Bohrungen mit den notwendige kegelförmige Erweiterungen für die Aufnahme des Kopfes der Senkkopfschrauben auf, ist in dieser Ausführung ein Formschluss zwischen dem Senkkopf und der Erweiterung der Bohrung vorhanden. Dies bewirkt eine ausreichend reproduzierbare Ausrichtung der Ultraschallwandler 13 im Gehäuse 4.

Die Fig. 5 zeigt die Ausrichtung der zweiten Ebene 3 innerhalb des Gehäuses 4 (Fig. 1). Entsprechend der Ausführung des Durchflussmessers ist die Durchschallung der Messstrecke M (Fig. 1) parallel oder unter einem Winkel zur Gehäuseachse 5. Bis zu einer ersten Reflexion der Ultraschallwellen ist die Durchschallung der Messstrecke M parallel zum Lot 41 der zweiten Ebene 3, die daher in Abhängigkeit von der Führung des Schallwegs innerhalb der Messstrecke M ausgerichtet ist. Die Positioniereinrichtung 32 (Fig. 1), 33 (Fig. 1) fixiert den Drehwinkel β der zweiten Ebene 3 um die Körperachse 24. Der Drehwinkel β liegt in einer dritten Ebene 42, die senkrecht zur Körperachse 24 ausgerichtet die Gehäusesachse 5 enthält und parallel zur ersten Ebene 2 (Fig. 1) ist. Der Drehwinkel β ist typisch aus dem Bereich 0° bis 30°. Eine Projektion 43 des Lots 41 auf die dritte Ebene 42 und die Gehäuseachse 5 schliessen den Drehwinkel β ein. Der Winkel γ zwischen der Projektion 43 und dem Lot 41 ist vom Kippwinkel α abhängig; in den oben besprochenen Ausführungen beträgt der Winkel γ = 90° - α.

In der Fig. 6 ist der Körper 1 im Querschnitt dargestellt, wobei die Projektion 43 (Fig. 5) senkrecht auf der Schnittebene steht. Durch den Körper 1 hindurch führt der Verbindungskanal 14 von der Mündung 25 bis zur Aussenfläche 6. Am Kopfteil 21 sind zwei Ausführungen gezeigt, wobei sich die beiden Ausführungen in der Ausbildung einer Abstufung des Kopfteils 21, einer Krempe 44, unterscheiden. In der Zeichnungsebene der Fig. 6 ist auf der linken Seite der Körperachse 24 die Ausführung mit einer rings um den Kopfteil umlaufenden Krempe 44 dargestellt. Der Körper 1 wird mittels mit den Schrauben 19 befestigter Klampen 45 auf den Flansch 11 des Gehäuses 4 (Fig. 1) so niedergehalten, dass der Dichtring 17 gegen eine angeschrägte Flanke des Flansches 11 gepresst und die Oeffnung 10 (Fig. 1) gegen einen Austritt des Mediums abgedichtet wird. Anstelle vieler Klampen 45 ist auch ein zur Körperachse 24 rotationssymmetrischer Klampenring 46 mit dem Querschnitt der Klampe 45 zum Niederhalten des Körpers 1 verwendbar. Die Positioniereinrichtung ist mit dem Stehbolzen 32 im Flansch 11 und dem Loch 33 im Kopfteil 21 symbolisch dargestellt. Selbstverständlich kann der Flansch 11 eine passende Vertiefung aufweisen, in die der aus der ersten Dichtfläche 18 ragende Stehbolzen 32 formschlüssig eingreift.

In einer anderen Ausführung des Kopfteils 21 ist die Krempe 44 sektoriell unterteilt und bildet mit dem Klampenring 46 eine weiter unten beschriebene Schnellspann-Befestigung für den Körper 1 auf dem Flansch 11. In der Zeichnung der Fig. 6 ist auf der rechten Seite der Körperachse 24 die Schnellspann-Befestigung im Querschnitt dargestellt.

Die zweite Dichtfläche 23 bildet eine kreisrunde Grundfläche des zylindrischen Zapfens 22. Die zweite Ebene 3 ist daher parallel zur ersten Ebene 2 und der Kippwinkel α (Fig. 5) beträgt 0°, wobei in der Ausführungen nach Fig. 6 der Winkel γ (Fig. 5) gleich dem Kippwinkel α ist. In einer anderen Ausführung bildet die zweite Dichtfläche 23' eine elliptische Grundfläche des zylindrischen Zapfens 22, wenn die zweite Ebene 3' nicht parallel zur ersten Ebene 2 ist. Für eine Durchschallung der Messstrecke M schief zur Gehäuseachse 5 schliessen die Ebenen 2 und 3 einen Kippwinkel α ≠ 0 ein. In der Zeichnung der Fig. 6 ist daher in der Ausführung links der Körperachse 24 die zweite Dichtfläche 23' in der zweiten Ebene 3' sichtbar.

Die zweite Dichtfläche 23, 23' weist die hier nicht dargestellten Elemente auf, wie die Befestigungsmittel 29 (Fig. 2), die Formstücke 30 (Fig. 2) oder Sacklöcher 34 (Fig. 2), zum Befestigen und Ausrichten des Ultraschallwandlergehäuses 8 (Fig. 7) auf der zweiten Dichtfläche 23, 23'.

Das Ultraschallwandlergehäuse 8 in der Fig. 7 weist eine Fussplatte 47 auf, deren Anschlussfläche 9 senkrecht zu einer Abstrahlfläche 48 des Piezoelementes 13 ausgerichtet ist. In die Anschlussfläche 9 ist die Dichtung 28 eingelassen und umgibt den Zuleitungskanal 20. Die Fussplatte 47 weist Ausbohrungen 49 zur Aufnahme der Befestigungsmittel 29 (Fig. 2) auf, die ausserhalb des von der Dichtung 28 umfassten Bereichs des Zuleitungskanal 20 angebracht sind. Ist die Fussplatte 47 auf der zweiten Dichtfläche 23 (Fig. 6), 23' (Fig. 6) befestigt, leitet der Zuleitungskanal 20 in die Mündung 25 (Fig. 6) über. Die Zuleitung 12 ist aus dem Innern des Ultraschallwandlergehäuses 8 durch den Verbindungskanal 14 geführt. Das Ultraschallwandlergehäuse 8 ist mittels der Befestigungsmittel 29 mit dem Körper 1 verschraubt, wobei die Dichtung 28 das Gehäuse 4 dicht gegen das Medium abschliesst.

Die Fig. 8a und 8b zeigen in der Draufsicht die Schnellspann-Befestigung für den Körper 1 (Fig. 6) auf dem Flansch 11 (Fig. 6) bestehend aus dem Kopfteil 21 und dem Krempenring 46. Die Krempe 44 (Fig. 6) ist sektoriell in radial nach aussen gerichtete Flügel 50 unterteilt. Der Krempenring 46 weist gegen die Körperachse 24 (Fig. 6) radial nach innen gerichtete Finger 51 auf. Die Finger 51 sind derart angeordnet, dass die Flügel 50 zwischen den Fingern 51 Raum zum Einfahren haben und der Körper 1 mit dem Zapfen 22 (Fig. 6) und dem Ultraschallwandlergehäuse 8 (Fig. 7) voran in die Oeffnung 10 (Fig. 1) eingefahren und der Kopfteil 21 mit der zweiten Dichtfläche 23, 23' (Fig. 6) auf den Flansch 11 (Fig. 6) aufgelegt werden kann. Wenn der Kopfteil 21 auf dem Flansch 11 aufliegt, ist die Oberkante der Flügel 50 unterhalb der Finger 51, wie dies im radialen Schnitt A-A' aus der Fig. 6 ersichtlich ist.

In der Fig. 6 zeigt die Zeichnung rechts von der Körperachse 24 den Klampenring 46, der auf dem Flansch 11 befestigt ist. Vom Klampenring 46 weisen die Finger 51 gegen die Körperachse 24 und ragen bis zum zylindrischen Teil 52 des Kopfteils 21 vor. Auf einer vorbestimmten Seite endet wenigstens einer der Finger 51 in einem den Raum unter dem Finger 51 einseitig begrenzenden Anschlag 53 für den entsprechenden Flügel 50. Der Anschlag 53 bildet zusammen mit einer Anschlagkante 53' (Fig. 8a) des Flügels 50 die Positioniereinrichtung anstelle der Stehbolzen 32 und der Löcher 33.

Die Fig. 8b zeigt, wie bei einer Drehung des Körpers 1 (Fig. 6) um die Körperachse 24 (Fig. 6) in der Richtung eines Pfeils 54 die Flügel 50 in den Raum 55 unter den Fingern 51 einfahren. Sobald der Flügel 50 am Anschlag 53 ansteht, ist der Körper 1 (Fig. 1) und damit der Ultraschallwandler 13 (Fig. 7) in der vorbestimmten Lage zur Gehäuseachse 5 (Fig. 1) ausgerichtet. Der Anschlag 53 ist unterhalb des Fingers 51 und ist deshalb in der Zeichnung der Fig. 8b gestrichelt dargestellt. Der Anschlag 53 bildet einen Teil der Positioniereinrichtung, da der Klampenring 46 seinerseits mit dem Stehbolzen 32 (Fig. 6) und dem Loch 33 (Fig. 6) auf dem Flansch 11 (Fig. 6) fest ausgerichtet ist.

Bei einer Drehung des Körpers 1 um die Körperachse 24 führen beispielsweise die Finger 51 den zylindrischen Teil 52 des Kopfteils 21 derart, dass die Drehachse mit der Körperachse 24 zusammenfällt. Die Flügel 50 laufen bei der Drehung auf den Flügeln 50 zugewandten Flächen der Finger 51 auf und pressen den Kopfteil 21 und den Dichtring 17 (Fig. 6) gegen den Flansch 11. Diese Schnellspann-Befestigung ermöglicht einen vorteilhaften, raschen Ein- und Ausbau des Ultraschallwandlergehäuses 8 (Fig. 7). Um das notwendige Moment zum Drehen des Körpers 1 auf das Kopfteil 21 zu übertragen, sind auf der Aussenfläche 6 (Fig. 6) Angriffsflächen für ein Werkzeug vorgesehen, beispielsweise Einsenkungen 56 (Fig. 6), in die das Werkzeug eingreift.

Das Verbindungsstücks kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, sofern sie dem Medium gegenüber eine lange Standzeit aufweisen. Von den Metallen seien beispielsweise Messing, Rotguss, Aluminium, Stahl nicht abschliessend aufgezählt. Insbesondere lässt sich Messing direkt in die gewünschte Form pressen. Aber auch spritzfähige Kunststoffe wie PBT, ABS oder einem Polymerblend sind für kostengünstige Verbindungsstücke verwendbar.

Claims (12)

1. Verbindungsstück zum Befestigen eines eine Anschlussfläche (9) und eine aus der Anschlussfläche (9) austretende elektrische Zuleitung (12) für einen vom Medium getrennten Ultraschallwandler (13) aufweisenden Ultraschallwandlergehäuse (8) an einem Gehäuse (4) eines Durchflussmessers für gas- oder flüssige Medien, wobei das Ultraschallwandlergehäuse (8) durch eine Oeffnung (10) im Gehäuse (4) hineinragt, gekennzeichnet
durch einen in ein Kopfteil (21) und einen Zapfen (22) gegliederten Körper (1) mit einer Aussenfläche (6) des Kopfteils (21) und einer dem Medium zugewandten Innenfläche (7) des Zapfens (22) sowie zwei in verschiedenen Ebenen (2; 3) angeordneten Dichtflächen (18; 23),
durch eine zur ersten Ebene (2) parallelen, an den Zapfen (22) angrenzende ersten Dichtfläche (18) am Kopfteil (21) zum Abdichten einer zum Einführen des Ultraschallwandlergehäuses (8) in das Gehäuse (4) dienenden Oeffnung (10),
durch eine zum mediumdichten Verbinden des Ultraschallwandlergehäuses (8) ausgebildeten, zur zweiten Ebene (3) parallelen zweiten Dichtfläche (23) mit einer gegen das Medium abdichtbaren Mündung (25) eines Verbindungskanals (14) und
durch den zwischen der Mündung (25) und der zur ersten Dichtfläche (18) parallelen Aussenfläche (6) angeordneten, durch den Körper (1) hindurchführenden Verbindungskanal (14) zur Aufnahme und mediumdichten Wegführung der Zuleitung (12).

2. Verbindungsstück nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zur ersten Ebene (2) der ersten Dichtfläche (18) senkrechten Gehäuseachse (24), zu der die erste Dichtfläche (18) und der Kopfteil (21) rotationssymmetrisch sind.

3. Verbindungsstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtfläche (23) ausserhalb einer für das Dichtungsmittel ausgesparten, die Mündung (25) umgebenden Auflagefläche (27) Befestigungsmittel (28) aufweist.

4. Verbindungsstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (28) in die zweite Dichtfläche (23) eingelassene Zapfenlöcher mit Innengewinde sind.

5. Verbindungsstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (28) aus der zweiten Dichtfläche (23) ragende Gewindebolzen sind.

6. Verbindungsstück nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtfläche (23) wenigstens ein Formstück (30; 34) zur Fixierung der Ausrichtung des Ultraschallwandlergehäuses (8) auf dem Körper (1) aufweist, wobei das Formstück (30; 34) zum formschlüssigen Eingreifen mit einem vorbestimmten Teil des Ultraschallwandlergehäuses (8) geformt ist.

7. Verbindungsstück nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nut (16; 16'; 37) für die Aufnahme einer Dichtung (17; 17'; 28) wenigstens in eine der Dichtflächen (18; 23; 23') des Körpers (1) eingelassen ist.

8. Verbindungsstück nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen (2; 3) der Dichtflächen (18; 23) parallel sind.

9. Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen (2; 3) der Dichtflächen (18; 23; 23') nicht parallel sind und einen Kippwinkel α einschliessen.

10. Verbindungsstück nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) auf dem zylindrischen Teil (52) des Kopfteils (21) radial nach aussen ragende Flügel (50) aufweist, die mit einem mit einem Flansch (11) der Oeffnung (10) verbundenen Klampenring (46) mit radial nach Innen ragenden, den zylindrischen Teil (52) führende Finger (51) eine Schnellspann- Befestigung des Körpers (1) bilden.

11. Verbindungsstück nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) eine formschlüssig eingreifende Positioniereinrichtung (32, 33; 32', 33'; 53, 53') zum Ausrichten des Körpers (1) auf einem Flansch (11) der Oeffnung (10) aufweist.

12. Verwendung eines Verbindungsstücks nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) mediumdicht durch den Körper (1) abgedichtet wird, dass mittels des Körpers (1) das in das Medium eingetauchte Ultraschallwandlergehäuse (8) mit dem Gehäuse (4) mediumdicht verbunden und reproduzierbar positioniert wird und dass das Innere des Ultraschallwandlergehäuses (8) durch den zwischen einer Mündung (25) der zweiten Dichtfläche (23; 23') und dem zur ersten Dichtfläche (18) parallelen Aussenfläche (6) angeordneten Verbindungskanal (14) hindurch belüftet und die Zuleitung (12) vom Ultraschallwandler (13) durch den Verbindungskanal (14) hindurch nach ausserhalb des Gehäuses (4) geführt wird.