DE102007005599B4

DE102007005599B4 - Messrohr für ein Durchflussmessgerät

Info

Publication number: DE102007005599B4
Application number: DE102007005599.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sulzer
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: WO2008092535A1; DE102007005599A1

Abstract

Messrohr (2) für ein Durchflussmessgerät (1), das den Volumendurchfluss oder den Massedurchfluss eines in einer Rohrleitung (29) strömenden Mediums (11) bestimmt oder überwacht, wobei das Messrohr (2) auf der Innenfläche (30) eine Auskleidung aufweist, die sich aus zumindest zwei Schichten (17, 18, 28) zusammensetzt, wobei eine Schicht (18) aus einem Kunststoff besteht,dadurch gekennzeichnet,dass auf die Schicht (18) aus Kunststoff eine Schutzschicht (28) aus einem sprühbaren hydrophoben Material aufgebracht ist,dasses sich bei dem Kunststoff um ein Gießelastomer handelt,dassdas die Schutzschicht (28) bildende hydrophobe Material auf das Gießelastomer im erhitzten Zustand aufgesprüht ist unddass beide Schichten (18, 28) im erkalteten Zustand eine innige Verbindung miteinander bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät, das den Volumendurchfluss oder den Massedurchfluss eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums bestimmt oder überwacht, wobei das Messrohr auf der Innenfläche eine Auskleidung aufweist, die sich aus zumindest zwei Schichten zusammensetzt, wobei eine Schicht aus einem elastomeren Kunststoff besteht.
Durchflussmessgeräte arbeiten auf der Grundlage von unterschiedlichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Bei den bekannten Inline-Durchflussmessgeräten wird das Messrohr über zwei endseitige Befestigungsvorrichtungen in der vom Medium durchströmten Rohrleitung montiert. Beispielhaft seien magnetisch induktive Durchflussmessgeräte, Ultraschall-Durchfluss-messgeräte, Vortex-Durchflussmessgeräte, Coriolis-Durchflussmessgeräte oder Differenzdruckmessgeräte genannt, die u.a. von der Anmelderin angeboten und vertrieben werden.
Magnetisch induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senk-recht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Mediums angeordnete Messelektroden eine Messspannung. Die in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Mediums bekannt, lässt sich der Massestrom in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr bestimmen. Die Messspannung wird üblicherweise über ein Messelektrodenpaar abgegriffen, das in dem Bereich maximaler Magnetfeldstärke angeordnet ist und wo folglich die maximale Messspannung zu erwarten ist. Die Messelektroden selbst sind mit dem Medium entweder galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.
Um das Messrohr, das z.B. aus Edelstahl gefertigt ist, chemisch und elektrisch zu isolieren, ist die Innenfläche des Messrohrs üblicherweise mit einem elektrisch isolierenden Liner ausgekleidet. Der Liner besteht z.B. aus einem thermoplastischen, einem duroplastischen oder einem elastomeren Kunststoff.
Die Schrift DE 43 02 158 A1 lehrt einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit einem Pulverbeschichteten Messrohr, wobei eine Messspannung von zwei Elektroden abgegrifen wird anhand derer der Durchfluss des Mediums bestimmt wird.
Die Schrift US 47 74 844 A lehrt einen elektromagnetischen Durchflussmesser mit einem zylindrischen Kunststoff-Isolierkörper aus polymerem Material und mit einer Zwischenschicht mit elastomeren Eigenschaften, wobei eine induzierte Spannung als Funktion der Durchflussrate eines Mediums von Elektroden aufgenommen wird, um ein Durchflusssignal zu liefern.
Die Schrift US 47 73 275 A lehrt lehrt eine Dichtung für keramische Durchflussrohre, die resistent gegen hohe Temperaturen, Druck und Korrosionsfaktoren ist, und aus Polymer-Schichten besteht.
Wegen ihrer guten Verarbeitbarkeit und ihrer ausgezeichneten chemischen und mechanischen Beständigkeit haben sich neben Hartgummi oder fluorhaltigen Kunststoffen, wie z.B. PTFE, PFA, in besonderem Maße auch Polyurethane als Linermaterial für magnetisch induktive Messgeräte bewährt. PUR hat gegenüber den fluorhaltigen Kunststoffen den Vorteil, dass es bei relativ niedrigen Temperaturen verarbeitet werden kann.
Zur Fertigung von Messrohren, die mit Polyurethan-Liner ausgekleidet sind, wird bevorzugt ein sogenanntes Ribbon-Flow-Verfahren angewendet. Hierbei wird ein aus mehreren Komponenten gebildetes PUR mittels eines Applikatorkopfes auf die Innenfläche des Messrohrs gleichmäßig aufgetragen. Von der Anmelderin wird in der DE 10 2004 062 680 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines für den Trinkwasserbereich bestens geeigneten PUR-Liners vorgestellt. Dieses bekannte PUR ist somit speziell für Anwendungen, die hohen hygienischen Anforderungen zu genügen haben, nutzbar.
Damit der PUR-Liner an der Innenfläche des Messrohres haftet, ist es üblicherweise notwendig, einen Haftvermittler bzw. einen Primer vorab auf die Innenfläche des Messrohrs zu applizieren. Hierzu muss die Innenfläche des Messrohres vorab gereinigt werden. Die Reinigung der Innenfläche sowie das Aufbringen und Aushärten des Primers führen dazu, dass der Fertigungs-prozess zur Herstellung der Messrohre mit einem Polyurethan-Liner relativ zeit- und somit kostenintensiv ist.
Alternativ ist eine Lösung bekannt geworden, bei der ein Stützgitter in den Liner eingearbeitet wird, wobei das Stützgitter punktuell mit dem Messrohr verschweißt ist. Auch dieses Fertigungsverfahren ist relativ zeit- und kostenintensiv. Mit dieser Alternative beseitigt man das nachfolgend beschriebene Problem, das bei der Primer-/Liner Variante unter Extrembedingungen hin und wieder auftritt.
In Ausnahmefällen kann es vorkommen, dass der über eine Primerschicht an der Innenfläche der Messrohre befestigte Polyurethan-Liner zur Blasenbildung neigt, beispielsweise wenn die Messrohre Härtetests unterzogen werden, bei denen sie einer Vielzahl von extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Die Erklärung für dieses partielle Ablösen des Liners von der Innenfläche des Messrohres dürfte darin zu sehen sein, dass im Falle einer Erwärmung Wasserdampf durch das Linermaterial hindurch diffundiert; bei einer anschließenden Abkühlung schlägt sich dann der Wasserdampf als Kondensat im Bereich zwischen dem Messrohr und dem Liner nieder. Im Extremfall kann dies im Bereich der Messelektroden zu einem Kurzschluss und somit zu einer Fehlfunktion oder sogar zu einem Ausfall des Durchflussmessgeräts führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Messrohr für Durchflussmessgeräte bereitzustellen, dessen Liner sich durch eine hohe Wasserdampfundurchlässigkeit auszeichnet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass auf den Kunststoff eine Schutzschicht aus einem sprühbaren hydrophoben Material aufgebracht ist. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Kunststoff, der den eigentlichen Liner bildet, um ein Gießelastomer, insbesondere um ein Polyurethan. Bevorzugt kommt ein elastomerer Kunststoff, z.B. das bereits zuvor beschriebene trinkwassertaugliche Polyurethan zum Einsatz, da das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät hierdurch universell für nahezu alle üblichen Anwendungsbereiche geeignet ist.
Erfindungsgemäß ist für das Messrohr vorgesehen, dass das die Schutzschicht bildende hydrophobe Material auf das Gießelastomer im erhitzten Zustand aufgesprüht bzw. sehr dünn appliziert ist. Somit bilden die beiden Materialien eine sehr gute, innige Verbindung miteinander.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem Material der sprühbaren Schutzschicht um ein in hohem Maße hydrophobes Polyurethan. Dieses weist gegenüber den üblicherweise für Liner verwendeten Polyurethanen eine erhöhte Wasserdampfdiffusionsbeständigkeit auf. Als typisches Verfahren kann hier zur Beschichtung des Liners ein Spraycoating-Verfahren verwendet werden. Polyurethane werden - wie bereits zuvor erwähnt - wegen ihrer hohen Abriebfestigkeit und ihrer guten mechanischen Eigenschaften verwendet. Die Schutzschicht kann unmittelbar nach dem Aufbringen des Liners über einen Sprühkopf auf die erwärmte und somit noch reaktionsfähige Lineroberfläche aufgetragen werden. Durch die hohe Exothermie des Linermaterials, insbesondere handelt es sich hierbei wie gesagt um Polyurethan, wird eine gute Verbindung der Schutzschicht mit dem Linermaterial erreicht. Die in gewissem Maße poröse Matrix des wasserdurchlässigen Liners wird durch die in hohem Maße wasserundurchlässige und über das Spraycoating-Verfahren aufgetragene Schutzschicht versiegelt bzw. imprägniert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messrohres ist eine Primerschicht vorgesehen, die zwischen der Innenfläche des Messrohres und der Schicht aus elastomerem Kunststoff angeordnet ist. Bevorzugt zeichnen sich die Materialien der einzelnen Schichten dadurch aus, dass sie für Trinkwasseranwendungen zugelassen sind.
Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, ist das Messrohr bei allen bekannten Durchflussmessgeräten einsetzbar. Bevorzugt wird es jedoch bei einem magnetisch induktiven Durchflussmessgerät eingesetzt. Das Durchflussmessgerät hat ein Magnetsystem, welches ein das Messrohr durchsetzendes, im wesentlichen quer zur Messrohrachse verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Weiterhin sind zumindest zwei mit dem Medium koppelnde Messelektroden vorhanden, die in Bohrungen im Messrohr montiert sind und die in einem im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld liegenden Bereich des Messrohres angeordnet sind. Eine Regel-/Auswerteeinheit liefert anhand der in die Messelektroden induzierten Messspannung Information über den Volumen- oder Massestrom des Mediums in dem Messrohr.
Bevorzugt handelt es sich bei einer Messelektrode um eine Elektrode mit einem Elektrodenschaft, der in einem ersten mit dem Medium in Kontakt kommenden Endbereich aufgeweitet ist. Beispielhaft sei eine Messelektrode mit einem pilzkopfförmigen Endbereich genannt. Zwischen einer der Innenfläche des Messrohres zugewandten Auflagefläche des aufgeweiteten Endbereichs der Messelektrode und der angrenzenden Innenfläche des Messrohres ist eine Dichtung vorgesehen, wobei die Dichtung bevorzugt aus PTFE gefertigt ist. Insbesondere handelt es sich um eine PTFE-Dichtscheibe.
Um die Gefahr der Undichtigkeit des Messrohrs im kritischen Bereich einer Messelektrode weiterhin zu verringern, ist an der Auflagefläche des aufgeweiteten Endbereichs eine umlaufende Rastkante vorgesehen, die sich im montierten Zustand in die Dichtung eindrückt. Es versteht sich von selbst, dass die Messelektroden an dem erfindungsgemäßen Messrohr auch als Stiftelektroden ausgestaltet sein können, die von außen an dem Messrohr befestigt werden.
Darüber hinaus schlägt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungs-gemäßen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts vor, dass im zweiten Endbereich der Messelektrode eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen ist, die so ausgestaltet und bezüglich des Elektrodenschafts derart angeordnet ist, dass die Messelektrode jederzeit mit einer vorgegebenen Mindestanzugskraft in der Bohrung des Messrohres befestigt ist - und zwar unabhängig von den im Messrohr herrschenden Temperaturbedingungen.
Weiterhin sind in den beiden Endbereichen des Messrohres Befestigungs-elemente zur Befestigung des Durchflussmessgeräts in der Rohrleitung vorgesehen. Bei den Befestigungselementen handelt es sich um feste Flansche, um lose Flansche oder das Messrohr ist als Wafer ausgebildet. Alle Varianten von Befestigungselementen werden von der Anmelderin in Verbindung mit den von ihr gefertigten Durchflussmessgeräten angeboten.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts,
2: eine vergrößerte Ansicht des mit A in 1 gekennzeichneten Ausschnitts in Schnittdarstellung und
3: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungs-gemäßen Messrohres in Teilansicht.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung der Messrohrachse 3 durchflossen. Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig.
Das Messrohr 2 ist an seiner Innenfläche mit einem Liner 18 ausgekleidet; der Liner 18 besteht aus einem nicht-leitfähigen Material, das in hohem Maße chemisch und/oder mechanisch beständig ist. Der Liner 18 besteht bevorzugt aus einem trinkwassertauglichen Polyurethan, das mit einer Schutzschicht 18 imprägniert ist. Das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät 1 ist universell für die unterschiedlichsten Anwendungen einsetzbar.
Das senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums 11 ausgerichtete Magnet-feld B wird über ein Magnetsystem, so z.B. über zwei diametral angeordnete Spulenanordnungen 6, 7 bzw. über zwei Elektromagnete erzeugt. Unter dem Einfluss der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungs-träger je nach Polarität zu den beiden entgegengesetzt gepolten Mess-elektroden 4, 5 ab. Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, z. B. Flansche - wie in 3 zu sehen -, mit einem Rohrsystem verbunden, durch das das Medium 11 hindurchströmt.
Bei den beiden Messelektroden 4, 5 handelt es sich um pilzförmige Messelektroden, die in direktem Kontakt mit dem Medium 11 stehen. Selbstverständlich sind in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung auch Stiftelektroden einsetzbar. Die Ankopplung an das Medium 11 kann darüber hinaus natürlich auch kapazitiver Natur sein.
Über Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit der Regel-Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen den Spulenan-ordnungen 6, 7 und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit 8 ist die Speichereinheit 10 zugeordnet.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des mit A in 1 gekennzeichneten Ausschnitts in Schnittdarstellung. Das Messrohr 2 besteht aus Metall, bevorzugt aus einem Edelstahl. Auf den bevorzugt aus einem trinkwasser-tauglichen Polyurethan bestehenden Liner 18 ist eine in hohem Maße hydrophobe und damit Wasserdampf undurchlässige Schutzschicht 28 aufgesprüht. Fixiert ist der Liner 18 punktuell im Bereich der Messelektroden 4; 5. Die Messelektroden 4; 5 sind als pilzkopfförmige Messelektroden 4; 5 mit einem Elektrodenschaft 26 und einem pilzförmigen Hut 25 ausgestaltet. Über die Innenfläche des Hutes 25, die Schnapphülse 23, das Schraubgewinde 21 und die Mutter 24 ist die Messelektrode 4; 5 in der Bohrung 20 des Messrohres 2 befestigt. Gleichzeitig ist durch diese Ausgestaltung der Liner 18 punktuell im Bereich der Messelektrode 4; 5 fixiert. Um eine Abdichtung der Messelektrode 4; 5 gegen den Prozess hin zu erreichen, ist ein Dichtring 19 vorgesehen. Der Dichtring 19 besteht bevorzugt aus PTFE.
3 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres 2 in Teilansicht. Das Messrohr 2 ist mit dem Liner 8 mit aufgesprühter Schutzschicht 28 ausgekleidet. Zwischen dem Liner 18 und der Innenfläche 30 des Messrohres 2 ist eine Schicht 17, bestehend aus einem Primer bzw. Haftvermittler aufgetragen. Fixiert wird der Liner 18 mit aufgesprühter Schutzschicht 28 zusätzlich im Bereich der Messelektroden 4; 5.
Bezugszeichenliste

1: Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
2: Messrohr
3: Messrohrachse
4: Messelektrode
5: Messelektrode
6: Spulenanordnung / Elektromagnet
7: Spulenanordnung / Elektromagnet
8: Regel-/Auswerteeinheit
9: Eingabe-/Ausgabeeinheit
10: Speichereinheit
11: Medium
12: Verbindungsleitung
13: Verbindungsleitung
14: Verbindungsleitung
15: Verbindungsleitung
16: Verbindungsleitung
17: Schicht mit Primer bzw. Haftvermittler
18: Trinkwassertauglicher Liner
19: Dichtring
20: Bohrung
21: Schaubgewinde
22: Mutter
23: Schnapphülse
24: Rastelement
25: pilzkopfförmiger Endbereich
26: Elektrodenschaft
27: Flansch
28: Schutzschicht
29: Rohrleitung
30: Innenfläche
31: Auflagefläche

Claims

Messrohr (2) für ein Durchflussmessgerät (1), das den Volumendurchfluss oder den Massedurchfluss eines in einer Rohrleitung (29) strömenden Mediums (11) bestimmt oder überwacht, wobei das Messrohr (2) auf der Innenfläche (30) eine Auskleidung aufweist, die sich aus zumindest zwei Schichten (17, 18, 28) zusammensetzt, wobei eine Schicht (18) aus einem Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schicht (18) aus Kunststoff eine Schutzschicht (28) aus einem sprühbaren hydrophoben Material aufgebracht ist, dass es sich bei dem Kunststoff um ein Gießelastomer handelt, dass das die Schutzschicht (28) bildende hydrophobe Material auf das Gießelastomer im erhitzten Zustand aufgesprüht ist und dass beide Schichten (18, 28) im erkalteten Zustand eine innige Verbindung miteinander bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Material der sprühbaren Schutzschicht (28) um ein in hohem Maße hydrophobes Polyurethan handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Primerschicht (17) vorgesehen ist, die zwischen der Innenfläche (30) des Messrohres (2) und der Schicht (18) aus elastomerem Kunststoff angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Durchflussmessgerät um ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät (1) mit einem Magnetsystem (6, 7), das ein das Messrohr (2) durchsetzendes, im wesentlichen quer zur Messrohrachse (3) verlaufendes Magnetfeld (B) erzeugt, mit zumindest zwei mit dem Medium (11) koppelnden Messelektroden (4, 5), die in Bohrungen (20) im Messrohr (2) angebracht sind und die in einem im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld (B) liegenden Bereich des Messrohres (2) angeordnet sind, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (8), die anhand der in die Messelektroden (4, 5) induzierten Messspannung Information über den Volumen- oder Massestrom des Mediums (11) in dem Messrohr (2) liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer Messelektrode (4, 5) um eine Elektrode mit einem Elektrodenschaft (26) handelt, der in einem ersten mit dem Medium (11) in Kontakt kommenden Endbereich (25) aufgeweitet ist, dass jeweils zwischen einer der Innenfläche (30) des Messrohres (2) zugewandten Auflagefläche (31) des aufgeweiteten Endbereichs (25) der Messelektrode (4, 5) und der angrenzenden Innenfläche (30) des Messrohres (2) eine Dichtung (19) vorgesehen ist, und dass es sich bei der Dichtung (19) um eine PTFE-Dichtung, insbesondere um eine PTFE-Dichtscheibe handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Auflagefläche (31) des aufgeweiteten Endbereichs (25) der Messelektrode (4, 5) eine umlaufende Rastkante (24) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Endbereich der Messelektrode (4, 5) eine Befestigungsvorrichtung (21, 22, 23) vorgesehen ist, die so ausgestaltet und bezüglich des Elektrodenschafts (26) derart angeordnet ist, dass die Messelektrode (4, 5) unabhängig von den im Messrohr (2) herrschenden Temperaturbedingungen klemmend in der Bohrung (20) mit einer vorgegebenen Mindestanzugskraft befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden Endbereichen des Messrohres (2) Befestigungs-elemente (27) zur Befestigung des Durchflussmessgeräts (1) in der Rohrleitung (29) vorgesehen sind.