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Die
Erfindung betrifft ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät,
das den Volumendurchfluss oder den Massedurchfluss eines in einer
Rohrleitung strömenden Mediums bestimmt oder überwacht.
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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-Durchflussmessgeräte,
Vortex-Durchflussmessgeräte, Coriolis-Durchflussmessgeräte oder
Differenzdruckmessgeräte genannt, die u. a. von der Anmelderin
angeboten und vertrieben werden,.
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Magnetisch
induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die
volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen
Induktion aus: Senkrecht 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
Magnetfeldstarke angeordnet ist und wo folglich die maximale Messspannung
zu erwarten ist. Die Messelektroden selbst sind mit dem Medium entweder
galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.
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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.
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Wegen
ihrer guten Verarbeitbarkeit und ihrer ausgezeichneten 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.
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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.
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Damit
der PUR-Liner an der Innenfläche des Messrohres haftet,
ist es notwendig, einen Haftvermittler bzw. einen Primer vorab auf
die Innenfläche des Messrohrs zu applizieren. Hierzu ist
es erforderlich, dass vorab die Innenfläche gereinigt wird.
Die Reinigung der Innenfläche sowie das Aufbringen und Aushärten
des Primers führen dazu, dass der Fertigungs- Prozess zur
Herstellung der Messrohre mit Polyurethan-Liner relativ zeit- und
somit kostenintensiv ist.
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Auch
hat es sich in wenigen Ausnahmefällen gezeigt, dass der
mit Primer an dem Messrohr befestigte Polyurethan-Liner zur Blasenbildung
neigt, 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.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges
Messrohr für Durchflussmessgeräte bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein pulverbeschichtbarer
Kunststoff als Primer, als Liner oder als Schutzschicht für
einen Liner zumindest im Bereich der von dem Medium durchströmten
Innenfläche des Messrohres aufgebracht ist. Insbesondere handelt
es sich bei der Pulverbeschichtung um ein Polyamid (PA). Polyamid,
insbesondere PA11/12, hat den Vorteil, dass es die Zulassung für
Trinkwasseranwendungen hat, und somit universell einsetzbar ist.
Aufgrund Ihrer hervorragenden Eigenschaften werden bevorzugt PA11
oder PA12 in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen
Messrohr verwendet. Beide Polyamide zeichnen sich weiterhin dadurch
aus, dass Sie die Trinkwasserzulassung haben.
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Der
pulverbeschichtbare Kunststoff ist in erfindungsgemäß in
drei Anwendungen einsetzbar:
- 1. In der ersten
Anwendung wird die Pulverbeschichtung aus PA11/12 als Primer bzw.
als Haftvermittler verwendet. Als eigentlicher Liner ist auf den
Primer ein weiterer Kunststoff (Hybridbauteil) aufgetragen. Bevorzugt
handelt es sich bei dem Linermaterial um ein Elastomer, insbesondere
um ein Gießelastomer wie Polyurethan. Polyurethan ist – wie
bereits an vorhergehender Stelle erwähnt – mechanisch
in hohem Maße inert. Da erfindungsgemäß der
Primer aus einem pulverbeschichteten Kunststoff besteht, der darüber
hinaus in hohem Maße wasserdampfundurchlässig ist,
ist die Funktionalität des Durchflussmessgeräts
in einem weiten Anwendungsbereich sichergestellt.
- 2. In einer zweiten Anwendung wird die Pulverbeschichtung, z.
B. aus PA11/12 direkt als Linermaterial verwendet. Diese Ausgestaltung
hat den Vorteil, dass das Auftragen der Innenbeschichtung des Messrohres
in einem Verfahrensschritt erfolgen kann. Hier entfallen das Reinigen,
das Strahlen und das Primern des Messrohres. Je nach Anwendung ist
vorgesehen, dass mehrere Schichten der Pulverbeschichtung übereinander aufgetragen
werden. Generell lässt sich mit dieser Ausgestaltung eine
hohe Reduktion der Herstellungskosten erreichen.
- 3. Eine dritte Anwendung sieht vor, dass auf einen bekannten
Liner eine Schutzschicht aus dem pulverbeschichtbaren Kunststoff
bzw. auf der Pulverbeschichtung aufgetragen wird. Diese Schutzschicht
verhindert die Diffusion von Wasserdampf in den Liner bzw. durch
den Liner hindurch zum leitfähigen Messrohr. Bevorzugt
handelt es sich bei dem Liner um ein Elastomer, insbesondere um ein
Polyurethan. Der pulverschichtbare Kunststoff ist als Versiegelungsschicht
auf den Elastomer-Liner aufgebracht.
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PA11
und PA12 besitzen aufgrund ihres polaren Charakters eine gute chemische
Ankopplung an übliche Linermaterialien wie Polyurethan.
Der aus mehreren Schichten zusammengesetzte Liner hat somit eine
hohe Formstabilität und zeichnet sich durch eine hohe Wassedampfdiffusions-
und Temperaturwechselbeständigkeit aus. Möglich
ist es selbstverständlich, sowohl den Primer als auch die
Versiegelungsschicht aus pulverbeschichtbarem hydrophobem Kunststoff
zu fertigen. Hier ist das Messrohr quasi redundant wasserdampfundurchlässig.
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Üblicherweise
liegt die Schichtdicke des Kunststoffs bzw. des Polyamids, die in
einem Applikationsverfahren aufgetragen werden kann, bei maximal
1 mm. Sind größere Schichtdicken erforderlich, muss
gegebenenfalls der Beschichtungsvorgang mehrfach durchgeführt
werden.
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Wie
bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, handelt es sich
bei dem Durchflussmessgerät beispielsweise um ein magnetisch
induktives Durchflussmessgerät mit einem Magnetsystem,
das ein das Messrohr durchsetzendes, im wesentlichen quer zur Messrohrachse
verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Weiterhin sind zumindest zwei mit
dem Medium koppelnden Messelektroden vorgesehen, die in Bohrungen
im Messrohr angebracht 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.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
magnetischinduktiven Durchflussmessgeräts sieht vor, dass
es sich bei den Messelektroden jeweils um Elektroden mit einem Elektrodenschaft
handelt, der in einem ersten mit dem Medium in Kontakt kommenden
Endbereich aufgeweitet ist, und dass jeweils zwischen einer der
Innenfläche des Messrohres zugewandten Auflagefläche
des aufgeweiteten Endbereichs der Messelektrode und der entsprechenden
Innenfläche des Messrohres eine Dichtung vorgesehen ist.
Hierdurch lässt sich effektiv die Gefahr vermindern, dass
Medium in den Bereich zwischen der Bohrung und der Messelektrode
gelangt und dort einen Kurzschluss verursacht. Aufgrund der hervorragenden
Temperaturbeständigkeit und der hohen chemischen Beständigkeit
wird bevorzugt eine PTFE-Dichtung, insbesondere eine PTFE-Dichtscheibe,
verwendet.
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Um
die Gefahr der Undichtigkeit des Messrohrs im kritischen Bereich
einer Messelektrode weiter zu verringern, ist an der Auflagefläche
des aufgeweiteten Endbereichs eine umlaufende Rastkante vorgesehen,
die sich im montierten Zustand in die Dichtung eindrückt.
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Darüber
hinaus schlägt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
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 mit einer vorgegebenen
Mindestanzugskraft in der Bohrung des Messrohres befestigt ist – und
zwar unabhängig von den im Messrohr herrschenden Temperaturbedingungen.
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Weiterhin
sind in den beiden Endbereichen des Messrohres Befestigungselemente
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.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Durchflussmessgeräts wird vorgeschlagen, dass die Befestigungselemente
und/oder die Außenfläche des Messrohres zumindest
in den beiden Endbereichen des Messrohres gleichfalls mit dem pulverbeschichtbaren
Kunststoff versehen ist. Hierdurch lassen sich die üblichen
Verfahrensschritte zur Behandlung der Flansche, insbesondere das
Verzinken, einsparen. Zudem wird durch das Aufbringen der Pulverbeschichtung
die Optik des Durchflussmessgeräts eindeutig verbessert.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts,
bei dem das erfindungsgemäße Messrohr eingesetzt
ist,
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2:
eine vergrößerte Ansicht des mit A in 1 gekennzeichneten
Ausschnitts, der eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Messrohres skizziert,
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3:
eine vergrößerte Ansicht des mit A in 1 gekennzeichneten
Ausschnitts, der eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Messrohres zeigt,
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4:
eine vergrößerte Ansicht des mit A in 1 gekennzeichneten
Ausschnitts, der eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Messrohres zeigt, und
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5:
einen Längsschnitt durch eine vierte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Messrohres in Teilansicht.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts 1.
Das erfindungsgemäße Messrohr 2 wird
von dem Medium 11 in Richtung der Messrohrachse 3 durchflossen.
Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch
leitfähig.
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Das
Messrohr 2 ist an seiner Innenfläche 30 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 für Trinkwasseranwendungen zugelassenen
Kunststoff. Hierdurch ist das Durchflussmessgerät 1 universell
für die unterschiedlichsten Applikationen einsetzbar.
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Das
senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums 11 ausgerichtete
Magnetfeld 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 Ladungsträger
je nach Polarität zu den beiden entgegengesetzt gepolten
Messelektroden 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 27 – wie sie in 5 zu
sehen sind – mit einer Rohrleitung 33, durch die das
Medium 11 hindurchströmt, verbindbar.
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Bei
den beiden Messelektroden 4, 5 handelt es sich
um pilzkopfförmige Messelektroden 4, 5,
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.
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Über
Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit
der Regel-Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen
den Spulenanordnungen 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.
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In
den Figuren 2 bis 4 sind vergrößerte
Ansichten des mit A in 1 gekennzeichneten Ausschnitts
in Schnittdarstellung zu sehen. Die 2, 3 und 4 beziehen
sich auf unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Messrohrs 2. Das Messrohr 2 ist jeweils aus einem
leitfähigen Material, bevorzugt aus Edelstahl, gefertigt.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausgestaltung handelt es sich bei
dem Primer 17 um einen pulverbeschichtbaren Kunststoff,
insbesondere um PA11 oder PA12. Beide Polyamid sind in hohem Maße
undurchlässig für Wasserdampf. Auf den pulverbeschichteten
Polyamid-Primer 17 ist ein Kunststoff-Liner 18 aufgebracht.
Bei dem Liner 18 kann es sich beispielsweise um ein Gießelastomer
wie Polyurethan handeln. Selbstverständlich kann auf den
Liner 18 noch eine zusätzliche Versiegelungsschicht 28 aufgebracht
werden. Wiederum kommt für die Versiegelung des Polyurethans
bevorzugt eine pulverbeschichtbare Polyamidschicht (z. B. PA11,
PA12 mit Trinkwasserzulassung) in Frage.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der
Liner 18 unmittelbar über ein Pulverbeschichtungsverfahren
auf die Innenfläche 30 des Messrohres 2 appliziert.
Typische Schichtdicken beim Pulverbeschichten liegen im Millimeterbereich.
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Die
in 4 gezeigte Ausgestaltung des Messrohres 2 weist
drei Lagen auf: den Primer 17, den Liner 18 und
eine Versiegelungsschicht 28. Hier ist nur die Versiegelungsschicht 28 über
eine Pulverbeschichtung auf den Liner 18 aufgetragen.
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Bei
den Messelektrode 4; 5 handelt es sich um pilzkopfförmige
Messelektroden 4; 5 mit jeweils einem Elektrodenschaft 26 und
einem pilzkopfförmigen Hut 25. Über die
Auflagefläche 29 des Hutes 25 an der
Innenfläche 30 des Messrohres 2, die Schnapphülse 23,
das Schraubgewinde 21 und die Mutter 24 ist die
Messelektrode 4; 5 in der Bohrung 20 des
Messrohres 2 federnd fixiert. Gleichzeitig ist der Liner 18 ggf.
punktuell im Bereich der Messelektrode 4; 5 fixiert.
Um eine Abdichtung der Messelektrode 4; 5 gegen
den Prozess hin zu erreichen und so zu verhindern, dass Medium in
den Bereich zwischen Bohrung 20 und Messelektrode 4, 5 eindringt,
ist eine Dichtung 19 vorgesehen. Die Dichtung 19 ist
bevorzugt als Dichtring ausgebildet und besteht im gezeigten Fall
aus PTFE.
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Die
Befestigungsvorrichtung 21, 22, 23 für die
Messelektrode 4; 5 ist so ausgestaltet und bezüglich
des Elektrodenschafts 26 federnd derart angeordnet, dass
die Messelektrode 4, 5 unabhängig von den
im Messrohr 2 herrschenden Temperaturbedingungen klemmend
in der Bohrung 20 mit einer vorgegebenen Mindestanzugskraft
befestigt ist. Es versteht sich von selbst, dass die Befestigungsvorrichtung 21, 22, 23 nicht
auf die gezeigte Ausgestaltung beschränkt ist, sondern
dass jede bekannte Klemm- und Befestigungsvorrichtung für
Messelektroden 4, 5 in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung verwendbar ist.
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5 zeigt
einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße
Messrohr 2 in Teilansicht. Das Messrohr 2 ist
an seiner mit dem Medium 11 in Kontakt kommenden Innenfläche 30 mit
einem pulverbeschichtbaren Liner 18 ausgekleidet. Selbstverständlich
kann jede der zuvor genannten Ausgestaltungen der Auskleidung des
Messrohres 2 -pulverbeschichteter Liner 18 in
Alleinstellung/mit oder ohne Primer 17/mit oder ohne Versiegelungsschicht 28 – zur
Anwendung kommen. Der über ein Pulverbeschichtungsverfahren
aufgebrachte Liner 18 erstreckt sich über den
Befestigungsflansch 27 hinaus und deckt auch zumindest
einen Teilbereich der Außenfläche 34 des
Messrohres 2 ab. Hierdurch lassen sich die zeitintensiven
Bearbeitungsverfahren zum Verzinken der Flansche 27 einsparen.
Zudem zeichnet sich eine pulverbeschichtete Oberfläche
gegenüber einer verzinkten durch eine bessere Optik aus.
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- 1
- Magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät
- 2
- Messrohr
- 3
- Messrohrachse
- 4
- Messelektrode
- 5
- Messelektrode
- 6
- Magnetsystem
- 7
- Magnetsystem
- 8
- Regel-/Auswerteeinheit
- 9
- Eingabe-/Ausgabeeinheit
- 10
- Speichereinheit
- 11
- Medium
- 12
- Verbindungsleitung
- 13
- Verbindungsleitung
- 14
- Verbindungsleitung
- 15
- Verbindungsleitung
- 16
- Verbindungsleitung
- 17
- Primer
- 18
- Liner
- 19
- Dichtung/Dichtscheibe
- 20
- Bohrung
- 21
- Schaubgewinde
- 22
- Mutter
- 23
- Schnapphülse
- 24
- Rastelement/Rastkante
- 25
- pilzkopfförmiger
bzw. aufgeweiteter Endbereich
- 26
- Elektrodenschaft
- 27
- Flansch
- 28
- Versiegelungsschicht
- 29
- Auflagefläche
- 30
- Innenfläche
- 31
- erster
Endbereich
- 32
- zweiter
Endbereich
- 33
- Rohrleitung
- 34
- Außenfläche
- 35
- Kunststoffschicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004062680
A1 [0006]