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Die Erfindung betrifft eine Fluidzählanordnung zur Bestimmung der Durchflussmenge eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Durchflusszähler bekannt, die ein Gehäuse aufweisen, wobei innerhalb des Gehäuses eine Ultraschall-Messstrecke angeordnet ist. Entlang der Ultraschall-Messstrecke erfolgt eine Laufzeitmessung, insbesondere eine Differenzlaufzeitmessung von Ultraschallsignalen, die von Ultraschallwandlern erzeugt bzw. empfangen werden. Ferner können Reflektoren vorgesehen sein, mittels denen die von den Ultraschallwandlern erzeugten Ultraschallsignale umgelenkt werden und z. B. die Ultraschallsignale in die Messebene ein- und auskoppeln. Derartige Flüssigkeitszähler sind mit ihrem kompletten Gehäuse an eine Anschlussarmatur einer Rohrleitung anschließbar. Das zu messende fluide Medium strömt in das Gehäuse bzw. die dort vorgesehene Messstrecke und kann aufgrund der Umlenkung einem Druckverlust unterworfen sein, der wiederum zu Messfehlern führen kann.
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Aus
DE 10 2004 061 404 A1 sowie aus der
DE 10 2005 038 599 A1 ist ein Ultraschall-Durchflussmesser bekannt, der zwei in einem Strömungsrohr in Strömungsrichtung versetzt angeordnete Ultraschallwandler zur Aussendung und zum Empfang von Ultraschallwellenpaketen aufweist, sodass in einem Elektronikteil Ultraschalllaufzeiten von einem der Ultraschallwandler zum anderen und umgekehrt bestimmbar sind. Eine Steckfühlereinheit ist von außen an eine Ausnehmung des Strömungsrohrs montiert. Die Steckfühlereinheit umfasst ein Aufnahmeteil sowie eine Haltekonstruktion, welche im eingebauten Zustand in das strömende Fluid im Strömungsrohr hineinragt. Die Haltekonstruktion trägt eine Reflexionsschicht, welche die von den Ultraschallwandlern ausgesendeten Ultraschallwellenpakete entlang dem Messweg spiegelt. Der Messweg ist schräg zur Strömungsrichtung des Mediums positioniert. Die Ultraschallwandler sind beide in dem Aufnahmeteil integriert.
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Die
EP 0 477 419 A1 offenbart eine Ultraschall-Durchflussmesser-Einbaueinheit zum Einbauen in ein Messrohr mit zwei Ultraschallwandlern, die abwechselnd als Sendewandler oder Empfangswandler arbeiten. Die Ultraschallwandler sind mittels einer biegefesten, strömungsdurchlässigen Haltekonstruktion unter einem bestimmten Winkel gegen die Strömungsrichtung geneigt und axial aufeinander ausgerichtet derart angeordnet, dass ein zwischen den beiden Ultraschallwandlern zur Durchflussmessung erforderlicher Strahlweg innerhalb des Messrohrs gebildet wird. Die Haltekonstruktion ist im Wesentlichen stabförmig ausgebildet, wobei an dem einen Ende der eine Ultraschallwandler und im Bereich des anderen Endes der andere Ultraschallwandler angeordnet ist.
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Aus
EP 0 477 418 A1 ist eine Ultraschall-Durchflussmesser-Einbaueinheit zum Einbauen in ein Messrohr bekannt, welche zwei Ultraschallwandler aufweist, die abwechselnd als Sendewandler oder Empfangswandler arbeiten. Eine Träger- und Montageplatte trägt beide Ultraschallwandler sowie eine Reflektoranordnung und dient dem abdichtenden Montieren der Einbaueinheit in einer Aufnahmeöffnung eines Messrohrs. Die beiden Ultraschallwandler sind in einem vorbestimmten Winkel zueinander sowie zu der Reflektoranordnung, vorzugsweise symmetrisch geneigt, angeordnet. Die Reflektoranordnung ist mittels einer Haltekonstruktion derart von der Träger- und Montageplatte in einem Abstand von dieser getragen, dass die Reflektoranordnung innerhalb des Messrohrs zusammen mit den Ultraschallwandlern den zur Durchflussmessung erforderlichen Reflexionsweg bildet.
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GB 2 345 965 A offenbart einen Gas-Durchflussmesser, bei welchem zwei parallel zueinander und miteinander verbundene schallleitende Rohre über eine gemeinsame Manschette in einer Öffnung einer Wand befestigt sind. Die Messstrecke verläuft dabei schräg zur Strömungsrichtung des Mediums.
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Bei dem in
DE 197 29 473 A1 offenbarten Ultraschall-Durchflussmesser, der nach dem Laufzeitprinzip arbeitet, besteht aus einem an seinen beiden Enden mit Flanschen versehenen, in ein Rohrleitungssystem einfügbaren, mit einem aufschraubbaren Deckel versehenen Gehäuse zur Aufnahme der Messanordnung. Die Messanordnung umfasst am Deckel angebrachte Ultraschallwandler, Mittel zum mehrfachen Umlenken der Ultraschallenergie vom Ultraschall-Sender zum Ultraschall-Empfänger in dem Durchflussweg des Gehäuses sowie die zugehörige Elektronik. In dem Durchflussweg des Gehäuses ist ein herausnehmbarer Einsatz angeordnet, der mit dem Deckel eine Einheit bildet, die die gesamte Messanordnung beinhaltet. Die Ultraschallwandler sind im Deckel in einem Abstand voneinander so angebracht, dass sie ihre Strahlung in den Einsatz hineinrichten und aus diesem wieder empfangen. Dabei wird die Ultraschallenergie in dem Einsatz durch reflektierende Flächen wendelförmig in dem Durchflussweg umgelenkt.
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Aus der
DE 35 18 266 A1 ist ein Strömungsmesser für Flüssigkeiten mit Auswertung der Laufzeitdifferenz zweier in der strömenden Flüssigkeit zueinander entgegengesetzt laufender akustischer Wellen bekannt, wobei ein Gehäuse vorgesehen ist, innerhalb welchem die Messstrecke zwischen zwei Schallwandlern angeordnet ist. Das rohrförmige Gehäuse umfasst ein Stück eines (in Längsrichtung) geschweißten Rohres. An seinen Enden kann dieses Rohr mit Außengewinde oder mit jeweiligem Innengewinde versehen sein. Bei einer Variante der Befestigung des Schallwandlers wird seine Keramikscheibe an einer Halterung mit z. B. drei Streben befestigt. Diese Streben sind wiederum mit einer Hülse verbunden, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fluidzählanordnung bereitzustellen, mit der eine einfache Montage an einem Rohrabschnitt oder einer bestehenden Rohrleitung ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–12.
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Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Tragelemente in definiertem Abstand zueinander vorgesehen und an einem gemeinsamen Halter, der außerhalb des Gehäuses befestigt ist, angeordnet sowie jedem Ultraschallwandler und/oder jedem Reflektor ist ein eigenes Tragelement zugeordnet. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt vor allem darin, eine bereits bestehende Rohrleitung als Gehäuse der Fluidzählanordnung zu nutzen. Ein gesondertes Gehäuse für einen Fluidzähler ist demnach nicht mehr erforderlich, so dass auch kein Anschlussstück für die Rohrleitung nötig ist. Die gesamten Fertigungskosten werden dadurch reduziert. Die Anordnung der Fluidzählanordnung ist außerdem mit einem geringen Installationsaufwand verbunden. Vorteilhafterweise kann das Gehäuse auch ein Rohrabschnitt, wie z. B. ein Standardrohr, sein. Das Gehäuse kann somit aus einem rohrähnlichen Grundgehäuse bestehen, das nach Ablauf der Eichgültigkeit in der Rohrinstallation bleiben kann. Dies hat den Vorteil, dass die Querschnittsfläche des Innenrohrs definiert ist. Bei unbekannten Rohrleitungen kann die Definition der Querschnittsfläche des Innenrohrs sich als schwierig gestalten. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass die Ultraschallwandler und/oder die Reflektoren in der Rohrleitung, in der die Hauptströmrichtung des Mediums liegt, angeordnet sind. Das strömende Medium ist keinen starken Umlenkungen oder Verwirbelungen unterworfen. Es tritt kein Druckverlust des Mediums auf. Eine genaue Volumenmessung des durchströmenden Mediums wird dadurch gewährleistet.
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Indem mindestens zwei Tragelemente an einem gemeinsamen Halter angeordnet sind, ist der Abstand der beiden Tragelemente somit fest vorgegeben und die Montage an die entsprechend beanstandeten Öffnungen der Rohrleitung kann in einfacher Weise durchgeführt werden.
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Die Tragelemente können zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Halters sein. Der Halter gewährleistet eine sichere Befestigung der Tragelemente. Indem der Halter außerhalb des Gehäuses befestigt ist, ist eine weitere Veränderung der Querschnittsfläche des Innenrohrs nicht notwendig, so dass auch die Strömung des Mediums nicht verändert wird.
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Der an dem Tragelement angeordnete Reflektor oder Wandler kann idealerweise im Wesentlichen mittig im Gehäuse positioniert sein. Der Ultraschall kann somit parallel zur Strömung von einem Reflektor zum anderen bzw. von einem Ultraschallwandler zum anderen geleitet werden. Im Zentrum der Rohrleitung wird die Strömung des Mediums am wenigstens abgeschwächt, so dass dort die besten Messergebnisse erzielt werden können.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, dass ein Temperaturfühler wird, falls auch die Bestimmung der Temperatur des Mediums erforderlich ist. Dies ist z. B. der Fall, wenn es sich um einen Wärmezähler handelt. Dazu kann ein Gewindestutzen vorgesehen sein, der den Temperaturfühler aufnimmt. Auch die Temperaturmessung ist in der Mitte der Rohrleitung, in der der intensive Strömungsbereich liegt, am genauesten, da dort ein optimaler Temperaturaustausch zwischen Temperaturfühler und Medium stattfinden kann.
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Am Gehäuse können Öffnungen vorgesehen sein, durch welche die Tragelemente in das Innere des Gehäuses hineinragen. Weitere Veränderungen der Rohrleitung sind nicht notwendig. Die Öffnungen haben voneinander zweckmäßigerweise im Wesentlichen den Abstand, den auch die in die Strömung eintauchenden Wandler bzw. Reflektoren zueinander haben. Eine weitere Justierung der Wandler oder Reflektoren kann demnach entfallen.
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In entsprechender Weise sind auch die mindestens zwei Tragelemente in definiertem Abstand zueinander vorgesehen. Der Abstand der beiden Tragelemente ist dem Abstand der beiden Öffnungen am Gehäuse angepasst. Das bedeutet, dass bei Installation der Fluidzählanordnung die Öffnungen der Rohrleitung in einem Abstand voneinander angebracht werden müssen, welcher dem Abstand der Tragelemente entspricht.
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Die Ultraschallwandler können – wie oben bereits erläutert – an den Tragelementen positioniert sein. In einer weiteren Ausführungsvariante können die Ultraschallwandler aber auch am Halter im Bereich der Öffnungen angeordnet sein. An den Tragelementen, die in die Rohrleitung eintauchen, können Reflektoren angeordnet sein, die den Schall parallel zur Strömungsrichtung des Mediums leiten. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass die Anschlussmöglichkeiten für die gehäuseseitig positionierten Ultraschallwandler einfacher sind.
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Der Halter kann am Gehäuse mittels mindestens einer Schelle befestigt sein. Vorteilhafterweise kann jeweils eine Schelle den jeweiligen Endbereich des Halters an das Gehäuse bzw. die Rohrleitung fixieren. Zusätzliche Halteelemente an der Rohrleitung sind nicht erforderlich. Die Befestigung des Halters mittels der Schellen ist einfach durchführbar und gewährleistet gleichzeitig eine sichere Fixierung des Halters. Mittels dieser Befestigungsart kann auch ein Temperaturfühler eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Temperaturfühler durch einen Gewindestutzen aufgenommen werden und in das Rohr eintauchen.
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Halter und Schelle können nach Art einer Flanschverbindung verbunden sein, wobei sich der jeweilige Flansch in Längsrichtung bzw. in Richtung der Längsachse des Rohres oder des Halters erstrecken kann. Die Flanschverbindung hat den Vorteil, dass sie vor Ort einfach, schnell und sicher durchführbar ist.
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Um ein Auslaufen bzw. Entweichen des zu messenden Mediums zu vermeiden, sind die Öffnungen des Gehäuses nach außen abgedichtet.
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Zwischen Halter und Außenseite des Gehäuses kann mindestens ein Dichtelement im Bereich der Öffnungen vorgesehen sein. Durch die Befestigung des Halters mittels der Schellen erfolgt eine optimale Abdichtung im Bereich der Öffnungen durch das zusammengepresste Dichtelement.
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Zweckmäßigerweise kann das Dichtelement mit zwei Aussparungen für die Öffnungen des Gehäuses vorgesehen sein. Der Abstand der Aussparungen ist bereits so gewählt, dass er dem Abstand der Öffnungen bzw. dem Abstand der Tragelemente entspricht. Eine optimale Positionierung des Dichtelementes an die Öffnungen ist damit möglich. Außerdem trägt auch diese vorteilhafte Ausführungsvariante zur Reduzierung des Installationsaufwandes bei.
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Die Innenkontur des Halters kann zumindest bereichsweise der Außenkontur des Gehäuses angepasst sein, so dass eine gute Fixierung von Halter auf Gehäuse möglich ist und die dazwischen angeordnete Dichtung sich den beiden Bauteilen optimal anpasst und damit eine hohe Dichtwirkung erzielt wird.
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Der Halter und/oder die Schellen können aus Metall, z. B. Messing, oder aus Kunststoff bestehen. Aufgrund ihres relativ einfachen Aufbaus erweist sich die Formgebung dieser Teile, z. B. im Spritzgießverfahren, als einfach durchführbar.
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Die Erfindung ist anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer bestehenden Rohrleitung;
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2 eine perspektivische Darstellung eines Halters der Fluidzählanordnung;
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3 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Fluidzählanordnung;
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4 eine Schnittdarstellung der Fluidzählanordnung gemäß 3 in Achs-Längsrichtung sowie
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5 eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsvariante der Fluidzählanordnung.
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Bezugsziffer 1 bezeichnet die Fluidzählanordnung selbst. Bei den in den 3–5 dargestellten Fluidzählanordnungen sind z. B. Anzeigevorrichtungen, die die gemessene Durchflussmenge anzeigen, oder angeschlossene Datenverarbeitungseinheiten nicht dargestellt. Die Fluidzählanordnung dient zur Bestimmung der Durchflussmenge eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, und umfasst ein Gehäuse sowie eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Ultraschall-Messstrecke, entlang der eine Laufzeitmessung, insbesondere eine Differenzlaufzeitmessung, durchführbar ist. Eine erste Ausführungsvariante der Fluidzählanordnung ist in den 2–4 dargestellt, eine zweite Ausführungsvariante zeigt 5. Bei der ersten Ausführungsvariante sind zur Ultraschall-Messstrecke zwei Ultraschallwandler 3, 4 sowie zwei Reflektoren 5, 6 vorgesehen, mittels denen die vom Ultraschallwandler 3 bzw. 4 erzeugten Ultraschallsignale umgelenkt werden. Die Ultraschall-Messstrecke 2 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Das Gehäuse der Fluidzählanordnung 1 ist ein Rohrabschnitt 7, welcher z. B. Teil einer bestehenden Rohrleitung oder ein Standardrohrabschnitt sein kann. In der ersten Ausführungsvariante (2–4) ist jeweils ein Ultraschallwandler 3, 4 an einem Tragelement 8, 9, der in das Innere des Rohrabschnitts 7 hineinragt, befestigt. Durch die Integration der Fluidzählanordnung 1 an einen Rohrabschnitt oder an eine bestehende Rohrleitung, in der das zu messende Medium strömt, ist kein zusätzliches Gehäuse notwendig. Darüber hinaus ist kein Anschlussstück nötig, um einen Durchflussmesser mit einem entsprechenden Gegenanschlussstück anzubringen. Der Fertigungs- sowie Installationsaufwand ist damit entsprechend gering. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass direkt in der Hauptströmrichtung des zu messenden Mediums die Messstrecke verläuft und keine aufwendigen Umlenkungen des Mediums erfolgen.
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Bei einer zweiten Ausführungsvariante gemäß 5 sind die Ultraschallwandler 3, 4 an den Tragelementen 8, 9 befestigt. Dazwischen befindet sich die Ultraschall-Messstrecke 2.
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Die Tragelemente 8, 9 sind an einem Halter 10 vorgesehen, der außerhalb des Rohrabschnitts 7 befestigt ist. Die Tragelemente 8, 9 sind dabei einteilig mit dem Halter 10 verbunden. Die Befestigung des Halters 10 am Außenbereich des Rohrabschnitts 7 erweist sich als montagefreundlich. Außerdem wird der Innenbereich des Rohrabschnittes 7 und damit die Strömung des Mediums nicht weiter verändert. Die an den Tragelementen 8, 9 angeordneten Reflektoren 5, 6 (gemäß 4) bzw. Ultraschallwandler 3, 4 (gemäß 5) sind im Wesentlichen mittig im Rohrabschnitt 7 positioniert, so dass auch die Ultraschall-Messstrecke 2 parallel zur Hauptströmung des zu messenden Mediums ausgerichtet ist. Dadurch werden gute Messergebnisse erzielt.
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Am Gehäuse bzw. am Rohrabschnitt 7 sind Öffnungen 11, 12 vorgesehen, durch welche die Tragelemente 8, 9 in das Innere des Rohrabschnitts 7 hineinragen. Die zwei Tragelemente 8, 9 sind an dem gemeinsamen Halter 10 in einem definierten Abstand zueinander angeordnet. Die Öffnungen 11, 12 des Gehäuses sind bei der Montage des Halters 10 lediglich noch in Anpassung des Abstandes der Tragelemente 8, 9 einzubringen. Eine einfache und schnell durchführbare Montage wird damit sichergestellt.
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Bei der ersten Ausführungsvariante sind die Ultraschallwandler 3, 4 am Halter 10 im Bereich der Öffnungen 11, 12 angeordnet (s. 4), woraus eine einfache Anschlussmöglichkeit der Leitungen der Ultraschallwandler 3, 4 nach außen, z. B. zu einem Anzeige- oder Datenerfassungsgerät, resultiert.
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Der Halter 10 ist an dem Rohrabschnitt 7 mittels zwei Schellen 13, 14 von der gegenüberliegenden Seite befestigt. Zusätzliche Halteelemente sind nicht notwendig. Die beiden Schellen 13, 14 greifen jeweils am Endbereich des Halters 10 an. Im Bereich der Schellen 13, 14 sind auch die Tragelemente 8, 9 vorgesehen, welche durch diese Art der Befestigung zusätzlich in ihrer Position fixiert werden. Halter 10 und Schellen 13, 14 sind nach Art einer Flanschverbindung verbunden, welche einfach montierbar und dauerhaft ist. Die Öffnungen 11, 12 des Rohrabschnitts 7 sind nach außen abgedichtet, um ein Entweichen bzw. Auslaufen des zu messenden Mediums zu vermeiden. Dazu ist zwischen Halter 10 und Außenseite des Rohrabschnitts 7 ein Dichtelement 15 vorgesehen. Das Dichtelement 15 weist zwei Aussparungen 16, 17 für die Öffnungen 11, 12 des Rohrabschnitts 7 auf. Der Abstand der Aussparungen 16, 17 stimmt bereits mit dem Abstand der Öffnungen 11, 12 bzw. dem Abstand der Tragelemente 8, 9 überein.
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Die Innenkontur des Halters 10 ist zumindest bereichsweise der Außenkontur des Rohrabschnitts angepasst, womit zum einen eine passgenaue und damit sichere Befestigung ermöglicht wird und zum anderen das Dichtelement 15 optimal abdichtet.
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Der Halter 10 und/oder die Schellen 13, 14 können aus Metall, z. B. Messing, oder aus Kunststoff bestehen und sind aufgrund ihres relativ einfachen Aufbaus fertigungstechnisch gut herstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidzählanordnung
- 2
- Ultraschall-Messstrecke
- 3
- Ultraschallwandler
- 4
- Ultraschallwandler
- 5
- Reflektor
- 6
- Reflektor
- 7
- Rohrabschnitt
- 8
- Tragelement
- 9
- Tragelement
- 10
- Halter
- 11
- Öffnung
- 12
- Öffnung
- 13
- Schelle
- 14
- Schelle
- 15
- Dichtelement
- 16
- Aussparung
- 17
- Aussparung
