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Die
Erfindung betrifft einen magnetisch induktiven Durchflussmesser
mit einem Messrohr zum Einbau des Durchflussmessers in eine Rohrleitung, zum
Beispiel einer prozesstechnischen Anlage, mit einem elektrisch isolierenden
Einsatz als Innenauskleidung in dem Messrohr und mit einer Spulen-
und Elektrodenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen magnetisch induktiven
Durchflussmessers.
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Magnetisch
induktive Durchflussmesser nutzen das Faraday'sche Induktionsgesetz
zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden
Fluids. Ein magnetisches Feld wird senkrecht zu der Strömungsrichtung
erzeugt. In diesem Magnetfeld erzeugen Ladungen, die mit dem Fluid
transportiert werden, eine Spannung senkrecht zu dem Magnetfeld
und zu der Durchflussrichtung, die mit Hilfe von Elektroden abgenommen
werden kann. Die so ermittelte Messspannung ist proportional zu
einer über den Strömungsquerschnitt bestimmten
Strömungsgeschwindigkeit. Derartige Durchflussmesser müssen
zur Gewährleistung der Messgenauigkeit unabhängig
vom jeweils herrschenden Druck des durchströmenden Fluids
weitgehend konstante geometrische Abmessungen beibehalten. Diese
Druckfestigkeit wird häufig durch ein Messrohr aus Stahl
erreicht, durch welches das Fluid strömt. Andererseits
darf dieses Messrohr nicht die elektrischen und magnetischen Felder
stören, welche das Fluid im Bereich eines Messabschnitts
durchsetzen. Aus diesem Grund werden im Messrohr Auskleidungen oder
Einsätze verwendet, die typischerweise aus Keramik oder
Kunststoffmaterialien hergestellt werden. Diese erfüllen
die Forderungen, elektrisch nichtleitend zu sein und das Magnetfeld
kaum zu beeinflussen. Gleichzeitig schützen sie die Metallwand
des Messrohrs gegen Korrosion. Dabei haben Einsätze aus
einem Kunststoffmaterial den Vorteil, dass sie besonders leicht
handhabbar sind.
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Aus
der
WO 2006/097118
A1 und der
WO 2006/050744
A1 sind rohrförmige Einsätze für
einen magnetisch induktiven Durchflussmesser bekannt, die vollständig
außerhalb des Messrohrs vorgefertigt werden können.
Bei dem in der
WO
2006/097118 A1 beschriebenen Einsatz ist ein Formteil aus
einem formstabilen Kunststoff auf Polymerbasis zur mechanischen
Verstärkung in ein elektrisch isolierendes, gummiartiges
Material eingebettet. Der Einsatz zeichnet sich dabei durch eine
dauerhafte Haltbarkeit und geometrische Stabilität aufgrund
der mechanischen Verstärkung aus. Durch eine stabile Verbindung
zwischen gummiartigem Material und Formteil wird die Formstabilität
des rohrförmigen Einsatzes gewährleistet. In der
WO 2006/050744 A1 ist
als eine alternative mechanische Verstärkung des Einsatzes ein
Metallgitter beschrieben, das aus einem oder mehreren Gitterteilen
besteht. Diese sind durch Stanzen oder Biegen aus Gitterblech derart
vorgefertigt und an im Wesentlich parallel zur Rohrachse verlaufenden
Stoßkanten zusammengeschweißt, so dass ein im
Wesentlichen rohrförmiges Metallgitter gebildet ist. Für
eine stabile Verbindung zwischen dem gummiartigen, elektrisch isolierenden
Material und dem Metallgitter ist dieses in einem Press- oder Gießverfahren
derart in das gummiartige Material eingebettet, dass die Öffnungen
des Metallgitters durchdrungen und die Innenseite und die Außenseite des
rohrförmigen Metallgitters im Wesentlichen von dem gummiartigen
Material bedeckt sind. Vorteil der beiden Ausführungsformen
des rohrförmigen Einsatzes für einen magnetisch
induktiven Durchflussmesser ist sein geringer Herstellungsaufwand.
Insbesondere bei magnetisch induktiven Durchflussmessern, die für
einen Einbau in eine Rohrleitung mit geringem Innendurchmesser ausgelegt
sind, ist jedoch von Nachteil, dass die Montage des Durchflussmessers mit
einem erheblichen Zeitaufwand verbunden ist. Zur Montage wird nämlich
zunächst ein rohrförmiger Einsatz mit zwei Spulen
und den elektrischen Zuleitungen bestückt. Einer von zwei
Endabschnitten des Einsatzes, der keine mechanische Verstärkung
aufweist, wird zusammengefaltet, so dass er durch den Innenquerschnitt
des Messrohrs eingeschoben werden kann. Sobald der bestückte
Einsatz vollständig in das Messrohr eingefügt
ist, springt der Endabschnitt in seine ursprüngliche Form
zurück und der Einsatz wird durch die beiden Endabschnitte,
die auf den Außenseiten von Flanschen des Messrohrs anliegen,
in seiner Position im Messrohr gehalten. Durch Löcher hindurch,
die sich im Messrohr befinden, müssen die Elektroden in
dem rohrförmigen Einsatz nach dessen Einsetzen in das Messrohr
befestigt werden. Die Hohlräume, die zwischen dem bestückten
Einsatz und dem Messrohr verbleiben, werden anschließend durch
eine aushärtbare Vergussmasse aufgefüllt, deren
vollständige Aushärtung vor weiteren Montageschritten
abgewartet werden muss.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetisch induktiven
Durchflussmesser zu schaffen, der aufgrund seiner Konstruktion günstig herstellbar
und insbesondere für Rohrleitungen mit geringem Durchmesser
gut geeignet ist.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe weist der neue magnetisch induktive
Durchflussmesser der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen, in Anspruch 6 ein Verfahren zu
dessen Herstellung beschrieben.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass die Montagezeit für einen
Durchflussmesser gegenüber bekannten Durchflussmessern
deutlich verringert wird. Die Spulen-, Elektroden- und Magnetkreisanordnung muss
nämlich nicht mehr auf dem rohrförmigen, elektrisch
isolierenden Einsatz montiert sein, bevor dieser in das Messrohr
eingebaut wird. Auch ein Füllen von verbleibenden Hohlräumen
mit aushärtbarer Vergussmasse kann völlig entfallen.
Dagegen wird nun erfindungsgemäß zunächst
der rohrförmige, elektrisch isolierende Einsatz in das
Messrohr eingefügt und erst anschließend die Spulen-,
Elektroden- und Magnetkreisanordnung durch eine Öffnung
des Messrohrs hindurch auf dem Einsatz montiert. Die Öffnung
und der Freiraum um den Einsatz herum, der für die Anbringung
der Spulen- und Elektroden notwendig ist, sind in erforderlicher
Größe ausgeführt. Auf diese Weise ist
eine Montage eines Durchflussmessers in etwa 10 bis 15 Minuten möglich.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass das Messrohr aus vergleichsweise
günstigem Stahl, der nicht zwingend ein Edelstahl sein
muss, gefertigt werden kann. Zudem ist es möglich, das
Messrohr und zum Verschließen der Öffnungen vorgesehene
Deckel bereits vor ihrer Montage zu lackieren oder einer anderen Oberflächenbehandlung
zu unterziehen, da nach der Montage keinerlei Schweißvorgänge
mehr am Messrohr durchgeführt werden müssen.
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In
vorteilhafter Weise wird somit ein Durchflussmesser erhalten, der
bei vergleichsweise geringem Aufwand deutlich stabiler ausgeführt
werden kann als ein Durchflussmesser, der beispielsweise ein aus
einem Kunststoffmaterial gefertigtes Messrohr besitzt.
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Eine
trotz Öffnung stabile Ausführung des Messrohrs
wird erhalten, wenn sich die Öffnung in einem steifen Rahmen
befindet, in dessen Inneren die Spulen- und Elektrodenanordnung
im montierten Zustand angeordnet ist und der an zwei einander gegenüberliegenden
Seiten jeweils einen rohrförmigen Endabschnitt des Messrohrs
trägt.
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Der
Rahmen kann als Hohlzylinder ausgebildet werden, in dessen Deckfläche
sich die Öffnung befindet. Die beiden Endabschnitte des
Messrohrs erstrecken sich dann von Durchbrechungen in der Mantelfläche
des Hohlzylinders aus in radialer Richtung. Ein derartiges Messrohr
ist besonders einfach aus drei rohrförmigen Teilen durch
Verschweißen herstellbar. Alternativ ist eine einstückige
Fertigung in einem Gießvorgang möglich. Die Form
eines Hohlzylinders bietet mit seiner Deck- und Grundfläche
für die Anbringung von Montageöffnungen besonders gut
geeignete Stellen. Dabei zeichnet er sich durch gute Druckfestigkeit
bei gleichzeitig geringem Materialaufwand aus.
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Ein
stabiler, besonders einfach herstellbarer Verschluss wird erreicht,
wenn die Deck- und die Grundfläche mit einem Deckel mit
Schraub- oder Schnappverschluss verschlossen werden.
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Anhand
der Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt
ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und
Vorteile näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Messrohr mit eingefügtem Einsatz,
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2 ein
Messrohr mit montierter Spulen-, Elektroden- und Magnetkreisanordnung
und
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3 einen
montierten Aufnehmer eines Durchflussmessers.
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In 1 ist
ein Aufnehmer 1 eines magnetisch induktiven Durchflussmessers
in teilweise montiertem Zustand dargestellt. Der Aufnehmer 1 besitzt ein
Messrohr, das aus einem ersten rohrförmigen Endabschnitt 2,
einem zweiten Endabschnitt 3 und einem dazwischen liegenden
Rahmen 4 besteht. Der Rahmen 4 hat die Form eines
Hohlzylinders mit offener Deck- und Grundfläche. An zwei
einander gegenüberliegenden Seiten der Mantelfläche
des Hohlzylinders 4 befinden sich Durchbrechungen, von
denen jeweils der Endabschnitt 2 bzw. der Endabschnitt 3 sich
in radialer Richtung erstrecken, so dass sie koaxial zueinander
ausgerichtet sind. Die Endabschnitte 2 und 3 sind
mit dem Rahmen 4 verschweißt. Optional sind zwei
Flansche 5 und 6 vorhanden, die am Endabschnitt 2 bzw.
am Endabschnitt 3 angeschweißt sind und zum Einbau
des Messrohrs in eine in der Figur nicht dargestellte Rohrleitung,
beispielsweise einer prozesstechnischen Anlage, dienen. In dem in 1 gezeigten
Montagezustand ist lediglich ein rohrförmiger, elektrisch
isolierender Einsatz 7 bereits in das Messrohr eingefügt.
Im Messbereich ist der Einsatz 7 in bekannter Weise mit
einer eingelagerten und daher in 1 nicht
sichtbaren, mechanischen Verstärkung versehen. Zum Einsetzen
wird beispielsweise ein Endteil 8 des Einsatzes 7 zusammengefaltet,
so dass er durch den Innenquerschnitt des Messrohrs eingeschoben
werden kann. Sobald der Einsatz 7 vollständig
in das Messrohr eingefügt ist, springt das Endteil 8 in
seine ursprüngliche Form zurück und der Einsatz 7 wird
durch die beiden Endteile 8 und 9, die auf den
Außenseiten der Flansche 5 bzw. 6 anliegen,
in seiner Position im Messrohr gehalten.
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Der
Einsatz 7 kann im Messbereich, also etwa in dem Bereich
seiner Länge, der für die Anbringung einer Spulen-
und Elektrodenanordnung vorgesehen ist, einen runden, rechteckigen
oder quadratischen Innenquerschnitt haben. Vorteilhaft ist ein quadratischer
Innenquerschnitt, da so ein vergleichweise homogenes magnetisches
Feld erreicht werden kann, das für die Messgenauigkeit
günstig ist und Messergebnisse ermöglicht, die
weitgehend unabhängig vom Geschwindigkeitsprofil des durch
den Einsatz 7 fließenden Fluids sind.
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Zur
Montage einer Elektrode wird der bereits in das Messrohr eingefügte
Einsatz 7 so gedreht, dass das jeweils für die
einzusetzende Elektrode vorgesehene Loch zu der Öffnung 10 in
der Deckfläche des hohlzylinderförmigen Rahmens 4 weist
und somit für den Monteur gut zugänglich ist.
In dem in 1 dargestellten Zustand ist
dies gerade bei einem Loch 11 der Fall, das für
eine Bezugspotentialelektrode vorgesehen ist. Eine Messelektrode 12 ist bereits
in den Einsatz 7 eingesetzt. Das Einsetzen der Elektroden
kann mit Hilfe eines speziellen Werkzeugs erfolgen. Nachdem alle
Elektroden eingesetzt sind, wird der Einsatz 7 wieder in
die Lage zurückgedreht, die in 1 dargestellt
ist. Mit Hilfe einer Spezialklemme werden die Elektroden in ihrer
Lage gesichert und durch Einsetzen einer Zylinderschraube am Einsatz 7 befestigt.
Nun werden die Drähte für den elektrischen Anschluss
der Elektroden angebracht, die in den Figuren der Übersichtlichkeit
wegen nicht dargestellt sind.
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Durch
die Öffnung 10 in der Deckfläche des hohlzylinderförmigen
Rahmens 4 wird anschließend eine Spulen- und Magnetkreisanordnung 21 auf
dem Einsatz 7 befestigt. Ein Teil der Montage kann auch durch
eine Öffnung 20 in der Grundfläche des
Rahmens 4 erfolgen.
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2 zeigt
den Zustand des Aufnehmers 1 nach Montage der Spulen- und
Elektrodenanordnung 12, 21 auf dem Einsatz 7.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wenn die
Montage der Spulen- und Elektrodenanordnung 12, 21 abgeschlossen
ist, werden die Öffnung 20 in der Grundfläche
des Rahmens 4 mit einem Schraubdeckel 30 und die Öffnung 10 in
der Deckfläche des Rahmens 4 mit einem Schraubdeckel 31 verschlossen.
Der verschlossene Zustand des Aufnehmers 1 ist in 3 dargestellt.
Der Deckel 31 trägt eine Platte 32, an welcher
eine Ansteuer- und Auswerteelektronik, häufig auch als
Transmitter bezeichnet, für den Aufnehmer 1 befestigt
werden kann. Bei einem Messumformer zur Prozessinstrumentierung
ist der Transmitter üblicherweise mit einer Schnittstelle
zur Kommunikation in einem Automatisierungsnetzwerk versehen.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Rahmen 4 mit
hohlzylinderförmiger Ausbildung dargestellt. Selbstverständlich
können alternativ andere Formen, beispielsweise die Form
eines Quaders gewählt werden. Abweichend vom gezeigten
Ausführungsbeispiel können die Deckel 30 und 31 selbstverständlich
auch durch eine Schnappverbindung oder einen Bajonettverschluss
mit dem Rahmen 4 mechanisch verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/097118
A1 [0003, 0003]
- - WO 2006/050744 A1 [0003, 0003]
