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Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung vom Vibrationstyp, mit einem Messrohr, mit einem längserstreckten Rahmenstrukturelement, und mit einem Tauchspulengeber, dessen Magnet an dem Messrohr und dessen Spule an dem Rahmenstrukturelement befestigt sind.
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Messeinrichtungen vom Vibrationstyp werden auch als Coriolis-Durchflussmessaufnehmer bezeichnet. Mit ihnen kann der Durchfluss eines das Messrohr durchströmenden fluiden Mediums gemessen werden. Es können auch, entweder in Ergänzung zum Durchfluss oder allein, andere Parameter des Mediums gemessen werden, wie beispielsweise die Viskosität oder die Dichte des Mediums.
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In Coriolis-Durchflußmessgeräten werden für die Erfassung der Messgröße, dies ist die Rohrauslenkung bzw. die Phase der Schwingung, oft Magnet-Spulensysteme vom Typ eines Tauchankergebers verwendet. Ein Beispiel ist in der
US 5 448 921 gezeigt. Dort ist der Magnet des Tauchankergebers direkt am Messrohr befestigt, und die Spule ist an einem längserstreckten Rahmenstrukturelement befestigt, welches im Falle der
US 5 448 921 ein rohrförmiges Außengehäuse ist.
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Um die erforderliche hohe Messgenauigkeit der Tauchankergeber zu gewährleisten, sind solche Systeme möglichst kompakt ausgelegt, mit hoher Eigensteifigkeit und hohen Anforderungen an die Montagegenauigkeit. Um die hohe Positionsgenauigkeit der Spule bezüglich des Magneten zu ermöglichen und zu sichern, wird bei bekannten Messeinrichtungen vom Vibrationstyp das Rahmenstrukturelement möglichst nahe an das Messrohr herangeführt, um die Spule klein und steif zu halten. Diese Bauweise schränkt jedoch die Gestaltungsmöglichkeiten der Rahmenstruktur ein, und erfordert eine hohe Präzision in der Herstellung der Spulenbefestigung.
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Es sind allerdings auch Messeinrichtungen vom Vibrationstyp bekannt, bei denen das Rahmenstrukturelement aus funktionellen Gründen, beispielsweise, weil es an der Balancierung mitwirkt, oder weil aus konstruktiven oder funktionalen Gründen eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht erforderlich ist, weiter entfernt vom Messrohr angebracht ist. Auch bei solchen Messeinrichtungen vom Vibrationstyp soll die Positionierung der Spule bezüglich des an dem Messrohr befestigten ausreichend präzise möglich sein, ohne extrem hohe Fertigungstoleranzen an den Fügestellen zu erfordern.
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Es ist im Lichte des Standes der Technik die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messeinrichtung vom Vibrationstyp, mit einem Messrohr, mit einem längserstreckten Rahmenstrukturelement, und mit einem Tauchspulengeber, dessen Magnet an dem Messrohr und dessen Spule an dem Rahmenstrukturelement befestigt sind, anzugeben, bei der unabhängig vom Abstand, den das Rahmenstrukturelement von dem Messrohr einnimmt, die Spule relativ zu einem auf der Spule befestigten Magneten präzise positioniert werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Messeinrichtung vom Vibrationstyp mit einem Messrohr, mit einem längserstreckten Rahmenstrukturelement, und mit einem Tauchspulengeber, dessen Magnet an dem Messrohr und dessen Spule an dem Rahmenstrukturelement befestigt sind, wobei die Messeinrichtung eine Spulenpositioniereinrichtung umfasst, mit einem Antriebsteil, einem Statorteil und einem das Antriebsteil und das Statorteil verbindenden Wirkverbindungsmittel, und wobei die Spule an einem freien Ende des Antriebsteils befestigt und das Statorteil durch einen Teilbereich des Rahmenstrukturelements gebildet ist, und wobei das Wirkverbindungsmittel eine Bewegung des Antriebsteils im Raum ermöglicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Spulenpositioniereinrichtung Haltemittel, mit denen die Position des Antriebsteils fixiert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Spulenpositioniereinrichtung eine Positionsmesseinrichtung, mit der eine vorgebbare Position der Spule im Raum erfassbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Wirkverbindungsmittel durch Positionierschrauben gebildet, so dass durch Verdrehen der Positionierschrauben eine Bewegung des Antriebsteils in wenigstens zwei Dimensionen im Raum ermöglicht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Antriebsteil einen rohrförmigen, längserstreckten Spulenträger, an dessen erstem freien Ende die Spule befestigt ist, und der Spulenträger ist in Richtung seiner Längsachse verschieblich und bezüglich des Winkels, den seine Längsachse mit der Längserstreckungsrichtung des Rahmenstrukturelements bildet, verschwenkbar mit dem Rahmenstrukturelement verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Spulenträger an seinem zweiten Ende einen Flansch auf, und der Flansch ist mittels Positionierschrauben mit dem Rahmenstrukturelement verbunden, so dass durch Verdrehen der Positionierschrauben eine Verschiebung des Spulenträgers in Richtung seiner Längsachse und eine Verschwenkung des Spulenträgers bezüglich des Winkels, den seine Längsachse mit der Längserstreckungsrichtung des Rahmenstrukturelements bildet, ermöglicht wird.
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Eine erfindungsgemäße Messeinrichtung hat den Vorteil, dass die einzelnen Teilelemente, wie Magnet, Spule und Rahmenstrukturelement, ohne hohe Genauigkeitsanforderungen und damit kostengünstig gefertigt werden können und die Ausrichtung zwischen dem Rahmenstrukturelement und dem Messrohr bei der Montage nicht sehr genau sein muss, weshalb auch die Montage kostengünstig erfolgen kann. Denn die Präzision in der Ausrichtung zwischen dem Magneten und der Spule wird erst anschließend, nachdem das Rahmenstrukturelement mit dem Messrohr verbunden ist, durch die Längsverschiebung und die Verschwenkung des Spulenträgers erreicht.
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Dabei können auch größere Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, so dass weniger Ausschuss bei der Teilefertigung anfällt.
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Zur Befestigung des Spulenträgers an dem Rahmenstrukturelement sind keine besonderen Anforderungen an die Befestigungsflächen zu stellen, insbesondere müssen die Befestigungsflächen, an denen der Spulenträger an dem Rahmenstrukturelement befestigt ist, nicht plan sein, wie es beispielsweise bei den Befestigungsflächen in der
US 5 448 921 erforderlich ist, um dort die planen Spulen mit ausreichender Genauigkeit an dem Messrohr zu befestigen.
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Bei der erfindungsgemäßen Messeinrichtung können auch sehr große Abstände zum Rahmenstrukturelement überbrückt werden, durch eine entsprechende Wahl der Länge des Spulenträgers. Dies eröffnet ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit für die Gestaltung des Rahmenstrukturelements und des damit aufgebauten Rahmens, beispielsweise hinsichtlich optimaler Funktion und geringen Gewichtes.
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Eine präzise Ausrichtung der Spule zum Magneten ist durch die Längsverschieblichkeit und die Winkelverschwenkbarkeit gegeben.
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Dadurch, dass der Spulenträger rohrförmig ausgebildet ist, ist während der Justage durch die Rohrinnenöffnung ein freier Blick auf den Magneten möglich, wodurch sich eine Kontrollmöglichkeit während der Justage ergibt. Beispielsweise kann die Justage dabei durch optische Messverfahren unterstützt werden.
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Weiterhin erlaubt die rohrförmige Ausbildung des Spulenträgers auch nach Abschluss der Montage einen freien Zugang zum Magneten. Damit können beispielsweise Fremdkörper, welche die Funktion des Systems beeinträchtigen würden, noch während der Montage oder danach wieder entfernt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand der Zeichnungen, in denen vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, wird die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben.
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Es zeigen
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1 eine erste Ausführung der Erfindung, bei der in dem Spulenträger eine Abstandslehre eingeschraubt ist,
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2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der Gegenhalter-Schrauben als Haltemittel vorgesehen sind,
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3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der Abstandslehren als Haltemittel eingesetzt sind, sowie
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4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Überwurfmutter als Haltemittel eingesetzt ist.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile oder Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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Die 1 zeigt im Querschnitt in einer schematischen Darstellung einen Teil einer Messeinrichtung vom Vibrationstyp. Man sieht ein Messrohr 10, welches im Betrieb der Messeinrichtung von einem fluiden Medium, einer Flüssigkeit oder einem Gas beispielsweise, durchströmt ist. parallel zu dem Messrohr 10 und in einem Abstand von diesem, der das Mehrfache des Messrohrdurchmessers d beträgt, befindet sich ein längserstrecktes Rahmenstrukturelement 12. Dieses ist außerhalb des in der 1 dargestellten Ausschnitts mit dem Messrohr 10 verbunden, beispielsweise über einen Flansch oder über besondere Anbauteile. Das Rahmenstrukturelement kann ein rohrförmiger Rahmen sein, es kann sich aber auch um einen Balken handeln, der gegebenenfalls zusammen mit anderen Balken einen Rahmen bildet. Die genaue Ausführung des Rahmens und des Rahmenstrukturelements ist für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich, daher ist dieses hier nur schematisch angedeutet. Die Erfindung lässt sich mit jeder denkbaren Art von Rahmenstrukturelement in jeder denkbaren Art von Coriolis-Massendurchflussmessgerät anwenden und einsetzen.
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Die Messeinrichtung umfasst einen Tauchspulengeber 1, mit dem die schwingungsbedingte Auslenkung des Messrohres erfasst werden kann. Meistens umfasst ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät mindestens zwei solcher Tauchspulengeber, welche in Fließrichtung des das Messrohr 10 durchströmenden fluiden Mediums hintereinander liegend angeordnet sind. Die Signale der Tauchspulengeber werden einer – hier nicht dargestellten – Messwerterfassungs- und Auswerteeinheit, auch als Transmitter bezeichnet, zugeführt. Dort wird aus der Phasenverschiebung der gemessenen Signale beider Tauchspulengeber ein Kennwert für den Massendurchfluss ermittelt.
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Der Tauchspulengeber 1 umfasst einen Topfmagneten 2, der an dem Messrohr befestigt ist, und eine Spule 18, die an dem Rahmenstrukturelement 12 befestigt ist.
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Der Topfmagnet 2 ist wie folgt aufgebaut. Ein Magnet 14 ist in einem Magnettopf 16 befestigt. Der Magnettopf 16 ist auf dem Außenmantel des Messrohres 10 befestigt. Der Magnet 14 ist hier als einteilige, einfach geformte flache Magnetscheibe ausgeführt. Das hat den Vorteil der preiswerten Herstellung und der Erreichbarkeit eines hohen Magnetfeldes. Die Montage der Magnetscheibe 14 in dem Magnettopf 16 kann beispielsweise einfach durch Kleben erfolgen.
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Die Spule 18 ist an einem Spulenträger 20 befestigt. Der Spulenträger 20 kann einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein. In der 1 ist eine einteilige Ausführungsform dargestellt.
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Der Spulenträger 20 hat einen ersten, rohrförmigen Abschnitt 22 und einen an dessen einer Stirnseite befindlichen Flansch 24. An dem dem Flansch 24 gegenüberliegenden freien Ende des ersten Abschnitts 22 ist die Spule 18 aufgewickelt. In der 1 ist oben eine Aufsicht auf den Flansch 24 dargestellt.
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Die gezeigte einteilige Ausführungsform des Spulenträgers 20 ist kostengünstig herstellbar und kann sehr steif ausgeführt werden. Eine steife Ausführung ist wichtig, damit sich die Spule 18 nach Abschluss der Montage nicht gegenüber dem Magneten 14 verschieben kann, da dies die Messgenauigkeit negativ beeinflussen würde.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit, siehe 2, ist eine zweiteilige Gestaltung des Spulenträgers 20. Der erste Abschnitt des Spulenträgers ist dabei ein steifes Stahlrohr. An dem freien Ende des Stahlrohres ist ein Spulenkörper aus einem anderen Material, beispielsweise aus Kunststoff, z. B. PEEK oder ein ähnliches Material, angebracht, auf dem die Spule 18 aufgewickelt ist. Das Wickeln der Spule auf einem Spulenkörper aus Kunststoff hat den Vorteil, dass weniger unerwünschte Wirbelstromverluste auftreten. Der Stahlhalter stellt die mechanische Verbindung zu dem Rahmenstrukturelement her, mit ausreichender Steifigkeit auch über große Abstände. Ein Stahlhalter aus einem Material mit geringer Wärmedehnung sichert auch eine geringe Temperaturabhängigkeit der Position der Spule.
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Um den Spulenträger 20, und damit die Spule 18, in axialer Höhe und Winkellage im Raum so zu positionieren, so dass die Spule 18 genau konzentrisch zum Magneten 14 in der richtigen Höhe in dem Magnettopf 16 sitzt, werden drei Positionierschrauben 26, 26', 26'' als Wirkverbindungsmittel genutzt, um eine einstellbare Verbindung zwischen dem Spulenträger 20 und dem Rahmenstrukturelement 12 herzustellen. Die Elemente Rahmenstrukturelement 12, Spulenträger 20 und Positionierschrauben 26, 26', 26'' bilden zusammen eine konkrete Ausführungsform einer verallgemeinert als Spulenpositioniereinrichtung bezeichneten Funktionseinrichtung, in der der Spulenträger 20 eine konkrete Ausführungsform eines Antriebsteils darstellt das Rahmenstrukturelement 12 konkrete Ausführungsform eines Statorteils und die Positionierschrauben 26, 26', 26'' konkrete Ausführungsform eines Wirkverbindungsmittels.
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Eine in den Spulenträger 20 eingeschraubte Abstandslehre 28 kann das Finden der genauen Position der Spule 18 erleichtern. Die Abstandslehre 28 erfüllt damit die Funktion einer Positionsmesseinrichtung.
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Eine weitere Möglichkeit, um das Erreichen der genauen Spulenposition zu überwachen, besteht darin, die Spule 18 auch aktiv zu betreiben und mit Hilfe des Spulensignals die Position genau einzujustieren. Weiterhin sind auch optische Verfahren einsetzbar, da der rohrförmige Spulenträger 22 innen hohl ist, und durch seine Mittelöffnung 30 freie Sicht auf den Magneten 18 ermöglicht.
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Die drei Positionierschrauben 26, 26', 26'' können über ihre Gewindesteigung und die 3-Punkt-Auflage, die bevorzugt um je 120° versetzt sind, stufenlos jede Lage im Raum für den Spulenträger 20 einnehmen und diese festlegen. Die seitliche Justage erfolgt durch große Bohrungen für die Positionierschrauben 26, 26', 26'' in dem Flansch 24, wodurch der ganze Spulenträger 20 seitlich verschoben werden kann.
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Die 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der zusätzlich noch Haltemittel vorhanden sind, mit denen die Position des Spulenträgers 20, oder des Antriebsteils, nach dem Einjustieren fixiert werden kann. Als Haltemittel sind zwei oder drei Gegenhalterschrauben 34, 34', 34'' vorhanden, die den Flansch des Spulenhalters gegen das Rahmenstrukturelement 12 und gegen die Positionierschrauben 26 verspannen. Alle Schrauben werden mit Schraubensicherung gesichert. Damit wird die justierte Position des Spulenträgers 20 festgehalten, auch bei Vibration und Stoßbelastung.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der Keile 36, 36', 36'' zwischen dem Flansch 24 und dem Rahmenstrukturelement 12 verwendet werden, um diese Verspannung zu erreichen. Die Keile 36, 36', 36'' können aus dünnen Lagen entsprechend der Justagegenauigkeits-Anforderung aufgebaut werden, um so auch Höhenunterschiede über den Umfang des Rahmenstrukturelements 12 auszugleichen.
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Die 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Haltemittel durch eine Überwurfmutter 38 gebildet ist. Der erste Abschnitt 22 des Spulenträgers trägt dazu ein Außengewinde 42. Insbesondere bei Verzicht auf eine Winkeljustage, wenn beispielsweise ein ausreichend ebenes, zum Magneten 14 paralleles Rahmenstrukturelement 12 vorhanden ist, oder wenn ein ausreichend großer Spalt 40 zwischen der Spule 18 und dem Magneten 14 vorhanden ist, kann die vertikale Positionierung und Sicherung über die Überwurfmutter 38 mit Kontermöglichkeit auf dem Spulenträger 20 außen eine sehr einfache Realisierung eines Haltemittels darstellen.
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Bezugszeichenliste
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- d
- Messrohrdurchmesser
- 1
- Tauchspulengeber
- 2
- Topfmagnet
- 10
- Messrohr
- 12
- Rahmenstrukturelement
- 14
- Magnet
- 16
- Magnettopf
- 18
- Spule
- 20
- Spulenträger
- 22
- erster Abschnitt des Spulenträgers
- 24
- Flansch
- 26
- Positionierschraube
- 26'
- Positionierschraube
- 26''
- Positionierschraube
- 28
- Abstandslehre
- 30
- Mittelöffnung
- 32
- Bohrung
- 34
- Gegenhalterschraube
- 34'
- Gegenhalterschraube
- 34''
- Gegenhalterschraube
- 36
- Keil
- 36'
- Keil
- 36''
- Keil
- 38
- Überwurfmutter
- 40
- Spalt
- 42
- Außengewinde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5448921 [0003, 0003, 0015]
