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Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, mit mindestens einem Messrohr für den Durchfluss eines elektrisch leitenden Mediums, mit mindestens einer Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines zumindest auch senkrecht zur Längsachse des Messrohres verlaufenden Magnetfeldes und mit mindestens zwei die in dem elektrisch leitenden Medium induzierte Messspannung abgreifenden, das Medium berührenden Messelektroden, wobei die Messelektroden außen am Messrohr zugängliche Messkontakte aufweisen. Die Erfindung betrifft auch ein besonders gestaltetes Messrohr für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte der zuvor in ihrem wesentlichen Aufbau beschriebenen Art.
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Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte sind seit Jahrzehnten umfangreich im Stand der Technik bekannt. Dazu wird exemplarisch auf die Literaturstelle
"Technische Durchflussmessung" von Prof. Dr.-Ing. K. W. Bonfig, 3. Auflage, Vulkan-Verlag Essen, 2002, Seiten 123 bis 167, und auch auf die Literaturstelle
"Grundlagen Magnetisch-Induktive Durchflussmessung" von Dipl.-Ing. Friedrich Hoffmann, 3. Auflage, 2003, Druckschrift der Firma KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG, verwiesen.
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Das grundlegende Prinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums geht auf Michael Faraday zurück, der bereits im Jahre 1832 vorgeschlagen hat, das Prinzip der elektromagnetischen Induktion zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines elektrisch leitfähigen Mediums anzuwenden.
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Nach dem faradayschen Induktionsgesetz entsteht in einem von einem Magnetfeld durchsetzten strömenden, elektrisch leitfähigen Medium eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums und senkrecht zum Magnetfeld. Das faradaysche Induktionsgesetz wird bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten dadurch ausgenutzt, dass mittels einer Magnetfelderzeugungseinrichtung, die mindestens eine Magnetfeldspule, üblicherweise zwei Magnetfeldspulen aufweist, ein während des Messvorgangs sich zeitlich veränderndes Magnetfeld erzeugt wird und das Magnetfeld wenigstens teilweise das durch ein Messrohr strömende elektrisch leitfähige Medium durchsetzt. Dabei weist das erzeugte Magnetfeld wenigstens eine Komponente senkrecht zur Längsachse des Messrohres bzw. senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums auf.
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Eingangs ist nicht ausgeführt, aus welchem Material das Messrohr bestehen kann oder bestehen muss. Nicht selten werden Messrohre verwendet, die aus einem metallischen Grundkörper bestehen und bei denen der Grundkörper zumindest an der Messrohrinnenseite mit einer thermoplastischen Deckschicht versehen ist. Statt eines solchen Messrohres kann auch ein Messrohr vorgesehen sein, das statt eines metallischen Grundkörpers einen nicht-metallischen Grundkörper, zum Beispiel einen keramischen Grundkörper aufweist. Auch sollen vorliegend magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte umfasst sein, bei denen das Messrohr insgesamt aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht. Aus welchem Material auch immer das Messrohr besteht, jedenfalls muss dafür gesorgt sein, dass es an der Messrohrinnenseite nicht elektrisch leitend ist.
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Wenn es einleitend heißt, dass zu dem in Rede stehenden magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät mindestens eine Magnetfelderzeugungseinrichtung ”zur Erzeugung eines zumindest auch senkrecht zur Längsachse des Messrohres verlaufenden Magnetfeldes” gehört, dann sei hier noch einmal darauf hingewiesen, dass das Magnetfeld zwar vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Messrohres bzw. senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums verläuft, ausreichend jedoch ist, dass eine Komponente des Magnetfeldes senkrecht zur Längsachse des Messrohres bzw. senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums verläuft.
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Einleitend ist nicht ausgeführt, ob mittels der Magnetfelderzeugungseinrichtung ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird. Insoweit ist einleitend nichts ausgeführt, weil es für die Lehre der Erfindung nicht darauf ankommt, ob von der Magnetfelderzeugungseinrichtung ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird oder nicht. Ganz überwiegend weisen jedoch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte Magnetfelderzeugungseinrichtungen auf, die ein wechselndes Magnetfeld erzeugen.
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Zu magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, gehören funktionsnotwendig – neben dem Messrohr und der Magnetfelderzeugungseinrichtung – auch die Messelektroden, die die in dem elektrisch leitenden Medium induzierte Messspannung abgreifen.
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Bei den bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, verläuft die virtuelle Verbindungslinie der beiden Messelektroden zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des das Messrohr senkrecht zur Längsachse des Messrohres durchsetzenden Magnetfeldes. Insbesondere können die Messelektroden so vorgesehen sein, dass deren virtuelle Verbindungslinie tatsächlich – mehr oder weniger – senkrecht zur Längsachse des das Messrohr durchsetzenden Magnetfeldes verläuft.
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Schließlich ist eingangs ausgeführt, dass es sich bei den Messelektroden der magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte um solche handeln kann, die das Medium berühren. Tatsächlich kann selbstverständlich die durch Induktion im strömenden, elektrisch leitfähigen Medium erzeugte elektrische Feldstärke durch direkt, also galvanisch mit dem Medium in Kontakt stehende Messelektroden als Messspannung abgegriffen werden. Es gibt aber auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, bei denen die Messspannung nicht durch direkte, also nicht durch galvanisch mit dem Medium in Kontakt stehende Messelektroden abgegriffen wird, vielmehr die Messspannung kapazitiv erfasst wird. Vorliegend geht es jedoch primär um solche magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte, bei denen die Messelektroden das durch das Messrohr fließende Medium berühren.
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An dieser Stelle sei nur informativ festgehalten, dass der Messfehler bei im Stand der Technik bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten heute bereits relativ klein ist, nämlich ein Messfehler kleiner als 0,2% realisiert werden kann.
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Weiter oben ist schon ausgeführt, dass es vorliegend um magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte geht, bei denen die durch Induktion im strömenden, elektrisch leitfähigen Medium erzeugte elektrische Feldstärke durch direkt, also galvanisch mit dem Medium in Kontakt stehende Messelektroden als elektrische Spannung gemessen wird. Darum geht es auch bei dem durch die
deutsche Offenlegungsschrift 10 2012 017 904 bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte.
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Konkret offenbart die
deutsche Offenlegungsschrift 10 2012 017 904 ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, bei dem das Messrohr einen metallischen Grundkörper aufweist und der Grundkörper zumindest an der Messrohrinnenseite mit einer thermoplastischen Deckschicht versehen ist. Dabei ist die Aufgabe, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät anzugeben, bei dem die Durchdringungsstellen des Messrohres, also die Stellen, an denen die Messelektroden das Messrohr durchdringen, in einfacher Weise flüssigkeitsdicht realisiert werden können, dadurch gelöst, dass an den Durchdringungsstellen zwischen der thermoplastischen Deckschicht des Messrohres und den Messelektroden eine durch Erwärmung der Deckschicht entstandene, flüssigkeitsdichte Verbindung realisiert ist. Dazu, wie das im Einzelnen realisiert werden kann, wird auf die
deutsche Offenlegungsschrift 10 2012 017 904 verwiesen.
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Ausgehend von dem insgesamt beschriebenen Stand der Technik und insbesondere unter Berücksichtigung des Standes der Technik, der sich aus der
deutschen Offenlegungsschrift 10 2012 017 904 ergibt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die Messelektroden in besonders einfacher Weise über im Messrohr vorgesehene Durchdringungsstellen von außen in das Messrohr eingebracht und funktionsgerecht fixiert werden können. Auch liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Messrohr für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte anzugeben, bei dem die Messelektroden in besonders einfacher Weise über im Messrohr vorgesehene Durchdringungsstellen von außen in das Messrohr eingebracht und funktionsgerecht fixiert werden können.
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Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr für jede Messelektrode eine kreiszylindrische Durchdringungsstelle, eine an der Messrohraußenseite vorgesehene, an die Durchdringungsstelle anschließende Abstützfläche und mindestens ein mit Abstand zur Abstützfläche vorgesehenes Fixierelement aufweist und dass jede Messelektrode einen durch die Durchdringungsstelle hindurchragenden oder nur hineinragenden Elektrodenschaft und einen über den Elektrodenschaft hinwegragenden Elektrodenkopf aufweist.
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Bei dem aus der
deutschen Offenlegungsschrift 10 2012 017 904 bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät sind die Durchdringungsstellen des Messrohres, also die Stellen, an denen die Messelektroden das Messrohr durchdringen, dadurch flüssigkeitsdicht realisiert, dass an den Durchdringungsstellen zwischen der thermoplastischen Deckschicht des Messrohres und den Messelektroden eine durch Erwärmung der Deckschicht entstandene, flüssigkeitsdichte Verbindung realisiert ist. Das kann natürlich nur dann realisiert werden, wenn das Messrohr eine entsprechende thermoplastische Deckschicht aufweist, und erfordert einen nicht ganz einfachen Realisierungsschritt, nämlich die Erwärmung der Deckschicht nur in einem ganz bestimmten Bereich. Erfindungsgemäß wird dem gegenüber ausschließlich mit den zuvor angegebenen, fertigungstechnisch und montagetechnisch einfachen Maßnahmen gearbeitet.
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Im Einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.
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Zur Realisierung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts sind einfache mechanische Maßnahmen erforderlich, und zwar einerseits am Messrohr, andererseits an den Messelektroden.
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Die am Messrohr erforderlichen Maßnahmen, auch solche, die bei weiter unten beschriebenen besonderen Ausführungsformen erforderlich sind, können in einfacher Weise direkt mit der Herstellung der Messrohre selbst realisiert werden. Die Maßnahmen, die für erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte an den Messelektroden vorgenommen werden müssen, auch die, die bei weiter unten beschriebenen besonderen Ausführungsformen erforderlich sind, können ohne Weiteres auf modernen Fertigungsstraßen realisiert werden.
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Zu den Maßnahmen, die für erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte an den Messrohren durchgeführt werden müssen, gehört die Realisierung der an die Durchdringungsstellen anschließenden Abstützflächen. Damit nun wirklich Abstützflächen zur Verfügung stehen, müssen die Messrohre dort, wo Abstützflächen realisiert werden müssen, gleichsam abgeflacht sein und müssen die Abstützflächen tangential zum Messrohr verlaufen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts ist ergänzend dadurch gekennzeichnet, dass für jede Messelektrode zwei Fixierelemente vorgesehen sind, dass die Fixierelemente materialschlüssig mit dem Messrohr ausgeführt sind und im Bereich der Abstützflächen vom Messrohr weg ragen und dass die beiden für eine Messelektrode vorgesehenen Fixierelemente zusammen mit der zugehörigen Abstützfläche des Messrohres eine taschenförmige Aufnahme für den Elektrodenkopf bilden. Dabei können die Fixierelemente hakenförmig beziehungsweise L-förmig ausgeführt sein, wobei dann ein Schenkel der Fixierelemente materialschlüssig mit dem Messrohr ausgeführt ist.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, der ganz besondere Bedeutung zukommt, ist ergänzend dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenköpfe senkrecht zu den Elektrodenschäften eine ellipsenförmige oder eine teilweise rechteckförmige, teilweise kreisförmige Kontur aufweisen. Bei dieser Ausführungsform haben also die Elektrodenköpfe in einer Richtung eine Ausdehnung, die geringer ist als die Ausdehnung der taschenförmigen Aufnahme für die Elektrodenkopf. Folglich kann die Messelektrode mit dem Elektrodenkopf ohne Weiteres in die taschenförmige Aufnahme eingeführt werden. Durch eine Drehung um 90° der mit dem Elektrodenkopf in die taschenförmige Aufnahme eingebrachten Messelektrode kommt die größere Ausdehnung des Elektrodenkopfes mit der taschenförmigen Aufnahme zur Wirkung, eine Drehung um 90° kann also zu der gewünschten Fixierung führen.
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Einleitend ist ausgeführt, dass bei den in Rede stehenden und bei den erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten die Messelektroden außen am Messrohr zugängliche Messkontakte aufweisen. Bei erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten weisen die Messelektroden die Messkontakte anschließend an den Elektrodenkopf auf, also nach außen gerichtet.
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Weiter oben ist darauf hingewiesen worden, auch in Verbindung mit dem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, das aus der
deutschen Offenlegungsschrift 10 2012 017 904 bekannt ist, dass die Messelektroden flüssigkeitsdicht in das Messrohr eingebracht werden müssen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass innerhalb des Messrohres ohne Weiteres Drücke von 50 bar und mehr auftreten können.
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Um auch bei erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten die hinreichende Dichtigkeit unter allen Umständen zu gewährleisten, geht eine weitere Lehre der Erfindung dahin, zwischen die Elektrodenköpfe der Messelektroden und den Abstützflächen des Messrohres jeweils eine Dichtung vorzusehen, und zwar vorzugsweise einen O-Ring. Der möglichen hohen Beanspruchung des als Abdichtung vorgesehenen O-Ringes wegen ist eine insoweit bevorzugte Ausführungsform ergänzend dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektrodenkopf an seiner der Abstützfläche des Messrohres zugewandten Seite eine kreisringförmige Nut aufweist und jeder O-Ring teilweise innerhalb der entsprechenden Nut des Elektrodenkopfes vorgesehen ist.
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Weiter oben ist bereits eine Möglichkeit der erforderlichen Fixierung der Messelektroden relativ zum Messrohr erläutert worden. Eine insoweit andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fixierelementen des Messrohres und den Elektrodenköpfen der Messelektroden ein Spannraum verwirklicht und in jedem Spannraum ein die Messelektroden einspannender Spannkeil vorgesehen ist. Vorzugsweise besteht jeder Spannkeil aus zwei Teilkeilen mit einander zugewandten Keilflächen. Besonders vorteilhaft ist die zuletzt beschriebene Ausführungsform dann, wenn die einander zugewandten Keilflächen der Teilkeile jeweils ein Sägezahnprofil aufweisen. Damit es dann eine bratschenartige Spannung der einander zugewandten Keilflächen gegen einander möglich und ein ungewolltes Entspannen wird sicher vermieden.
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Eingangs ist bereits ausgeführt, dass zur Erfindung nicht nur ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät gehört, dass zur Erfindung vielmehr auch ein besonders gestaltetes Messrohr für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte gehört. Ein solches Messrohr ergibt sich bereits aus dem, was zuvor im Einzelnen beschrieben worden ist.
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Wie dargelegt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät beziehungsweise das erfindungsgemäße Messrohr für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche 2 bis 11 und auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 relativ schematisch, ein zu einem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät gehörendes Messrohr mit den bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät funktionsnotwendigen Messelektroden,
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2 ein Detail aus dem Gegenstand nach 1 und
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3 in vergrößerter Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der Fixierung einer Messelektrode in Verbindung mit einem Messrohr.
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Erfindungsgemäß geht es um magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte. Zu solchen Durchflussmessgeräten gehören jeweils mindestens ein Messrohr 1, in den 1 und 3 angedeutet, für den Durchfluss eines elektrisch leitenden Mediums, mindestens eine – nicht dargestellte – Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines zumindest auch senkrecht zur Längsachse des Messrohres 1 verlaufenden Magnetfeldes und mindestens zwei die in dem elektrisch leitenden Medium induzierte Spannung abgreifenden, das Medium berührenden Messelektroden 2, wobei die Messelektroden 2 außen am Messrohr 1 zugängliche Messkontakte 3 aufweisen.
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Die Erfindung befasst sich nur mit besonderen Maßnahmen am Messrohr 1, besonderen Maßnahmen an den Messelektroden 2 und besonderen Maßnahmen im Zusammenwirken zwischen dem Messrohr 1 und den Messelektroden 2.
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Nicht unmittelbar dargestellt, aber ohne Weiteres vorstellbar weist das Messrohr 1 für jede Messelektrode 2 eine kreiszylindrische Durchdringungsstelle 4, eine an der Messrohraußenseite vorgesehene, an die Durchdringungsstelle 4 anschließende Abschlussfläche 5 und mindestens ein mit Abstand zur Abschlussfläche 5 vorgesehenes Fixierelement 6 auf und weist jede Messelektrode 2 einen durch die Durchdringungsstelle 4 hindurch ragenden oder nur hinein ragenden Elektrodenschaft 7 und einen über den Elektrodenschaft weg ragenden Elektrodenkopf 8 auf. Das kann den 1 und 2 entnommen werden.
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In den beiden in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen sind für jede Messelektrode 2 zwei Fixierelemente 6 vorgesehen, sind die Fixierelemente 6 materialschlüssig mit dem Messrohr 1 ausgeführt und bilden die beiden für eine Messelektrode 2 vorgesehenen Fixierelemente 6 zusammen mit der zugehörigen Abstützfläche 5 des Messrohres 1 eine taschenförmige Aufnahme 9 für den Elektrodenkopf 8. Sowohl die 1 als auch die 3 zeigen, dass die Fixierelemente 6 hakenförmig beziehungsweise L-förmig ausgeführt sind.
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Die 1 und 3 zeigen in Bezug auf die Realisierung der Fixierung der Messelektroden im Messrohr 1 und zum Messrohr 1 unterschiedliche Ausführungsformen.
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Bei der Ausführungsform nach 1 weisen die Elektrodenköpfe 8 senkrecht zu den Elektrodenschäften 7 eine teilweise rechteckförmige, teilweise kreisförmige Kontur auf. Bei dieser Ausführungsform haben also die Elektrodenköpfe 8 in einer Richtung eine Ausdehnung, die geringer ist als die Ausdehnung der taschenförmigen Aufnahme 9 für die Elektrodenköpfe 8. Folglich können die Messelektroden 2 mit den Elektrodenköpfen 8 ohne Weiteres in die taschenförmigen Aufnahmen durch eine anschließende Drehung um 90° der mit dem Elektrodenkopf 8 in die taschenförmige Aufnahme 9 eingebrachten Messelektroden 3 kommt die größere Ausdehnung des Elektrodenkopfes 8 mit der taschenförmigen Aufnahme 9 zur Wirkung, eine Drehung um 90° kann also zu der gewünschten Fixierung führen.
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Eine andere Ausführungsform zeigt die 3. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen den Fixierelementen 6 des Messrohres 1 und den Elektrodenköpfen 8 der Messelektroden 2 ein Spannraum 12 verwirklicht und in jedem Spannraum 12 ein die Messelektroden 2 einspannender Spannkeil 13 vorgesehen. Im Einzelnen besteht jeder Spannkeil 13 aus zwei Teilkeilen 14 mit einander zugewandten Keilflächen 15. Im Ausführungsbeispiel gilt dabei, dass die einander zugewandten Keilflächen 15 der Teilkeile 14 jeweils ein Sägezahnprofil 16 aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19708857 A [0012]
- DE 102004063617 A [0012]
- DE 102008057755 A [0012]
- DE 102008057756 A [0012]
- DE 102011119982 A [0012]
- DE 102012017904 A [0012, 0013, 0014, 0014, 0015, 0017, 0025]
- DE 102013019067 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Technische Durchflussmessung” von Prof. Dr.-Ing. K. W. Bonfig, 3. Auflage, Vulkan-Verlag Essen, 2002, Seiten 123 bis 167 [0002]
- ”Grundlagen Magnetisch-Induktive Durchflussmessung” von Dipl.-Ing. Friedrich Hoffmann, 3. Auflage, 2003, Druckschrift der Firma KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG [0002]
