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Die Erfindung betrifft ein Rohr zur Messung des Differenzdrucks eines das Rohr durchfließenden Mediums. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Einschubelement für ein erfindungsgemäßes Rohr, sowie ein Verfahren zum Zusammenbau von Einschubelement und Rohr.
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Je nach Medium und Strömungsgeschwindigkeit unterscheiden sich die Profile und Durchmesser von Differenzdruckmessern deutlich. Anwendung finden verschiedene Formen, die in üblicherweise als Zwischenstück Rohrleitung eingeflanscht werden. Die eingesetzten Zwischenstücke können beispielsweise düsenförmig ausgebildet sein oder umfassen Blenden, die quer zur Strömungsrichtung in das vom Medium durchflossen Rohr eingesetzt werden. Es ist somit eine Vielzahl von Differenzdruckmessern bekannt, deren jeweilige Ausgestaltung auf einen speziellen Anwendungsbereich optimiert ist. Nachteilig daran ist, dass diese Vielzahl von möglichen Formen dazu führt, dass die jeweiligen Rohre aufwändige Einzelanfertigungen sind oder nur in Kleinserien gefertigt werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rohr zur Messung eines Differenzdrucks eines in ihm strömenden Mediums vorzuschlagen, dass besser standardisiert und einfacher gefertigt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Rohr gemäß Anspruch 1. Erfindungsgemäß umfasst das Rohr einen rohrförmigen Träger und ein rohrförmiges Einschubelement, wobei das Einschubelement an der Innenwand des Trägers angeordnet ist, und wobei das Einschubelement zumindest Teilbereiche eines Innenprofils des Rohres ausbildet. Ein Grundgedanke der Erfindung ist es somit, dass zur Differenzdruckmessung genutzte Rohr in einen als Träger wirkendes Außenteil und ein zu mindestens Teilbereiche des Profils ausbildendes Einschubelement respektive Inlay aufzuteilen. Dies erlaubt eine weitgehende Standardisierung des Trägers. Zur Anpassung an das jeweilige Medium und dessen Strömungsgeschwindigkeit muss lediglich ein hierauf optimiertes Einschubelement in den Träger eingesetzt werden. Von besonderen Vorteil ist, dass der Durchmesser des Einschubteils und dessen Verlauf quasi frei wählbar ist. Er kann also auf die im Rohr zu erwartende Strömung angepasst werden und zwar derart, dass für diese Strömung ein ausreichender Differenzdruck gemessen werden kann. Dies erlaubt es, das Rohr für seinen Einsatzbereich besser kalibrieren zu können.
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Dabei spielt es keine Rolle, ob das Innenprofil des Rohres eine Düse oder eine Blende ausbilden soll. Erfolgt die Differenzdruckmessung beispielsweise mithilfe einer Venturi-Düse, kann das Einschubelement so ausgebildet sein, dass es mindestens Teilbereiche des Einlaufprofils und/oder der Einschnürung und/oder des Auslaufprofils ausbildet. Mittels des Einschubelements kann das Rohr demzufolge auf beliebige Querschnitte und Durchmesser angepasst werden.
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Von Vorteil ist es außerdem, dass Material und Fertigungsprozess des Einschubelements nicht mit dem des Trägers übereinstimmen müssen. Vielmehr ist es möglich, Material und Fertigungsprozess für das Einschubelement je nach Anwendungsgebiet zu differenzieren. So sind Anwendungen denkbar, bei denen das Einschubelement aus Kunststoff bestehen kann und deshalb besonders einfach zu fertigen ist. Andere Anwendungsgebiete benötigen ein beispielsweise mittels CNC gefertigtes Einschubelement aus Metall. Insofern behandelt ein weiterer Grundgedanke dieser Anmeldung das erfindungsgemäße Einschubelement und seiner vorteilhaften Ausführungsform.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Träger zwei die Wand des Trägers durchdringende Kanäle auf, die in Strömungsrichtung des Mediums hintereinander angeordnet sind. Diese Ausführungsform des Trägers ermöglicht es einer am Träger angeordneten Sensorik an verschiedenen Abschnitten des Rohres die dort vorherrschenden Druckverhältnisse abzugreifen und so einen Differenzdruck zu ermitteln.
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Von besonderen Vorteil ist diese Ausführungsform, wenn zwischen dem Einschubelement und der Innenwand des Trägers eine die Außenfläche des Einschubelements umlaufende Nut angeordnet ist, wobei die umlaufende Nut einerseits über eine im Einschubelement vorgesehene Mehrzahl von Bohrungen mit dem vom Medium durchflossenen Innenraum des Einschubelements verbunden ist und andererseits mit einen der Kanäle verbunden ist. Eine derartige Nut bildet eine Ringkammer aus. Derartige Ringkammern werden genutzt, um die an verschiedenen Stellen des Umfangs vorherrschende Druckverhältnisse mitteln zu können. Ihr Einsatz bei der Differenzdruckmessung und die hierdurch erreichten Vorteile sind allgemein bekannt.
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Ein wesentlicher Unterschied zu den vorbekannten Ringkammer liegt nun darin, dass die erfindungsgemäße Ringkammer nicht außen am Rohr, sondern zwischen Träger und Einschubelement angeordnet ist. Hierdurch entfallen die ansonsten erforderlichen mehrfachen Kanäle durch die Rohrwand, mit denen der Innenraum des Rohres und die Ringkammer verbunden sind. Zudem muss lediglich der Kanal genormt sein, der die Sensorik des Differenzdruckmessers mit der Ringkammer, respektive dem Ringsspalt verbindet. Sämtliche anderen Maßangaben sind im wesentlichen frei wählbar.
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Hieraus ergibt sich auch ein besonderer Vorteil des Verfahrens zur Ausbildung eines Rohres zur Messung des Differenzdrucks eines das Rohr durchfließenden Mediums. Zum einen muss lediglich ein für die gegebenen Bedingungen geeignetes Einschubelement ausgewählt werden, welches einfach in den weitestgehend genormten Träger eingesetzt wird. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Rohr besonders einfach zusammen zu bauen. Das Einschubelement muss lediglich seitlich am Träger und dort koaxial zu ihm angeordnet werden und anschließend in den Träger eingeführt werden. Mit diesem Einschieben geht bereits die Ausbildung der Ringkammer einher, so dass kein separater Fertigungsschritt erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäße Nut kann dabei in der Innenwand des Trägers und/oder in der Außenwand des Einschubelements ausgebildet sein. Fertigungstechnisch ist es von Vorteil, wenn die Nut in der Außenwand des Einschubelements vorgesehen wird. Diese Fläche ist für eine Bearbeitung besonders leicht zu erreichen. Wird das Einschubelement mittels Guss oder ähnlicher Formgebungsprozesse gefertigt, lässt sich die Nut bereits in der Form vorsehen und kann mit ausgeformt werden. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Ringkammer ist somit, dass sie durch Materialeinsparung ausgebildet werden kann.
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Von besonderem Vorteil sind die Mehrzahl von Bohrungen im Einschubelement, da zum Beispiel aus Gründen der Rohrgeometrie an verschiedenen Stellen des Rohrquerschnitts unterschiedliche Geschwindigkeiten vorherrschen können. Durch mehrere, insbesondere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Bohrungen wird der in der Ringkammer vorherrschende Druck über den gesamten Querschnitt gemittelt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind beidseitig der umlaufenden Nut die Außenfläche des Einschubelement umlaufende Dichtung vorgesehen. Beidseitig bedeutet, dass die Dichtungen in Strömungsrichtung vor und hinter der Nut angeordnet sind und den Umfang des Einschubelements ebenfalls vollständig umlaufen. Diese, insbesondere parallel zur Nut angeordneten und ringförmig ausgebildeten Dichtungen dichten die Ringkammer gegenüber Bereichen des Innenraums mit anderen Druckverhältnissen ab und verhindern somit eine Verfälschung der Messergebnisse. Wie bereits für die Nut dargelegt, können auch die Passungen für die Dichtung in der Innenwand des Trägers und/oder in der Außenwand des Einschubelements ausgebildet sein.
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Von besonderem Vorteil ist es wenn das Einschubelement eine erste und eine zweite umlaufende Nut umfasst, wobei die erste Nut mit einem die Wand des Trägers durchdringende ersten Kanal und die zweite Nut mit einem die Wand des Trägers durchdringenden zweiten Kanal verbunden ist. Ein derartiges Einschubelement verbindet auf einfache Weise sowohl den ersten wie auch den zweiten Kanal jeweils mit einer Ringkammer. Die für die Differenzdruckmessung erforderlichen unterschiedlichen Wirkdrücke können hierdurch ohne erhöhten Montageaufwand über jeweils eine Ringkammer abgegriffen werden.
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Natürlich ist es auch durchaus denkbar, die jeweiligen Ringkammern über separate Einschubelement auszubilden, also für jede Ringkammer ein eigenes Einschubelement vorzusehen. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass lediglich ein Einschubelement mit einem der beiden Kanäle zusammenwirkt. Der andere Kanal, der in Strömungsrichtung vor oder hinter dem Einschubelement angeordnet sein kann, verbindet dann auf vorbekannte Weise den Innenraum und die Differenzdruck-Sensorik.
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Das Einschubelement kann auf vielfältige Art und Weise in dem Träger befestigt werden, beispielsweise mittels einer Presspassung. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bildet ein Teilbereich der Innenwand des Trägers einen Sitz für das Einschubelement aus. Hierdurch kann das Einschubelement ohne großen Aufwand passgenau an der erforderlichen Position im Träger eingesetzt werden. Insbesondere wird dadurch die Positionierung bzw. Justage des Einschubelements deutlich erleichtert.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 1 näher beschrieben.
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Die 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Rohr 1. Nicht gezeigt werden hier die Befestigungsmittel, beispielsweise die Flansche, mittels derer das Rohr 1 in ein Leitungssystem integriert ist. Das Rohr 1 umfasst einen rohrförmigen Träger 2 und einen koaxial zum Träger 2 angeordnetes rohrförmiges Einschubelement 3. Das Einschubelement 3 liegt an einer Innenwand 4 des Trägers 2 an. Das Innenprofil 5 des Rohrs 1 wird größtenteils durch das Einschubelement 3 ausgebildet. So bildet das Einschubelement 3 ein Einlassprofil 6 in Form eines sich in Strömungsrichtung S verengenden Konus, einen Einschnürungsbereich 7 und teilweise ein Auslassprofil 8 aus, welches am Ende des Einschubelement 3 im Träger 2 fortgeführt wird. Das Auslassprofil 8 weist die Form eines sich in Strömungsrichtung S öffnenden Konus auf, so dass das hier gezeigte Rohr 1 eine Venturi-Düse ausbildet.
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In Strömungsrichtung S gesehen vor dem Einlaufprofil 5 weist das Einschubelement 3 eine Mehrzahl von radial verlaufenden ersten Bohrungen 9 auf, welche auf einer Achse 10 angeordnet sind, die senkrecht zur Strömungsrichtung S angeordnet ist. Die Bohrungen 9 sind zwischen dem Innenraum der Venturi-Düse und einer in der Außenfläche 11 des Einschubelements 3 ausgebildeten ersten Nut 12 angeordnet und verbinden diese miteinander. Die erste Nut 12 umläuft den gesamten Umfang des Einschubelements 3. Sie formt hierdurch eine Ringkammer aus, deren radial äußere Begrenzung durch die Innenwand 4 des Trägers 2 gebildet ist. Die so gebildete Ringkammer weist eine weitere Öffnung in Form eines ersten Kanals 13 auf, welcher den Träger 2 durchläuft und es ermöglicht, die Ringkammer mit einer hier nicht gezeigten Sensorik des Durchflussmessers zu verbinden. Vorzugsweise ist die Sensorik an der Außenwand des Trägers befestigt. Die Nut 12 wird beidseitig durch zwischen Innenwand 4 des Trägers und Außenwand 11 des Einschubelements 3 angeordnete Dichtringe 14 abgedichtet. Die Dichtringe 14 sitzen jeweils in einer dafür vorgesehenen, in der Außenwand 11 ausgebildeten Ringnute 15.
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Im Bereich der Einschnürung 7 weist das Einschubelement 3 eine Mehrzahl von radial verlaufenden zweiten Bohrungen 16 auf, welche ebenfalls entlang einer senkrecht zur Strömungsrichtung S angeordneten Achse 17 angeordnet sind. Die zweiten Bohrungen 16 münden in einer zweiten Nut 18, welche analog zur ersten Nut 12 ausgebildet ist, also eine dem gemäße zweite Ringkammer ausbildet. Ebenso sind der Nut 18 entsprechende Dichtungen 19 zugeordnet, die in Ringnuten 20 eingepasst sind. Auch die zweite Ringkammer ist über einen den Träger 2 durchlaufenden zweiten Kanal 21 mit der bereits erwähnten Sensorik des Differenzdruckmessers verbindbar.
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Die Innenwand 4 des Trägers 2 und die Außenwand 11 des Einschubelements 3 Weisen einen zu mindestens annähernd radial angeordneten Teilbereich auf, der einen Sitz 22 für das Einschubelement 3 ausbildet.
