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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messrohr, ein Coriolis-Durchflussmessgerät und ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohres für ein Durchflussmessgerät.
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Durchflussmessgeräte werden nach unterschiedlichen Kriterien differenziert. Das weitverbreitetste Differenzierungskriterium ist die Differenzierung nach Messprinzipien. Entsprechend sind z.B. Coriolis-Durchflussmessgeräte, Ultraschall-Durchflussmessgeräte, Thermische Durchflussmessgeräte, Vortex-Durchflussmessgeräte, magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, SAW (surface acoustic wave) – Durchflussmessgeräte, V-Cone Durchflussmessgeräte und Schwebekörper-Durchflussmessgeräte bekannt.
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Ein weiteres Differenzierungsmerkmal ist, ob das Durchflussmessgerät ein Messrohr aufweist oder ob das Durchflussmessgerät auf ein herkömmliche Rohrleitung bzw. Prozessleitung aufgesetzt oder angebaut werden kann, ohne dass der Mediumsfluss innerhalb der Rohrleitung bei der Installation des Durchflussmessgerätes zu unterbrechen. Typische Ultraschallmessgeräte der vorbeschriebenen Art sind sogenannte Clamp-On Ultraschall-Durchflussmessgeräte. Durchflussmessgeräte mit Messrohren werden Inline-Durchflussmessgeräte bekannt.
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Es sind Inline-Durchflussmessgeräte bekannt mit Messrohren, welche einen Liner aufweisen. Diese Durchflussmessgeräte sind vorwiegend als magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte ausgebildet mit einem metallischen Außenrohr und einem Liner. Der Liner als Kunststoffauskleidung am Innenumfang des metallischen Außenrohres wird hierbei benötigt, um eine elektrische Isolation zwischen dem Messmedium und dem Messrohr zu schaffen. Liner können auf unterschiedliche Weise in einem Außenrohr angeordnet werden.
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Ausgehend vom vorbekannten Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, welches einfacher herstellbar ist.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Messrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Ein erfindungsgemäßes Messrohr für ein Durchflussmessgerät weist zumindest ein Stützrohr auf und einen Liner, welcher am Innenumfang des Stützrohres angeordnet ist, wobei die Stützrohrwandung durchgehende Kanäle aufweist.
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Durch die Kanäle ist ein Gas, z.B. Druckluft bei der Herstellung des Messrohres einleitbar. Auf diesem Gaskissen ist der Liner axial leichter in das Messrohr einführbar.
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Alternativ oder zusätzlich kann durch die Kanäle Luft zwischen dem Liner und dem Messrohr evakuiert werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 1 sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Zahl der Kanäle kann je nach Dimensionierung, also Umfang und Länge des Messrohres, beliebig gewählt werden. Es handelt sich um eine Mehrzahl von Kanälen, vorzugsweise mehr als 10, insbesondere mehr als 20.
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Das Stützrohr kann aus einem Material gefertigt sein oder mehrschichtig aufgebaut sein. Im Falle eines mehrschichtigen Aufbaus kann es sich besonders bevorzugt um ein metallisches Außenrohr handeln und eine innere Schicht, welche die mechanische Festigkeit des Liners verbessert und/oder eine bessere Anbindung an das metallische Außenrohr ermöglicht. Entsprechende Sinterschichten, Metallstrukturen oder Gitterstrukturen, welche als innere Schicht in Betracht kommen sind zumindest im Bereich der magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte Stand der Technik.
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Das Stützrohr verleiht dem Messrohr eine Druckstabilität. Es kann je nach Anwendungsbereich aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere aus Stahl, gefertigt sein und mehrere Millimeter Wanddicke aufweisen, beispielsweise 5 bis 50mm Wanddicke. Es sind jedoch auch Messrohre realisierbar, die dicker oder dünner ausgestaltet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Liner eine dünnere Wandstärke auf als das Stützrohr. Der Liner kann vorzugsweise im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt sein. Der Kunststoff kann allerdings in einer bevorzugten Ausführungsvariante auch keramische Zuschlagstoffe, Fasern, oder andere Substanzen aufweisen, welche die mechanische Festigkeit, so z.B. die Kratzfestigkeit des Kunststoffes, verbessern.
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Das Messrohr im Kontext der vorliegenden Erfindung ist als eine Einheit aus Rohr, also dem Stützrohr und dem Liner, und einem Messaufnehmergehäuse zu verstehen. Üblicherweise dient Messaufnehmergehäuse dem Schutz der an oder im Rohr angeordneten Messaufnehmer bzw. Sensoren. Das Messaufnehmergehäuse ist dabei oftmals mit dem Rohr verschweißt oder anderweitig mit diesem Verbunden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Messrohr ein Gehäuse, welches das Stützrohr zumindest bereichsweise in einem Gehäuseinnenraum, vorzugsweise luftdicht, abschließt. Bei dem Gehäuse kann es sich beispielsweise um das vorgenannte Messaufnehmergehäuse handeln. Dieses ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Bauteil des Messrohres zu verstehen. Im besagten Gehäuseinnenraum können die Sensoren angeordnet sein, welche am oder im Stützrohr des Messrohres festgelegt sind.
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Der Liner kann vorzugsweise ein Elastomer, insbesondere ein Gummi, sein Dieses Material entwickelt beim Zusammenpressen vorteilhaft Rückstellkräfte, welche gegen das Stützrohr wirken. Dadurch kann der Liner ohne zusätzliche Befestigungsmittel vor einem axialen Verschieben im Stützrohr geschützt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Liner gegen axiales Verschieben im Stützrohr endständig vorteilhaft eine Bördel aufweisen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante besteht das Stützrohr aus Metall, vorzugsweise aus Stahl.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Liner im Stützrohr auswechselbar angeordnet. Ein derartiger Liner wird auch Einschubliner genannt. Es weist lediglich eine kraftschlüssige Verbindung auf, jedoch keine chemische Verbindung oder Schmelzverbindung mit dem Stützrohr. Liner welche als flüssiger Gießharz in das Messrohr eingebracht werden fallen daher nicht unter die Definition eines Einschubliners.
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Das Verhältnis der Wanddicke des Liners zu Rohrdurchmesser beträgt vorteilhaft weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere weniger als 1% beträgt.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Durchflussmessgeräts, welches ein Messrohr mit einem Stützrohr aufweist, welches eine Rohrwandung mit darin angeordneten Kanälen aufweist, wird ein Gas, insbesondere Druckluft, in ein Stützrohr durch die Kanäle eingeblasen und während dieses Vorgangs ein Liner im Lumen des Stützrohres positioniert. Zum Betrieb des Durchflussmessgerätes wird das Gas aus den Kanälen wieder vakuummiert und der Liner liegt so fest an der Stützrohrwand an.
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Erfindungsgemäß kann das Messrohr bei Coriolis-Durchflussmessgeräten verwendet werden. Bei diesem Typ von Durchflussmessgeräten kann durch einen formschlüssig an der Stutzwand anliegenden Liner ein besseres Schwingverhalten der Messrohre gegenüber einem nicht eng anliegenden Liner erreicht werden.
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Die Kanäle können somit sowohl zum Absaugen von Gas aus den Zwischenräumen zwischen Stützrohr und Liner genutzt werden, als auch bei der Herstellung das Einblasen von Druckgas ermöglichen. Beide Funktionen können selbstverständlich kombiniert werden
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Ebenfalls sind so Wasserschläge, die beim schnellen Schliessen eines Absperrventiles vor dem Messgerät, während Medium durch das Messrohr fliesst, ohne dass der Liner zwangsläufig kollabiert, zu verkraften. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zum Absaugen von Gas aus dem Zwischenraum sollte ein Unterdruck oder ein Vakuum anliegen. Dieses Vakuum oder der Unterdruck zwischen dem Stützrohr und Liner kann vorteilhaft während dem Betrieb, also dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Durchflussmessgerätes, beibehalten werden.
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Es ist von Vorteil, sofern der Liner in sterilem Zustand eingesetzt wird. Dies ist besonders für Anwendungen im Lebensmittel- und Medizinbereich bevorzugt.
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Als Gas im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein gasförmiges Fluid zu verstehen. Gasgemische, insbesondere Luft, sind dabei als ein entsprechendes Gas zu verstehen.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail näher erläutert. Es zeigt:
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1 schematische Darstellung einer Durchflussmessgerätes mit Liner.
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Der Aufbau von Coriolis-Durchflussmessgeräte ist an sich bekannt. Die Anmelderin stellt seit mehreren Jahrzehnten entsprechende Coriolis-Durchflussmessgeräte unter dem Namen „Promass“ her.
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Coriolis-Durchflussmessgeräte der gattungsgemäßen Art sind aus der
EP0749006 B1 , aus der
EP0849568 B1 oder aus der
WO99/51946 A1 bekannt, auf welche bezüglich des Aufbaus eines Coriolis-Durchflussmessgerätes in vollen Umfang Bezug genommen wird.
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1 zeigt ein mediumsführendes Stützrohr 1 eines Messrohres 6 z.B. eines Coriolis-Durchflussmessgerätes, welches Stützrohr eine Messrohrachse A aufweist und vorzugsweise als Metallrohr ausgebildet ist und welches in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Entsprechende Sensorelemente, die je nach Messprinzip unterschiedlich ausgebildet sind, sind vorhanden jedoch in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das mediumsführende Stützrohr 1 weist Kanäle in Form von Bohrungen 3 auf, welche radial zur Messrohrachse A in der Messrohrwandung des Stützrohres 1 eingebracht sind. Unabhängig vom Bohren können die Kanäle auch in anderer Weise in das Stützrohr 1 eingebracht sein. Die Kanäle sind durchgehend in der Stützrohrwandung, das heißt sie verlaufen vom Außenumfang bis zum Innenumfang durch die Wandung des Stützrohres.
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Die Bohrungen 3 sind vorzugsweise nicht größer als ein Drittel der Liner-Dicke. Sie dienen dem Einleiten von Luft von außen in das Stützrohr 1 und vakummieren von Luft aus dem Spalt zwischen Stützrohr und Liner. Ein Gehäuse 2 umschließt das Stützrohr 1 vorzugsweise luftdicht. Das Gehäuse 2 weist zumindest eine Einlassöffnung 4 auf, in welches Luft einleitbar ist.
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Das Gehäuse 2 ist ein optionales Bauteil des Messrohres. Es kann lediglich während der Herstellung um das Stützrohr 1 herum angeordnet sein oder ggf. zugleich das Gehäuse des Messaufnehmers eines Coriolis-Durchflussmessgerätes bilden.
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Am Innenumfang des mediumsleitenden Stützrohres 1 ist ein Kunststoff-Liner 5 angeordnet, die keine oder zumindest wesentlich weniger Bohrungen aufweist. Bohrungen können vereinzelt, z.B. zum Anbringen entsprechender Elektroden, im Liner angeordnet sein. Der Kunststoff-Liner kann je nach Anwendung gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der Kunststoffliner aus einem Elastomer, insbesondere aus einem Gummi bestehen.
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Die Verwendung eines Liners 5 in einem Messrohr ist aus vielerlei Gründen vorteilhaft, wobei sich das jeweilige Material aus dem Anwendungszweck bestimmt.
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Der Liner 5 ist vorzugsweise auswechselbar. Dies kann z.B. dadurch ermöglicht werden, dass der Liner lediglich aufgrund von Rückstellkräften gegen das Stützrohr 1 gedrückt wird. Sofern eine Auswechslung des Liners 5, z.B. im Fall von Abrasion oder Verkeimung, erwünscht ist, so kann Luft durch die Bohrungen eingeblasen werden, wodurch sich ein Luftkissen zwischen dem Liner 5 und dem Messrohr 1 bildet. Anschließend kann der Liner 5 axial aus dem Stützrohr 1 ausgeführt und durch einen neuen Liner ersetzt werden.
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Eine Herstellung eines Messrohres 1 kann beispielsweise wie folgt realisert werden. Ein Stützrohr 1 mit einer Messrohrachse A wird mit einem Gehäuse 2 umgeben. In axialer Richtung wird ein Liner 5, beispielsweise ein Gummiliner, in das Stützrohr 1 eingeführt.
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Der Liner 5 kann aus einem beliebigen Kunststoff bestehen, jedoch besonders bevorzugt ein Gummi-Liner sein. Er ist vorzugsweise formstabil und rohrförmig aufgebaut und weisst einen Außenumfang auf, welcher dem Innenumfang des Stützrohres 1 entspricht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann der Liner während des Herstellungsverfahrens endständig einseitig geschlossen sein, so dass er mit einem Stab oder dergleichen in das Stützrohr 1 einführbar ist und dirigiert werden kann, wobei der Stab in die Vorschubrichtung gedrückt wird. In seiner normalen Form würde der Liner 5 in seiner Bewegung gehindert werden, da er derart ausgestaltet ist, dass sein Außenumfang gleich oder geringfügig größer als der Innenumfang des Stützrohres sein kann. Das Messrohrmaterial ist allerdings ein starreres Material als das Linermaterial, so dass der Liner in gewissen Grenzen verformbar und insbesondere in seinem Umfang komprimierbar ist. Durch die Bohrungen 3 in der Messrohrwandung des Messrohres 1 wird bei der Herstellung und/oder bei der Auswechslung des Liners 5 Luft wie Druckluft oder ein beliebiges anderes Gas in den Innenraum des Liners geblasen, wodurch sich zwischen dem Liner und dem Stützrohr ein Luftraum bzw. ein Luftkissen ausbildet. Durch die Luft wird zugleich der Liner zusammengepresst und ist einfacher in das Stützrohr einführbar. Zur Festlegung des Liners genügt es die Gasbeaufschlagung abzulassen, wodurch der Liner expandiert. Unterstützend kann der Innenraum des mit Liner ausgekleideten Stützrohres mit Druckluft oder einem anderen Gas druckbeaufschlagt werden und/oder der Gehäuseraum außerhalb des Stützrohres mit Unterdruck oder Vakuum versehen werden. Dadurch wird der Liner 5 gegen das Stützrohr 1 gepresst und mechanisch mit diesem verbunden.
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Sofern das Linermaterial ein Elastomer ist, kann der Liner zusätzlich Rückstellkräfte ausbilden, welche radial gegen den Innenumfang des Stützrohres wirken.
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Zusätzlich kann der Liner eine axiale Fixierung erfahren indem der Liner endständig nach außen gebördelt wird.
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Das mit Liner 5 versehene Messrohr ist insbesondere für Coriolis-Durchflussmessgeräte geeignet, da bei diesem Typ von Durchflussmessgeräten kann durch einen formschlüssig an der Stutzwand anliegenden Liner ein besseres Schwingverhalten der Messrohre gegenüber einem nicht eng anliegenden Liner erreicht werden.
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Ebenfalls sind so stärkere Wasserschläge, die beim schnellen Schliessen eines Absperrventiles vor dem Messgerät, während Medium durch das Messrohr fliesst, ohne dass der Liner zwangsläufig kollabiert, ohne negativen Einfluss auf die Messung möglich.
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Bei chemisch-agressiven und/oder abrasiven Medien ist ein Austausch des Liners besonders von Vorteil. Bei medizinischen oder hygienisch kritischen Anwendungen ist die Verwendung von sterilen, wechselbaren Linern besonders von Vorteil.
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Das Linermaterial kann aus Kunststoff gefertigt sein. Es kann jedoch auch Zuschlagstoffe, wie z.B. Hartstoffe aufweisen, welche die Abrasionsfestigkeit des Materials weiter verbessern. Typische Hartstoffe sind Nitride, Carbide und Oxide, wie z.B. Bornitrid, Siliziumcarbid oder Aluminiumoxid. Ebenfalls möglich Einlagerungen im Liner sind Armierungen, vorzugsweise in Form von Fasern, insbesondere von Glas- oder Metallfasern.
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Es ist besonders von Vorteil, wenn der Liner aus diffusionsfestem Material besteht. Hierzu kann der Kunststoff auch vorteilhaft diffusionsverringernde Mittel aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stützrohr
- 2
- Gehäuse
- 3
- Bohrungen/Kanäle
- 4
- Einlassöffnung
- 5
- Liner
- 6
- Coriolis-Messrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0749006 B1 [0030]
- EP 0849568 B1 [0030]
- WO 99/51946 A1 [0030]
