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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein ein Messschutzrohr zur Aufnahme eines Sensors zur Messung einer physikalischen Größe, insbesondere einer Temperatur, wobei das Messschutzrohr einen rohrförmigen Sensorteil umfasst, der in seinem Inneren einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, aufnehmen kann. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fügen eines mehrteiligen Messschutzrohrs zur Aufnahme eines Sensors zur Messung einer physikalischen Größe, insbesondere einer Temperatur.
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Die Erfindung betrifft damit ein Erfassungssystem für eine physikalische Größe, wobei ein Messschutzrohr, das dichtend in einen Prozess eintauchbar ist, besonders gegen aggressive Medien und Abrieb geschützt wird und möglichst nah an den Prozess herangeführt werden kann.
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STAND DER TECHNIK
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Grundsätzlich ermöglichen Schutzrohre den Einsatz von Sensoren, insbesondere Temperaturfühlern in aggressiven Medien. Sie dichten einen Prozess zum Sensor hin ab und halten die aggressiven Medien sowie hohe Drücke und Fließgeschwindigkeiten vom Sensor fern.
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Aus
DE 603 10 302 T2 ist ein Schutzrohr für ein Thermoelement bekannt, das in einer oxidierenden oder korrodierenden Atmosphäre zur Messung hoher Temperatur verwendet wird. Das hier offenbarte Schutzrohr umfasst einen hohlen zylinderförmigen Körper aus pyrolytischem Bornitrid mit einer Beschichtungsschicht aus pyrolytischem Kohlenstoff, Kohlenstoff enthaltendem pyrolytischem Bornitrid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid, die auf einer äußeren Oberfläche des zylinderförmigen Körpers ausgebildet ist. Während das aus
DE 603 10 302 T2 bekannte Schutzrohr gegen Belastungen des Sensors in oxidierenden oder korrosiven Atmosphären geeignet sein mag, ist es für den Einsatz in anderen aggressiven Medien und insbesondere in abrasiven Prozessen ungeeignet.
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Aus
DE 101 06 476 C1 ist eine Temperaturmessanordnung für den Einsatz in chemisch aggressiven Medien und bei Temperaturen von über 1000°C bekannt. Der Temperatursensor ist in einem elektrisch isolierenden Material aufgenommen, das von einem glasartigen Kohlenstoff in Form eines Schutzüberzugs überzogen ist. Der glasartige Kohlenstoff als äußerste Schutzschicht ist korrosionsbeständig, gas- und flüssigkeitsdicht sowie temperaturbeständig und kann daher auch in Medien wie Säuren und Laugen eingesetzt werden. Auch glasartiger Kohlenstoff ist jedoch für den Einsatz in vielen aggressiven Medien und insbesondere in abrasiven Prozessen ungeeignet.
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Besonders für den Einsatz eines Sensors in einem abrasiven Prozess, in dem also der Sensor und damit das den Sensor schützende Messschutzrohr stark abrasiven Prozessen ausgesetzt ist, beispielsweise zur Temperaturmessung in einem Hochgeschwindigkeits-Gasstrom mit im Gasstrom geführten Partikeln, sind die aus dem Stand der Technik bekannten Messschutzrohre nachteilig, da sie einen sehr hohen Verschleiß haben und somit nicht dauerhaft einsetzbar sind.
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Lösung für ein Messschutzrohr zur Messung einer physikalischen Größe, insbesondere einer Temperatur, zu schaffen, welches für besonders aggressive Medien und in abrasiven Medien geeignet ist und dort insbesondere höhere Standzeiten als herkömmliche Schutzrohre hat. Darüber hinaus soll ein Aufbau geschaffen werden, welcher besonders günstig zu fertigen und vorzugsweise leicht und individuell austauschbar ist.
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Ferner besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein effizientes Verfahren zum Herstellen eines solchen Messschutzrohrs bereitzustellen.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die obigen Aufgaben der Erfindung werden durch das Messschutzrohr nach Anspruch 1 oder das Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein Messschutzrohr zur Aufnahme eines Sensors zur Messung einer physikalischen Größe vorgesehen, das einen rohrförmigen Sensorteil, der in seinem Inneren einen Sensor aufnehmen kann und als ein zentrales Trägerrohr ausgebildet ist, welches zumindest teilweise von einem Außenrohr umschlossen ist. Dabei weist das Außenrohr eine erste Härte von bis zu mehr als 5 HV 10 [GPa] auf und das Trägerrohr weist eine zweite Härte von bis zu 5 HV 10 [GPa] auf.
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Als ”Messschutzrohr” wird im vorliegenden Zusammenhang ein Rohraufbau angesehen, welcher einen Messfühler oder Sensor, beispielsweise zum Messen der Temperatur, aufnehmen kann, dessen Messleitungen nach außerhalb des Messschutzrohrs geführt sind. Das Messschutzrohr ist hierbei einseitig in Richtung des Prozesses, d. h. des aggressiven/abrasiven Mediums verschlossen.
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Die zu messende physikalische Größe ist insbesondere eine Temperatur, kann jedoch auch ein Druck, eine Strömungsgeschwindigkeit oder eine andere physikalische Größe sein.
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Der Sensorteil ist so bemessen und geformt, dass ein Sensor darin aufgenommen werden kann. Dieser Sensor kann je nach zu messender physikalischer Größe unterschiedlich gestaltet sein und sowohl unterschiedliche Abmessungen als auch unterschiedliche Formen haben.
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Das Trägerrohr kann bevorzugt im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein, wobei es aber auch möglich ist, dass das Trägerrohr eine Konizität aufweist oder gebogen oder geknickt ist. Ferner kann das Trägerrohr eine kreisförmige Grundfläche, bevorzugt eine modifizierte kreisförmige Grundfläche aufweisen. Unter einer modifizierten kreisförmigen Grundfläche ist dabei eine globale Kreisform mit lokalen Änderungen der Kreisform zu verstehen. Bei diesen Änderungen kann es sich beispielsweise um Ausnehmungen oder Vorsprünge entlang des Umfangs des Kreises handeln, die beispielsweise für eine formschlüssige Verbindung des Trägerrohrs mit dem Außenrohr eingesetzt werden können oder es dem Sensor erleichtern, die physikalische Größe zu messen. Neben Kreisen können auch andere Grundformen wie Ellipsen oder Polygone oder Mischformen aus diesen Grundformen für das Trägerrohr eingesetzt werden.
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Dass das Trägerrohr teilweise von dem Außenrohr umschlossen ist bedeutet insbesondere, dass das Außenrohr über einen Abschnitt der Grundfläche des Rohres vorgesehen ist und sich entlang einer Längsachse des Trägerrohrs über das gesamte Trägerrohr oder einen Teil des Trägerrohrs erstreckt. Insbesondere, wenn eine einseitige Belastung des Trägerrohrs, beispielsweise nur auf einer Stromaufseite des Trägerrohrs, durch ein abrasives oder aggressives Medium zu erwarten ist, kann das Trägerrohr nur oder verstärkt auf dieser Seite von dem Außenrohr umschlossen sein. Bevorzugt wird das Trägerrohr aber über den gesamten Umfang von dem Außenrohr umschlossen und dies vorzugsweise so weit entlang der Längsachse des Trägerrohrs, wie das Messschutzrohr dem aggressiven Medium ausgesetzt werden soll. Grundsätzlich kann das Außenrohr als eine reine Vergrößerung der Außenform des Trägerrohrs ausgebildet sein, wobei das Außenrohr aber auch eine andere Außenform aufweisen kann als das Trägerrohr. Beispielsweise kann das Außenrohr über den Umfang des Messschutzrohrs unterschiedliche Dicken und unterschiedliche Formen aufweisen.
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Dass das Außenrohr härter als das Trägerrohr ausgebildet ist bedeutet, dass das Außenrohr eine größere Härte als das Trägerrohr aufweist. Die Härte des Trägerrohrs und des Außenrohrs kann dabei wie folgt bestimmt werden: Die erste Härte von bis zu maximal 5 HV 10 [GPa] und die zweite Härte von mehr als 5 HV 10 [GPa] ist jeweils eine Vickershärte, die nach den hierfür üblichen Bestimmungsverfahren, insbesondere nach EN ISO 6507-1: 2005 bis EN ISO 6507-4: 2005, bestimmt wird. Die Prüfkraft bei der Bestimmung der Vickershärte beträgt dabei 98,0665 N (10 Kilopond). Die Einheit der Härte beträgt hierbei jeweils Gigapascal.
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Bevorzugt liegt die erste Härte zwischen mindestens 2 HV 10 [GPa] und maximal 5 HV 10 [GPa]. Bevorzugt liegt die zweite Härte zwischen mehr als 5 HV 10 [GPa] und maximal 25 HV 10 [GPa].
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Außenrohr aus mehreren Teilen zusammengefügt, die an dem Trägerrohr festgelegt sind. Diese Ausführung gestattet es besonders leicht, dass auch einzelne Teile je nach Verschleiß ausgetauscht werden können. Darüber hinaus ist es möglich, das Außenrohr anwendungsbezogen auf das Trägerrohr aufzubringen, so dass eine modulare Herstellung des Messschutzrohres ermöglicht wird.
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Dabei wird ferner bevorzugt, dass zumindest einer der Teile des Außenrohrs über Formschluss, insbesondere über eine Schwalbenschwanzbefestigung, mit dem Trägerrohr verbunden ist.
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Formschluss bedeutet hierbei, dass der zumindest eine Teil des Außenrohrs durch das Ineinandergreifen des Teils des Außenrohrs mit einem Teil des Trägerrohrs an diesem befestigt ist. Dadurch können sich der Teil des Außenrohrs und das Trägerrohr auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Anders ausgedrückt ist bei der bevorzugten formschlüssigen Verbindung der eine Verbindungspartner dem anderen im Weg. Außerdem kann das Außenrohr oder Teile hiervon aber auch durch Kraftschluss, beispielsweise durch Aufschrumpfen oder Klemmen, oder Stoffschluss, beispielsweise durch Verlöten, Schweißen oder Kleben an dem Trägerrohr festgelegt sein.
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Eine bevorzugte Form des Formschlusses ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Schwalbenschwanzbefestigung, bei der eine Nut, bevorzugt mehrere, insbesondere vier Nuten mit trapezförmigem Querschnitt im Trägerrohr vorgesehen sind, in die entsprechend trapezförmig ausgebildete Vorsprünge an dem Außenrohr oder Teilen des Außenrohrs beispielsweise längs der Längsachse des Trägerrohrs eingeschoben und dadurch zumindest in radialer Richtung des Trägerrohrs formschlüssig festgelegt sind. Andere Arten des Formschlusses sind jedoch auch verwendbar.
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Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Außenrohr einstückig ausgebildet ist.
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Mit Vorteil sind die Teile des Außenrohrs aus vollen Rohrabschnitten, halben Rohrabschnitten oder geviertelten Rohrabschnitten aufgebaut und an Fügestellen zueinander überdeckend angeordnet.
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In diesem Zusammenhang sind volle, halbe und geviertelte Rohrabschnitte als volle, halbe oder geviertelte Zylinderformen zu verstehen. Ein voller Rohrabschnitt ist also ein zu dem Trägerrohr passend dimensionierter und geformter Teil eines Rohrs, der einen geschlossenen Umfang und ein oder zwei offene axiale Enden aufweist. Bei einem halben Rohrabschnitt handelt es sich um ein Element, dass sich nur über die Hälfte des Umfangs des Trägerrohrs erstreckt, so dass zwei solche halben Rohrabschnitte an derselben axialen Position des Trägerrohrs angeordnet werden müssen, um einen vollen Rohrabschnitt zu bilden. Analog handelt es sich bei einem geviertelten Rohrabschnitt um ein Element, dass sich nur über ein Viertel des Umfangs des Trägerrohrs erstreckt, so dass vier solche geviertelten Rohrabschnitte an derselben axialen Position des Trägerrohrs angeordnet werden müssen, um einen vollen Rohrabschnitt zu bilden. Je nach Form des Trägerrohrs und/oder des Außenrohrs können die Rohrabschnitte auf Grundlage eines Kreises, einer Ellipse, eines Polygons oder einer Mischform als Grundform des Trägerrohres oder des Außenrohres ausgebildet sein.
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Unter einer Fügestelle wird im vorliegenden Zusammenhang eine Stelle verstanden, an der einzelne Teile des Außenrohrs aneinanderstoßen.
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Bei einem bevorzugten Messschutzrohr ist an einem verschlossenen Ende des Trägerrohrs über Formschluss ein Frontteil festgelegt und an einem dem verschlossenen Ende gegenüberliegenden Ende ein Bauelement oder ein Spannelement vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, ein Teil oder mehrere Teile, bevorzugt alle übrigen der Teile des Außenrohrs, nach einer Montage der Außenrohrteile so positioniert zu halten, dass das Frontteil gegen Verschieben fixiert ist.
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Dabei kann das Spannelement eine Federkraft auf die Teile des Außenrohrs ausüben, um eine Vorspannung auf die Teile anzulegen. Daneben kann durch das Spannelement oder Bauelement auch ein reines Sperren einer Bewegung der Teile des Außenrohrs bewirkt werden, so dass das Frontteil sich nicht lösen kann, nachdem die Außenrohrteile am Trägerrohr montiert sind.
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Bevorzugt ist das Trägerrohr aus einem elastischen Stahl oder einer Stahllegierung gefertigt. Insbesondere kann das Trägerrohr aus einem Edelstahl, beispielsweise aus einer Chrom-Nickel-Legierung mit einer Härte von zwischen 2 HV 10 [GPa] und 5 HV 10 [GPa], ausgebildet sein. Es können aber auch andere Materialien für die Herstellung des Trägerrohrs eingesetzt werden, wie zum Beispiel Nickel-Basis-Legierungen, hier sei als Beispiel INCONEL genannt.
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Das Außenrohr ist dabei aus einem härteren Werkstoff, insbesondere aus einem Hartmetall oder einer Ingenieurkeramik oder einem Verbundwerkstoff gefertigt. Mit Vorteil ist das Außenrohr zumindest teilweise aus Bornitrid, Tantal, Wolfram, Wolframkarbid, Titan, Hastelloy, Zirkonium, Silizium-karbid, Silizium-nitrid, Aluminiumoxid oder einer Hartkeramik oder aus einer Kohlenstoffmatrix oder einer Metallmatrix oder keramikfaserverstärktem Metall oder Saphir oder Rubin gefertigt. Diese Materialien haben sich als besonders widerstandsfähig in vielen aggressiven Umgebungen, insbesondere auch in abrasiven Prozessen erwiesen.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Hartmetall eine Legierung aus einem metallischen Hartstoff oder mehreren metallischen Hartstoffen (Karbide) und einem Bindemetall oder mehreren Bindemetallen verstanden. Zu den metallischen Hartstoffen zählen insbesondere Wolframkarbid (WC), Titankarbid (TiC), Tantalkarbid (TaC), Chromkarbid (CrC). Bindemetalle können insbesondere Kobalt (Co), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Nickel-Chrom (NiCr) sein. Besonders bevorzugt wird auch die Kombination aus Wolframkarbid und Kobalt (WC + Co).
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Typischerweise hat das Außenrohr oder Teile hiervon eine Härte von zwischen mehr als 5 HV 10 [GPa] und maximal 25 HV 10 [GPa]. Die Härte des Außenrohrs wird ebenfalls gemäß dem oben beschriebenen Messverfahren bestimmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Außenrohr zumindest teilweise durch selektives Laserschmelzen aus Pulver oder durch Drahterodierschneiden oder durch Sintern aus einem vorgeformten Rohling hergestellt. Es ist dabei möglich, das gesamte Außenrohr oder einzelne Teile, im Fall eines mehrteilig aufgebauten Außenrohrs, durch die genannten Verfahren herzustellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Messschutzrohr einteilig durch selektives Laserschmelzen oder Pulversintern hergestellt, wobei hierbei insbesondere ein Schichtaufbau zumindest zwei unterschiedliche Materialien aufweist, wobei das innere der Materialien weicher und/oder elastischer als das äußere der Materialien ist.
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Unter einem weicheren Material wird ein solches Material verstanden, dessen Härte kleiner als diejenige eines Vergleichsmaterials ist. Die Härte wird hierbei wie oben ausgeführt bestimmt.
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Ein elastischeres Material ist eines, dessen Elastizität größer als diejenige eines Vergleichsmaterials ist. Zur Bestimmung der Elastizität kann im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung das folgende Messverfahren eingesetzt werden:
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Fügen eines mehrteiligen Messschutzrohrs zur Aufnahme eines Sensors zur Messung einer physikalischen Größe umfasst die folgenden Schritte: (i) Bereitstellen eines zentralen Trägerrohrs aus einem Stahlwerkstoff oder einem Nickel-Basis-Werkstoff mit einem rohrförmigen Sensorteil zur Aufnahme eines Sensors, (ii) Bereitstellen eines Außenrohrs, welches ein- oder mehrteilig ausgebildet ist, (iii) Fügen des Außenrohrs auf eine Außenseite des Trägerrohrs und (iv) Festlegen des Außenrohrs an dem Trägerrohr.
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Auf diese Weise ist es möglich, ein wirksames und individuell anpassbares Messschutzrohr auf besonders effiziente Weise bereitzustellen. Je nach gewünschtem Einsatzzweck des Messschutzrohres ist es möglich, verschiedene Außenrohre an das Trägerrohr zu fügen. Dadurch ist ein modulares Zusammensetzen des Messschutzrohrs möglich, was zu einer deutlichen Kostenreduktion bei der Herstellung einer breiten Palette von verschiedenen Messschutzrohren führt.
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Bevorzugt sind das Teil oder die Teile des Außenrohrs über Formschluss an dem Trägerrohr befestigt, wie auch oben im Zusammenhang mit der Beschreibung des Messschutzrohrs aufgezeigt ist. Weiter bevorzugt überlappen sich die Teile des Außenrohrs nach einer Montage deckend. Dies erlaubt eine besonders sichere Verbindung der einzelnen Außenrohrteile miteinander, so dass ein Verschleiß des Trägerrohrs auch im Bereich der Fügestellen zwischen benachbarten Außenrohrteilen wirkungsvoll unterbunden werden kann.
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Weiter bevorzugt wird ein Frontteil des Außenrohrs über Formschluss in einer Bewegung, insbesondere in einer Nut mit Formschluss, quer zu einer Längsachse des Trägerrohrs an dem Trägerrohr befestigt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung des Außenrohrs als an einem Ende verschlossener Zylinder oder Kegel.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Messschutzrohrs in einem noch nicht zusammengesetzten Zustand.
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2A zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform als Explosionsdarstellung.
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2B zeigt ein Beispiel von Teilen eines Außenrohrs und wie diese Teile an einem Trägerrohr angebracht werden können.
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2C zeigt eine Schnittdarstellung eines Trägerrohrs mit teilweise darauf festgelegtem Außenrohr.
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2D zeigt eine Variante einer Ausgestaltung des Außenrohrs, bei der eine überlappende Fügestelle realisiert ist.
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2E zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, in der ein Frontteil des Außenrohrs an dem Trägerrohr angebracht ist.
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3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Teils des Außenrohrs, das sich besonders für einen Einsatz in abrasiven Prozessen eignet.
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4 zeigt eine Ausführungsform eines mehrteiligen Außenrohrs mit Frontteil.
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5A zeigt eine Ausführungsform eines Trägerrohrs oder Schutzrohrs mit umfangseitig umlaufenden Nuten.
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5B zeigt eine Schnittdarstellung des Träger- oder Schutzrohrs aus 5A.
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6 zeigt eine Einbausituation eines bevorzugten Messschutzrohrs in einem abrasiven Prozess.
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7 zeigt eine weitere Einbausituation eines bevorzugten Messschutzrohrs in einem Prozess.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende Figurenbeschreibung illustriert mehrere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Dabei werden gleiche oder entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen und eine wiederholende Beschreibung weitgehend vermieden.
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1 zeigt ein Trägerrohr 10, das einen Sensor, beispielsweise einen Temperaturfühler, aufnehmen kann. Elektrische Leitungen 14 des Sensors zum Versorgen des Sensors mit Energie und/oder zur Signalübermittlung vom Sensor und ein Flansch 12 zum Befestigen des Trägerrohrs 10 an einer Halterung sind in 1 links dargestellt und befinden sich an einem Ende des Trägerrohrs 10. Der Flansch 12 ist mit dem Trägerrohr 10 verbunden oder einstückig hiermit ausgeführt. In 1 rechts dargestellte Rohrabschnitte 16a, 16b, 16c, die auch als „Rohrsegmente” bezeichnet werden können, werden zur Herstellung des Messschutzrohrs über das Trägerrohr 10 geschoben und mit einem Endstück 18, das bevorzugt durch einen Stift 20 am Trägerrohr 10 festgelegt ist, in einer axialen Richtung des Trägerrohrs 10 fixiert. In einer anderen Ausführungsform kann das Schutzrohr als ganzes Bauteil, d. h. nicht in Abschnitten, ausgelegt sein.
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2A zeigt eine Explosionsansicht eines weiteren Trägerrohrs 10, das einen Sensor aufnehmen kann und auf seiner Mantelfläche schwalbenschwanzförmige Nuten 30 entlang der Längsrichtung des Trägerrohrs 10 aufweist. Die elektrischen Leitungen 14 des Sensors, eine Schraubenmutter 22 und ein Sicherungsring 24 sind links unterhalb und oberhalb des Trägerrohrs 10 dargestellt und dienen der Befestigung der Panzerung auf dem Trägerrohr. Weiterhin ist das Trägerrohr 10 an einem Ende seiner Mantelfläche mit einem Gewinde 23 ausgestattet. Unter Verwendung der Schraubenmutter 22 kann das Trägerrohr 10 befestigt und/oder das Außenrohr auf dem Trägerrohr 10 fixiert werden, wie nachfolgend erläutert wird.
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In dieser Ausführungsform der Erfindung werden Elemente 26, die mit zu den Nuten 30 passenden, schwalbenschwanzförmigen Vorsprüngen versehen sind, mit diesen in die Nuten 30 des Trägerrohrs 10 eingeschoben und damit formschlüssig am Trägerrohr 10 festgelegt. Die Elemente 31 müssen hierbei kein geschlossenes Rohr bilden. Auf eine innige Verbindung der einzelnen Elemente 31 miteinander, so dass eine geschlossene Hülle eines Rohrs entsteht, kommt es vorliegend nicht an. Es sind insbesondere auch Elemente 31, die ausschließlich durch das Trägerrohr 10 zusammenhalten und dadurch in der Form eines Rohres gehalten werden, als ein Außenrohr bildende Elemente 31 zu verstehen. Somit wird auch eine Vielzahl von Elementen 31, die im montierten Zustand als „rohrförmig” aufgefasst werden können, als (Außen-)Rohr verstanden. Rohrteile oder Teile von Rohren bezeichnen sowohl Elemente 31 eines Rohrs, als auch Rohrabschnitte oder Rohrsegmente.
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Eine Endkappe 18, die im vorliegenden Text auch als „Schlussstück” oder als „Frontteil” bezeichnet werden kann, wird mittels Formschluss in einer stirnseitigen oder frontseitigen Nut 32 angebracht. Die Endkappe 18 wird bevorzugt dadurch fixiert, dass die Elemente 31 durch Festziehen der Schraubenmutter 22 auf dem mit dem Gewinde 23 versehenen Abschnitt des Trägerrohrs 10 zur Endkappe 18 verschoben werden. Diese Verschiebung der Elemente 31 verursacht eine formschlüssige Verbindung zwischen Trägerrohr 10, Elementen 31 und Endkappe 18, wobei die Endkappe 18 insbesondere formschlüssig mit dem Trägerrohr 10 und den die Endkappe kontaktierenden Elementen 31 verbunden sein kann. Alternativ und zusätzlich ist es auch möglich, dass eine Verbindung zwischen Endkappe 18 und den diese kontaktierenden Elementen 31 durch Kraftschluss aufrechterhalten wird. Zum Schluss kann der Zusammenbau aus 2A mittels eines Sicherungsrings 24, der beispielsweise als Schraubring oder als geschlitzter Drahtring ausgebildet sein kann, am der Endkappe 18 gegenüberliegenden Ende fixiert werden.
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Es ist auch denkbar, dass auf einer Seite des Trägerrohrs 10, die einer Anströmung des Trägerrohrs 10 durch das Prozessmediums entgegengerichtet ist, verstärkte Elemente 31 oder spezielle, z. B. spitz angeformte oder aufgedickte Elemente montiert werden und so die Standzeit des Messschutzrohrs weiter erhöhen.
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2B zeigt ein Trägerrohr 10 und eine schwalbenschwanzförmige Nut 30, in die ein Element 26a eingeführt ist. Das Element 26a, das im oberen Bereich der 2B perspektivisch dargestellt ist, weist eine im Wesentlichen plane Oberfläche sowohl auf seiner dem Trägerrohr 10 zugewandten Seite als auch auf der vom Trägerrohr 10 abgewandten Seite auf. Weiterhin ist eine zweite Ausführungsform eines Elementes 26b dargestellt, das sich von dem Element 26a dadurch unterscheidet, dass seine dem Trägerrohr 10 zugewandte Seite einer Krümmung des Trägerrohrs 10 angepasst und somit konkav gewölbt ist.
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2C zeigt die Ausführungsform aus 2A und illustriert, wie ein äußeres Element 26c durch Formschluss im Zusammenwirken mit einer der Nuten 30 auf dem Trägerrohr 10 befestigt ist.
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Das Element 26c ist als geviertelter Rohrabschnitt ausgelegt. Daneben ist eine Schnittansicht eines bevorzugten Messschutzrohrs gezeigt.
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Am Trägerohr 10, das vier sich im Wesentlichen längs der Längsrichtung des Trägerrohrs 10 erstreckende und ein in der in 2C abgebildeten Schnittansicht abgebildetes Schwalbenschwanzprofil bildende Nuten 30 aufweist, ist eine weitere Ausführungsform von äußeren Elementen 26d festgelegt. Die Elemente 26d aus dem rechten Teil von 2C überlappen miteinander an einer Stoßstelle 13, die im vorliegenden Text auch als „Fügestelle” bezeichnet wird, und schützen das Trägerrohr 10 so besonders sicher vor abrasiven Bestandteilen eines Prozesses, die ansonsten durch geradlinig und radial verlaufende Spalte zwischen benachbarten Teilen oder Elementen auf das Trägerrohr 10 treffen könnten. Eine Ähnliche Geometrie der Stoßstelle oder Fügestelle 13 der Elemente 26d ist auch in 2D abgebildet.
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2D zeigt eine Aufsicht eines Trägerrohrs 10, auf dem ein Element 26d montiert ist. Weiterhin ist das Element 26d zur Verdeutlichung der Bauform und der sich in einem fertig montierten Zustand überlagernden Bereiche einzeln dargestellt.
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Das Element 26d weist hierfür insbesondere eine nichtlineare, gestufte Geometrie an seinen Rändern auf, welche die Stoßstellen oder Fügestellen 13 zu benachbarten Elementen ausbilden. Auch ist möglich dass die Ränder der Elemente 26d so ausgebildet sind, dass sich benachbarte Elemente, die im vorliegenden Text auch als „Teile” bezeichnet werden, gegenseitig über Eingriff an ihren Rändern halten, so dass beispielsweise nur jedes zweite Element 26 direkt am Trägerrohr 10 angebracht sein muss, um das Außenrohr in seiner Gesamtheit aufrecht zu erhalten. 2E zeigt ein Trägerrohr 10 mit einer längsseitigen Nut 30 auf der umfangseitigen Oberfläche des Trägerrohrs 10 und einer stirnseitigen Nut 32. Weiterhin ist eine Endkappe 28, die in die Nut 32 eingeschoben werden kann, dargestellt.
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Im rechten Teil der 2E ist eine bevorzugte Verbindung der Endkappe 28 mit den Elementen 26 und dem Trägerrohr 10 in einer Schnittdarstellung wiedergegeben. Dieser Teil der 2E zeigt, dass die Endkappe 28 über die stirnseitige Nut 32 mit dem Trägerrohr 10 in verlängerter Längsrichtung des Trägerrohrs 10 formschlüssig verbunden ist. Ferner ist die Endkappe 28 seitlich, insbesondere in Verlängerung der Ausrichtung der stirnseitigen Nut 32, durch die ihrerseits in radialer Richtung formschlüssig am Trägerrohr 10 angebrachten Elemente 26 fixiert. Die Elemente 26 werden nach dem formschlüssigen Verbinden der Endkappe 28 mit dem Trägerrohr 10 entlang der längsseitigen Nuten 30, d. h. in Längsrichtung des Trägerrohrs 10, in Richtung der Endkappe 28 verschoben, um eine formschlüssige Verbindung mit der Endkappe 28 einzugehen. Um diesen Zustand beizubehalten können die Elemente 26 durch ein Bauelement oder ein Spannelement fixiert werden, wodurch indirekt auch die Endkappe 28 fixiert ist.
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3 zeigt ein Trägerrohr 10, an dem eine spezielle Ausführung eines Elements 26e über eine Nut 30 angebracht ist. Das Element 26e ist speziell angeformt, so dass eine Strömung durch das Element 26e möglichst widerstandsarm und verwirbelungsarm um das Trägerrohr 1 und den dort eingehausten Sensor herumleitet, wie es beispielsweise von einem Schiffsbug bekannt ist. Hierdurch wird neben einer möglichst geringen Beeinflussung des zu messenden Prozesses besonders effektiv vermieden, dass das Außenrohr, insbesondere das Element 26e, durch abrasive Effekte des Prozesses, beispielsweise feine Festkörperpartikel in einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom, nach kurzer Zeit stark angegriffen ist und ausgetauscht werden muss.
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4 zeigt eine weitere Darstellung eines bevorzugten Messschutzrohrs 100, wobei auf einer linken Seite der 4 eine Vielzahl von Elementen 26 des Außenrohrs über längsseitige Nuten 30 an dem Trägerrohr 10 festgelegt sind, während eine Endkappe 28 noch am Trägerrohr 10 befestigt werden muss, um das Messschutzrohr in den auf der rechten Seite der 4 gezeigten Zustand zu überführen. Hierzu weist die Endkappe 28 wie in den bereits als 2E gezeigten Darstellungen einen schwalbenschwanzförmigen Vorsprung 33 auf, der in eine stirnseitige Nut 32, die insbesondere in 2E abgebildet ist, eingreifen kann, um die Endkappe 28 am Trägerrohr 10 zu befestigen. Hierfür werden die Elemente 26 entlang der längsseitigen Nuten 30 von der stirnseitigen Nut 32 weg bewegt, so dass sie die stirnseitige Nut 32 freigeben und die Endkappe 28 über die stirnseitige Nut 32 befestigt werden kann. Anschließend können die Elemente 26 wieder in Richtung der Endkappe 28 verschoben werden, um diese am Trägerrohr 10 zu fixieren.
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Auf der rechten Seite der 4 ist ein Beispiel eines vollständig mit dem Außenrohr versehenen Messschutzrohrs 100 abgebildet, wie es aus dem zuvor beschriebenen Prozess hervorgehen kann.
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5A zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Messschutzrohr 100 aus einem Stück gefertigt ist. Beispielsweise zur Kompensation von Schwingungen können auf der Außenfläche des Messschutzrohrs in Umfangsrichtung oder spiralförmig verlaufende Nuten 34 vorgesehen sein.
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5B zeigt die Ausführungsform aus 5A in einer Schnittansicht, die mindestens zwei Materialschichten, eine das Trägerrohr 10 bildende Materialschicht und eine das Element des Außenrohrs bildende Materialschicht zeigt. Diese Ausführungsform kann das Resultat eines selektiven Laserschmelzens aus Pulver, eines Drahterodierschnittverfahrens oder eines Sinterverfahrens aus vorgeformten Rohlingen sein. In diesem Fall sind das Trägerrohr 10 und das Außenrohr stoffschlüssig miteinander verbunden, so dass das Messschutzrohr einstückig ausgebildet sein kann. Bei diesem einstückigen Aufbau wird auch hier von einem Trägerrohr und einem Außenrohr gesprochen, hierbei sind aber die Kreissegmente des Aufbaus gemeint.
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6 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung. In einer um 90 Grad abknickenden Strömungsführung 36 strömt ein aggressives Prozessmedium 35. An der Strömungsführung 36 ist ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in ein Messschutzrohr eingehauster Sensor mittels eines Flansches 12 montiert, wobei das Messschutzrohr gegen die Anströmrichtung geneigt ist und in dieser Ausrichtung vom Prozessmedium angeströmt und umströmt wird.
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Vorteilhaft ist, dass nur der mit dem äußeren Rohr 26, 28 gepanzerte Abschnitt des Messschutzrohrs in das Rohr hineinragt, während ein Befestigungsabschnitt des Messschutzrohrs in einem geschützten Anschlussflanschbereich 12 gelagert ist. Das Messschutzrohr weist ein Trägerrohr zum Aufnehmen des Sensors und ein um das Trägerrohr herum angeordnetes und dieses schützendes Außenrohr auf. Das Außenrohr ist aus einem härteren Material als das Trägerrohr ausgebildet und schützt es daher zuverlässig vor den mechanischen Belastungen durch das aggressive Prozessmedium 35.
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7 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung. In einer Strömungsführung 36 strömt ein aggressives Prozessmedium. An der Strömungsführung 36, bzw. in das Rohr 203 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform ein Eintauchflansch 202 eingelassen, welcher vorzugsweise mit dem Rohr verschweisst wird, und den Anschlussflansch 12 mit einer Verschraubung dichtend aufnehmen kann. Zusätzlich ist eine Auswerteeinheit 200 angebracht, welche Schwingungen und Wassenverhältnisse am Schutzrohr, speziell der Panzerung 28 auswertet, und bei Unterschreitung einer Sollwertgrenze nach aussen, beispielsweise an eine Warte meldet. Die Auswertung geschieht beispielsweise über Vibrationsauswertung mit Beschleunigungssensoren, welche am Anschlussflansch 12 oder innerhalb des Trägerrohrs angebracht sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60310302 T2 [0004, 0004]
- DE 10106476 C1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN ISO 6507-1: 2005 [0016]
- EN ISO 6507-4: 2005 [0016]
