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Es sind Durchflussmessgeräte, insbesondere magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, bekannt, welche eine elektrisch-isolierende Auskleidung, einen sogenannten Liner, aufweisen.
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Dieser Liner kann als Beschichtung im Messrohr eingebracht werden oder als schlauchförmiger Formkörper in das Messrohr eingezogen werden.
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Ausgehend vom bisher verwendeten Linermaterial soll eine bessere Temperaturbeständigkeit des Liners erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird durch das Bereitstellen eines Durchflussmessgerätes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Bereitstellen eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät umfasst ein Messrohr, wobei das Messrohr ein Stützrohr und eine im Lumen des Stützrohres angeordnete elektrisch-isolierende Auskleidung in Form einer Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung einen Photoinitiator und/oder Zersetzungsprodukte eines Photoinitiators aufweist.
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Durch den Photoinitiator wird eine kontrollierte Initiation der Vernetzung des Polymers erreicht. Zugleich ist die Aushärtung kontrollierbar und die Herstellungsbedingungen sind besser beherrschbar.
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Es hat sich zudem überraschend herausgestellt, dass auch die Chemikalienbeständigkeit zusätzlich erhöht ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Beschichtung kann vorteilhaft auf zumindest einem Acrylat, Epoxid, Epoxyacrylat, modifiziertem Silikon, Polyvinylchlorid, Polyesterharz und/oder Polyurethanacrylat basieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung aus vinylischen Monomeren, vorzugsweise aus Styrol, und/oder aus Prepolymeren mit Siloxanendgruppen gebildet sein.
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Die Härtung kann vorteilhaft nach einem kationischen Reaktionsmechanismus verlaufen. Ein radikalischer Reaktionsmechanismus ist ebenfalls möglich, allerdings ist der kationische Reaktionsmechanismus bei der Aktivierung des Photoinitiators bevorzugt.
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Die Photoinitiatoren sind vorteilhaft ausgesucht aus zumindest einer der folgenden Klassen: Azoverbindungen, Peroxide, Phenyl-bis (2,4,6-trimethylbenzoyl), Hydroxyketone, Acylphosphinoxide, Dialkyl-4-Hydroxyphenylsalze, Dialkylphenacylsulfoniumsalze, Bis-(4-methyl-phenyl)-salze und/oder Bis(dodecylphenyl)-salze. Besonders bevorzugt als Photoinitiator ist zumindest ein Hydroxyketon und/oder ein Bis-(4-methyl-phenyl)-salz.
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Der hergestellte Liner weist vorteilhaft eine Formstabilität von zumindest 150°C auf.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Messrohres, insbesondere für ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät, weist die folgenden Schritte auf:
- A Bereitstellen eines Stützrohres;
- B Auftrag einer Beschichtungsmasse zumindest im Lumen des Stützrohres, wobei die Beschichtungsmasse auf einem polymerisierbaren Kunststoff basiert und einen Photoinitiator umfasst; und
- C Aushärten der Beschichtungsmasse durch Bestrahlung mit einer Lichtquelle.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Bestrahlen erfolgt vorteilhaft bei einer Wellenlänge von weniger als 420 nm, vorzugsweise weniger als 400 nm. Insbesondere erfolgt die Bestrahlung durch UV-Licht.
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Ein Beschichtungsvorgang wird vorteilhaft als ein Auftrag der Beschichtungsmasse und ein anschließendes Härten durch Bestrahlung definiert,
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beiliegenden Figur näher erläutert. Es zeigt:
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1 schematische Schnittansicht eines Durchflussmessgerätes.
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1 zeigt schematisch ein Durchflussmessgerät 1 mit einem Messrohr 2, welches im konkreten Ausführungsbeispiel als ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgebildet ist.
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Das Messrohr 2 umfasst vorzugsweise ein metallisches Stützrohr 3 und eine Auskleidung 4, welche im Fall des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes vorzugsweise aus elektrisch-isolierendem Material besteht.
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Am Messrohr 2 ist ein Magnetsystem 5 angeordnet. Dies können beispielsweise zwei oder mehr Magnetspulen umfassen welche diametral gegenüber am Messrohr 2 angeordnet sind. Darüber hinaus sind am oder im Messrohr 2 zumindest zwei Messelektroden 6 angeordnet, an welchen ein Messsignal, z. B. als eine Spannung, abgegriffen werden kann. Diese sind vorzugsweise um 90° gegenüber dem Magnetsystem 5 versetzt am Messrohr angeordnet.
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Endständig weist das Messrohr 2 Flansche 7 auf, zum Anschluss an eine bestehende Rohrleitung z. B. einer Anlage. Weiterhin weist das Messrohr 2 eine Auswerteeinheit 8 auf, welche die Messsignale auswertet und z. B. in einen Durchfluss oder eine Durchflussgeschwindigkeit aus den Messsignalen ermittelt.
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In einigen Durchflussmessgeräten, z. B. magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten mit Stützrohren aus Stahl, ist eine elektrisch-isolierende Auskleidung erforderlich. In anderen können Aufkleidungen bzw. Liner optional eingesetzt werden, z. B. aus Gründen der chemischen Beständigkeit.
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Die Auskleidung wird nicht als Formteil in das Messrohr eingezogen sondern als Beschichtung in das Messrohr eingebracht.
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Die Beschichtung selbst kann vorzugsweise aus Prepolymeren gebildet werden, welche nach ihrem Auftrag zu einem Polymer vernetzen. Alternativ kann auch eine Quervernetzung von überwiegend linearen Polymerketten nach dem Auftrag der Beschichtung erfolgen.
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Die Beschichtung basiert vorzugsweise auf einem Acrylat, Epoxid, Epoxyacrylat, modifiziertem Silikon, Polyvinylchlorid, Polyesterharz und/oder Polyurethanacrylat. Die Beschichtung kann auch aus einem vinylischen Monomer wie z. B. Styrol oder Prepolymere mit Siloxanendgruppen gebildet werden.
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Besonders bevorzugt für die Beschichtung ist ein modifiziertes silikon- und/oder polyacrylatbasiertes Beschichtungssystem.
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Nach dem Auftrag der Beschichtungen erfolgt eine UV-Vernetzung. Hierfür weisen die Beschichtungen Photoinhibitoren auf. Ein geeigneter Photoinitiator ist vorzugsweise ausgesucht aus zumindest einer der folgenden Klassen: Azoverbindungen, Peroxide, Phenyl-bis (2,4,6-trimethylbenzoyl), Hydroxyketone, Acylphosphinoxide, Dialkyl-4-Hydroxyphenylsalze, Dialkylphenacylsulfoniumsalze, Bis-(4-methyl-phenyl)-salze und/oder Bis(dodecylphenyl)-salze. Die Beschichtung weist dabei zumindest zu 25 Gew.-%, vorzugsweise zu zumindest 50 Gew.-%, eine oder mehrere Verbindungen der vorgenannten Klassen auf. Diese Verbindung ist zudem die organische Verbindung mit dem größten Gewichtsanteil in der Beschichtung. Die Beschichtung kann darüber hinaus Sauerstoffstabilisatoren, anorganische Füllstoffe und dergleichen enthalten.
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Besonders bevorzugt als Photoinitiator, insbesondere für Trinkwasser-anwendungen, ist jedoch ein Hydroxyketon und/oder ein Bis-(4-methyl-phenyl)-salz.
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Die Photoinitiatoren in der Beschichtung ermöglichen vorzugsweise kationische oder radikalische Härtung. Die kationische Härtung hat den besonderen Vorteil, dass die Reaktion nach Initiierung auch ohne Bestrahlung weiterläuft.
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Die Initiierung kann nach einem der nachfolgenden Mechanismen erfolgen:
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Bei radikalisch UV-härtenden Beschichtungen werden vorwiegend ungesättigte Harze mit reaktionsfähigen Gruppen eingesetzt. Diese können freie Radikale ausbilden, so dass eine Vernetzungsreaktion erfolgt. Die entsprechend bevorzugten vorgenannten Beschichtungssysteme sind überwiegend für radikalische Beschichtungen genutzt werden.
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Durch Bestrahlung mit UV-Licht zerfallen die vorgenannten Photoinitiatoren spontan in freie Radikale und lösen eine (Ketten-)Reaktion für die Polymerisation aus.
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Die Effizienz der photoinitiierten Aushärtung kann allerdings durch Luftsauerstoff verringert werden, da radikalisch-reagierende Photoinitiatoren an der Beschichtungsoberfläche mit Sauerstoff reagieren können. Daher kann eine Beschichtung vorzugsweise bei Unterdruck oder alternativ unter Inertgas (z. B. Stickstoff) durchgeführt werden. Alternativ kann auch die Konzentration an Photoinitiatoren in der Beschichtung erhöht werden um die Effizienz der photoinitiierten Reaktion zu erhöhen.
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Bei einer kationisch-härtenden Beschichtung kann eine oxirangruppenhaltige Verbindung als Polymerbasis genutzt werden. Als Photoinitiator kann eine blockierte Lewis- oder Broenstedsäure eingesetzt werden, die erst durch die Belichtung aktiviert wird. Als Harzkomponente kann ein cycloaliphatisches Epoxidharz genutzt werden, das eine hohe Reaktivität aufweist. Das Proton der Säure bewirkt eine Öffnung des Epoxid-Rings und startet eine Polymerisation mit fortlaufendem Kettenwachstum. Insgesamt ist die kationische Härtung gegenüber der radikalischen Härtung bevorzugt.
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Messrohres kann das Messrohr mit der erfindungsgemäßen Beschichtung beschichtet werden. Die kann durch einen Sprühauftrag, durch Aufspritzen und/oder durch Eintauchen erfolgen, wobei im letzteren Fall eine innere und äußere Beschichtung erfolgt.
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Anschließend wird die Härtung durch Bestrahlung der Beschichtungsmasse initiiert.
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Die Beschichtung weist gegenüber dem üblichen Linermaterial eine bessere Anbindung an das metallische Stützrohr auf.
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Darüber hinaus ist die Beschichtung durch die Aushärtung besonders temperaturstabil. Durch die Quervernetzung aufgrund der Beschichtung wird insbesondere auf der Lineroberfläche zum Messmedium hin eine besondere Dichtigkeit und Temperaturstabilität des Beschichtungsmaterials erreicht.
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Der Liner weist zudem eine hohe Diffusionsdichtigkeit auf. Die bei der Herstellung verwendeten Photoinitiatoren werden bei der Bestrahlung üblicherweise nicht vollständig aufgebraucht und können zumindest in Spuren, zumeist sogar in Konzentrationen von mehreren 100 ppm, nachgewiesen werden. Alternativ können Zersetzungsprodukte eines Photoinitiators nachgewiesen werden. Daher ist das Herstellverfahren auch anhand des Produktes nachweisbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Durchflussmessgerät
- 2
- Messrohr
- 3
- Stützrohr
- 4
- Auskleidung
- 5
- Magnetsystem
- 6
- Messelektroden
- 7
- Flansche
- 8
- Auswerteeinheit
