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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Messeinheit für ein Durchflussmessgerät, wobei die Messeinheit wenigstens ein Messrohr und wenigstens eine Rohrkomponente aufweist, wobei die wenigstens eine Rohrkomponente unmittelbar auf dem wenigstens einen Messrohr angeordnet wird.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Messeinheit für ein Durchflussmessgerät mit wenigstens einem Messrohr und mit wenigstens einer Rohrkomponente, wobei die Rohrkomponente unmittelbar auf dem wenigstens einen Messrohr angeordnet ist.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Messrohreinheiten für Durchflussmessgeräte, die sowohl ein Messrohr als auch wenigstens eine auf dem Messrohr angeordnete Rohrkomponente, die beispielsweise als Halterung für einen Schwingungserzeuger oder für einen Schwingungsaufnehmer ausgebildet ist, aufweisen, vollständig aus einem generativen Verfahren zu fertigen.
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Beispielsweise offenbart das Dokument
US 2016/0202101 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Sensorstrukturen basierend auf einem 3D - Druckverfahren. Um die Fluiddichtigkeit des Messrohrs zu garantieren, wird das mittels des 3D - Druckverfahrens hergestellte Messrohr aufwendig nachbehandelt.
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Alternativ ist es bekannt, die Rohrkomponenten mechanisch durch Stanzen, Biegen und/oder Schneiden zu fertigen und anschließend mit dem Messrohr zu verbinden.
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Mittels mechanischen Fertigungsverfahren hergestellte Rohrkomponenten sind jedoch auf einfache Formen beschränkt. Zudem ist eine präzise Anbindung der Rohrkomponenten an das Messrohr, insbesondere im Bereich einer Biegung des Messrohrs, aufwendig. Rohrkomponenten werden im Stand der Technik beispielsweise mittels Löten, insbesondere durch Ofenlöten mit dem Messrohr verbunden. Um eine optimale Lötverbindung zu gewährleisten, ist ein festgelegter Abstand zwischen Rohrkomponente und Messrohr, der typischerweise weniger als 0,1 mm beträgt, einzuhalten. Dazu ist es wichtig, dass die Rohrkomponenten besonders präzise gefertigt sind. Insbesondere bei großen Dimensionen und gebogenen Messrohren ist der Verbindungsprozess der Rohrkomponenten an das Messrohr schwierig zu realisieren.
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Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Messeinheit für ein Durchflussmessgerät anzugeben, das eine erhöhte Flexibilität insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung der Rohrkomponenten der Messrohreinheit erlaubt und darüber hinaus eine präzise Anbindung der Rohrkomponenten an das Messrohr gewährleistet. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Messrohreinheit anzugeben.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung ist die zuvor dargelegte Aufgabe durch ein eingangs genanntes Verfahren dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Rohrkomponente durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es vorteilhaft ist, wenn das wenigstens eine Messrohr durch ein herkömmliches, beispielsweise mechanisches Fertigungsverfahren hergestellt wird und wenn darüber hinaus die wenigstens eine Rohrkomponente durch ein generatives Verfahren hergestellt wird. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Ausgestaltung der wenigstens einen Rohrkomponente gewährleistet werden, wobei weiterhin das Messrohr kostengünstig in hohen Stückzahlen gefertigt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die wenigstens eine Rohrkomponente durch das generative Fertigungsverfahren schichtweise unmittelbar auf das wenigstens eine Messrohr aufgebracht. Hierzu ist das generative Verfahren besonders vorteilhaft als LMD (Laser Metal Deposition) - Verfahren ausgebildet. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass hinsichtlich der Form der Rohrkomponenten eine besonders hohe Flexibilität besteht. Insbesondere komplexe Strukturen können leicht erstellt werden, wobei durch das direkte Aufbringen auf das Messrohr ein unter Umständen schwieriges nachträgliches Verbinden dieser Rohrkomponenten vermieden werden kann. Im Detail können die Rohrkomponenten damit hinsichtlich ihrer Funktion optimiert werden. Beispielsweise kann die wenigstens eine Rohrkomponente Versteifungsrippen und/oder eine strukturiert Oberfläche aufweisen.
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Gemäß einer nächsten Ausgestaltung des Verfahrens wird die wenigstens eine Rohrkomponente erst durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt und anschließend wird die Rohrkomponente mit dem wenigstens einen Messrohr verbunden. Beispielsweise ist gemäß dieser Ausgestaltung das generative Verfahren als EBM (Electron Beam Melting) - Verfahren oder als LMF (Laser Metal Fusion) - Verfahren ausgebildet. Auch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist den Vorteil auf, dass die wenigstens eine Rohrkomponente komplexer ausgebildet sein kann, als es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Insbesondere kann die wenigstens eine Rohrkomponente in ihrer Geometrie hinsichtlich ihrer Funktion optimiert sein.
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Gemäß einer nächsten Ausgestaltung ist das generative Fertigungsverfahren als pulverbasiertes Fertigungsverfahren ausgebildet. Beispielsweise ist das Fertigungsverfahren als Pulverbettverfahren oder als Pulverzuführverfahren ausgebildet.
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Im Detail kann das generative Verfahren wenigstens eines der folgenden Verfahren umfassen: Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Laserschmelzen (LMF), Rapid Prototyping oder Laserauftragsschweißen (LMD). Andere geeignete generative Verfahren können im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenso eingesetzt werden.
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Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs dargelegte Aufgabe durch eine eingangs beschriebene Messeinheit für ein Durchflussmessgerät dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Rohrkomponente durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt ist.
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Besonders bevorzugt ist die Messeinheit mit einem der zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Messeinheit für ein Coriolis-Massedurchflussmessgerät oder für ein Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät oder für ein kernmagnetisches Durchflussmessgerät oder für ein Wirbeldurchflussmessgerät ausgebildet. Selbstverständlich ist diese Aufzählung nicht abschließend. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Messeinheit auch in anderen Durchflussmessgeräten eingesetzt werden.
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Ist die Messeinheit für ein Coriolis-Massedurchflussmessgerät ausgebildet, so ist es besonders bevorzugt, wenn die wenigstens eine Rohrkomponente eine Komponente zur Aufnahme eines Schwingungserzeugers und/oder eines Schwingungsaufnehmers ist und/oder wenn die wenigstens eine Rohrkomponente ein Knotenring und/oder eine Knotenplatte und/oder eine Anschlusskomponente zur Anbindung des Messrohrs an ein externes Rohrsystem ist.
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Beispielsweise ist die Komponente zur Aufnahme des Schwingungserzeugers und/oder die Komponente zur Aufnahme eines Schwingungsaufnehmers ringförmig ausgebildet, wobei die Oberfläche der jeweiligen Komponente derart strukturiert ist, dass die mittels eines generativen Verfahrens hergestellte Komponente leichter ist als die mittels eines mechanischen Fertigungsverfahrens hergestellte Komponente. Beispielsweise weist die mittels des generativen Fertigungsverfahrens hergestellte Komponente Rillen in der Oberfläche auf.
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Der mittels des generativen Verfahrens hergestellte Knotenring weist beispielsweise zur Erhöhung der Steifigkeit eine Mehrzahl von Versteifungsrippen auf, die mit der Längskante auf dem Messrohr aufliegen.
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Das Messrohr kann gerade ausgebildet sein, oder zumindest abschnittsweise gebogen ausgebildet sein. Insbesondere wenn wenigstens eine Rohrkomponente im Bereich einer Biegung des Messrohrs angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn die Rohrkomponente mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist und insbesondere unmittelbar schichtweise auf das Messrohr aufgebracht ist. Im Bereich einer Biegung weicht die Form des Messrohrs häufig von einer zylindrischen Form ab, wodurch die Anbindung des Messrohrs in diesen Bereichen an weitere Komponenten häufig schwierig ist. Gemäß einer Ausgestaltung ist die Rohrkomponente als Verstärkungskomponente im Bereich einer Biegung des Messrohrs angeordnet, wobei die Verstärkungskomponente als Komponente mit einem zylindrischen Querschnitt die Anbindung dieses Bereiches an weitere Komponenten vereinfacht.
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Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Messeinheit weist die Messeinheit wenigstens zwei Messrohre auf, wobei die wenigstens eine Rohrkomponente als Verbindungskomponente der Messrohre ausgebildet ist. Auch gemäß dieser Ausgestaltung kann die Verbindungskomponente komplexer und insofern hinsichtlich ihrer Funktion und in Bezug auf die gesamte Messeinheit optimiert sein.
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Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeit das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Messeinheit auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
- 1 eine erste Messeinheit aus dem Stand der Technik,
- 2 eine zweite Messeinheit aus dem Stand der Technik,
- 3 eine dritte Messeinheit aus dem Stand der Technik,
- 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinheit,
- 5a, 5b einen Vergleich einer mittels eines herkömmlichen mechanischen Fertigungsverfahrens hergestellten Rohrkomponente und einer mittels eines generativen Verfahrens hergestellten Rohrkomponente,
- 6a, 6b einen Vergleich einer mittels eines herkömmlichen mechanischen Fertigungsverfahrens hergestellten Rohrkomponente und einer mittels eines generativen Verfahrens hergestellten Rohrkomponente,
- 7a-7c einen Vergleich einer mittels eines herkömmlichen mechanischen Fertigungsverfahrens hergestellten Rohrkomponente und einer mittels eines generativen Verfahrens hergestellten Rohrkomponente
- 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinheit,
- 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinheit,
- 10 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 11 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den 1 bis 3 ist jeweils eine aus dem Stand der Technik bekannte Messeinheit 1 dargestellt, wobei die jeweils dargestellte Messeinheit 1 ein Messrohr 3 bzw. zwei Messrohre 3 aufweist und wobei auf dem Messrohr 3 bzw. auf den Messrohren 3 eine Mehrzahl von Rohrkomponenten 4 angeordnet ist. Dabei sind die einzelnen Rohrkomponenten 4 durch mechanische Fertigungsverfahren hergestellt. Die fertigen Rohrkomponenten 4 sind anschließend mittels Löten mit dem Messrohr 3 verbunden. Die dargestellten Messeinheiten 1 weisen den Nachteil auf, das die Rohrkomponenten 4 besonders einfach ausgebildet sind und insofern hinsichtlich ihrer Form optimierungsbedürftig sind. Zudem ist eine nachträgliche Anbindung der Rohrkomponenten 4 an das Messrohr 3 insbesondere im Bereich einer Biegung des Messrohrs 3 schwierig.
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4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinheit 1 für den Einsatz in einem Coriolis-Massedurchflussmessgerät. Die Messeinheit 1 weist ein Messrohr 3 und mehrere Rohrkomponenten 4, die mit dem Messrohr 3 unmittelbar verbunden sind, auf. Die Rohrkomponenten 4 sind im Einzelnen als Komponente 5 zur Aufnahme eines Schwingungserzeugers, als Komponente 6 zur Aufnahme eines Schwingungsaufnehmers, als Knotenring 7 und als Anschlusskomponente 8 zur Anbindung an ein externes Rohrsystem ausgebildet. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Rohrkomponenten 4 sind die erfindungsgemäßen Rohrkomponenten 4 hinsichtlich ihrer Funktion optimiert und insofern komplexer in ihrer Ausgestaltung.
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In den nachfolgenden Figuren werden diese Optimierungen der Rohrkomponenten 4 im Einzelnen näher erläutert.
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In den 5a und 5b sind im Vergleich zwei Komponenten 5 zur Aufnahme eines Schwingungserzeugers dargestellt. 5a zeigt eine Komponente 5, die mittels eines herkömmlichen mechanischen Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Die dargestellte Komponente 5 ist einfach ringförmig mit glatter Oberfläche ausgebildet. In 5b ist im Vergleich dazu eine Komponente 5 dargestellt, die mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist. Im Unterschied zu der in 5a dargestellten Komponente 5 ist die in 5b dargestellte Komponente 5b in ihrer funktionalen Ausgestaltung optimiert. Im Detail weist die Oberfläche eine rillenartige Struktur auf. Hierdurch kann eine Materialersparnis erreicht werden, wodurch im Ergebnis die Messgenauigkeit des Durchflussmessgerätes verbessert werden kann.
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In den 6a und 6b sind ebenfalls im Vergleich jeweils ein Knotenring 7 hergestellt mittels eines herkömmlichen mechanischen Fertigungsverfahrens und ein Knotenring 7, der mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist, dargestellt. 6a zeigt die Ausgestaltung eines Knotenrings 7, der mittels eines mechanischen Fertigungsverfahren hergestellt ist. Der dargestellte Knotenring 7 weist die Form eines Ringes bzw. eines einfachen Hohlzylinders auf. In 6b ist ein Knotenring 7, der mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt ist, dargestellt. Der dargestellte Knotenring 7 weist zwei Versteifungselemente 9 zur Erhöhung der Steifigkeit des Messrohrs 3 auf. Diese Versteifungselemente 9 weisen Versteifungsrippen auf, wobei die Längskanten der einzelnen Versteifungsrippen auf dem Messrohr 3 aufliegen. Auf diese Weise können gezielt unerwünschte Vibrationen, die sich quer zur Anregungsebene ausbreiten, in ihrer Schwingungsfrequenz beeinflusst werden, sodass sie bei der Auswertung von der erwünschten Coriolisschwingung getrennt werden können.
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In den 7a bis 7c ist eine weitere Rohrkomponente 4, die als Verbindungskomponente 10 zur Verbindung zweier Messrohre 3 ausgebildet ist, dargestellt. In den 7a und 7b ist eine Komponente dargestellt, die mittels eines mechanischen Fertigungsverfahren hergestellt ist. Hierzu wird die Komponente 10 zunächst gestanzt (7a) und anschließend gebogen ( 7b). Eine mittels eines generativen Verfahren hergestellte Komponente ( 7c) kann in der dargestellten Form unmittelbar schichtweise auf jedes Messrohr 3 aufgebracht werden, bevor die Komponenten 10 zweier Messrohre 3 miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann die Ausgestaltung der Verbindungskomponente 10 in Bezug auf ihre Funktion optimiert sein.
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In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinheit 1, die zwei Messrohre 3 und mehrere Komponenten 4, die mit den Messrohren 3 verbunden sind oder die die Messrohre 3 miteinander verbinden dargestellt. Sämtliche Komponenten 4 sind dabei mittels eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt.
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9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinheit 1, wobei das Messrohr 3 gebogen ausgebildet ist. Im Bereich der Biegungen ist die Oberfläche des Messrohrs 3 nicht vollständig zylindrisch ausgebildet, wodurch die Anbindung an weitere Komponenten in diesem Bereich schwierig ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren 2 ist es möglich, in diesen Bereichen Rohrkomponenten 4 in Form einer Materialverstärkung aufzubringen, wobei die Materialverstärkungen einen zylindrischen Umfang aufweisen. Insofern kann eine Anbindung an ein Messrohr 3 im Bereich einer solchen Biegung vereinfacht werden.
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In 10 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 2 zur Herstellung einer Messeinheit 1 dargestellt. In einem ersten Schritt 11 wird das Messrohr 3 mittels eines herkömmlichen mechanischen Fertigungsverfahren hergestellt. Eine solche Herstellung vereinfacht die Herstellung von entsprechenden Messrohren 3 in großer Stückzahl. In einem anschließenden Schritt 12 werden in einem generativen Verfahren, vorliegend durch die LMD-Technik die einzelnen Rohrkomponenten 4 auf das Messrohr 3 schichtweise aufgebracht. Gemäß einer Ausgestaltung werden die unterschiedlichen Rohrkomponenten 4 gleichzeitig auf das Messrohr 3 aufgebracht. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden die einzelnen Rohrkomponenten 4 nacheinander auf das Messrohr abgeschieden.
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11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 2 zur Herstellung einer Messeinheit 1. In einem ersten Schritt 11 wird das Messrohr 3 durch ein mechanisches Fertigungsverfahren hergestellt. In einem zweiten Schritt 13 werden die Rohrkomponenten 4 durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt. Hierdurch können die einzelnen Rohrkomponenten 4 besonders präzise gefertigt werden. Anschließend werden die Rohrkomponenten 4 mit dem Messrohr 3 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messeinheit
- 2
- Verfahren zur Herstellung einer Messeinheit
- 3
- Messrohr
- 4
- Rohrkomponente
- 5
- Komponenten zur Aufnahme eines Schwingungserzeugers
- 6
- Komponente zur Aufnahme eines Schwingungsaufnehmers
- 7
- Knotenring
- 8
- Anschlusskomponente
- 9
- Versteifungselement
- 10
- Verbindungskomponente
- 11
- Herstellung des Messrohrs
- 12
- Aufbringen der Rohrkomponenten
- 13
- Herstellung der Rohrkomponenten durch generatives Verfahren
- 14
- Verbinden der Rohrkomponenten mit dem Messrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0202101 A1 [0004]
