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Die Erfindung betrifft ein Messrohrmodul zum Einsatz in einem Coriolis-Durchflussmessgerät und ein Coriolis-Durchflussmessgerät, insbesondere für bevorzugt pharmazeutische Bioprozessanwendungen.
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Feldgeräte der Prozessmesstechnik mit einem Messaufnehmer des Vibrationstypen und besonders Coriolis-Durchflussmessgeräte sind seit vielen Jahren bekannt. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Messgerätes wird beispielsweise in der
EP 1 807 681 A1 beschrieben, wobei auf den Aufbau eines gattungsgemäßen Feldgeräts im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf diese Druckschrift vollumfänglich Bezug genommen wird.
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Typischerweise weisen Coriolis-Durchflussmessgeräte zumindest ein oder mehrere schwingfähige Messrohre auf, welche mittels eines Schwingungserregers in Schwingung versetzt werden können. Diese Schwingungen übertragen sich über die Rohrlänge und werden durch die Art des im Messrohr befindlichen fließfähigen Mediums und dessen Durchflussgeschwindigkeit variiert. Ein Schwingungssensor oder insbesondere zwei voneinander beabstandete Schwingungssensoren können an einer anderen Stelle des Messrohres die variierten Schwingungen in Form eines Messsignals oder mehrerer Messsignale aufnehmen. Aus dem oder den Messsignalen kann eine Auswerteeinheit sodann den Massedurchfluss, die Viskosität und/oder die Dichte des Mediums ermitteln.
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Es sind Coriolis-Durchflussmessgeräte mit austauschbaren Einweg-Messrohrmodulen bekannt. So wird beispielsweise in der
WO 2011/099989 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines monolithisch ausgebildeten Messrohrmoduls eines Coriolis-Durchflussmessgerätes mit gebogenen Messrohren gelehrt, wobei der Messrohrkörper der jeweiligen Messrohre zuerst massiv aus einem Polymer gebildet und der Kanal zum Führen des fließfähigen Mediums anschließend spannend eingearbeitet wird. Die
WO 2011 /099989 A1 lehrt - ebenso wie die
US 10,209,113 B2 - einen Verbindungskörper, welcher dazu eingerichtet ist, auswechselbare Messrohrmodule mit dünnwandigen Kunststoffrohren aufzunehmen und zu stützen. Die Befestigung des Messrohrmoduls in einem mit den notwendigen Erregern und Sensoren ausgestatteten Aufnahmemodul erfolgt über den Verbindungskörper.
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Die mechanischen Eigenschaften der, für Coriolis-Durchflussmessgeräte geeigneten Messrohrmodule können stark variieren, daher müssen spezifische Kenngrößen wie Kalibrationsfaktor und Nullpunkt vor dem Einsatz in einem Coriolis-Durchflussmessgerät ermittelt werden. Eine Übermittlung der Kenngrößen kann beispielsweise wie in der
WO 2019/017891 gelehrt über einen Identifikator in Verbindung mit einem Sensor erfolgen. Der Identifikator kann als ein optischer oder elektronischer Identifikator ausgebildet sein, und der Sensor dazu ausgebildet und eingerichtet, den Identifikator auszulesen. Alternativ kann der Identifikator ein aktiver oder passiver Sender sein, dessen Signal durch den Sensor empfangen und ausgewertet wird. Damit die auswechselbaren Messrohrmodulen für einen Einsatz in pharmazeutischen Bioprozessanwendungen geeignet sind, ist eine vorherige Sterilisierung notwendig. Ein bekanntes und übliches Verfahren ist das Gammasterilisationsverfahren, bei dem das Messrohrmodul mit Hilfe von Gammastrahlung sterilisiert wird. Nicht alle bekannten Identifikatoren überstehen eine derartige Behandlung folgenlos.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein alternatives Messrohrmodul zum Einsatz in einem Coriolis-Durchflussmessgerät bereitzustellen, welches eindeutig identifizierbar ist und gleichzeitig einem Gammasterilisationsverfahren standhält.
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Weiterhin liegt die Aufgabe zugrunde ein entsprechendes bedienerfreundlicheres Coriolis-Durchflussmessgerät für biopharmazeutische Bioprozessanwendungen bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Messrohrmodul nach Anspruch 1 und durch das Coriolis-Durchflussmessgerät nach Anspruch 10.
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Das erfindungsgemäße Messrohrmodul zum Einsatz in einem Coriolis-Durchflussmessgerät umfasst:
- - mindestens ein, von einem fließfähigen Medium durchströmbares Messrohr;
- - eine Fixierkörperanordnung zum mechanisch lösbaren Verbinden des Messrohrmodul mit einem Aufnahmemodul,
wobei die Fixierkörperanordnung an dem mindestens einen Messrohr angeordnete ist;
- - mindestens eine Schwingungserregerkomponente eines Schwingungserregers;
- - mindestens eine Schwingungssensorkomponenten eines Schwingungssensors;
- - einen Identifikator,
wobei der Identifikator an dem Messrohrmodul angeordnet ist,
wobei der Identifikator eine erste Messrohrmodulkennung aufweist,
wobei die erste Messrohrmodulkennung in Form von mindestens einer Vertiefung und/oder mindestens einem Vorsprung codiert ist.
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Das erfindungsgemäße Coriolis-Durchflussmessgerät, insbesondere für bevorzugt pharmazeutische Bioprozessanwendungen, umfasst:
- - ein Messrohrmodul, insbesondere das erfindungsgemäße Messrohrmodul,
wobei das Messrohrmodul mindestens ein, von einem Medium durchströmbares Messrohr umfasst,
wobei das Messrohrmodul eine, an dem mindestens einen Messrohr angeordnete Fixierkörperanordnung aufweist;
- - mindestens einen Schwingungserreger, welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu Schwingungen anzuregen,
wobei der mindestens eine Schwingungserreger mindestens zwei Schwingungserregerkomponenten aufweist,
wobei die mindestens zwei Schwingungserregerkomponenten jeweils zumindest einen Erregermagneten und/oder eine Erregerspule umfasst;
wobei zumindest eine Schwingungserregerkomponente, insbesondere der Erregermagnet an dem Messrohrmodul angeordnet ist;
- - mindestens einen Schwingungssensor, welcher dazu eingerichtet ist, die Schwingungen des mindestens einen Messrohres zu erfassen,
wobei der mindestens eine Schwingungssensor mindestens zwei Schwingungssensorkomponenten umfasst,
wobei die mindestens zwei Schwingungssensorkomponenten jeweils zumindest einen Sensormagneten und/oder eine Sensorspule umfassen,
wobei zumindest eine Schwingungssensorkomponenten, insbesondere der Sensormagnet an dem Messrohrmodul angeordnet ist;
- - ein Aufnahmemodul umfassend einen Aufnahmemodulkörper, eine Aufnahme, eine Ausleseeinheit und insbesondere die Sensorspule und die Erregerspule,
wobei das Messrohrmodul in die Aufnahme anordenbar und mechanisch lösbar mit dem Aufnahmemodulkörper verbindbar ist;
- - eine Identifiziervorrichtung, umfassend einen Identifikator und eine Auslesevorrichtung,
wobei der Identifikator an dem Messrohrmodul angeordnet ist,
wobei der Identifikator eine erste Messrohrmodulkennung in Form von mindestens einer Vertiefung und/oder mindestens einem Vorsprung umfasst,
wobei die Auslesevorrichtung eine insbesondere elektronische Erkennungsvorrichtung umfasst,
wobei die Erkennungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, anhand der ausgelesenen ersten Messrohrmodulkennung eine Messrohrmodulspezifische Information zu bestimmen;
- - eine Auswerteschaltung zum Ermitteln einer Messgröße des Mediums,
wobei die Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, die Messgröße in Abhängigkeit der Messrohrmodulspezifische Information zu ermitteln.
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Ein durch Vertiefungen und Vorsprünge gebildeter mechanischer Identifikator hat den Vorteil, dass er robust gegen Gammasterilisation und andere Einflüsse ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Messrohrmodulkennung mit einer Auslesevorrichtung mechanisch verbindbar und mindestens eine mittels der ersten Messrohrmodulkennung codierten Messrohrmodulspezifische Information mittels der Auslesevorrichtung auslesbar ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine mittels der ersten Messrohrmodulkennung codierte Messrohrmodulspezifische Information mittels einer Auslesevorrichtung optisch auslesbar ist.
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Dies hat den Vorteil, dass die Auslesevorrichtung nicht erst in Kontakt mit dem Identifikator stehen muss. Ein optisch auslesbarer Identifikator könnte in dem Fall als Lochcodierung, ähnlich wie bei Lochkarten oder als Struktur mit einem Höhenprofil, dass charakteristisch für eine Messrohrmodulspezifische Information ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Messrohrmodulkennung eine Messrohrmodulspezifische Information aus der folgenden Liste aufweist:
- Nennweite des mindestens einen Messrohres,
- Nennweite eines an dem Messrohrmodul angebrachten Verteilerstückes,
- Durchflusskalibrierfaktor,
- Dichtekalibrierfaktor,
- Identifikationsnum m er.
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Das hat zum Vorteil, dass nach dem Einführen des Messrohrmoduls und der Aufnahme der ersten Messrohrmodulkennung mit der Auslesevorrichtung die Auswerteschaltung bei der Bestimmung des Massedurchflusses, der Viskosität und/oder der Dichte die Messmodulspezifische Information berücksichtigt. Wird das Messrohrmodul ausgewechselt, dann folgt eine erneute Bestimmung der Messmodulspezifische Information und abhängig davon eine erneute Festsetzung der Parameter für die Bestimmung der Prozessgrößen. Anhand der Identifikationsnummer lassen sich Kalibrationsfaktoren oder für die Bestimmung des Massedurchflusses, der Dichte und/oder der Virskosität notwendige Größen bestimmen. Beispielsweise durch einen Abgleich mit einer zur Verfügung gestellten Datenbank.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Fixierkörperanordnung oder ein form- und/oder kraftschlüssig angeordnetes Verbindungsvorrichtung, insbesondere ein Verteilerstück den Identifikator, insbesondere die mindestens eine Vertiefung und/oder den mindestens einen Vorsprung aufweist.
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Eine Anordnung des Identifikators an der Fixierkörperanordnung oder an der Verbindungsvorrichtung hat den Vorteil, dass an der Stelle ein Einkoppeln von mechanischen Störungen durch die Auslesevorrichtung minimiert wird. Es wird keine Kraft auf die Messrohre ausgewirkt und es kommt zu keiner inhomogenen Massenverteilung auf dem mindestens einen Messrohr. Das hat zur Folge, dass der tatsächliche Nullpunkt von dem werkseitig ermittelten Nullpunkt abweicht.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Messrohrmodulkennungskörper zylindrisch ausgebildet ist und die mindestens eine Vertiefung und/oder den mindestens einen Vorsprung aufweist,
wobei der Messrohrmodulkennungskörper an der Fixierkörperanordnung angeordnet ist
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine Vertiefung und/oder der mindestens eine Vorsprung an einer Mantelfläche des Messrohrmodulkennungskörpers angeordnet sind.
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Der Identifikator kann optional als ein separates Bauteil an das Messrohrmodul, insbesondere in eine Öffnung der Fixierkörperanordnung oder der Verbindungsvorrichtung angeordnet werden.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine zweite Messrohrmodulkennung durch eine Länge und/oder einen Durchmesser des Messrohrmodulkennungskörpers codiert ist,
wobei die zweite Messrohrmodulkennung eine Messrohrmodulspezifische Information aus der folgenden Liste aufweist:
- eine Nennweite des mindestens einen Messrohres
- eine Nennweite eines an dem Messrohrmodul angebrachten Verteilerstückes
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Art der hinter der ersten Messrohrmodulkennung codierten Messrohrmodulspezifische Information.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Identifikator eine Führungsstruktur für die Auslesevorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist den Identifikator und die Auslesevorrichtung so miteinander auszurichten, dass die erste Messrohrmodulkennung und/oder die zweite Messrohrmodulkennung durch Auslesemittel der Auslesevorrichtung auslesbar ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auslesevorrichtung dazu eingerichtet ist, zum Auslesen der mindestens einen Messrohrmodulkennung mit dem Identifikator zusammengeführt zu werden, so dass sich diese berühren.
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Die Auslesevorrichtung kann als elektromechanische Vorrichtung ausgebildet sein. Eine derartige Lösung hat den Vorteil, dass sie stabil und unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auslesevorrichtung eine Auslesevorrichtungsaufnahme für den Identifikator, insbesondere einen Messrohrmodulkennungskörpers des Identifikators aufweist,
wobei die Auslesevorrichtung, insbesondere in der Auslesevorrichtungsaufnahme angeordnete Auslesemittel umfasst,
wobei die Auslesemittel mit der ersten Messrohrmodulkennung und/oder der zweiten Messrohrmodulkennung in Wirkung stehen.
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Die erste Messrohrmodulkennung und/oder die zweite Messrohrmodulkennung wird durch die Auslesemittel ausgelesen und die Messmodulspezifische Information anhand des sich aus dem gemessenen Messsignales bestimmt. Die Auslesemittel können als federnde Elektroden oder als teilweise metallische Spitzen ausgebildet sein. Ist das Auslesemittel eingezogen auf Grund eines Vorsprunges so kann dies durch z.B. das Fließen eines Stromes detektiert werden. Erstreckt sich das Auslesemittel jedoch in einer Vertiefung so ist eine Strompfad in der Auslesevorrichtung offen und der Strom fließt nicht. Die beiden genannten Zustände können eine Binärzahl beschreiben, die in Verbindung mit weiteren Auslesemitteln einen Wert beschreiben, der Messrohrmodulspezifische Informationen aufweist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Aufnahmemodul eine Fixiervorrichtung zum Befestigen des Messrohrmodul in der Aufnahme aufweist,
wobei die Fixiervorrichtung mindestens ein Fixierelement aufweist,
wobei die Auslesevorrichtung in dem mindestens einen Fixerelement integriert ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auslesevorrichtung dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Messrohrmodulkennung optisch auszulesen.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Messrohrmodul eine dritte Messrohrmodulkennung aufweist,
wobei die dritte Messrohrmodulkennung einer Biegesteifigkeit des mindestens einen Messrohres, einem Erregerstrom, einem ersten Sensorsignal, einem zweiten Sensorsignal, einer Dämpfung oder einer Schwingfrequenz entspricht,
wobei die Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, die mittels der dritten Messrohrmodulkennung codierten Messrohrmodulspezifischen Information zu ermitteln,
wobei die dritte Messrohrmodulkennung eine Messrohrmodulspezifische Information aus der folgenden Liste aufweist:
- eine Nennweite des mindestens einen Messrohres,
- eine Nennweite eines an dem Messrohrmodul angebrachten Verteilerstückes.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1: ein Messrohrmodul in einem Coriolis-Durchflussmessgerät;
- 2A-C: drei Ansichten auf eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohrmoduls;
- 3: eine erste Ausgestaltung und eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohrmoduls;
- 4: einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des Identifikators mit aufgesetzter Auslesevorrichtung;
- 5: einen Querschnitt durch die erste Ausgestaltung des Identifikators mit aufgesetzter Auslesevorrichtung; und
- 6: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des Identifikators mit aufgesetzter Auslesevorrichtung.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Coriolis-Durchflussmessgerätes für pharmazeutische Bioprozessanwendungen. Ein Coriolis-Durchflussmessgerät ist ein Messgerät zum Erfassen eines Massedurchflusses, einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon abgeleiteten Größe eines fließfähigen Mediums. Das Messrohrmodul 4 ist dazu geeignet in ein Aufnahmemodul 16 auswechselbar d.h. mechanisch lösbar eingesetzt zu werden. Dafür sind nur einzelne Komponenten des Schwingungserregers und der Schwingungssensoren, in dem Fall die jeweiligen Magnetanordnungen 9.1, 9.2 an dem Messrohrmodul 4 angebracht. Die weiteren Komponenten sind in dem Aufnahmemodul 16, insbesondere in der Aufnahme 29 angeordnet, welche für das Aufnehmen des Messrohrmoduls 4 geeignet und ausgebildet ist. Das Messrohrmodul 4 umfasst zwei gebogenen, parallel zueinander verlaufende Messrohre 3.1, 3.2, welche über eine Koppleranordnung 1, bestehend aus vier Kopplungselementen 6, und über einen Verbindungskörper 5 miteinander verbunden sind. Zwei Kopplungselemente 6.1 sind in einem Einlauf und zwei Kopplungselemente 6.2 sind im Auslauf der jeweiligen Messrohre 3.1, 3.2 stoffschlüssig angebracht. Die Messrohre 3.1, 3.2 sind so geformt, dass die Strömungsrichtung, dargestellt durch zwei Pfeile, im Einlauf entgegengesetzt zur Strömungsrichtung in einem Auslauf orientiert ist. Im Einlauf und im Auslauf kann jeweils ein Strömungsteiler angeordnet, welcher einen Prozessanschluss aufweist zum Verbinden mit einem Schlauch- und/oder Kunststoffrohrsystem. Gemäß einer Ausgestaltung kann genau ein Strömungsteilerkörper statt zwei separate Strömungsteiler vorgesehen werden, welcher auf den Einlauf und Auslauf aufgeschoben wird und mit dazu beiträgt das Messrohrmodul 4 nach dem Einbau in das Aufnahmemodul von der Umgebung zu entkoppeln. Die einzelnen Kopplungselemente 6 sind plattenförmig ausgebildet und sind ein- oder zweiteilig. Die Kopplungselemente können die Messrohre jeweils vollständig oder nur teilweise umgreifen. Die Messrohre 3.1, 3.2 sind U-förmig ausgebildet, d.h. sie weisen jeweils zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Schenkel 11 auf, die über einen gebogenen Teilabschnitt verbunden sind. An jedem Messrohre 3.1, 3.2 ist eine Magnetanordnung 9.1, 9.2 angeordnet. Im gebogenen Teilabschnitt ist ein Magnet 10.1 der Magnetanordnung 9.1 angeordnet, welcher eine Komponente des Schwingungserregers bildet. In den jeweiligen Schenkeln 11 sind jeweils ein Magnet 10.2 angebracht, welcher ein Teil des Schwingungserregers bildet. Die Magnete 10 sind an Anbringflächen angebracht. Die Anbringflächen befinden sich in der Ausgestaltung an den jeweiligen Messrohren 3.1, 3.2.
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Das Messrohrmodul 4 ist teilweise in eine Aufnahme 29 eines Aufnahmemoduls 16 eingeführt. Ein Pfeil deutet die Einführrichtung an. Diese verläuft in der Ausgestaltung senkrecht zu einer Längsrichtung der Aufnahme 29. Die Aufnahme kann auch derart ausgebildet sein, dass das Messrohrmodul 4 in Längsrichtung der Aufnahme einzuführen ist (nicht abgebildet). Das Aufnahmemodul 16 weist eine Mess- und/oder Betriebsschaltung 15 auf, welche mit den Schwingungserregern und Schwingungssensoren, insbesondere mit den jeweiligen Spulensystemen verbunden und dazu eingerichtet sind ein zeitlich wechselndes Magnetfeld zu erzeugen und/oder zu erfassen. Das Aufnahmemodul 16 weist einen Aufnahmemodulkörper 22 auf, in der sich die Aufnahme 29 befindet. Der Verbindungskörper 5 des Messrohrmoduls 4 weist Montageflächen 26 auf, welche dazu dienen das Messrohrmodul 4 in eine vorgegebene Position in das Aufnahmemodul 16 anzuordnen. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung zeigt das Lot der Montagefläche 26 senkrecht zur Längsrichtung des Messrohrmoduls 4. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zeigt das Lot der Montagefläche 26 in Richtung der Längsachse des Messrohrmoduls 4. Die mit der Montagefläche 26 des Verbindungskörpers 5 in Kontakt stehende Fläche des Aufnahmemodulkörpers 22 ist die Auflagefläche 27.
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Das Aufnahmemodul 16 weist zwei parallel zueinander orientierte Seitenflächen auf, welche die Aufnahme 29 quer zur Längsrichtung der Aufnahme begrenzen. In den Seitenflächen sind die Spulenvorrichtungen 25 der Schwingungssensoren 8.1, 8.2 und die Spulenvorrichtung 25 des Schwingungserregers 7 angeordnet. Die Spulenvorrichtungen 25 der Schwingungssensoren 8.1, 8.2 sind in Längsrichtung der Aufnahme zur Spulenvorrichtung 25 des Schwingungserregers 7 angeordnet. Alle drei Spulenvorrichtungen 25 befinden sich in einer Spulenebene. Des Weiteren sind die drei Spulenvorrichtungen 25 als Plattenspule ausgebildet und in die Seitenfläche versenkt. An der Seitenfläche sind drei Spulenvorrichtungen 25 im Wesentlich gegenüber von den drei Spulenvorrichtungen 25 angeordnet. In den beiden Seitenflächen ist jeweils eine Führung eingearbeitet, welche sich senkrecht zur Längsrichtung der Aufnahme 29 und parallel zur Spulenebene erstreckt. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung erstreckt sich die Aufnahme über zwei Stirnseiten der Aufnahme 29. Dies ermöglicht ein Einführen des Messrohrmoduls 4 senkrecht zur Längsrichtung des Messrohrmoduls 4. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich die Aufnahme ausschließlich über eine Stirnseite. In dem Fall ist das Messrohrmodul 4 in Längsrichtung des Messrohrmoduls 4 - oder des Aufnahmemoduls 16 - in das Aufnahmemodul 16 einzuführen.
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Die 2A-C zeigen eine Bilderreihe einzelner Montageschritte eines erfindungsgemäßen Messgerätes 2. Das Messrohrmodul 4 umfasst zwei Messrohre 3.1, 3.2, die über eine Koppleranordnung 1 miteinander mechanische gekoppelt sind. Die Koppleranordnung 1 umfasst in der abgebildeten Ausgestaltung sechs Kopplerelemente 6, welche die beiden Messrohre 3.1, 3.2 teilweise umgreifen. Das Messrohrmodul 4 ist als ein Einwegartikel ausgebildet und kann in ein vorgesehenes Aufnahmemodul 16 mechanisch lösbar angeordnet und befestigt werden. Die zwei Messrohre 3.1, 3.2 umfassen jeweils einen Messrohrkörper, welcher zumindest teilweise aus Stahl gebildet ist. An den Messrohrkörpern sind jeweils ein Erregermagnet 36 und zwei Sensormagnete 38.1, 38.2 angebracht. Das Aufnahmemodul 16 weist eine Aufnahme 23 auf, die von einer Frontfläche des Aufnahmemodulkörpers 22 in dessen Längsrichtung erstreckt. Zudem weist der Aufnahmemodulkörper 22 des Aufnahmemoduls 16 eine Montagefläche 26 auf, auf welche das Messrohrmodul 4, insbesondere die Fixierkörperanordnung 35 im eingebauten Zustand aufliegt, und die derart ausgebildet ist, dass die Messrohre 3.1, 3.2 des Messrohrmoduls 4 nicht die Wandung des Aufnahmemoduls 16 berühren. Die Montagefläche 26 umschließt die Aufnahme 29 in einem Querschnitt, so dass beim Anordnen des Messrohrmoduls 4 ein gesamter Randbereich der Fixierkörperanordnung 35 auf der Montagefläche 26 aufliegt. Die zwei Erregerspulen des Schwingungserregers und die vier Sensorspulen des Schwingungssensors (nicht abgebildet) sind in einer inneren Mantelfläche des Aufnahmemoduls 16 angeordnet, insbesondere jeweils verteilt an zwei diametral orientierte Seitenflächen der Aufnahme 23. Die Erregerspulen und Schwingungsspulen sind bevorzugt in den Aufnahmemodulkörper 22 eingelassen, so dass sie beim Einführen des Messrohrmoduls 4 nicht beschädigt werden.
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Im eingebauten Zustand ist das Messrohrmodul 4 in der Aufnahme 23 angeordnet und die Fixierkörperanordnung 35 liegt auf der Montagefläche 26 auf. Das Messrohrmodul 4 ist nun bereit mittels der Fixiervorrichtung 34 an dem Aufnahmemodul 16 befestigt zu werden. Dies ist notwendig, damit eine Messung mit einem stabilen Nullpunkt möglich ist. Dafür weist die Fixiervorrichtung 34 ein erstes Fixierelement 40 und ein zweites Fixierelement 41 auf, welche jeweils schwenkbar ausgebildet sind und eine Fixierfläche 42, 43 aufweisen. Die Fixierflächen 42, 43 befinden sich jeweils an einem ersten Ende des Fixierelementes 40, 41. Die Fixierelemente 40, 41 weisen jeweils einen länglichen Fixierelementkörper auf. Im das erste Ende umfassenden Endabschnitt sind die Fixierelemente 40, 41 an dem Aufnahmemodulskörper 22 schwenkbar um eine Rotationsachse befestigt. Die Fixierelemente 40, 41 sind dazu eingerichtet die Fixierkörperanordnung 44 gegen die Montagefläche 26 zu drücken um somit Bewegungen der Fixierkörperanordnung zu unterdrücken. Das erste Fixierelement 40 ist mit einer schwenkbaren Verbindungsvorrichtung 46 verbunden, die einen Verbindungskörper 47 umfasst. Die Verbindung zwischen dem Fixierelemente 40 und der schwenkbaren Verbindungsvorrichtung 46 befindet sich am zweiten Ende des ersten Fixierelementes 40. Der Verbindungskörper 47 ist zumindest teilweise kubisch und im Endabschnitt zylindrisch ausgebildet. Dort ist am Verbindungskörper 47 eine Schließvorrichtung 48 angeordnet. In der abgebildeten Ausgestaltung weist der Endabschnitt des Verbindungskörpers 47 ein Außengewinde auf und die Schließvorrichtung 48 ist als eine Schraube ausgebildet. Abhängig von der Anwendung und den Anforderungen auf die Messperformance kann die Schließvorrichtung 48 auch als eine Drehmomentschraube, ein Klemmhebel, ein Spannbügel, ein Spanner, ein Schnellspanner, ein Spannhebel, eine Spannpratze, ein Haubenverschluss und/oder ein Exzenterhebel ausgebildet sein. Alternativ (nicht abgebildet) kann die Schließvorrichtung 48 als eine Schnalle, insbesondere eine Maschettenschnalle ausgebildet sein, die an einem ersten Fixierelement 40 der zwei Fixierelemente 40, 41 angeordnet ist. Entsprechend ist ein Schwenkteil am zweiten Fixierelement 41 angeordnet. Dabei ist das Schwenkteil als ein Manschettenschwenkteil ausgebildet, welches mindestens einen Haken, insbesondere einen Manschettenhaken aufweist. Im fixierten Zustand berühren die Fixierflächen 42, 43 der Fixierelemente 40, 41 die Auflageflächen 44, 45 der Fixierkörperanordnung 35. Der Verbindungskörper 47 der Verbindungsvorrichtung 46 steht in Wirkung mit dem zweiten Fixierelement 41, d.h. die Verbindungsvorrichtung 46, insbesondere der Verbindungskörper 47 verbindet das erste Fixierelement 40 mit dem zweiten Fixierelement 41. Das zweite Fixierelement 41 weist am zweiten Ende eine Führung 51 für den Endabschnitt des Verbindungskörper 47 auf. Der Verbindungskörper 47 erstreckt sich im geschlossenen Zustand entlang der Führung 51 des zweiten Fixierelementes 41. Die Schließvorrichtung 48 berührt die Einspannfläche 49 des zweiten Fixierelementes 41. Beim Anziehen der Schließvorrichtung 48 - in Form einer Schraube - werden die zwei Fixierelemente gleichmäßig angenähert. Die Schließvorrichtung 48 drückt gegen die Einspannfläche 49. Dadurch, dass die zwei Fixierelemente 40, 41 schwenkbar um eine Rotationsachse ausgebildet sind, bewirkt das Festziehen und entsprechende Annähern der Fixierelemente 40, 41 eine Kraft auf die Fixierkörperanordnung 35 parallel zur Längsrichtung des Messrohrmoduls 4 in Richtung der Montagefläche 26. Diese Kraft sorgt für eine gleichmäßige Befestigung des Messrohrmoduls 4 am Aufnahmemodulkörper 22. Die Messrohre 3.1, 3.2 weisen jeweils im Einlaufabschnitt eine Einlauflängsachse und im Auslaufabschnitt eine Auslauflängsachse, wobei eine erste Längsebene durch die Einlauflängsachsen der Messrohre verläuft, wobei eine zweite Längsebene durch die Auslauflängsachsen der Messrohre verläuft, wobei die Fixierkörperanordnung 35 eine zweite Stirnseite aufweist, welche entgegengesetzt zur ersten Stirnseite orientiert ist, wobei die erste Längsebene und die zweite Längsebene eine erste Fläche auf der zweiten Stirnseite der Fixierkörperanordnung 35 begrenzt, wobei die Einlauflängsachse und die Auslauflängsachse des ersten Messrohres 3.1 in einer dritten Längsebene verlaufen, wobei die Einlauflängsachse und die Auslauflängsachse des zweiten Messrohres 3.2 in einer vierten Längsebene verlaufen, wobei die dritte Längsebene und die vierte Längsebene auf der zweiten Stirnseite eine zweite Fläche begrenzen, wobei im Befestigungszustand die Fixierflächen 42, 43 der Fixierelemente 40, 41, insbesondere ausschließlich auf der ersten Fläche aufliegen und dabei außerhalb der zweiten Fläche liegt. Alternativ kann die Fixierkörperanordnung 35 mehrteilig ausgebildet sein, wobei ein Teil stoffschlüssig mit dem mindestens einen Messrohr 3.1, 3.2 verbunden ist und ein weiterer Teil zumindest formschlüssig angebracht ist. Dieser weitere Teil ist derart ausgebildet und eingerichtet als Prozessanschluss für die Messrohre 3.1, 3.2 an eine Prozessleitung zu dienen. Dazu kann der weitere Teil beispielsweise genormte Prozessanschlüsse, wie Flansche oder Gewinde aufweisen. Weiterhin ist an dem zweiten Fixierelement 41, insbesondere am dem Verbindungskörper 47 des zweiten Fixierelementes 41 eine Auslesevorrichtung 96 zum Auslesen des Identifikators angeordnet. Das Ausleseprinzip beruht auf einer elektromechanischen Wirkung zwischen Auslesevorrichtung 96 und dem auszulesenen Körper. Die Auslesevorrichtung 96 ist dazu eingerichtet, zum Auslesen der mindestens einen Messrohrmodulkennung 92 mit dem Identifikator 91 zusammengeführt zu werden, so dass sich diese berühren. Alternativ kann die Auslesevorrichtung 96 dazu eingerichtet sein, die erste Messrohrmodulkennung 92 optisch und somit kontaktlos auszulesen.
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An der Fixierkörperanordnung 35 des Messrohrmoduls 4 ist ein Identifikator 91 angeordnet mit einer ersten Messrohrmodulkennung 92 in Form von mindestens einer Vertiefung und mindestens einem Vorsprung codiert ist. Nach der abgebildeten Ausgestaltung ist der Identifikator 91 monolithisch mit der Fixierkörperanordnung 35 verbunden. Alternativ kann er mit einer Verbindungsvorrichtung monolithisch verbunden sein oder als ein Einsteckteil in eine vorgesehene Aufnahme in der Fixierkörperanordnung 35 oder der Verbindungsvorrichtung angeordnet sein. Beim Fixieren des Messrohrmoduls 4 mit der Fixiervorrichtung 34 wird die abgebildete Auslesevorrichtung 96 auf den Identifikator 91 verbunden. Die erste Messrohrmodulkennung 92 wird mit Komponenten der Auslesevorrichtung 96 mechanisch verbunden und mindestens eine mittels der ersten Messrohrmodulkennung 92 codierte Messrohrmodulspezifische Information wird mittels der Auslesevorrichtung 96 ausgelesen. Die erste Messrohrmodulkennung 92 weist eine Messrohrmodulspezifische Information aus der folgenden Liste auf: Nennweite des mindestens einen Messrohres 3, Nennweite eines an dem Messrohrmodul 4 angebrachten Verteilerstückes, Kalibrierfaktor, Dichtekalibrierfaktor, Identifikationsnummer. Eine Auswerteschaltung 53 zum Ermitteln einer Messgröße des Mediums ist an dem Aufnahmemodulkörper 22 angeordnet und dazu eingerichtet, die Messgröße in Abhängigkeit der Messrohrmodulspezifischen Information zu ermitteln.
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Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf zwei Ausgestaltungen des Messmoduls 4. Die erste Ausgestaltung weist ein Messrohrmodul 4 mit einer angeordneten Fixierkörperanordnung 5 auf. Das Messrohrmodul 4 umfasst genau zwei Messrohre 3.1, 3.2, welche über eine Koppleranordnung 1 - umfassend zwei Kopplungselemente 6 im Einlaufabschnitt 20 und zwei Kopplungselemente 6 im Auslaufabschnitt 21 - miteinander mechanisch gekoppelt sind. Die Kopplungselemente 6 dienen dazu einen Oszillator aus den beiden einzeln in Schwingungen angeregten Messrohren 3 zu bilden. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung sind die Kopplungselemente 6 plattenförmig ausgebildet mit abgerundeten Kanten. Es sind jedoch auch andere Formen bekannt. Im Rahmen der Erfindung wird sich weder auf eine Form noch auf eine Anzahl an Kopplungselementen 6 eingeschränkt. Aus Übersichtsgründen sind der Schwingungserreger und die Schwingungssensoren, insbesondere deren einzelnen Komponenten nicht abgebildet. Zwischen Einlaufabschnitt 20 und Auslaufabschnitt 21 weisen die beiden Messrohre 3.1, 3.2 jeweils zwei Schenkel 11 und einen die beiden Schenkel 11 verbindenden Bogen auf, so dass der jeweilige Messrohrkörper 13 U-förmig ist. Eine Fixierkörperanordnung 5 ist an den jeweiligen Enden der Messrohre 3.1, 3.2 angeordnet und verbindet die zwei Messrohre 3.1, 3.2 des Messrohrmoduls 4 miteinander. Mit der Fixierkörperanordnung 5 mechanisch verbunden ist eine Verbindungsvorrichtung 63, welche Rohranschlussöffnungen 64 aufweist, an welche in einem angeschlossenen Zustand ein Schlauch- und/oder Kunststoffrohrsystem angeschlossen ist und die als Prozessanschluss ausgebildet sein können. Es sind eine Vielzahl an Prozessanschlüssen, wie z.B. Flansche, Schneidringverschraubungen, Schlauchverschraubungen, Anschlusszapfen etc. bekannt. Die Rohranschlussöffnungen 64 weisen jeweils einen Kanal 66, 67 auf. Gemäß der ersten Ausgestaltung trennt sich der Einlaufkanal 66 in zwei separate Kanäle auf, welche mit dem jeweiligen Einlaufabschnitt 20 der beiden Messrohre 3 verbunden sind. Gleiches gilt auch für den Auslaufkanal 67. Der Auslaufkanal 67 weist zwei Kanäle auf, welche jeweils aus dem Auslaufabschnitt 21 der jeweiligen Messrohre 3 zusammenlaufen und eine der Rohranschlussöffnungen 64 bilden. Die Nennweite der Rohranschlussöffnungen 64 und die Nennweite der Messrohre 3 können unterscheiden. Die Fließrichtung des zu führenden Mediums durch die Rohranschlussöffnung 64 unterscheidet sich von der Fließrichtung des Mediums im Einlauf- und/oder Auslaufabschnitt 20, 21. Des Weiteren weist die Verbindungsvorrichtung 63 einen Messrohrmodulkennungskörper 97 auf, der mindestens einen Vorsprung 95 aufweist. Die Messrohrmodulspezifische Information hängt von der Anzahl und Position der Vorsprünge 95 ab.
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Die zweite Ausgestaltung weist ein im Wesentlichen identisches Messrohrmodul 4 wie die erste Ausgestaltung auf und unterscheidet sich ausschließlich durch die Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung 63. Der Einlaufkanal 66 ist mit dem Einlaufabschnitt 20 des ersten Messrohres 3.1 verbunden. Der Auslaufkanal 67 der Verbindungsvorrichtung 5 ist mit dem Auslaufabschnitt 21 des zweiten Messrohres 3.2 verbunden. Ein Verbindungskanal 65 verbindet den Auslaufabschnitt 21 des ersten Messrohres 3.1 mit dem Einlaufabschnitt des zweiten Messrohres 3.2. Das Messrohrmodul 4 weist eine Spiegelebene auf, welche zwischen den beiden Messrohren 3.1, 3.2, parallel zu den jeweiligen Längsachsen der Schenkel 11 verläuft. Der Verbindungskanal 65 weist eine Längsachse auf, welche zur Spiegelebene des Messrohrmoduls 4 geneigt ist. An der Außenwandung des Verbindungskanales 65 ist ein Temperatursensor 77 möglichst nahe an dem zu führenden Medium angeordnet. Der Temperatursensor 77 kann beispielsweise ein Pt100 oder PT1000 Element sein. Die Verbindungsvorrichtung 63 der zweiten Ausgestaltung weist ebenfalls einen Identifikator 91, dieser ist jedoch in Form von Vertiefungen 94 realisiert. Die Vertiefungen 94 können als Sacklöcher oder Durchgangslöcher in der Verbindungsvorrichtung 63 umgesetzt werden. Die Messrohrspezifische Information hängt von der Position und/oder Anzahl der Vertiefungen 94 ab.
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Die Verbindungsvorrichtung 63 weist einen Verbindungsvorrichtungskörper auf, welcher einen Kunststoff und bevorzugt Polyetheretherketone (PEEK), Polyaryletherketone (PAEK), Polyphenylsulfone (PPSU), Polyethersulfone (PESU), Polysulfone (PSU), Polyarylamide (PARA), Polypropylene (PP), Polycarbonate (PC), Polyethylene (PE), Fluoropolymere und/oder Hart-Polyethylene (HDPE) aufweist. Zudem weist das Messrohrmodul 4 einen Messrohrmodulkörper auf, der Stahl umfasst und insbesondere aus Stahl gebildet ist.
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Die Verbindungsvorrichtung 63 ist über eine Verschlussvorrichtung zumindest formschlüssig mit der Fixierkörperanordnung 5 verbunden. Auf die Darstellung der Verschlussvorrichtung wurde in 1 bis 3 verzichtet.
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Die 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung des Identifikators 91 mit aufgesetzter Auslesevorrichtung 96. Der Identifikator 91 weist eine erste Messrohrmodulkennung 92 auf, die durch eine Länge des Messrohrmodulkennungskörpers 97 definiert ist. Des Weiteren weist der Identifikator 91 eine zweite Messrohrmodulkennung 93 und eine dritte Messrohrmodulkennung 106 auf, die jeweils in Richtung einer Rotationsachse versetzt sind. Die erste Messrohrmodulkennung 92 wird durch mindestens einen Vorsprung 95 und die dritte Messrohrmodulkennung 106 durch mindestens eine Vertiefung 94 definiert. Der Messrohrmodulkennungskörper 97 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine Mantelfläche 98 auf an der die Vorsprüng 95 angeordnet sind und die Vertiefungen 94 eingefügt sind. Der Messrohrmodulkennungskörper 97 ist ebenfalls wie die Führungsstruktur 101 monolithisch mit der Verbindungsvorrichtung 63 verbunden. Die Führungsstruktur 101 dient zum Kontrollierten Anbringen der Auslesevorrichtung 96 an den Identifikator 91 und zur Korrekten Positionierung der Auslesemittel 105 relativ zur dazugehörigen Messrohrmodulkennung 92, 93, 106. Dies kann bspw. dem Poka Yoke Prinzip gehorchen. Eine Auslesevorrichtung 96 ist an dem Identifikator 91 so angeschlossen, dass sich der Messrohrmodulkennungskörper 97 in einer Auslesevorrichtungsaufnahme 104 befindet. In der Auslesevorrichtungsaufnahme 104 sind zudem Auslesemittel 105.1, 105.2, 105.3 angeordnet. Diese sind in der abgebildeten Ausgestaltung als federnde Spitzen ausgebildet die sich verdrängen lassen, wenn der Messrohrmodulkennungskörper 97 in die Auslesevorrichtungsaufnahme 104 eingeführt wird. Ein erstes Auslesemittel 105.1 ist dazu eingerichtet, die erste Messrohrmodulkennung 92 zu ermitteln. Ein zweites Auslesemittel 105.2 ist dazu eingerichtet, die zweite Messrohrmodulkennung 93 zu ermitteln. Ein drittes Auslesemittel 105.3 ist dazu eingerichtet, die dritte Messrohrmodulkennung 106 zu ermitteln. Die Messrohrmodulkennungen 92, 93, 106 sind in einer Längsrichtung des Messrohrmoduls versetzt zueinander angeordnet. Weiterhin weist die Auslesevorrichtung 96 eine Erkennungsvorrichtung 103 auf, die dazu eingerichtet ist anhand der ausgelesenen Messrohrmodulkennungen 92, 93, 106 die für die Bestimmung der Prozessgrößen notwendigen Messrohrmodulspezifische Informationen zu bestimmen. So kann eins der ermittelten Messsignale eine Binärzahl darstellen, die für eine Nennweite des Messrohres oder eines an dem Messrohrmodul angebrachten Verteilerstückes, einen Kalibrierfaktor, einen Dichtekalibrierfaktor oder eine Identifikationsnummer stehen. Alternativ kann auch eine der Messrohrmodulkennungen 92, 93, 106 die Art der hinter der jeweils anderen Messrohrmodulkennung 92 codierten Messrohrmodulspezifische Information umfassen. Der Messrohrmodulkennungskörper 97 ist im abgebildeten Beispiel rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse. Abhängig von der Codierung der Messrohrmodulspezifischen Information kann aber auch eine Abweichung von der Rotationssymmetrie vorliegen.
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Die 5 zeigt einen Teilausschnitt aus einem Querschnitt durch die erste Ausgestaltung des Identifikators mit aufgesetzter Auslesevorrichtung. Die Auslesemittel 105 sind rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse federnd in radialer Richtung angeordnet. Die Vorsprünge 95 und der Messrohrmodulkennungskörper 97 sind einteilig ausgebildet. Alternativ können die Vorsprünge 95 auch durch Vorsprungkörper realisiert werden, welche in vorgesehene Aufnahmen im Messrohrmodulkennungskörper 97 eingesetzt werden können. Die entsprechenden Aufnahmen entsprechen dann den Vertiefung.
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Die 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des Identifikators 91 mit aufgesetzter Auslesevorrichtungsaufnahme 104. Die zweite Ausgestaltung unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung im Wesentlichen dadurch, dass der Identifikator 91 nicht durch einen Messrohrmodulkennungskörper gebildet ist, welcher sich aus einer Grundeben der Verbindungsvorrichtung 63 erstreckt und mindestens eine Vertiefung 94 und/oder mindestens einen Vorsprung 95 aufweist, sondern stattdessen durch mindestens eine Vertiefung 94, welche sich ausgehend von einer Verbindungsvorrichtungsebene in Richtung der Fixierkörperanordnung erstrecken. Dadurch befinden sich die Messrohrmodulkennungen 92, 93, 106 in einer Ebene und sind in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Messrohrmoduls versetzt angeordnet. Die Vertiefungen 94 können beispielsweise mittels Laserverfahren in die einen Kunststoff umfassende Verbindungsvorrichtung 63 eingearbeitet sein. Alternativ zu den Vertiefungen 94 kann zudem oder stattdessen mindestens ein Vorsprung vorgesehen werden. Die Auslesemittel 105 können rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse, als ein Array oder in einer Reihe angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Koppleranordnung
- 2
- Messgerät
- 3
- Messrohr
- 4
- Messrohrmodul
- 5
- Fixierkörperanordnung
- 6
- Kopplerelement
- 7
- Schwingungserreger
- 8
- Schwingungssensor
- 9
- Magnetanordnung
- 10
- Magnet
- 11
- Schenkel
- 13
- Messrohrkörper
- 15
- Mess- und/oder Betriebsschaltung
- 16
- Aufnahmemodul
- 22
- Aufnahmemodulkörper
- 23
- Aufnahme
- 24
- Seitenfläche
- 26
- Montagefläche
- 28
- Führung
- 34
- Fixiervorrichtung
- 35
- Fixierkörperanordnung
- 36
- Erregermagnet
- 38
- Sensormagnet
- 40
- erstes Fixierelement
- 41
- zweites Fixierelement
- 42
- Fixierfläche
- 43
- Fixierfläche
- 44
- Auflagefläche
- 45
- Auflagefläche
- 47
- Verbindungskörper
- 48
- Schließvorrichtung
- 49
- Einspannfläche
- 50
- Schwenkteil
- 21
- Führung
- 53
- Auswerteschaltung
- 63
- Verbindungsvorrichtung
- 64
- Rohranschlussöffnung
- 65
- Verbindungskanal
- 66
- Einlaufkanal
- 67
- Auslauf
- 68
- Messrohranschlussöffnung
- 91
- Identifikator
- 92
- erste Messrohrmodulkennung
- 93
- zweite Messrohrmodulkennung
- 94
- Vertiefung
- 95
- Vorsprung
- 96
- Auslesevorrichtung
- 97
- Messrohrmodulkennungskörper
- 98
- Mantelfläche
- 99
- Verteilerstück
- 101
- Führungsstruktur
- 102
- Identifiziervorrichtung
- 103
- Erkennungsvorrichtung
- 104
- Auslesevorrichtungsaufnahme
- 105
- Auslesemittel
- 106
- dritte Messrohrmodulkennung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1807681 A1 [0002]
- WO 2011/099989 A1 [0004]
- US 10209113 B2 [0004]
- WO 2019/017891 [0005]
