DE102021122030A1 - Vibronischer Messaufnehmer - Google Patents

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DE102021122030A1
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Christian Schütze
Dieter Mundschin
Benjamin Schwenter
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Endress and Hauser Flowtec AG
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Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
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    • F16F15/073Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs using only leaf springs
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen vibronischen Messaufnehmer (100) zum Messen des Massendurchflusses eines strömungsfähigen Mediums, umfassend:- eine schwingfähige Messrohrleitung (10) zum Führen des Mediums, welche Messrohrleitung (10) in ihrer Ruhelage in einer Rohrleitungsebene gebogen verläuft und einlaufseitig an einen Leitungseinlaufabschnitt (18) und auslaufseitig an einen Leitungsauslaufabschnitt (19) anschließt,- ein Tragsystem mit einer Trägerplatte (3), wobei die Messrohrleitung (10) mit der Trägerplatte (3) fest verbunden ist, und- mindestens einen Schwingungserreger (6), zum Anregen von Biegeschwingungen der Messrohrleitung (10) in einer Biegeschwingungsnutzmode, der dazu eingerichtet ist, die Biegeschwingungen in der Biegeschwingungsnutzmode senkrecht zur Rohrleitungsebene anzuregen.Die Erfindung zeichnet sich durch eine geradzahlige Anzahl von Versteifungselementen (71,72), insb. zumindest zwei Versteifungselemente, aus, zur Unterdrückung von Schwingungen der Messrohrleitung (10) in zumindest einer parallel zu der Rohrleitungsebene schwingenden Störmode, wobei die Versteifungselemente (71,72) mit der Messrohrleitung (10) und der Trägerplatte (39) verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen vibronischen Messaufnehmer zum Messen des Massendurchflusses eines strömungsfähigen Mediums in einer Rohrleitung. Bei dem strömungsfähigen Medium handelt es sich bspw. um ein Fluid, etwa ein Gas oder eine Flüssigkeit.
  • Vibronische Messaufnehmer zum Messen des Massendurchflusses umfassen in der Regel einen Leitungseinlaufabschnitt und einen Leitungsauslaufabschnitt, welche an die Rohrleitung angeschlossen sind, zum Ein- bzw. Ausströmen des Mediums, sowie ein Messaufnehmergehäuse und eine schwingfähige Messrohrleitung. Die Anmeldung bezieht sich auf vibronische Messaufnehmer mit einer einzigen Messrohrleitung. Die Messrohrleitung ist in ihrer Ruhelage in einer Rohrleitungsebene gebogen und weist eine zweizählige Rotationssymmetrie auf bezüglich einer Achse, die senkrecht zur Rohrleitungsebene verläuft.
  • Gattungsgemäße Messaufnehmer sind im Stand der Technik bekannt und bspw. in den Veröffentlichungen der DE 039 16 285 A1 , der EP 518 124 A1 , der DE 10 2015 122 146 , der DE 10 2017 112 245 A1 sowie der WO 2018/219601 A1 beschrieben.
  • Messaufnehmer mit einem einzigen Messrohr sind vorteilhaft, da sie keine Strömungsteiler enthalten. Anders als bei Messaufnehmern mit zwei Messrohren, die symmetrisch gegeneinander schwingen, ist es jedoch bei Messaufnehmern mit nur einem einzigen Messrohr schwieriger, eine Wechselwirkung mit der Umgebung durch Auskoppeln von Schwingungsenergie einer Biegeschwingungsnutzmode bzw. durch Einkoppeln von störenden Schwingungen aus der Umgebung zu vermeiden. Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 030 340 A1 offenbart hierzu einen Messaufnehmer mit einem einzigen Messrohr, bei dem das Messrohr zwei parallel geführte Schleifen aufweist, die gegeneinander schwingen und sich insoweit gegenseitig balancieren. Für diesen Messaufnehmertyp ist jedoch aufgrund des Verlaufs der Messrohrleitung in Schleifen eine Entleerbarkeit des Messrohrs prinzipiell ausgeschlossen, während gattungsgemäße Messaufnehmer grundsätzlich entleerbar gestaltet sein können.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einfluss unerwünschter Störmoden bei einem gattungsgemäßen vibronischen Messaufnehmer zu reduzieren.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen vibronischen Messaufnehmer zum Messen des Massendurchflusses eines strömungsfähigen Mediums, umfassend:
    • - einen Leitungseinlaufabschnitt und einen Leitungsauslaufabschnitt;
    • - ein Messaufnehmergehäuse, wobei der Leitungseinlaufabschnitt und der Leitungsauslaufabschnitt jeweils fest mit dem Messaufnehmergehäuse verbunden sind;
    • - eine schwingfähige Messrohrleitung zum Führen des Mediums, welche Messrohrleitung in ihrer Ruhelage in einer Rohrleitungsebene gebogen verläuft und einlaufseitig an den Leitungseinlaufabschnitt und auslaufseitig an den Leitungsauslaufabschnitt anschließt, wobei die Messrohrleitung zumindest abschnittsweise eine zweizählige Rotationssymmetrie bezüglich einer zur Rohrleitungsebene senkrecht verlaufenden Achse, aufweist;
    • - ein Tragsystem mit einer Trägerplatte, mindestens einem einlaufseitigen Lagerkörper und mindestens einem auslaufseitigen Lagerkörper; wobei die Messrohrleitung mittels des einlaufseitigen Lagerkörpers und mittels des auslaufseitigen Lagerkörpers mit der Trägerplatte fest verbunden und durch die Lagerkörper begrenzt ist,
    • - mindestens einen Schwingungserreger, zum Anregen von Biegeschwingungen der Messrohrleitung in einer Biegeschwingungsnutzmode, wobei der Schwingungserreger im Zentrum der zweizähligen Rotationssymmetrie angeordnet ist, und dazu eingerichtet ist, die Biegeschwingungen in der Biegeschwingungsnutzmode senkrecht zur Rohrleitungsebene anzuregen;
    • - mindestens zwei Schwingungssensoren zum Erfassen von Schwingungen der Messrohrleitung, wobei ein erster Schwingungssensor einlaufseitig und ein zweiter Schwingungssensor auslaufseitig derart angeordnet sind, dass die beiden Schwingungssensoren in Bezug auf die zweizählige Rotationssymmetrie zueinander symmetrisch angeordnet sind,
    • - eine geradzahlige Anzahl von Versteifungselementen, insb. zumindest zwei Versteifungselemente, zur Unterdrückung von Schwingungen der Messrohrleitung in zumindest einer parallel zu der Rohrleitungsebene schwingenden Störmode, wobei die Versteifungselemente mit der Messrohrleitung und der Trägerplatte verbunden sind.
  • Wie eingangs erwähnt handelt es sich bei der Messrohrleitung bevorzugt um eine einzige Messrohrleitung.
  • Bei der zumindest abschnittsweise zweizähligen Rotationssymmetrie handelt es sich insbesondere um eine Symmetrie, die zumindest auf einem Abschnitt vorliegt, welcher Abschnitt durch den einlaufseitigem ersten Schwingungssensor und dem auslaufseitigen zweiten Schwingungssensor begrenzt ist.
  • Als erfindungsgemäßes Versteifungselement wird in dieser Anmeldung ein Element bezeichnet, welches die Schwingung der unerwünschten Störmöde parallel zu der Rohrleitungsebene oder innerhalb der Rohrleitungsebene versteift. Die Versteifungselemente erhöhen die modale Steifigkeit über die Erhöhung der Eigenfrequenz der Störmode. Dadurch ist die Störmode des vibronischen Messaufnehmers zum einen prinzipiell nur bei wesentlich höheren Frequenzen und damit weniger leicht anregbar, im Vergleich zu einem ansonsten identisch ausgestalteten vibronischen Messaufnehmer ohne die Versteifungselemente. Zum anderen führt die erhöhte Eigenfrequenz zu einer erniedrigten Amplitude bei einer angeregten Schwingung außerhalb der Resonanz: A ( ω ) = A E ( ω 0 2 ω 2 ) 2 + ( 2 ω γ ) 2 ,
    Figure DE102021122030A1_0001
    wobei in obiger Schwingungsgleichung A(ω) die Amplitude in Abhängigkeit von der Anregefrequenz ω und AE die Anregeamplitude bezeichnet sowie, ω0 die Eigenfrequenz und γ die Dämpfung der Störmode. Dies bedeutet, dass sich eine angeregte Störmode weniger stark in Form einer starken Amplitude auf das vibronische Messgerät auswirkt. Das erfindungsgemäße Versteifungselement beeinflusst dagegen nicht direkt die Dämpfung γ der Störmode, sondern nur indirekt das dimensionslose Lehrsche Dämpfungsmaß D= γ/ω0 über die Erhöhung der Eigenfrequenz der ω0 der Störmode. Dahingegen beeinflusst ein von dieser Erfindung nicht umfasstes Dämpfungselement die Dämpfung γ direkt.
  • Durch die Versteifungselemente ist der vibronische Messaufnehmer durch Beschädigungen geschützt, welche ansonsten durch ein Anregen der Störmode hervorgerufen werden könnten. Dies sowohl während des Messbetriebs des vibronischen Messaufnehmers als auch außerhalb davon. Letzteres, da bspw. auch beim Transport des vibronischen Messgeräts Erschütterungen bzw. Vibrationen auftreten können, welche wie eine angeregte erzwungene Schwingung der Störmode auf den vibronischen Messaufnehmer wirken können.
  • In einer Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers sind die Versteifungselemente in Bezug auf die zweizählige Rotationssymmetrie im Wesentlichen zueinander paarweise symmetrisch angeordnet. Dadurch wird ein unerwünschter Einfluss der Versteifungselemente auf die Biegeschwingungsnutzmode minimiert.
  • In einer Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers sind die Versteifungselemente im Wesentlichen identisch ausgestaltet.
  • In einer Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers beträgt die modale Steifigkeit der mit den Versteifungselementen verbundenen Messrohrleitung geteilt zu der modalen Steifigkeit einer ansonsten identisch ausgebildeten Messrohrleitung ohne die Versteifungselemente
    • - in zumindest einer Störmode ein Verhältnis von mindestens 2, insb. mindestens 5 und
    • - in der Biegeschwingungsnutzmode ein Verhältnis von höchstens 1,1, insb. maximal 1,05.
  • Dies bedeutet, dass die Versteifungselemente die Biegeschwingungsnutzmode zu maximal 10%, insb. maximal 5% versteifen und wohingegen die Störmode zumindest um einen Faktor 2, insb. zumindest 5 versteift ist.
  • In einer Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers sind die Versteifungselemente metallisch.
  • In einer Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers sind die Versteifungselemente an der Messrohrleitung und der Trägerplatte mittels einer stoffschlüssigen Verbindung befestigt. Die stoffschlüssige Verbindung ist bspw. geschweißt oder gelötet.
  • In einer Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers umfassen die Versteifungselemente jeweils:
    • - einen starren, stabförmigen Abschnitt, wobei der stabförmige Abschnitt mit seinem ersten Ende mit der Messrohrleitung befestigt ist; und
    • - ein auf der Trägerplatte befestigtes Trägerelement, zum Ausgleich eines Versatzes entlang der zur Rohrleitungsebene senkrechten Richtung zwischen der Messrohrleitung und der Trägerplatte entlang der zur Rohrleitungsebene senkrechten Richtung,
    wobei der stabförmige Abschnitt mit seinem zweiten Ende an dem Trägerelement befestigt ist.
  • Die Versteifungselemente sind bspw. speichenförmig. Dadurch leisten sie den unterschiedlichen Beitrag zu der modalen Steifigkeit der Biegeschwingungsnutzmode und der Störmode, im Wesentlichen aufgrund ihrer Form.
  • In einer zu der vorherigen Ausgestaltung alternativen Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers sind die Versteifungselemente jeweils als ein Federelement ausgebildet, welches Federelement in der zu der Rohrleitungsebene senkrechten Richtung (x) eine erste Federsteifigkeit und in einer zur Rohrleitungsebene parallelen Richtung eine zweite Federsteifigkeit aufweisen wobei die zweite Federsteifigkeit zumindest fünfmal, bevorzugt zumindest zehnmal so groß ist wie die erste Federsteifigkeit.
  • Im Fall des Federelements ergibt sich der unterschiedliche Beitrag zu der modalen Steifigkeit der Störmode im Vergleich zu der Biegeschwingungsnutzmode aufgrund der voneinander verschiedenen ersten und zweiten Federsteifigkeit.
  • Insbesondere handelt es sich um ein einstückiges Federelement.
  • In einer Ausgestaltung des vibronischen Messaufnehmers sind die Versteifungselemente derart in Bezug auf die Messrohrleitung angeordnet sind, dass
    • - eine Versteifungselement-Längsachse (Vz) parallel zu der Rohrleitungsebene ist, und
    • - zwischen der Versteifungselement-Längsachse (Vz) und der Schwingungsrichtung zumindest einer der Störmoden ein Winkel kleiner als 30° vorliegt.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
    • 1: Eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen vibronischen Messaufnehmers;
    • 2: Eine Detailansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen vibronischen Messaufnehmers; und
    • 3: Eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen vibronischen Messaufnehmers.
  • In 1 ist eine Draufsicht auf einen vibronischen Messaufnehmer 100 dargestellt. Der vibronische Messaufnehmer 100 umfasst die Messrohrleitung 10, die durch zwei Lagerkörper 21, 22 begrenzt und mit letzteren an einer biegesteifen Trägerplatte 3 befestigt ist. Die Messrohrleitung 10 hat einen Innendurchmesser von beispielsweise 5 mm oder weniger und ist aus einem Metall gefertigt, insbesondere Edelstahl oder Titan. Die Messrohrleitung 10 verläuft im Wesentlichen in einer zur Trägerplatte 3 parallelen Rohrleitungsebene. Die Messrohrleitung 10 weist eine zweizählige Rotationssymmetrie um eine Symmetrieachse x, auf, die senkrecht zur Rohrleitungsebene durch einen Punkt C2 in der Mitte eines zentralen Rohrleitungsabschnitts verläuft. In 1 bildet daher die Symmetrieachse x der zweizähligen Rotationssymmetrie die x-Achse eines rechtshändigen kartesischen Koordinatensystems, welche in die Papierebene hineinzeigt. Die Rohrleitungsebene liegt in einer durch die y-Achse und die z-Achse aufgespannten y-z-Ebene.
  • Der Messaufnehmer 100 weist zum Erfassen der Schwingungen der Messrohrleitung 10 einen ersten elektrodynamischen Schwingungssensor 51 und einen zweiten elektrodynamischen Schwingungssensor 52 auf. Zum Anregen von Biegeschwingungen der Biegeschwingungsnutzmode weist der Messaufnehmer 100 einen elektrodynamischen Erreger 6 auf, der im Zentrum C2 der zweizähligen Rotationssymmetrie angeordnet ist, und in Richtung der Symmetrieachse x wirkt.
  • Der Schwingungserreger 6 umfasst eine Erregerspule und die mindestens zwei Schwingungssensoren 51,52 umfassen jeweils eine Sensorspule, wobei der mindestens eine Schwingungserreger 6 einen Erregermagneten und/oder die mindestens zwei Schwingungssensoren 51,52 jeweils einen Sensormagneten umfassen. Für mehr Details bezüglich der Schwingungserreger und der -sensoren sei hiermit auf die Offenbarung der eingangs erwähnten WO 2018/219601 A1 verwiesen.
  • Die Biegeschwingungsnutzmode, der durch den Schwingungserreger 6 angeregt wird, ist bspw. eine F3-Biegeschwingungsmode.
  • Das Tragsystem weist Tragsystemschwingungsmoden auf, die elastische Verformungen der Trägerplatte 3 umfassen. Bevorzugt beträgt die Eigenfrequenz von Schwingungen der Trägerplatte 3 gegenüber dem Messgerätgehäuse aufgrund der Translationsschwingungsfreiheitsgrade und der Rotationsschwingungsfreiheitsgrade höchstens die Hälfte der Eigenfrequenz der Biegeschwingungsnutzmode und die Tragsystem-Eigenfrequenz mindestens das Doppelte der der Eigenfrequenz der Biegeschwingungsnutzmode. Die Trägerplatte 3 weist eine Anzahl von insbesondere spiralförmigen Federlagern 31,32,33,34 (hier bspw. vier) auf, wobei ein Federlager 31,32,33,34 jeweils durch mindestens einen Schnitt in der Trägerplatte freigelegt ist. Die Trägerplatte ist über das oder die Federlager 31,32,33,34 gegenüber dem Messaufnehmergehäuse federnd gelagert. Die Trägerplatte 3 ist an einer Gehäuseplatte 40 des Messaufnehmergehäuses verankert. Die metallische Trägerplatte 3 weist eine Stärke von bspw. 5 mm auf. Für mehr Details bezüglich des Tragsystems und der Federlager sei hiermit wieder auf die Offenbarung der WO 2018/219601 A1 verwiesen.
  • Das Gehäuse weist einen erstes Gehäuselager 41 und ein zweites Gehäuselager 42 auf, die fest mit der Gehäuseplatte 4 verbunden sind, und an denen der Leitungseinlaufabschnitt 18 bzw. der Leitungsauslaufabschnitt 19 fixiert sind.
  • Die Messrohrleitung 10 weist einen zumindest abschnittsweise S-förmigen Verlauf auf. Auf dem S-förmigen Abschnitt weist die Messrohrleitungsachse zu der Längsrichtung (x) an keinem Punkt einen Winkel von mehr als 85°, insbesondere mehr als 83°, auf. Die S-förmige Messrohrleitung 10 weist zwischen den beiden Lagerkörpern 41,42, einen an den ersten Lagerkörper 41 anschließenden ersten äußeren geraden Abschnitt und einen an den zweiten Lagerkörper 42 anschließenden zweiten äußeren geraden Abschnitt und einen zentralen geraden Abschnitt auf, sowie einen ersten kreisbogenförmigen Abschnitt, der zwischen dem ersten äußeren geraden Abschnitt und dem zentralen geraden Abschnitt angeordnet ist; und einen zweiten kreisbogenförmigen Abschnitt, der zwischen dem zweiten äußeren geraden Abschnitt, und dem zentralen geraden Abschnitt angeordnet ist. Für mehr Details möglicher Ausgestaltungen der Messrohrleitung sei wieder auf die Offenbarung der WO 2018/219601 A1 verwiesen.
  • Störmoden, welche unter einer Anregung unerwünschte Schwingungen in der Rohrleitungsebene yz ausführen könnten, werden mittels der erfindungsgemäßen Versteifungselemente 71,72 unterdrückt. Die Versteifungselemente 71,72 schränken in dem in 1 gezeigten Beispiel Schwingungen der Messrohrleitung 10 entlang der z-Achse ein. Die beiden Versteifungselemente 71,72 sind dabei symmetrisch in Bezug auf die zweizählige Rotationssymmetrie angeordnet und im Wesentlichen identisch ausgestaltet.
  • Die Versteifungselemente 71,72 sind derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass die modale Steifigkeit der Biegeschwingungsnutzmode im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt, d.h. zu einer Änderung von unter 10%, im Vergleich zu einem ansonsten identischen Messaufnehmer ohne Versteifungselemente 71,72 führt. Dahingegen wird die modale Steifigkeit der in z-Richtung wirkenden Störmode zumindest verdoppelt und ist bevorzugt fünf Mal so groß.
  • Im in 1 gezeigten Beispiel werden mittels der Verwendung der Versteifungselement daher nur Amplituden einer Störmode erreicht, bei denen einen Auslenkung der Messrohrleitung 10 stets kleiner als ein Luftspalt bleibt, der zwischen der Messrohrleitung 10 und dem Erregermagneten des Schwingungserregers 60 vorliegt, bspw. für einen Luftspalt von 0,4 mm in dem obigen Bsp. Dadurch wird also effektiv eine Beschädigung des Schwingungserregers 6 durch die in einer Störmode schwingende Messrohrleitung verhindert. Eine Beschädigung des Erregermagnetes des Schwingungserregers durch die in einer Störmoden schwingende Messrohrleitung 10 stellt ansonsten einen der häufigsten Ausfallgründe bei einem gattungsgemäßen vibronischen Messgerät 100 dar; dies wurde in entsprechenden Untersuchungen der Anmelderin nachgewiesen.
  • Die Versteifungselemente 71,72 sind bevorzugt metallisch (bspw. aus einem rostfreien Stahl) und an die Messrohrleitung 10 geschweißt oder gelötet, um jeweils eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Messrohrleitung 10 und den Versteifungselementen 71,72 zu erhalten.
  • 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Detail des vibronischen Messgeräts 100, bei dem die Verbindung zwischen Messrohrleitung 10 und Trägerplatte 3 über eines der Versteifungselemente 71 in einer Ausgestaltung der Erfindung näher dargestellt ist. Das Detail entspricht dem 1 mittels des gestrichelten Kreises angedeuteten Ausschnitt, welcher in der perspektivischen Ansicht nun im Vgl. zu der Draufsicht aus 1 gedreht ist. Zur besseren Orientierung ist das kartesische Koordinatensystem aus 1 wieder mit eingezeichnet, in welchem die x-Achse der Symmetrieachse der zweizähligen Rotationssymmetrie und die yz-Ebene der Messrohrleitungsebene entspricht. Das Versteifungselement 71 ist speichenförmig und umfasst einen starren, stabförmigen Abschnitt 81, welcher mit seiner Längsrichtung im Wesentlichen entlang der z-Achse orientiert ist. Durch die längliche Form und die Steifigkeit des Materials des Versteifungselements wird die modale Steifigkeit einer in z-Richtung schwingenden Störmode erhöht. Der stabförmige Abschnitt ist mit seinem ersten Ende mit der Messrohrleitung 10 verbunden, bspw. mittels der vorstehend genannten stoffschlüssigen Verbindung. Das zweite Ende, welches dem ersten gegenüberliegt, ist mit einem Trägerelement 82 verbunden, welches wiederum mit der Trägerplatte 3 verbunden ist, wobei hier zumindest eine der vorstehend genannten Verbindungen wieder als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt ist. Das Trägerelement 82 gleicht einen Versatz in Richtung der x-Achse zwischen der Rohrleitungsebene und der dazu parallel angeordneten Trägerplatte 3 aus.
  • 3 zeigt, in einer ähnlichen perspektivischen Ansicht zu der aus 2, eine alternative Ausführung des Versteifungselements 72. In diesem Fall handelt es sich um ein Federelement 9, welches in Richtung der zu unterdrückenden Störmode (z-Richtung) eine sehr hohe Federsteifigkeit aufweist (angedeutet durch den vergleichsweise dicken Durchmesser des mit der Messrohrleitung 10 verbundenen Abschnitt des Federelements 9, am oberen Ende des Federelements 9). In Richtung der x-Achse, in welcher die Biegeschwingungsnutzmode angeregt wird, weist das Federelement 9 dahingegen eine vergleichsweise kleine Federsteifigkeit auf (angedeutet durch den geschwungenen, flachen Abschnitt des Federelements 9, mit welchem das Federelement 9 mit der Trägerplatte 3 verbunden ist). Das Federelement 9 ist hier einstückig ausgeführt. Durch die Abstimmung der beiden unterschiedlichen Federsteifigkeiten (d.h. in unterschiedliche Richtungen) wird die modale Steifigkeit der Biegeschwingungsnutzmode durch das Versteifungselement 72 nicht stark erhöht (insb. weniger als 10%, siehe oben), während die modale Steifigkeit der Störmode vergrößert wird, insb. zumindest verdoppelt wird.
  • Zusätzlich zu den in 2 und 3 gezeigten Ausgestaltungen können die Versteifungselemente 71,72 auch jeweils gedoppelt und paarweise an gegenüberliegenden Seiten der Messrohrleitung 10 angeordnet sein, also z.B. in 3 in z-Richtung links und rechts der Messrohrleitung 10 an derselben Stelle der Messrohrleitung 10. Zur Berücksichtigung der zweizähligen Rotationssymmetrie sind in diesem Fall zumindest vier Versteifungselemente 71,72,73,74,... vorgesehen.
  • In 1 bis 3 wurden der Einfachheit halber ausschließlich eine in z-Richtung schwingende Störmode beschrieben. Selbstverständlich können auch mehrere Versteifungselemente 71,72,73,74...., jeweils für weitere, in der Rohrleitungsebene yz schwingende Moden vorgesehen sein.
  • Ferner ist in 2 die Versteifungselement-Längsachse Vz perfekt in Richtung der z-Achse der Störmode ausgerichtet. Eine derartige Anordnung ist aus Platzgründen nicht immer möglich. Daher sollte zwischen der Versteifungselement-Längsachse Vz und der Schwingungsrichtung zumindest einer der Störmoden ein Winkel kleiner als 30° vorliegen.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    Vibronischer Messaufnehmer
    10
    Messrohrleitung
    18
    Leitungseinlaufabschnitt
    19
    Leitungsauslaufabschnitt
    21,22
    Lagerkörper
    3
    Trägerplatte
    4
    Messaufnehmergehäuse
    40
    Gehäuseplatte
    51,52
    Schwingungssensoren
    6
    Schwingungserreger
    71,72
    Versteifungselemente
    81
    stabförmiger Abschnitt
    82
    Trägerelement
    9
    Federelement
    C2
    Zentrum
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 03916285 A1 [0003]
    • EP 518124 A1 [0003]
    • DE 102015122146 [0003]
    • DE 102017112245 A1 [0003]
    • WO 2018219601 A1 [0003, 0026, 0028, 0030]
    • DE 102010030340 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Vibronischer Messaufnehmer (100) zum Messen des Massendurchflusses eines strömungsfähigen Mediums, umfassend: - einen Leitungseinlaufabschnitt (18) und einen Leitungsauslaufabschnitt (19); - ein Messaufnehmergehäuse (4), wobei der Leitungseinlaufabschnitt (18) und der Leitungsauslaufabschnitt (19) jeweils fest mit dem Messaufnehmergehäuse (4) verbunden sind; - eine schwingfähige Messrohrleitung (10) zum Führen des Mediums, welche Messrohrleitung (10) in ihrer Ruhelage in einer Rohrleitungsebene (yz) gebogen verläuft und einlaufseitig an den Leitungseinlaufabschnitt (18) und auslaufseitig an den Leitungsauslaufabschnitt (19) anschließt, wobei die Messrohrleitung (10) zumindest abschnittsweise eine zweizählige Rotationssymmetrie bezüglich einer zur Rohrleitungsebene (yz) senkrecht verlaufenden Achse (x), aufweist; - ein Tragsystem mit einer Trägerplatte (3), mindestens einem einlaufseitigen Lagerkörper (21) und mindestens einem auslaufseitigen Lagerkörper (22); wobei die Messrohrleitung (10) mittels des einlaufseitigen Lagerkörpers (21) und mittels des auslaufseitigen Lagerkörpers (22) mit der Trägerplatte (3) fest verbunden und durch die Lagerkörper begrenzt ist, - mindestens einen Schwingungserreger (6), zum Anregen von Biegeschwingungen der Messrohrleitung (10) in einer Biegeschwingungsnutzmode, wobei der Schwingungserreger (6) im Zentrum (C2) der zweizähligen Rotationssymmetrie angeordnet ist, und dazu eingerichtet ist, die Biegeschwingungen in der Biegeschwingungsnutzmode senkrecht zur Rohrleitungsebene (yz) anzuregen; - mindestens zwei Schwingungssensoren (51,52) zum Erfassen von Schwingungen der Messrohrleitung (10), wobei ein erster Schwingungssensor (51) einlaufseitig und ein zweiter Schwingungssensor (52) auslaufseitig derart angeordnet sind, dass die beiden Schwingungssensoren (51,52) in Bezug auf die zweizählige Rotationssymmetrie zueinander symmetrisch angeordnet sind, - eine geradzahlige Anzahl von Versteifungselementen (71,72), insb. zumindest zwei Versteifungselemente, zur Unterdrückung von Schwingungen der Messrohrleitung (10) in zumindest einer parallel zu der Rohrleitungsebene (yz) schwingenden Störmode, wobei die Versteifungselemente (71,72) mit der Messrohrleitung (10) und der Trägerplatte (3) verbunden sind.
  2. Vibronischer Messaufnehmer (100) nach Anspruch 1, wobei die Versteifungselemente (71,72) in Bezug auf die zweizählige Rotationssymmetrie im Wesentlichen zueinander paarweise symmetrisch angeordnet sind.
  3. Vibronischer Messaufnehmer (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei alle Versteifungselemente (71,72) im Wesentlichen identisch ausgestaltet sind.
  4. Vibronischer Messaufnehmer (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die modale Steifigkeit der mit den Versteifungselementen (71,72) verbundenen Messrohrleitung (10) geteilt zu der modalen Steifigkeit einer ansonsten identisch ausgebildeten Messrohrleitung (10) ohne die Versteifungselemente (71,72) - in zumindest einer Störmode ein Verhältnis von mindestens 2, insb. mindestens 5 und - in der Biegeschwingungsnutzmode ein Verhältnis von höchstens 1,1, insb. maximal 1,05 beträgt.
  5. Vibronischer Messaufnehmer nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Versteifungselemente (71,72) metallisch sind.
  6. Vibronischer Messaufnehmer nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Versteifungselemente (71,72) an der Messrohrleitung (10) und der Trägerplatte (3) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung befestigt sind.
  7. Vibronischer Messaufnehmer nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Versteifungselemente (71,72) jeweils umfassen: - einen starren, stabförmigen Abschnitt, wobei der stabförmige Abschnitt mit seinem ersten Ende mit der Messrohrleitung befestigt ist; und - ein auf der Trägerplatte befestigtes Trägerelement, zum Ausgleich eines Versatzes entlang der zur Rohrleitungsebene (yz) senkrechten Richtung zwischen der Messrohrleitung (10) und der Trägerplatte (3) entlang der zur Rohrleitungsebene (yz) senkrechten Richtung, wobei der stabförmige Abschnitt mit seinem zweiten Ende an dem Trägerelement (3) befestigt ist.
  8. Vibronischer Messaufnehmer nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, wobei die Versteifungselemente (71,72) jeweils als ein Federelement ausgebildet sind, welches Federelement in der zu der Rohrleitungsebene (yz) senkrechten Richtung (x) eine erste Federsteifigkeit und in einer zur Rohrleitungsebene (yz) parallelen Richtung eine zweite Federsteifigkeit aufweisen wobei die zweite Federsteifigkeit zumindest fünfmal, bevorzugt zumindest zehnmal so groß ist wie die erste Federsteifigkeit.
  9. Vibronischer Messaufnehmer (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Versteifungselemente (71,72) derart in Bezug auf die Messrohrleitung angeordnet sind, dass - eine Versteifungselement-Längsachse (Vz) parallel zu der Rohrleitungsebene (yz) ist, und - zwischen der Versteifungselement-Längsachse (Vz) und der Schwingungsrichtung zumindest einer der Störmoden ein Winkel kleiner als 30° vorliegt.
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