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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, deren Funktionsweise auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion (= Faraday'sche Induktion) beruht, sind seit vielen Jahren bekannt und werden in der industriellen Messtechnik umfangreich eingesetzt. Nach dem Induktionsgesetz entsteht in einem strömenden Medium, das Ladungsträger mit sich führt und durch ein Magnetfeld hindurchfließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld. Das Induktionsgesetz wird bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten dadurch ausgenutzt, dass mittels einer Magnetfelderzeugungseinrichtung, die üblicherweise zwei bestromte Magnetspulen aufweist, ein Magnetfeld erzeugt wird, das wenigstens teilweise durch das Messrohr geführt wird, wobei das erzeugte Magnetfeld wenigstens eine Komponente aufweist, die senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft. Innerhalb des Magnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld bewegende und eine gewisse Anzahl von Ladungsträgern aufweisenden Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen Beitrag zu einer über die Elektroden abgreifbaren Messspannung.
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Da die über die Elektroden abgegriffene induzierte Spannung proportional zur über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ist, kann aus der gemessenen Spannung bei bekanntem Durchmesser des Messrohres direkt der Volumenstrom bestimmt werden. Voraussetzung für den Einsatz eines magnetisch-induktives Durchflussmessgeräts ist lediglich eine Mindestleitfähigkeit des Mediums. Darüber hinaus muss sichergestellt sein, dass das Messrohr zumindest soweit mit dem Medium gefüllt ist, das der Pegel des Mediums oberhalb der Messelektroden liegt.
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Derartige Messgeräte sind hinlänglich bekannt, beispielsweise aus den deutschen Patentschriften
DE 10 2007 004 827 B4 und
DE 10 2007 004 826 B4 , und sind im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulen sowie die Elektroden unmittelbar an bzw. in der Wandung des Messrohrs angeordnet sind.
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Um einen Kurzschluss zwischen den beiden Messelektroden zu vermeiden besteht das Messrohr aus einem nicht leitenden Werkstoff, typischerweise PFA, PP oder PTFE.
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Aus der
DE 10312824 A1 ist zum einen bekannt, dass die Messelektroden ein Außengewinde aufweisen, auf das eine Mutter aufgeschraubt wird, um die Messelektroden mit der Wandung des Messrohrs zu verspannen. Des Weiteren ist in dieser Druckschrift offenbart, zwischen dem Messrohr und der Mutter koaxial zur Längsachse der Messelektroden ein Federelement anzuordnen.
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Als problematisch hat sich dabei herausgestellt, dass beim Anziehen der Messelektroden, d.h. während des Aufschraubens der Mutter, das zulässige Spannungsniveau des Federelements überschritten werden kann, was u.U. zur plastischen Verformung und Setzverhalten, schlimmstenfalls sogar zum Bruch der Feder führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Zusammenbau eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zu erleichtern und dabei insbesondere die Beschädigung von Einzelteilen während der Montage der Messelektroden im Messrohr zu verhindern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das Federelement erfährt durch Aufschrauben der Mutter eine definierte Vorspannung, um an der Messrohrinnenseite die Dichtheit zwischen dem Elektrodenkopf und dem mit Kunststoff ausgekleideten Innenrohr zu gewährleisten. Durch die Vorspannung des Federelements, die vorzugsweise als Tellerfeder ausgebildet ist, wird eine Rückstellkraft erzeugt, die die erforderliche Flächenpressung garantiert. Da das Innenrohr typischerweise mit einem vergleichsweise weichen Kunststoff ausgekleidet ist, werden daher ebenso „weiche“ Tellerfedern mit geringeren Kräften eingesetzt.
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Erfindungsgemäß ist deswegen bei jeder Messelektrode koaxial zur gemeinsamen Längsachse von Federelement und Messelektrode jeweils ein Begrenzungselement angeordnet, das dazu geeignet ist, das Zusammendrücken des Federelements zu begrenzen. Mit einem solchen definierten Anschlag, kann die Federkraft des Federelements eingestellt und trotzdem höhere Kräfte beim Einziehen übertragen werden, ohne dass die zulässigen Spannungen des Federelements überschritten werden.
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Bevorzugt ist das Begrenzungselement einstückig mit der Mutter ausgebildet. Alternativ dazu kann es auch als separates Teil während der Montage auf die stiftförmige Messelektrode aufgeschoben werden.
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Über die konkrete Dimensionierung des Begrenzungselements kann der maximale Federweg und damit die Federkraft eingestellt werden, so dass sichergestellt werden kann, dass unabhängig von der beim Aufschrauben der Mutter entstehenden Kraft das zulässige Spannungsniveau der Feder nicht überschritten wird. Höhere Kräfte werden dann über das als Anschlag wirkende Begrenzungselement abgefangen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine Explosionsdarstellung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts;
- 2a-2c Darstellung des Montageprozesses in drei Schritten anhand einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3-8 weitere Ausführungsformen der Erfindung.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 1 zur Messung des Durchflusses eines strömenden, leitfähigen Mediums in einem Messrohr 2. Zur Messung der Strömung des Mediums ist eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 4 vorgesehen, die zwei Spulen aufweist, die aufeinander gegenüberliegenden Seiten von außen am Messrohr 2 angebracht sind und von einem hier nicht dargestellten Stromgenerator gespeist werden. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 4 erzeugt ein Magnetfeld, dass das Messrohr 2 im Wesentlichen senkrecht zu dessen Längsachse durchsetzt. Darüber hinaus sind noch zwei Messelektroden 3 vorgesehen, die galvanisch mit dem Medium gekoppelt sind und eine in dem strömenden Medium induzierte Messspannung abgreifen.
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Die 2a bis 2c zeigen anhand einer ersten Ausführungsform den Prozess, wie eine Messelektrode 3 in der Wandung des Messrohrs 2 montiert und dabei der erfindungsgemäße Effekt realisiert wird.
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Das Messrohr 2 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein äußeres Edelstahlrohr und eine medienberührende Schicht aus PFA, auch als Liner bezeichnet. Der Montageaufbau zur Befestigung der Messelektrode 3 umfasst ein Isolierteil 8, das als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und zur elektrischen Isolierung auf dem Edelstahlrohr angeordnet ist. Das Isolierteil 8 weist einen vom Messrohr 2 weg gerichteten zylindrischen Aufbau auf, in dessen Zentrum sich die Messelektrode 3 befindet. In dem zylindrischen Aufbau und koaxial zur Messelektrode 3 ist zunächst eine Unterlegscheibe 9 und darauf dann ein Federelement 6 angeordnet, welches vorliegend als Tellerfeder ausgeführt ist. Schließlich ist auf die Messelektrode 3 eine Mutter 5 aufgeschraubt. Wahlweise kann zwischen der Mutter 5 und dem Federelement 6 eine weitere Unterlegscheibe vorgesehen werden. Das Federelement 6 ist somit axial zwischen der Mutter 5 und der Unterlegscheibe 9 innerhalb des zylindrischen Aufbaus des Isolierteils 8 eingespannt und der Abstand zwischen Mutter 5 und Unterlegscheibe 9 wird durch das Aufschrauben der Mutter 5 auf die Messelektrode 3 verkleinert.
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Erfindungswesentlich ist nun das Begrenzungselement 7, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig an die Mutter 5 angeformt ist. Das Begrenzungselement 7 ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass es jeweils koaxial zur Messelektrode 3 und zum Federelement 6 angeordnet ist. Die axiale Erstreckung des Begrenzungselements 7 bemisst sich daran, wie weit das Federelement 6 zusammengedrückt werden darf, d.h. wir groß der Federweg sein soll. Denn wie aus den 2a-2c zu erkennen, liegt das Begrenzungselement 7 ab einem bestimmten Zeitpunkt während des Aufschraubens der Mutter 5 auf der Unterlegscheibe 9 auf, so dass sich der Abstand zwischen Mutter 5 und Unterlegscheibe 9 nicht weiter verkleinern kann und das Federelement 6 folglich nicht weiter zusammengedrückt wird.
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In 2a ist die Messelektrode 3 noch sehr locker in dem Messrohr 2 eingeführt und hat noch viel Spiel zur inneren Wandung aus PFA des Messrohrs 2. Entsprechend ist das Federelement 6 entspannt und die Stirnseite des Begrenzungselements 7 und die Unterlegscheibe 9 sind voneinander beabstandet.
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In 2b ist die Mutter 5 bereits soweit auf die Messelektrode 3 aufgeschraubt, dass das Begrenzungselement 7 auf der Unterlegscheibe 9 aufliegt. Ab diesem Zeitpunkt kann sich der Abstand zwischen Mutter 5 und Unterlegscheibe 9 nicht weiter verkleinern und das Federelement 6 hat jetzt seine gewünschte, definierte Vorspannung erreicht. Allerdings ist der Elektrodenkopf noch nicht in der gewünschten Endposition, in der er bündig und spaltfrei auf der PFA-Schicht des Messrohrs 2 aufliegt.
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In 2c ist die Messelektrode 3 bis in ihre Endposition in das Messrohr 2 eingeschraubt. Die für die letzten Umdrehungen der Mutter 5 notwendige Kraft hat dann aber bedingt durch das Begrenzungselement 7 nicht zu einem weiteren Zusammendrücken des Federelements 6 geführt, sondern ausschließlich zu der gewünschten axialen Bewegung der Messelektrode 3. Das Begrenzungselement 7 ermöglicht somit auch bei vergleichsweise weichen Federelementen 6 das Übertragen von höheren Kräften über die maximale Federkraft hinaus.
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Die 3 bis 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung, die sich in der konkreten Ausgestaltung des Begrenzungselements 7 unterscheiden. In den 3 und 6 ist das Begrenzungselement 7 jeweils als zylindrische Hülse ausgeführt, während bei den übrigen Figuren das Begrenzungselement 7 jeweils einen L-förmigen Querschnitt aufweist. Dabei bildet der orthogonal zur Längsachse der Messelektrode 3 verlaufende Schenkel gleichzeitig eine Unterlegscheibe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
- 2
- Messrohr
- 3
- Messelektrode
- 4
- Magnetfelderzeugungseinrichtung
- 5
- Mutter
- 6
- Federelement
- 7
- Begrenzungselement
- 8
- Isolierteil
- 9
- Unterlegscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007004827 B4 [0004]
- DE 102007004826 B4 [0004]
- DE 10312824 A1 [0006]
