DE102022119143A1

DE102022119143A1 - Edelstahlprodukt, Feldgerät und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102022119143A1
Application number: DE102022119143.5A
Authority: DE
Inventors: Julien Zimmermann; Aaron Egger
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-01
Also published as: WO2024022653A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Edelstahlprodukt (1), umfassend:- ein Edelstahlblech (2), wobei auf einer Oberfläche (3) des Edelstahlblechs (2) ein Haftvermittler (4) appliziert ist, wobei der Haftvermittler (4) eine CoCr- und/oder NiCr-Legierung umfasst, wobei auf dem Haftvermittler (4) eine Email-Beschichtung (5) appliziert ist;Weiterhin betrifft die Erfindung ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (6), ein Feldgerät (10) und ein Verfahren zur Herstellung eines Edelstahlproduktes (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Edelstahlprodukt, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, ein Feldgerät und ein Verfahren zur Herstellung eines Edelstahlproduktes.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozess-Automatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Messkomponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten, Temperaturmessgeräten, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten.
Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte.
Füllstandsmessgeräte sind insbesondere Radar-basierte Füllstandsmessgeräte, Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte, radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, induktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte.
Druckmessgeräte sind insbesondere Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte.
Temperaturmessgeräte sind insbesondere Messgeräte mit Thermoelementen und/oder temperaturabhängigen Widerständen.
Grenzstandsmessgeräte sind insbesondere vibronische Grenzstandsmessgeräte, Ultraschall-Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte.
Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses eines fließenden Mediums in einer Rohrleitung eingesetzt. Dabei werden inline magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte von magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden unterschieden, die in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingesetzt werden. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf, das ein Magnetfeld senkrecht zur Flussrichtung des fließenden Mediums erzeugt. Dafür werden üblicherweise einzelne Spulen verwendet. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich Polschuhe so geformt und angebracht, dass die Magnetfeldlinien über den gesamten Rohrquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Querachse bzw. parallel zur Vertikalachse des Messrohres verlaufen. Zudem weist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ein Messrohr auf, auf das die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes angeordnet ist. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine senkrecht zur Flussrichtung und zum Magnetfeld anliegende elektrische Messspannung bzw. Potentialdifferenz ab, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Flussrichtung fließt. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday'schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der induzierten Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und - mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts - der Volumendurchfluss ermittelt werden.
Im Gegensatz zu einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, welches ein Messrohr zum Führen des Mediums mit angebrachter Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes und Messelektroden umfasst, werden magnetisch-induktive Durchflussmesssonden mit ihrem üblicherweise kreiszylindrischen Gehäuse in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingeführt und fluiddicht fixiert. Ein spezielles Messrohr ist nicht mehr notwendig. Die eingangs erwähnte Messelektrodenanordnung und Spulenanordnung auf der Mantelfläche des Messrohrs entfällt, und wird durch ein im Inneren des Gehäuses und in unmittelbarer Nähe zu den Messelektroden angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ersetzt, welche so ausgestaltet ist, dass eine Symmetrieachse der Magnetfeldlinien des erzeugten Magnetfeldes die Frontfläche bzw. die Fläche zwischen den Messelektroden senkrecht schneidet. Im Stand der Technik gibt es bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 µS/cm. Entsprechende Durchflussmessvorrichtungen werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG oder MAGPHANT vertrieben.
Der Einsatz von emaillierten Rohren und Rohrleitungen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie und in der Trinkwasserversorgung sind bereits bekannt. In der chemischen und pharmazeutischen Industrie werden Rohrleitungen für eine ausreichende chemisch beständige Korrosionsschutzschicht mehrschichtig mit Email beschichtet. Der Werkstoff der Rohrleitungen ist üblicherweise ein Kohlenstoffstahl wie P 235 G1 TH. Für die Trinkwasserversorgung werden Rohrleitungen aus Gusseisen verwendet, die im Innern mit nur einer Schicht Email überzogen sind. Eine Haftung zwischen der Email-Beschichtung und dem Kohlenstoffstahl bzw. dem Gusseisen ist meistens sehr gut. Beim Einsatz von Edelstahl wird in der Regel auf eine Emaillierung verzichtet. Zum einen ist das Edelstahl selbst häufig ausreichend korrosionsbeständig und zum anderen ist die Haftung zwischen Edelstahl und Email sehr schlecht und für die meisten Anwendungen nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diesem Problem Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Edelstahlprodukt nach Anspruch 1, das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 10, das Feldgerät nach Anspruch 11 und das Verfahren nach Anspruch 15.
Das erfindungsgemäße Edelstahlprodukt umfasst:

- ein Edelstahlblech,

Der Begriff Edelstahl unterliegt der EN 10020 und ist eine Bezeichnung für legierte oder unlegierte Stähle mit besonderem Reinheitsgrad. Eine Anforderung wäre zum Beispiel, dass der Schwefel- und Phosphorgehalt einen Massenanteil von 0,025 % nicht überschreiten darf.
Als Haftvermittler im Sinne der Patentanmeldung ist eine Zwischenschicht zu verstehen, die dafür sorgt, dass die Haftung der auf die Zwischenschicht aufgebrachte zweite Beschichtung verbessert wird. Der Haftvermittler ist häufig viel dünner als die haftbar zu machende zweite Beschichtung, in dem Fall die Email-Beschichtung.
Email bezeichnet eine Masse anorganischer Zusammensetzung, meist aus Silikaten und Oxiden bestehend, die durch Schmelzen, Fritten oder Sintern (was einen kurz vor dem Zusammenschmelzen abgebrochenen Schmelzvorgang bedeutet) in meist glasig erstarrter Form hergestellt wird. Diese Masse wird, manchmal mit Zusätzen, in der Regel in einer oder mehreren Schichten auf ein Trägermaterial aufgebracht und bei hohen Temperaturen und kurzer Brenndauer geschmolzen, wobei meist ein Überzug des Trägermaterials angestrebt wird. (siehe Email: Wikipedia, 20.04.2022 [online] https://de.wikipedia.org/wiki/Email [20.05.2022]).
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Haftvermittler eine nominelle Schichtdicke d_Haft aufweist,
wobei für die Schichtdicke d_Haft gilt, dass 10 ≤ d_Haft ≤ 500 µm, insbesondere 30 ≤ d_Haft ≤ 300 µm und bevorzugt 75 ≤ d_Haft ≤ 200 µm ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Haftvermittler einen Cr-Anteil von mindestens 10 Masseprozent, insbesondere mindestens 15 und maximal 45 Masseprozent, insbesondere maximal 40 Masseprozent aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Haftvermittler einen Ni-Anteil von mindestens 30 Masseprozent, insbesondere mindestens 40 Masseprozent und maximal 80 Masseprozent, insbesondere maximal 75 Masseprozent aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Haftvermittler einen Co-Anteil von mindestens 30 Masseprozent, insbesondere mindestens 40 Masseprozent und maximal 80 Masseprozent, insbesondere maximal 75 Masseprozent aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Email-Beschichtung eine nominelle Schichtdicke d_Email aufweist,
wobei für die Schichtdicke d_Email gilt, dass 0,1 ≤ d_Email ≤ 3 mm insbesondere 0,5 ≤ d_Email ≤ 2,5 m und bevorzugt 1 ≤ d_Email ≤ 2,2 mm ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Email-Beschichtung die Anforderung der ISO 28721-1 (2019-09), insbesondere hinsichtlich der Schichtdicke erfüllt.
Die ISO 28721-1 legt die Qualitätsanforderungen an in verfahrenstechnischen Anlagen eingesetzten Apparaten, Apparateteilen sowie Einbau- und Zubehörteilen aus emailliertem Stahl (einschließlich teilkristallisierten Emailschichten) und Stahlguss fest.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Haftvermittler mittels eines thermischen Spritzverfahrens (DIN EN 657), eines Pulverbeschichtungsverfahrens oder eines Kaltgasspritzverfahrens aufgebracht ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Oberfläche einen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 aufweist, für den gilt, dass Ra ≥ 1 µm, insbesondere Ra ≥ 5 µm und bevorzugt Ra ≥ 10 µm ist.
Der Mittenrauwert ist ein Maß für die Rauheit einer Oberfläche, welche die Unebenheit einer Oberflächenhöhe beschreibt. Der Mitterauwert gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes zur Mittelinie einer Bezugsstrecke. Die Rauheit auf der Fläche ist in der EN ISO 25178 (2020) genormt.
Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums umfasst:

- ein Messrohr zum Führen eines Mediums, wobei das Messrohr zumindest abschnittsweise ein Edelstahlprodukt nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche umfasst, wobei die Email-Beschichtung elektrisch isolierend ausgebildet ist,
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes; und
- eine Vorrichtung zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung.

Durch die Verwendung von elektrisch leitfähigen Messrohren ist es essentiell deren Kontakt mit dem leitfähigen Medium durch einen sogenannten Liner zu unterbinden. Der Liner ist ein elektrisch isolierender Körper, welcher die Innenseite des Messrohres und teilweise auch Bereiche des Anschlusskörpers (z.B. Flansch) bedeckt. Die Verwendung von Email als Liner ist bereits aus der EP 60 87 93 A2 und DE 19 705 436 A1 bekannt. Die Verwendung von Email als Liner in Verbindung mit Messrohren, die aus Edelstahlblech gebildet sind bzw. Edelstahlblech umfassen ist jedoch noch nicht bekannt.
Die Verwendung von Inconel Rohren für MID Anwendungen ist ebenfalls bekannt. Als Beispiel ist da die US3750468A zu nennen. Nachteilig an der Verwendung von Inconel Rohren ist die magnetische Eigenschaft von Nickel. Die lässt sich zwar durch Vermengung mit Chrom und Kohlenstoff reduzieren, jedoch hängt die Reduktion auch von der Einsatztemperatur des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ab. Erfindungsgemäß werden keine Inconel Rohre eingesetzt, sondern eine CoCr- und/oder NiCr-Legierung als dünne Schicht zwischen Edelstahlblech und Email-Beschichtung vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Feldgerät zum Ermitteln einer Messgröße eines Mediums umfasst:

- ein, insbesondere mediumsberührendes Bauteil, wobei das Bauteil zumindest abschnittsweise ein erfindungsgemäßes Edelstahlprodukt umfasst; und
- eine Vorrichtung zum Ermitteln der Messgröße eines Mediums.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Bauteil eine schwingfähige Einheit, insbesondere eine Schwinggabel, oder eine Vortex-Sensorfahne umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Bauteil ein Gehäuse und/oder einen Messkopf umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Bauteil ein Messrohr umfasst.
Das erfindungsgemäß Verfahren zur Herstellung eines Edelstahlproduktes, insbesondere des erfindungsgemäßen Edelstahlproduktes umfasst die Verfahrensschritte:

- Applizieren eines Haftvermittlers auf eine Oberfläche eines Edelstahlblechs, wobei der Haftvermittler eine CoCr- und/oder NiCr-Legierung umfasst; und
- Applizieren einer Email-Beschichtung auf den Haftvermittler.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht den zusätzlichen Verfahrensschritt vor:

- Aufrauen der Oberfläche des Edelstahlblechs derart, dass diese einen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 aufweist, für den gilt, dass Ra ≥ 1 µm, insbesondere Ra ≥ 5 µm und bevorzugt Ra ≥ 10 µm ist.

Das Aufrauen der Oberfläche erfolgt dabei vor dem Applizieren des Haftvermittlers.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1: einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Edelstahlproduktes;
2: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
3: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes;
4: eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes;
5: eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes; und
6: eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Edelstahlproduktes 1. Das Edelstahlprodukt 1 umfasst ein Edelstahlblech 2 nach EN 10027. Das Edelstahlblech 2 kann flach oder gebogen ausgebildet sein. Ein geeignetes Edelstahlblech 2 weist beispielsweise eine Werkstoffnummer 1.4003, 1.4006, 1.4016, 1.4021, 1.4104, 1.4301, 1.4305, 1.4306, 1.4307, 1.4452, 1.4462 oder 1.4429 auf. Das Edelstahlblech 2 weist eine Oberfläche 3 mit einem Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 auf, für den gilt, dass Ra ≥ 1 µm, insbesondere Ra ≥ 5 µm und bevorzugt Ra ≥ 10 µm ist. Durch die Anpassung der Rauigkeit der Oberfläche 3 des Edelstahlproduktes kann die Haftung der Email verbessert werden. Die Rauigkeit ergibt sich aus dem Herstellverfahren des Edelstahlbleches (z.B. Warm- oder Kaltwalzen) oder kann durch ein zusätzliches Aufrauverfahren, wie Schleifen oder Sandstrahlen eingestellt werden.
Auf der Oberfläche 3 des Edelstahlblechs 2 ist ein Haftvermittler 4 appliziert. Dieser dient dazu, die Haftung einer Email-Beschichtung 5 auf dem Edelstahlblech 2 zu verbessern. Der Haftvermittler 4 umfasst eine NiCr-Legierung. Erfindungsgemäß kann der Haftvermittler 4 zusätzlich oder alternativ eine CoCr-Legierung umfassen. Der Haftvermittler 4 ist mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf die Oberfläche 3 aufgebracht. Das umfasst Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Vakuumplasmaspritzen oder Flammspritzen. Alternativ kann der Haftvermittler 4 auch mittels eines Pulverbeschichtungsverfahrens oder eines Kaltgasspritzverfahrens aufgebracht sein. Weniger geeignet ist ein galvanisches oder ein vakuumbasierendes Beschichtungsverfahren, wie physikalische Gasphasenabscheidung oder chemische Gasphasenabscheidung. Der Haftvermittler 4 weist eine nominelle Schichtdicke d_Haft auf, für die gilt, dass 10 ≤ d_Haft ≤ 500 µm, insbesondere 30 ≤ d_Haft ≤ 300 µm und bevorzugt 75 ≤ d_Haft ≤ 200 µm ist.
Auf dem Haftvermittler 4 ist die Email-Beschichtung 5 derart appliziert, dass sich eine im Wesentlichen kontinuierliche Beschichtung ausbildet, welche den Haftvermittler 4 zumindest abschnittsweise vollständig bedeckt. Dafür eignet sich ebenfalls eins der zuvor genannten thermischen Spritzverfahren. Alternativ kann die Email-Beschichtung 5 auch mittels eines Pulverbeschichtungsverfahrens oder eines Kaltgasspritzverfahrens aufgebracht sein. Die Email-Beschichtung 5 weist eine nominelle Schichtdicke d_Email auf, für die gilt, dass 0,1 ≤ d_Email ≤ 3 mm, insbesondere 0,5 ≤ d_Email ≤ 2,5 mm und bevorzugt 1 ≤ d_Email ≤ 2,2 mm ist.
Für den Einsatz des Edelstahlproduktes 1 in verfahrenstechnischen Anlagen ist die Email-Beschichtung 5 derart ausgebildet, dass die Anforderung der ISO 28721-1 (2019-09), insbesondere hinsichtlich der Schichtdicke erfüllt sind.
Der Haftvermittler 4 weist einen Cr-Anteil von mindestens 10 Masseprozent, insbesondere mindestens 15 und maximal 45 Masseprozent, insbesondere maximal 40 Masseprozent auf.
Weiterhin weist der Haftvermittler 4 einen Ni-Anteil von mindestens 35 Masseprozent, insbesondere mindestens 45 Masseprozent und maximal 80 Masseprozent, insbesondere maximal 75 Masseprozent auf.
Alternativ kann der Cr-Anteil durch einen Co-Anteil von mindestens 40 Masseprozent, insbesondere mindestens 50 Masseprozent und maximal 80 Masseprozent, insbesondere maximal 75 Masseprozent ersetzt sein.
Beispiele für geeignete NiCr-Legierungen sind Inconel 718 und Inconel 625. Der dem Begriff Inconel handelt es sich um einen Markenname der Special Metals Corporation. Inconel bezieht sich auf eine Superlegierung, die überwiegend Nickel enthält. Zusätzlich kann die Superlegierung auch einige andere Metalle wie Magnesium, Eisen und Titan enthalten.
Beispiele für geeignete CoCr-Legierung sind Alloy 188 (z.B. HAYNES 188) und Alloy L 605 (z.B. HAYNES 25). Zusätzlich kann die Legierung auch einige andere Metalle wie Nickel, Magnesium, Eisen und Silizium enthalten.
Der Haftvermittler 4 ist vorzugsweise so gewählt, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient größer/gleich als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Edelstahlblechs und kleiner/gleich als der thermische Ausdehnungskoeffizienz der Email-Beschichtung 5 ist.
2 zeigt ein Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 6. Das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät 6 zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums umfasst ein Messrohr 7 zum Führen des fließ- und leitfähigen Mediums. Das Messrohr 7 umfasst zumindest abschnittsweise ein erfindungsgemäßes Edelstahlprodukt 1. Dafür ist ein Edelstahlrohr (Trägerrohr) - welches z.B. zumindest abschnittsweise aus einem gebogenen Edelstahlblech gebildet ist - an einer inneren Mantelfläche mit dem erfindungsgemäßen Haftvermittler (nicht abgebildet) und der Email-Beschichtung 5 (siehe 1) versehen. Die Email-Beschichtung 5 bildet den bei einem metallischen Trägerrohr notwendigen Liner. Weiterhin ist die Email-Beschichtung 5 elektrisch isolierend ausgebildet, um somit ein Ableiten der aufgetrennten Ladungen im Medium an dem elektrisch leitfähigen Trägerrohr bzw. Edelstahlrohr zu verhindern. Das Messrohr 7 umfasst zudem an beiden Stirnseiten des Trägerrohres jeweils eine Anschlussvorrichtung. Bei der abgebildeten Anschlussvorrichtung handelt es sich um einen Flansch 17. Es sind jedoch auch eine Vielzahl an alternativen Anschlussvorrichtungen bekannt. An einer äußeren Mantelfläche des Messrohres 7 ist eine magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 zum Erzeugen eines das Messrohr 7 durchdringenden Magnetfeldes angeordnet. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 kann eine einzelne Spule 18, ein Spulensystem aus mehreren Spulen 18 oder mindestens einen Permanentmagneten umfassen. Weiterhin kann die magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 Bauteile zum Führen des Magnetfeldes umfassen. So kann die Spule bzw. können die Spulen jeweils einen Spulenkern umfassen. Sind mindestens zwei Spulen mit jeweils einem Spulenkern vorgesehen, so können die Spulenkerne über Feldführungsbleche miteinander verbunden sein. Weiterhin ist eine Vorrichtung 9 zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung vorgesehen. Die Vorrichtung 9 zum Abgreifen der im Medium induzierten Messspannung umfasst mindestens eine Messelektrode. Diese ist mediumsberührend in einer Öffnung im Messrohr 7 angeordnet. In der Regel sind mindestens zwei diametral angeordnete Messelektroden vorgesehen, welche derart an dem Messrohr angeordnet sind, dass sich eine die beiden Messelektroden schneidende Messelektrodenachse und eine Hauptfeldachse des erzeugten Magnetfeldes senkrecht schneiden. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 ist mit einer Elektronikeinheit verbunden. Diese umfasst eine Betriebsschaltung 19 zum Betreiben der magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 mit einem Treibersignal. Weiterhin umfasst die Elektronikeinheit eine Messschaltung 20, die dazu eingerichtet ist eine an der Vorrichtung 9 anliegende Messspannung zu ermitteln. Die Elektronikeinheit ist dazu eingerichtet, die strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße in Abhängigkeit der gemessenen Messspannung zu ermitteln.
Alternativ oder zusätzlich kann ein zumindest abschnittsweise aus Edelstahl gebildetes Gehäuse vorgesehen sein (nicht abgebildet), welches die magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 und das Messrohr 7 in einem Querschnitt durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät 6 umschließt und welches erfindungsgemäß den Haftvermittler und die Email-Beschichtung gemäß 1 aufweist.
Bei dem abgebildeten magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 6 handelt es sich um ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Feldgerät, dessen mediumsberührendes Bauteil einem Messrohr 7 entspricht, welches zumindest abschnittsweise das erfindungsgemäße Edelstahlprodukt 1 umfasst.
3 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes 10. Das Feldgerät 10 zum Ermitteln einer Messgröße eines insbesondere fließfähigen Mediums umfasst ein, insbesondere mediumsberührendes Bauteil 11, welches zumindest abschnittsweise ein erfindungsgemäßes Edelstahlprodukt umfasst. Bei dem abgebildeten Bauteil 11 handelt es sich um ein Gehäuse 15 zum Unterbringen einer Elektronikeinheit 21 und/oder einer Vorrichtung 12 zum Ermitteln der Messgröße eines Mediums. Die Vorrichtung 12 zum Ermitteln der Messgröße des Mediums kann mindestens einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, Schwingungssensor, Drucksensor, Leitfähigkeitssensor, pH-Sensor, kapazitiven Sensor und/oder eine Antenne, insbesondere eine Mikrowellenantenne und/oder einen optischen Detektor und/oder einen Schallwandler umfassen. Bei dem Feldgerät 10 kann es sich auch um ein Thermoelement handeln, welches als Gehäuse eine Umhüllung aus dem erfindungsgemäßen Edelstahlprodukt aufweist.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes. Bei dem abgebildeten Feldgerät handelt es sich um eine magnetisch-induktive Durchflussmesssonde 30, welche mediumsberührend in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung angeordnet wird und welche dazu eingerichtet ist, die Durchflussgeschwindigkeit des fließenden Mediums zu bestimmen. Die magnetisch-induktive Durchflussmesssonde 30 umfasst einen mediumsberührenden Messkopf 16, in welchem die magnetfelderzeugende Vorrichtung 38 angeordnet ist. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung 38 umfasst genau eine Spule 33, einen Spulenkern 34 und eine Feldführungsvorrichtung. In einem Frontabschnitt des Messkopfes 16, ist ein elektrisch isolierender Frontkörper 31 angeordnet, in/an dem zwei Messelektroden 32 angebracht sind.
Der Messkopf 16 ist zumindest abschnittsweise aus einem Edelstahlblech gebildet, welches einen erfindungsgemäßen Haftvermittler und Email-Beschichtung aufweist. Die magnetisch-induktive Durchflussmesssonde 30 ist ein beispielhaftes Feldgerät, welches einen mediumsberührenden Messkopf 16 aufweist, welcher das erfindungsgemäße Edelstahlblech umfasst. Es sind weitere Feldgeräte bekannt, die einen mediumsberührenden Messkopf aufweisen, welcher zumindest abschnittsweise das erfindungsgemäße Edelstahlprodukt aufweisen.
5 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes. Bei dem abgebildeten Feldgerät handelt es sich um ein Vortex-Durchflussmessgerät 40. Ein gattungsgemäßes Vortex-Durchflussmessgeräte 40 ist beispielsweise im Durchfluss-Handbuch, 4. Auflage 2003, ISBN 3-9520220-3-9, S. 103 ff. oder in der EP1556670A1 beschrieben. Gattungsgemäße Vortex-Durchflussmessgeräte 40 beruhen darauf, dass Wirbel sich alternierend von beiden Seiten eines umströmten Staukörpers 41 in einer Messrohr 42 ablösen und eine so genannte Kärmänsche Wirbelstraße bilden, wobei die Wirbel zu periodischen Druckschwankungen führen, die mit einem Wirbeldetektor 43 zu erfassen sind. Die Ablösefrequenz der Wirbel ist für eine konkrete Messanordnung im Wesentlichen proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und zur Strouhalzahl, einer dimensionslosen Kennzahl. Durch Ermitteln der Wirbelfrequenz kann also in einfacher Weise die Durchflussgeschwindigkeit bzw. die Volumendurchflussrate ermittelt werden. Der Wirbeldetektor des abgebildeten Vortex-Durchflussmessgerätes 40 umfasst eine Sensorfahne 44, welche zumindest abschnittsweise das erfindungsgemäße Edelstahlprodukt umfasst.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes. Bei dem abgebildeten Feldgerät handelt es sich um ein vibronisches Grenzstandsmessgerät 50. Diese Vorrichtung wird als Füllstandsmessgerät eingesetzt und weist häufig als schwingfähige Einheit 51 eine Schwinggabel 52 auf. Aber auch Varianten mit einem Einstab oder einer Membran sind bekannt geworden. Die schwingfähige Einheit 51 wird im Betrieb mittels einer elektromechanischen Wandlereinheit zu mechanischen Schwingungen angeregt, welche wiederum beispielsweise durch einen piezoelektrischen Antrieb oder einen elektromagnetischen Antrieb gegeben sein kann. Es versteht sich von selbst, dass es neben den genannten Beispielen auch weitere Möglichkeiten gibt, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen.
Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und im Falle von Füllstandsmessgeräten beispielsweise unter der Bezeichnung LIQUIPHANT und/oder SOLIPHANT vertrieben. Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Die Anregung der schwingfähigen Einheit 51 kann sowohl mittels analoger als auch digitaler Verfahren durchgeführt werden und erfolgt zumeist über einen analogen elektrischen Schwingkreis. Die elektromechanische Wandlereinheit regt die schwingfähige Einheit 51 mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen an und empfängt die Schwingungen und wandelt sie in ein elektrisches Empfangssignal um. Die elektromechanische Wandlereinheit umfasst entsprechend entweder eine separate Antriebs- und Empfangseinheit oder eine kombinierte Antriebs-/Empfangseinheit. Dabei ist die Antriebs-/Empfangseinheit Teil eines in einer Elektronikeinheit integrierten Regelkreises, welcher das Anregesignal im Normalfall derart einstellt, dass zwischen dem Anregesignal und Empfangssignal eine vorgebbare Phasenverschiebung vorliegt.
Bezugszeichenliste

1: Edelstahlprodukt
2: Edelstahlblech
3: Oberfläche des Edelstahlproduktes
4: Haftvermittler
5: Email-Beschichtung
6: magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
7: Messrohr
8: magnetfelderzeugende Vorrichtung
9: Vorrichtung zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung
10: Feldgerät
11: Bauteil
12: Vorrichtung zum Ermitteln der Messgröße eines Mediums
13: Schwinggabel
14: Vortex-Paddel
15: Gehäuse
16: Messkopf
17: Flansch
18: Spule
19: Betriebsschaltung
20: Messschaltung
21: Elektronikeinheit
30: magnetisch-induktive Durchflussmesssonde
31: Frontkörper
32: Messelektrode
33: Spule
34: Spulenkern
38: magnetfelderzeugende Vorrichtung
40: Vortex-Durchflussmessgeräte
41: Staukörper
42: Messrohr
43: Wirbeldetektor
44: Sensorfahne
50: vibronisches Grenzstandsmessgeräte
51: schwingfähige Einheit
52: Schwinggabel

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

EP 608793 A2 [0032]
DE 19705436 A1 [0032]
US 3750468 A [0033]
EP 1556670 A1 [0060]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 4287:2010 [0029, 0041, 0044]

Claims

Edelstahlprodukt (1), umfassend: - ein Edelstahlblech (2), wobei auf einer Oberfläche (3) des Edelstahlblechs (2) ein Haftvermittler (4) appliziert ist, wobei der Haftvermittler (4) eine Ni-Legierung, insbesondere eine NiCr-Legierung, und/oder eine Co-Legierung, insbesondere eine CoCr-Legierung, umfasst, wobei auf dem Haftvermittler (4) eine Email-Beschichtung (5) appliziert ist.
Edelstahlprodukt (1) nach Anspruch 1, wobei der Haftvermittler (4) eine nominelle Schichtdicke d_Haft aufweist, wobei für die Schichtdicke d_Haft gilt, dass 10 ≤ d_Haft ≤ 500 µm, insbesondere 30 ≤ d_Haft ≤ 300 µm und bevorzugt 75 ≤ d_Haft ≤ 200 µm ist.
Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Haftvermittler (4) einen Cr-Anteil von mindestens 10 Masseprozent, insbesondere mindestens 15 und maximal 45 Masseprozent, insbesondere maximal 40 Masseprozent aufweist.
Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Haftvermittler (4) einen Ni-Anteil von mindestens 35 Masseprozent, insbesondere mindestens 45 Masseprozent und maximal 80 Masseprozent, insbesondere maximal 75 Masseprozent aufweist.
Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Haftvermittler (4) einen Co-Anteil von mindestens 40 Masseprozent, insbesondere mindestens 50 Masseprozent und maximal 80 Masseprozent, insbesondere maximal 75 Masseprozent aufweist.
Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Email-Beschichtung (5) eine nominelle Schichtdicke d_Email aufweist, wobei für die Schichtdicke d_Email gilt, dass 0,1 ≤ d_Email ≤ 3 mm insbesondere 0,5 ≤ d_Email ≤ 2,5 m und bevorzugt 1 ≤ d_Email ≤ 2,2 mm ist.
Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Email-Beschichtung (5) die Anforderung der ISO 28721-1 (2019-09), insbesondere hinsichtlich der Schichtdicke erfüllt.
Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Haftvermittler (4) mittels eines thermischen Spritzverfahrens, eines Pulverbeschichtungsverfahrens oder eines Kaltgasspritzverfahrens aufgebracht ist.
Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Oberfläche (3) einen Mittenrauwert Ra nach DIN EN ISO 4287:2010 aufweist, für den gilt, dass Ra ≥ 1 µm, insbesondere Ra ≥ 5 µm und bevorzugt Ra ≥ 10 µm ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (6) zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend: - ein Messrohr (7) zum Führen eines Mediums, wobei das Messrohr (7) zumindest abschnittsweise ein Edelstahlprodukt (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche umfasst, wobei die Email-Beschichtung (5) elektrisch isolierend ausgebildet ist, - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (8) zum Erzeugen eines das Messrohr (7) durchdringenden Magnetfeldes; und - eine Vorrichtung (9) zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung.
Feldgerät (10) zum Ermitteln einer Messgröße eines Mediums, umfassend: - ein, insbesondere mediumsberührendes Bauteil (11), wobei das Bauteil (11) zumindest abschnittsweise ein Edelstahlprodukt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst; und - eine Vorrichtung (12) zum Ermitteln der Messgröße eines Mediums.
Feldgerät (10) nach Anspruch 11, wobei das Bauteil (11) eine schwingfähige Einheit, insbesondere eine Schwinggabel (13), oder eine Vortex-Sensorfahne (14) umfasst.
Feldgerät (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Bauteil (11) ein Gehäuse (15) und/oder einen Messkopf (16) umfasst.
Feldgerät (10) nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Bauteil (11) ein Messrohr (7) umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Edelstahlproduktes (1), insbesondere eines Edelstahlproduktes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Verfahrensschritte: - Applizieren eines Haftvermittlers (4) auf eine Oberfläche (3) eines Edelstahlblechs (2), wobei der Haftvermittler (4) eine CoCr- und/oder NiCr-Legierung umfasst; und - Applizieren einer Email-Beschichtung (5) auf den Haftvermittler (4).