DE3730641A1 - Verfahren zur herstellung eines magnetisch-induktiven messrohres - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohres gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die bei der magnetisch-induktiven Durchflussmessung auftretende Messspannung ist u. a. abhängig vom Elektrodenabstand und der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des das Messrohr durchflies­ senden Mediums. Diese beiden Grössen werden wesentlich von den geometrischen Abmessungen des Messrohres beeinflusst, sodass deren möglichst hohe Stabilität anzustreben ist.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen rohrförmigen Aussenteil, vorzugsweise eine Metallummantelung vorzusehen, dessen zum Rohr­ inneren gerichtete Oberfläche im Spritzgiessverfahren mit Kunst­ stoff beaufschlagt wird. Allerdings besitzt Kunststoff im allge­ meinen im Vergleich zu Metallen einen hohen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten sowie eine geringe mechanische Festigkeit insbeson­ dere gegenüber Zug, Druck oder Scherung.

Da diese Eigenschaften die geometrischen Abmessungen des Mess­ rohrinneren und damit in unerwünschter Weise die Messspannung beinflussen können, soll die Metallummantelung die rohrförmige Kunststoffauskleidung formstabilisierend umfassen.

Kühlt nach Beendigung des Spritzgiessens die Kunststoff-Innenaus­ kleidung ab, führt der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient zu einem Schwund des Volumens der Innenauskleidung. Dieser Schwund führt leicht zu einer zumindest teilweisen Ablösung der Innenausklei­ dung von der Metallummantelung sowie zu dauerhaften mechanischen Spannungen im Kunststoff. Die Ablösungen verändern die geometri­ schen Abmessungen des Messrohrquerschnitts, was zu Verfälschungen der Messspannungen führen kann. Die nicht abgebauten mechanischen Spannungen erhöhen die Gefahr, dass im Kunststoff Risse ent­ stehen.

Zwar ist es bekannt, die durch die Ablösung entstandenen Zwischenräume zwischen Metall-Ummantelung und Kunststoff- Innenauskleidung mit geeigneten Stoffen, z. B. Silikonkautschuk, auszufüllen, um so die Massstabilität des Messrohrquerschnitts zu gewährleisten. Jedoch ist es umständlich, den Füllstoff in die Zwischenräume einzubringen. Zudem ist es aufwendig, einen homogenen Innenquerschnitt zu bilden.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst das Problem, ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsver­ fahren für gattungsgemässe Messrohre zu schaffen, die eine hohe Formstabilität aufweisen.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass zunächst ein rohrförmiges Innenteil als Innenauskleidung aus Kunststoff für sich gebildet wird. Dies kann insbesondere durch Drehen oder Fräsen eines Kunststoffrohlings oder im Spritzgiessverfahren er­ folgen. Im nächsten Schritt wird die Aussenfläche des rohrförmi­ gen Innenteils zumindest teilweise mit einem Material derart ver­ sehen, dass davon der Innenteil umgeben und so in seiner Form stabilisiert ist. Dieses den Aussenteil bildende Material ist so gewählt, dass der Aussenteil im Vergleich zum Innenteil einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie eine höhere mechanische Festigkeit aufweist.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass sich der Innenteil nach dessen Bildung mechanisch frei entspannen kann. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des späteren Auftretens von Rissen im Material des Innenteils weitgehend vermieden. Ferner kann sich der Innenteil in seiner Entspannungsphase aus­ reichend verfestigen. Das nachträglche Aufbringen des Aussenteils führt deshalb zu keiner spürbaren Verformung des Innenteilquer­ schitts.

Um den Aussenteil mit möglichst geringer mechanischer Belastung des Innenteils aufzubringen, wird nach einer besonderen Ausbil­ dung der Erfindung der Aussenteil durch Beschichtung (vergl. DIN 8580), insbesondere Galvanisieren oder Plasmaspritzen, des Innen­ teils erzeugt. Als Beschichtungsmaterial wird vorzugsweise nicht­ ferromagnetisches Material verwendet. Mit den Beschichtungsver­ fahren wird eine feste Haftung des Aussenteils am Kunststoffin­ nenteil erreicht. Bevorzugte Materialien für den Innenteil sind Fluorkunststoffe, z. B. Teflon (PFA-Perfluoralkoxy) oder Hosta­ flon (ETFE-Aethylentetrafluoraethylen), die mit Kupfer oder Nic­ kel besonders vorteilhaft beschichtet werden können. Beschich­ tungsverfahren, insbesondere Galvanisieren, lassen sich kosten­ günstig für die Massenfertigung anwenden.

Nach einer weiteren erfindungsgemässen Ausbildung wird der Aussenteil aus Schichten unterschiedlichen Materials zusammenge­ setzt. Dies erfolgt beispielsweise mittels verschiedener galvani­ scher Bäder. Dabei können durch zusätzliche Verwendung von an dem Innenteil angebrachte Abdeckungen funktionsangepasste Bereiche, z. B. für ferro-magnetische Polschuhe, chemisch beständige Elek­ troden und dergleichen geschaffen werden. Insbesondere können bei Verwendung von Schichten unterschiedlichen Materials Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit und/ oder nichtleitende Bereiche geschaffen werden, die vorteilhaft der Behinderung von Wirbel­ strömen dienen.

Mit besonderem Vorteil wird bei der Bildung des Aussenteils zunächst eine besonders fest am Kunststoff des Innenteils haften­ de Verbindungsschicht aufgebracht, auf die dann weitere Plasma­ spritzschichten angeordnet werden.

Wegen weiterer Ausbildungen und deren Vorteile wird auf die Unteransprüche und die nachfolgende Erläuterung anhand der Zeich­ nung verwiesen. Darin zeigen

Fig. 1 das allgemeine Funktionsprinzip der magnetisch-induktiven Durch­ flussmessung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäss hergestelltes Messrohr,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Messrohr gemäs der Linie III-III der Fig. 2.

Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser ist gemäss Fig. 1 prinzipiell wie folgt aufgebaut:

durch ein Messrohr 1 strömt eine elektrisch leitende Flüssigkeit, deren volumetrischer Durchfluss bestimmt werden soll, mit der Ge­ schwindigkeit v. Zwei mit dem Strom I durchflossene Erregerspulen 2, 3, die mit Wechsel- oder pulsierender Gleichspannung betrieben werden, erzeugen im Inneren des Messrohres 1 ein Magnetfeld B. Der Abgriff der induzierten Spannung erfolgt an zwei Elektroden 4, 5, die in der Wand des Messrohres 1 isoliert angebracht sind.

Das Messrohr 1 weist einen Innenteil 6 als Kunststoff-Innenaus­ kleidung und einen Aussenteil 7, vorzugsweise ein rostfreies Stahlrohr, auf. Der Innenteil 6 hat die Funktion, den metallischen Aussenteil 7 vom elektrisch leitfähigen Strömungs­ medium zu isolieren. In Fig. 2 und 3 sind die der Fig. 1 ent­ sprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäss hergestelltes Messrohr 1 in Draufsicht auf einen Elektrodenzapfen 8, der noch mit einer Bohrung zu versehen ist, um in diese eine Elektrode 4 oder 5 ein­ zupressen. In der Zwischenebene erstreckt sich vom Messrohr 1 senkrecht zu dessen Längsachse ein Spulenkern 9 bzw. 10, um den Erregerspulen 2 bzw. 3 gewickelt sind.

Die Erregerspulen 2 bzw. 3 magnetisieren neben den Spulenkernen 9 bzw. 10 ferner Polschuhe 11 bzw. 12, die zwischen Innenteil 6 und Aussenteil 7 angeordnet sind. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass sich die Polschuhe 11, 12 nahe am zu messenden Strömungsme­ dium befinden und infolgedessen der magnetische Widerstand ver­ mindert wird.

Die Enden des Messrohres 1 sind zu Befestigungsflansche 13 bzw. 14 ausgebildet. In die nach aussen gerichtete Oberfläche des Messrohres sind zudem nutenfärmige Vertiefungen 15 eingelassen. Gemäss Fig. 3 ist das Messrohr 1 durch flächigausgeformte Stege 16 versteift, deren Aussenränder 17 sich von den Flanschen 13, 14 zur Aussenoberfläche des Messrohres 1 erstrecken. Ferner ist in Fig. 3 dargestellt, dass durch teilweises Entfernen des Aussen­ teils 7 im Bereich eines Elektrodenzapfens 8 und dessen nachträg­ liches Bearbeiten in einfacher Weise Schirmhülsen 17 für die Elektroden 4, 5 gebildet werden können.

Anhand des in Fig. 2 und 3 dargestellten erfindungsgemässen Her­ stellungsprodukts wird deutlich: sind Innenteil 6 entsprechend ausgebildet und Aussenteil 7 bereits im wesentlichen aufgebracht, so können in einer weiteren Stufe der Nachbearbeitung des Aussen­ teils 7 die genannten funktionsbezogenen Elemente (Elektroden­ zapfen 8, Spulenkerne 9, 10, Polschuhe 11, 12, Flansche 13, 14, Nuten 15, Versteifungsstege 16, Schirmhülsen 17) und dergleichen in einfacher Weise durch bereichsweises Entfernen des Aussenteils 7 realisiert werden.

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung eines Messrohres (1) für magne­ tischinduktive Durchflussmessung, mit wenigstens einem dessen Hohlraum begrenzenden, rohrförmigen Innenteil (6), bestehend im wesentlichen aus Kunststoff, und wenigstens einem Aussen­ teil (7) anderen Materials, der den Innenteil (6) formstabi­ lisierend umfasst und einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoef­ fizienten sowie eine höhere mechanische Festigkeit als der Innenteil (6) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Innenteil (6) gebildet und mechanisch entspannt wird, und dass dann dessen nach aussen gerichtete Oberfläche ganz oder teilweise mit dem Aussenteil (7) umgeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Innenteil (6) und Aussenteil (7) fest, klebend und/oder che­ misch miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (7) gebildet wird, indem er mittels Beschichtung auf den Innenteil (6) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch elektrolytisches und/oder chemisches Ab­ scheiden und/oder thermische Spritzverfahren erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch Galvanisieren und/oder Plasma­ spritzen und/oder Flammspritzen erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (7) aus elektrisch leit­ fähigem Material gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Kupfer ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (7) gebildet wird, indem mehrere Schichten unterschiedlichen Materials aufgebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Materialien unterschiedlich hoher Leitfähigkeit verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (7) mehrere übereinander angeordnete Schichten umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten des Aussenteils (7) mit räumlich unterschiedlicher Form aufgebracht werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Aussenteil (7) gebildet wird, indem an der Aussenwand des Innenteils (6) haftenden Verbindungs­ schicht und darüber eine oder mehrere weitere Schichten im Plasmaspritzverfahren übereinander aufgebracht werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil (6) durch Zusammensetzen einzelner Kunststoffteile gebildet wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des Aussenteils (7) eine weitere Nachbearbeitungsstufe vorgesehen ist, in der der Aussenteil (7) gesondert ausgeformt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch Nachbearbeiten des Aussenteils (7) Elektroden (4, 5), Polschuhe, (Magnet-) Kerne und/ oder Schirme ausgebildet wer­ den.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen des Aussenteils (7) funktionsbezogene Baugruppen eingebunden werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil (6) aus Fluorkunststoff besteht.