EP3234516A1 - Messaufnehmer vom vibrationstyp - Google Patents

Messaufnehmer vom vibrationstyp

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Publication number
EP3234516A1
EP3234516A1 EP15791602.4A EP15791602A EP3234516A1 EP 3234516 A1 EP3234516 A1 EP 3234516A1 EP 15791602 A EP15791602 A EP 15791602A EP 3234516 A1 EP3234516 A1 EP 3234516A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring tube
component
sensor
sensor according
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15791602.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Josef ANKLIN
Ennio Bitto
Gerhard Eckert
Christian Schütze
Christof Huber
Claude HOLLINGER
Alfred Rieder
Michael Kirst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP3234516A1 publication Critical patent/EP3234516A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
    • G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8404—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters details of flowmeter manufacturing methods
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • G01N11/162—Oscillations being torsional, e.g. produced by rotating bodies
    • G01N11/167—Sample holder oscillates, e.g. rotating crucible
    • G—PHYSICS
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    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02818—Density, viscosity

Definitions

  • the invention relates to a sensor of the vibration type, in particular for detecting and / or monitoring at least one process variable of a guided in a pipeline flowable medium.
  • the process variable can be a physical or chemical
  • Be process variable and be given for example by the mass flow of the flowable medium through the pipe, but also the density or viscosity of the medium.
  • the medium in turn may be a gas, a liquid, or a powder, but also another fluid.
  • Mass flow / density meter not least because of their wide range of applications are widely used in process and / or automation technology and are manufactured by the applicant in great diversity and sold, for example, under the name PROMASS. They are usually integrated as in-line measuring devices in a compact design in the respective pipeline and have a housing module, which is mechanically coupled via an inlet-side end and an outlet end with the pipe.
  • the sensors also include a
  • a generic measuring device comprises at least one acting on the at least one measuring tube electromechanical, esp. Electro-dynamic, energizing arrangement for generating and / or maintaining mechanical vibrations of the at least one measuring tube, and at least one
  • Vibrations of the at least one measuring tube reacting vibration sensor arrangement for detecting the vibrations of the at least one measuring tube and for generating at least one vibration signal representing the vibration.
  • the at least one measuring tube is substantially straight and those in which it at least partially bent, in particular substantially U-, V- or trapezoidal, is described.
  • the at least one measuring tube is usually made of a metal, in particular titanium, zirconium, tantalum or stainless steel, and at least partially within arranged the housing module.
  • a metal in particular titanium, zirconium, tantalum or stainless steel
  • For field devices with at least two measuring tubes is in the range of the inlet side and
  • outlet side process connection each arranged a so-called manifold.
  • These two manifolds are mechanically connected to the housing module, and serve to divide the flowable medium to the respective number of measuring tubes, and the inlet side and outlet side mechanical connection of the at least two measuring tubes with each other.
  • so-called coupling elements are often used for field devices with at least two measuring tubes, by means of which the at least two measuring tubes are mechanically coupled on the inlet side and the outlet side, and which coupling elements form the
  • field devices with only one measuring tube each comprise at least one counter-oscillator, which is embodied in one piece or in several parts and which is coupled to the measuring tube to form an inlet-side and an outlet-side coupling zone.
  • the counteroscillator either rests, or else it is excited into oscillations in the same frequency but in opposite phase to the measuring tube.
  • the counteroscillator may be formed as a substantially tubular hollow cylinder, such that the measuring tube is at least partially encased by the counteroscillator.
  • the at least one measuring tube is excited to mechanical oscillations in the so-called drive or payload mode with the so-called useful frequency, which is usually given by a frequency corresponding to a vibration mode of the at least one measuring tube, so that the at least one measuring tube performs resonant oscillations.
  • the mechanical vibrations in the payload mode are in the most common case that these
  • Oscillations with the resonant frequency in the fundamental mode correspond, in particular in the case of a Coriolis mass flow and / or density meter, as a rule at least partially as lateral bending oscillations.
  • a vibration node and formed in the intermediate region usually in the region of the two ends of the at least one measuring tube in each case a vibration node and formed in the intermediate region exactly one antinode.
  • the torsional mode is excited have become known.
  • reaction forces are induced within the measuring tube, which lead to additional oscillations in the so-called Coriolis mode which oscillate in frequency in the same frequency in the useful mode
  • Vibrations are superimposed in the Nutzmode and thus incorporated into the vibration measurement signal.
  • another reaction force Depending on the type of induced or detected reaction force, another
  • Process size are recorded.
  • the mass flow rate correlates with the Coriolis force, the density of the medium with the inertial forces, and the viscosity
  • Frictional forces The measurement accuracy, and in part, along with it, the possible field of application of a generic field device of the type described above depend on many different factors.
  • Housing module is attached. By movements of the end regions of the at least one measuring tube in the housing module, clamping forces can occur, for example, which can be felt on the
  • Housing module can be reduced to the at least one measuring tube.
  • the measurement accuracy also depends on the vibration characteristics of the at least one measuring tube.
  • the frequency spectrum ie the location of the frequencies of the vibration modes of the at least one measuring tube. This depends, inter alia, on the size, geometry, rigidity, mass distribution and the material from which it is made, as well as, if appropriate, the instantaneous density, viscosity and / or the temperature of the respective medium.
  • the positions of the individual vibration modes are influenced.
  • these measures are set by the constructive side limits, as certain from the physical point of view advantageous geometries, eg. B. certain tube shapes, or radii of curvature of the at least one measuring tube, with common manufacturing processes are not or only with difficulty and / or very expensive feasible.
  • the rigidity of the at least one measuring tube could be adapted specifically to the respective application.
  • the amplitude of the vibration measurement signal depends on the rigidity of the measuring tube.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a transducer of the vibration type and a method for its production, which sensor is characterized by the highest possible accuracy of measurement with the simplest possible production.
  • a vibration-type sensor in particular for detecting and / or monitoring at least one process variable of a flowable medium guided in a pipeline, which sensor comprises at least:
  • a housing module which is mechanically coupled via an inlet-side end and an outlet-side end to the pipeline, and
  • a sensor module having at least one measuring tube held at least partially capable of oscillating in the housing module and at least temporarily oscillated
  • At least one component of the housing module and / or the sensor module is produced by means of a generative method.
  • a generative or additive manufacturing process is to be understood as meaning such a process in which plastic parts are produced in a primary molding process.
  • All generative manufacturing methods have in common that the desired three-dimensional workpiece is first designed and digitized by computer using a model or also freely by CAD. Subsequently, according to the digital data, the workpiece is built up in layers from one or more liquid or solid, in particular pulverulent, raw materials under the expiration of physical or chemical hardening or melting processes.
  • Raw materials are plastics, synthetic resins, ceramics and metals, whereby depending on the material used another functional principle comes into play.
  • the use of a generative method allows correspondingly individual components to be constructed with hitherto unrealizable shapes having particular technical advantages. So can for example the design of the measuring tube can be optimally adapted to the metrological conditions. Furthermore, the position of the vibration modes within the frequency spectrum of the at least one measuring tube can be matched to one another with its rigidity and mass distribution, also with respect to the housing. In addition, components that previously had to be manufactured individually and subsequently assembled had to be made in one piece. This optionally increases the stability and reduces the occurrence of interference due to external vibrations. It also speeds up assembly times.
  • the senor further comprises
  • At least one vibration sensor arrangement which reacts to vibrations of the at least one measuring tube and generates at least one oscillation measuring signal representing the oscillations of the at least one measuring tube, wherein the at least one exciter arrangement and the at least one vibration sensor arrangement are fastened to the at least one measuring tube in the outer region.
  • the at least one component which is produced by means of a generative method can be, for example, the at least one measuring tube or the housing module. Either a single component can be manufactured in this way, or at least two components can be made in one piece. The latter saves in particular at least one step in the assembly of the sensor. Also, a joint-free connection of two parts is usually particularly stable and stiff, which also represents an advantage.
  • the present invention is susceptible to a variety of configurations, some of which are the subject of the subclaims. Some embodiments can be applied to a variety of different components, some relate to individual specific components for which component-specific requirements are to be met. It should be noted that the examples given here are not exhaustive enumeration of design options, but that in addition to the mentioned a variety of other possibilities is conceivable, all of which are also covered by the present invention.
  • the stiffness can be increased or reduced in a position-specific manner in such a way that it is different in regions of oscillation bellies compared to the useful mode along the measuring tube, in comparison to regions with oscillation nodes, which can also be advantageous for the measurement performance.
  • the housing module may be advantageous for the housing module if the stiffness in areas in which the forces acting on the housing are particularly large, such as in
  • Range of connection of the housing module with the process connections and possibly with the manifolds is greater than in other areas that are not exposed to large forces.
  • the mass of the housing module should not or only slightly increased compared to a conventional design, especially for large diameters, since the empty weights generic field devices with large diameters already very high, especially in the range several hundred kilograms.
  • the position of the frequency of the fundamental mode increases with increasing rigidity, so that the position of the oscillation modes of the frequency spectrum of the housing module can be selectively separated from that of the at least one measuring tube by varying the stiffness.
  • the wall thickness, and / or the stiffness, and / or the mass distribution and / or the density of the at least one component vary along the direction parallel to the flow direction of the medium, and are in particular heterogeneous. In this way, it can be achieved that the at least one measuring tube has sections of different stiffnesses.
  • a further embodiment of the invention includes that the wall of the at least one component, at least in the outer region at least in a partial region has a profile, in particular a groove profile, serrated profile or tooth profile. This measure also allows the rigidity of the at least one component to be influenced in a targeted manner. It is depending on Component of Messraufêts both conceivable to provide the wall with a corrugation, as well as to make an integration of openings / cavities within the wall.
  • At least one capsule with enclosed powder, and / or at least one cavity is integrated within the wall of the at least one component.
  • the inclusion of powder-filled capsules and / or cavities in the wall of the at least one component offers in particular a damping against external vibrations, but also other interference.
  • Component for example, the raw material used in each case, in particular a powder, in individual smaller correspondingly distinguished areas, the capsules, not cured. During the curing of the respective component, the respective raw material is then enclosed within the specially designated areas.
  • a further embodiment for the reduction of disturbing influences envisages that within the
  • Wall of the at least one component at least one cavity channel or in at least a portion within the wall of an open-pore structure, in particular a porous structure or a honeycomb structure is integrated.
  • the at least one measuring tube is produced by means of the generative method.
  • the application of such a method allows a variety of new advantageous
  • At least one measuring tube in the outer region of the wall of the at least one measuring tube, at least one connecting piece for fastening at least one component of the
  • the cross-sectional area of the at least one measuring tube is round, star-shaped, square, oval, or niksegmentformig, in particular D-shaped, and / or the cross-sectional area of the at least one measuring tube varies along the direction parallel to the flow direction of the medium with respect to the surface area and the surface shape. Different geometries result in different stiffnesses of the measuring tube. For example, a
  • segment-shaped cross-section additionally saves space, for example.
  • certain geometries are more advantageous than others for exciting specific modes of vibration, such as the torsional mode.
  • At least one flow-forming module in the inner region of the wall of the at least one measuring tube, is the module, in particular one into the inner wall surface
  • the wall thickness of the at least one measuring tube is greater in such areas in which the deflection of the at least one measuring tube in the event that it performs mechanical oscillations in the first and / or second oscillation mode is greater than in such regions Regions in which nodes of the first and / or second vibration mode lie.
  • the senor comprises at least one bypass line, through which flows a subset of the flowing medium, wherein the wall of the at least one
  • Measuring tube and the at least one bypass line are made together by means of the generative method.
  • a further sensor for detecting a further process variable, such as temperature may be integrated.
  • Measuring tube at least one tension element, in particular a tension strut or a tension band is arranged, which tension element is attached to two contact areas on the inner wall of the at least one measuring tube. These have a stabilizing effect, such that the at least one measuring tube does not bulge or less in the case of a medium flowing under pressure.
  • the at least one measuring tube is at least partially substantially curved, in particular U, V, trapezoidal or helical. Generative methods in this respect allow hitherto not possible radii of curvature of the measuring tube, but also completely new curvature arrangements, such as helical or helical measuring tubes.
  • An embodiment includes that at least one mass element is arranged at the outer region of the wall of the at least one measuring tube, which at least one mass element by means of at least one fastening unit, in particular a parallel or perpendicular to the flow direction of the medium strut, a radially around the wall of the at least one measuring tube extending ring, or along the wall of the at least one measuring tube parallel to the flow direction extending comb, is attached to the outer wall of the at least one measuring tube, such that at least one of the two contact surfaces between the at least one fastening unit and the at least one mass element and / or the at least one fastening unit and the outer region of the wall of the at least one measuring tube is minimal, and wherein the at least one measuring tube, the at least one mass element, and the at least one fastening unit are manufactured together by means of the generative method.
  • the mass distribution is changed or increased, whereby the position of the
  • Vibration modes within the frequency spectrum ie the frequencies that stimulate certain vibration modes changed.
  • the rigidity of the at least one measuring tube is only minimally changed by this measure, since the contact surfaces between the at least one fastening unit and the at least one measuring tube are minimized.
  • the otherwise interdependent variables can be independently varied by means of a construction according to this embodiment. Both symmetrical and asymmetrical distributions of the mass elements are conceivable, it being possible to tune the arrangement to the respective desired properties in a targeted manner.
  • this embodiment allows for a variety of possible geometries, all of which fall within the scope of the present invention.
  • At least two combs lying on opposite sides of the at least one measuring tube are attached to the outer wall of the at least one measuring tube, wherein the at least one measuring tube and the at least two combs are manufactured together by means of the generative method.
  • This measure results in a directional dependence of rigidity. Since the oscillatory movements of the at least one measuring tube are different in different directions, the rigidity of the measuring tube can thus be different for different oscillation modes.
  • the sensor module of the sensor comprises at least
  • the measuring tube and at least one of the two process connections are manufactured together by means of the generative method.
  • a Tilgerrohr is provided, wherein the Tilgerrohr and the at least one measuring tube are made together by means of the generative method.
  • the absorber pipe for example, a larger diameter than the measuring tube, wherein the measuring tube without contact in the inner region of the absorber tube, in particular coaxially arranged.
  • the sensor module of the measuring sensor has at least two measuring tubes,
  • At least two coupling elements are provided which couple the at least two measuring tubes at least on the inlet side and the outlet side, wherein the at least two measuring tubes and the at least two coupling elements together by means of generative Process are made.
  • each of the two distributor pieces has a multiply branched, continuous internal volume.
  • the flow profile can be optimized.
  • housing module produced by the generative process. Again, it should be pointed out that the following list of design options is by no means complete, but that many more variants fall under the present invention.
  • a filling in particular a filling with a porous structure or honeycomb structure, arranged which filling either subsequently in the at least one
  • Component of the housing module is introduced, or which filling and the at least one component of the housing module are made together by means of the generative method.
  • the filling has a vibration-damping effect with respect to external vibrations and / or external vibrations
  • At least one component of an electronics unit in particular a housing, at least one electrical feedthrough and / or a mechanical transition piece, in particular for an ex-protection implementation, is manufactured together with at least one component of the housing module by means of the generative method , This brings both advantages in terms of the assembly, as well as in terms of stability of the attachment of
  • the housing module has a carrier, with which the at least one measuring tube is mechanically connected on the inlet side and the outlet side, and a casing, which surrounds the at least one measuring tube. Then it is advantageous if at least the carrier and / or at least one of the process connections and / or at least one of the distributor pieces are manufactured jointly by means of the generative method. Furthermore, it is advantageous if the carrier is designed as a laterally at least partially open, especially tubular, support cylinder which is connected to the at least one measuring tube in such a way that the at least one measuring tube protrudes partially laterally from the carrier cylinder.
  • At least one further sensor element for detecting a further process variable is integrated in at least one of the subcomponents of the housing module and / or sensor module, wherein the at least one component of the housing module or sensor module and at least one
  • At least one component of the housing module and / or the sensor module is made of a metal, in particular stainless steel or tantalum, a composite material, in particular a fiber composite material, a glass or a plastic. But other materials can be beneficial be used. At least process-contacting components are often adapted to the existing pipelines in which the sensor is to be integrated.
  • a coating in particular for preventing corrosion, abrasion and / or deposit formation, is applied to at least one subregion of at least one surface of at least one component of the housing module and / or of the sensor module.
  • the coating is melted or welded.
  • a further embodiment finally provides that the at least one process variable is given by the mass flow rate, the density, or the viscosity of the medium.
  • the object according to the invention is likewise achieved by a method for producing at least one component of a measuring transducer of the vibration type, in particular for detecting and / or monitoring at least one process variable of a flowable medium guided in a pipeline, in particular a measuring transducer according to one of the preceding claims, which sensor comprises at least :
  • a sensor module with at least one measuring tube which is held in a swingable manner in the housing module and which is oscillated at least temporarily
  • At least one component based on a digital data set, which indicates at least the shape and / or the material and / or the structure of the at least one component, in a primary molding process, in particular by means of a layered application and / or melting of a liquid or solid, in particular powdery, in particular a metal powder is produced.
  • the at least one component is thus produced according to the invention by means of a generative process.
  • a generative manufacturing process opens up, in particular, new advantageous possibilities of shaping and design of the respective workpieces produced by means of this method. It can be single or multiple
  • Components of a sensor can be produced by means of such a method.
  • the nature of the respective component can be optimized in relation to various metrologically relevant physical relationships.
  • Metrologically or otherwise advantageous conditions for the construction of a component of a sensor according to the invention are mentioned below. However, it goes without saying that, depending on the application and the associated demands on the sensor, it may also be expedient to set up and to consider other conditions.
  • the geometry, mass distribution, and / or rigidity of the at least one component is set in such a way for determining the shape and / or structure and / or the material of the at least one component, in particular by means of an iterative simulation, in particular a finite Elements Simulation that a predefinable condition is fulfilled.
  • Simulation methods in particular iterative simulation methods such as the so-called finite element method, can be used to optimize the shaping of the respective workpiece with regard to its various characteristic variables such as density, mass, rigidity, and / or geometry.
  • the fact that the component is first created digitally can save considerable time in finding the optimum geometry.
  • An embodiment provides that the rigidity of the at least one component is kept constant, while at least one frequency corresponding to one of the vibration modes of the at least one component is set to a predefinable value.
  • the resonance frequency of the fundamental mode depends on the stiffness and the mass or mass distribution of the respective component.
  • the mass or mass distribution must be changed so that the rigidity is not mitver St by the respective measure simultaneously.
  • the method described here offers, for example, in particular
  • another variant of the method according to the invention provides that at least one frequency corresponding to one of the vibration modes of the at least one component is kept constant, while at least the rigidity is set to a predefinable value.
  • the stiffness can be changed anisotropically, but can also be increased or decreased over the entire measuring tube. Which variant is more appropriate depends on the metrological
  • An embodiment further provides that the mass distribution, rigidity and / or geometry of the at least one component is selected such that at least one frequency corresponding to one of the vibration modes of the housing module and at least one frequency corresponding to one of the vibration modes of the sensor module are different from each other.
  • the mass distribution, rigidity and / or geometry of the at least one component is selected such that at least one frequency corresponding to one of the vibration modes of the housing module and at least one frequency corresponding to one of the vibration modes of the sensor module are different from each other.
  • the at least one component is the at least one measuring tube through which the fluid flows, wherein the geometry, rigidity and / or mass distribution of the at least one measuring tube are selected, and wherein the flow profile is conditioned and at least a disruptive effect caused by the flow of the medium is minimized ,
  • This can be achieved, for example, by means of flow-shaping modules described in connection with another embodiment.
  • other measures such as special
  • variable cross-sectional areas of the at least one measuring tube or the like may be adapted to influence the flow profile. Which measure is effective in which case, depends again on the nature of each
  • the original molding process for producing the at least one component involves selective laser sintering, selective laser melting, laser deposition welding, metal powder application, fused deposition modeling, multi-jet modeling, color jet
  • Rapid prototyping is sometimes also used as a generic term for various manufacturing methods for the rapid production of sample workpieces based on digital design data, in which electronic data of a three-dimensional model of the workpiece are implemented directly and quickly as possible without manual detours or shapes. All methods that have become known under this term have in common that the respective workpiece is built up in layers of shapeless or form-neutral raw material using physical and / or chemical effects.
  • Machines for melt stratification belong to the machine class of 3D printers.
  • the method is based on the liquefaction of a wire-shaped plastic or
  • Wax material by heating. Upon subsequent cooling, the raw material solidifies.
  • the raw material is applied by extrusion with a freely movable in the production level heating nozzle.
  • the work piece is built up in layers by a printhead with multiple linear nozzles, similar to the printhead of an inkjet printer.
  • Corresponding machines suitable for this method usually also belong to the machine class of the 3D printer. Due to the small size of the droplets generated during the process, even fine details can be incorporated into a workpiece.
  • Suitable raw materials are, for example, UV-sensitive photopolymers. These raw materials in the form of monomers are polymerized immediately after the "printing" on the already existing layers by means of UV light and thereby from the liquid
  • Selective laser sintering is a process in which a workpiece is layered by a sintering process from a powdery starting material, in particular
  • Polyamide another plastic, a plastic-coated molding sand, or a metal or
  • Ceramic powder is produced. Again, 3D printing machines are often used again.
  • the powder is applied to a construction platform with the aid of a doctor blade or roller over the entire surface.
  • the layers are successively sintered or melted into the powder bed by a position-selective irradiation of light by means of a laser, in particular a Co 2 laser, an Nd: YAG laser or a fiber laser according to the layer contour of the component.
  • a laser in particular a Co 2 laser, an Nd: YAG laser or a fiber laser according to the layer contour of the component.
  • Construction platform is now slightly lowered and raised a new layer.
  • the powder will by raising a powder platform or stock in the squeegee provided.
  • the processing is done layer by layer in the vertical direction.
  • the energy that is supplied by the laser is absorbed by the powder and leads to a localized sintering or fusing of particles with reduction of the total surface area. In this way, any
  • three-dimensional workpieces are produced, in particular those which are by means of
  • SLM Selective Laser Melting
  • Laser deposition welding is part of cladding, in which a surface is applied to a workpiece by means of melting and simultaneous application of virtually any desired raw material.
  • This can be in powder form z. B. done as a metal powder or with a welding wire or -band.
  • Laser deposition welding uses a high-power laser, primarily diode lasers or fiber lasers, formerly known as C02 and Nd: YAG lasers.
  • the laser usually heats the workpiece defocused and melts it locally.
  • an inert gas mixed with fine metal powder is supplied. The supply of the effective range with the metal / gas mixture via drag or coaxial nozzles. At the heated point, the metal powder melts and combines with the metal of the workpiece.
  • metal powder and ceramic powder materials especially
  • the laser cladding with wire or tape works analogously to the method with powder, but with wire or tape as additional material.
  • a particularly preferred production method is the so-called LaserCUSING, which was or will be developed by the company CONCEPTLASER of the Hofmann Innovation Group. This is a melting process in which a workpiece is generated in layers using 3D CAD data. The peculiarity is that one
  • Stochastic exposure strategy is used so that each layer is processed segment by segment and successively. This ensures a significant reduction of stresses in the resulting workpiece.
  • plastic mold standard in which a so-called freeformer is used.
  • the Freeformer melts like the
  • Injection molding plastic granules and generates from the liquid melt droplets from which additiv - ie layer by layer - the container is built. This is the individual
  • Raw material processing works in principle as in injection molding.
  • the granules are filled into the machine.
  • a heated plasticizing cylinder leads the plastic melt to one
  • Discharge unit Their nozzle closure with high-frequency piezo technology enables fast opening and closing movements and thus creates the plastic droplets under pressure, from which the plastic part builds up dust-free and emission-free additively. With the Freeformer, however, the discharge unit with nozzle remains exactly in its vertical position. Instead, the moves
  • Component carrier In addition to a component carrier that can be moved as standard over three axes, a variant with five axes is available as an option. Since the unit has two discharge units, it can also process two raw materials or colors in combination.
  • the digital data record which indicates at least the shape and / or the material and / or the structure of the at least one component, is transmitted to the customer, and wherein the at least one component on site at the customer by means of a prototype process is manufactured. If the customer has an appropriate machine that can perform the respective generative process, time and storage costs can be saved in this way. Only the digital data record which describes the respective component must be transmitted electronically. This is particularly advantageous for special solutions, which are manufactured only in small quantities.
  • An inventive sensor is used in particular in a measuring device for detecting and / or monitoring at least one process variable of a guided in a pipeline flowable medium.
  • a measuring device for detecting and / or monitoring at least one process variable of a guided in a pipeline flowable medium.
  • These are, for example, a Coriolis mass flowmeter or Coriolis mass flow / density meter.
  • 1 shows a generic field device according to the prior art with two measuring tubes and a housing module with a carrier and a casing (a) in a sectional view, (b) in a perspective view in exploded view and (c) in a sectional view without
  • FIG. 2 shows a first embodiment according to the invention with two measuring tubes
  • FIG. 3 shows an inventive measuring tube (a) with variable wall thickness and cross-sectional area and (b) with different possibilities for the cross-sectional shape
  • FIG. 3 shows an inventive measuring tube with vibration-damping cavity channels, a flow-forming module and two stiffness-influencing combs
  • FIG. 4 shows a second embodiment according to the invention of a measuring tube in (a) perspective view and (b) in a sectional illustration
  • FIG. 5 shows a distributor piece according to the invention with a plurality of branches
  • FIG. 6 shows a curved measuring tube according to the invention with a bypass line
  • FIG. 9 shows an anisotropic housing according to the invention with a passage for the electronics unit and a further sensor.
  • Fig. 1 shows an example of a generic field device 1 according to the prior art with two measuring tubes 9a, 9b and a housing module 3 with a support 4 and a casing 5. It is shown in Fig. 1 a is an external view, while the figures 1 b and 1 c show interior views of the same field device 1.
  • the housing module 3 is visible, which in the embodiment shown here is formed from a carrier 4 in the form of a laterally at least partially open, in particular tubular, support cylinder which is connected to the two measuring tubes (9a, 9b, see FIG , and an at least the two measuring tubes 9a, 9b surrounding, am Carrier 4 fastened casing 5.
  • a neck tube 6 is also attached, via which an electronics unit 6a can be connected, which serves, for example, the signal detection, evaluation, and feed.
  • the internal structure and in particular the sensor module 7 of the field device 1 can be better seen in the perspective view in Fig. 1 b.
  • an inlet-side 8a and an outlet-side 8b (not visible, see Fig. 1c) distributor piece are integrated, which distributor pieces 8a, 8b are mechanically connected to the carrier 5 (not visible in this illustration).
  • the stability of this connection is of great importance for the measuring accuracy of the field device 1.
  • the manifolds 8a, 8b are also connected to the two measuring tubes 9a, 9b and distribute the flowing medium from the pipeline (not visible) to the two measuring tubes 9a, 9b.
  • the two measuring tubes 9a, 9b which protrude on the inlet side and outlet side of the carrier 5, by means of a plurality of coupling elements 10 (the arrow shows only a coupling element, but there are along the measuring tube several equivalent elements, which for the sake of clarity not with other arrows are provided) mechanically coupled together.
  • At least one electromechanical, in particular electro-dynamic, excitation arrangement 1 1 acting on at least one measuring tube 9 a, 9 b is shown for generating and / or maintaining mechanical vibrations of the at least one measuring tube 9 a, 9 b, and at least one for vibrations of the at least one measuring tube 9a, 9b reacting vibration sensor arrangement 12 for generating at least one vibration signal representing the vibrations of the at least one measuring tube.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a sensor 13 according to the invention.
  • the sensor 13 ' has two measuring tubes 9a', 9b ', which are made in one piece together with a carrier 4', two process connections 2a ', 2b' and two distributor pieces 15a ', 15b'.
  • six are arranged in pairs
  • FIG. 3 shows further embodiment variants according to the invention for a measuring tube 9a ", by way of example on the basis of a straight measuring tube 9a". As can be seen from Fig. 3a, the
  • Wall thickness 17a, 17b of the measuring tube 9a " which is the thickness of the wall 16, along the
  • the wall thickness 17a is smaller than the wall thickness 17b in a second subsection
  • the cross sectional area 18a of the measuring tube 9a is larger than the cross sectional area 18b in the second subsection.
  • the cross-sectional area is the area enclosed by the wall 16, the normal vector of which points in the direction of the longitudinal axis of the measuring tube 9a "The longitudinal axis runs parallel to the flow direction of the respective medium.
  • the cross-sectional shape 19a-d may also be varied, meaning the geometry of the cross-sectional area 18a, 18b 9a "in FIG. 3a is round in both partial sections, further possible cross-sectional shapes 19b-d are sketched in FIG. 3b, but in each case without the complete measuring tube 9a" being drawn in.
  • an oval 19b, a star-shaped 19d, or a circular-segment-shaped 19c cross-sectional shape are possible.
  • the choice of a circular segment-shaped cross-sectional shape 19c is advantageous, inter alia, with respect to the associated space saving when using more than one measuring tube 9a ", 9b", which results from the possibility of positioning the at least two measuring tubes 9a ", 9b" side by side in that the straight regions of the surface circumferences are in each case opposite one another.
  • a third exemplary embodiment of a measuring tube 9a '" is the subject of Fig. 4, wherein a perspective view is shown in Fig. 4a and a sectional view in Fig. 4b
  • Two combs 21a, 21b, which effect a direction-dependent rigidity of the measuring tube 9a '', are arranged on opposite sides, and structures 20 incorporated with the wall thickness 17a 'are visible within the wall of the measuring tube 9a' '.
  • These structures may be, for example, either parallel to the inner volume of the measuring tube 9a '"parallel
  • a flow-forming module or a tensioning element 22 In the interior of the measuring tube 9a '"there is arranged a flow-forming module or a tensioning element 22.
  • a flow-forming module this can be, for example, a dividing wall or a flow rectifier, or several such modules can be integrated in the same measuring tube 9a'".
  • the internal volume of the measuring tube 9a '" can be subdivided into any number of fine individual tubes, similar to multichannel electrical cables
  • the wall 17a' of the measuring tube 9a '", the two combs 21a, 21b, and the flow-forming module 22 are common made in one piece.
  • the structures 20 have also been incorporated into the wall 17a 'measuring tube 9a''' Fig.
  • FIG 5 shows a possible embodiment of a distributor 8a according to the invention, which measures the flow volume of the medium from the pipeline which enters the inlet 23 of the distributor 8a ", divides it into 6 individual tubes 24a-f.
  • the distributor piece 8a" has a multiply branched contiguous internal volume 23.
  • the individual branches 23a-e divide the respectively preceding section into two subsections in each case. For the example shown here, the five asymmetric branches 23a-e are shown. It goes without saying that too
  • the walls 16a “, 16b" of the two measuring tubes 9a “", 9b “” are together with the two process connections 2a “and 2b", two distributor pieces (not visible in this figure) and with the wall 16c "one straight bypass line 24 made in one piece.
  • a determinable subset of the flowing medium can be passed.
  • a further sensor element 32 see FIG. 9) can then be integrated to detect a further process variable.
  • an absorber tube 25 is integrated, as shown, for example, in FIG. 7.
  • the Tilgerrohr a larger diameter, so a larger area of the cross-sectional area 18b "than the measuring tube 9a v.
  • the measuring tube 9a is v-contact integrated in the inner area of the Tilgerrohrs 25, and is surrounded by the Tilgerrohr coaxial.
  • the measuring tube 9a v , the absorber tube 25, and the two process connections 2a "', 2b" are made together and in one piece by means of the generative process.
  • FIG. 7 Another way to specifically influence the properties of a measuring tube 9 a is sketched in FIG. 7.
  • the mass or the mass distribution of the measuring tube 9a vl change, without thereby affecting the rigidity of the measuring tube. This allows the position of the respective vibration modes within the frequency spectrum of the measuring tube 9a vl vary.
  • two mass elements 26a, 26b are arranged on the outer region of the wall 16 '''of the measuring tube 9a 1.
  • the first mass element 26a is cut open in the selected representation in order to make visible the respectively used fastening unit 27a, 27b by means of which fastening unit 27a, 27b the mass element 26a is attached to the outer wall 16 "'of the measuring tube 9a vl .
  • the fastening unit 27a, 27b is a ring radially surrounding the measuring tube 9a, vl .
  • the contact surface 28a between the fastening unit 27a and the mass element 26a and / or the contact surface 28b between the fastening unit 27a and the outer region of the wall 16 "'of the measuring tube 9a vl should be kept minimal Both the measuring tube 9a vl and the mass elements 26a, 26b and the fastening units 27a, 27b are manufactured jointly in one piece by means of the generative method.
  • transducer housing 3 ' are various advantageous possibilities conceivable, as shown by way of example in Fig. 9.
  • Structures 20 ' are incorporated within the wall 16 "' of the receiver housing 3 ', similar to the measuring tube 9a'" of Fig. 4. These may, for example, be cavity channels or empty / filled capsules
  • Transducer housing 3a 'of FIG. 9 has, for example, an anisotropic structure.
  • a honeycomb structure 30 is arranged in a first subregion 29a within the wall 16 "", while a composite material 31 is incorporated in a second subregion 29b.
  • anisotropic stiffness and possibly also mass distribution can be achieved such that areas which are exposed to an increased external force, for example, have a higher rigidity.
  • Such areas are, for example, in particular the areas in which the process connections (2a, 2b) and / or distribution pieces (8a, 8b) (not shown) are integrated.
  • the housing additionally comprises a neck tube 6 ', by means of which an electronic unit 6a (not shown) can be connected to the transducer housing 3'.
  • This neck tube 6 ' is an optional component of the transducer housing 3'.
  • an additional sensor element 32 which can be used to detect a further process variable, in particular the temperature or the pressure, can furthermore be integrated into the wall 16 "'of the sensor housing 3'.
  • a corresponding sensor element 32 can also be integrated into other components of a measuring sensor 15, for example into a bypass line 24, as shown in FIG.
  • cavities within the receiver housing 3 ' can optionally be provided with a filling 33, which in particular has damping properties.
  • the filling may, for example, have a honeycomb structure or a porous structure.
  • 16a, 16b wall of a component, for. B. wall of the measuring tube or transducer housing

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Abstract

Messaufnehmer (13) vom Vibrationstyp, insbesondere zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums, welcher Messaufnehmer (13) zumindest umfasst: ein Gehäusemodul (3), welches über ein einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende mit der Rohrleitung mechanischen gekoppelt ist, und ein Sensormodul (7) mit zumindest einem zumindest teilweise im Gehäusemodul (3) schwingfähig gehalterten und zumindest zeitweise in Schwingungen versetzten Messrohr (9a, 9b), wobei zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls (3) und/oder des Sensormoduls (7) mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist und Verfahren zur Herstellung zumindest einer Komponente eines Messaufnehmers (13) vom Vibrationstyp, welches Verfahren zumindest die Herstellung der zumindest einen Komponente anhand eines digitalen Datensatzes, welcher zumindest der Form und/oder des Materials und/oder der Struktur der zumindest einen Komponente angibt, mittels eines Urform prozesses, insbesondere mittels eines schichtweisen Aufbringens und/oder Aufschmelzens eines Pulvers, insbesondere eines Metallpulvers, umfasst.

Description

Messaufnehmer vom Vibrationstyp
Die Erfindung betrifft einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp, insbesondere zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums. Die Prozessgröße kann eine physikalische oder chemische
Prozessgröße sein, und beispielsweise durch den Massendurchfluss des strömungsfähigen Mediums durch die Rohrleitung, aber auch die Dichte oder die Viskosität des Mediums gegeben sein. Das Medium wiederum kann ein Gas, eine Flüssigkeit, oder ein Pulver, aber auch ein anderer strömungsfähiger Stoff sein. Entsprechende Feldgeräte, insbesondere Coriolis-Massedurchflussmesser oder Coriolis-
Massedurchfluss-/Dichtemesser, finden nicht zuletzt wegen ihres breiten Einsatzspektrums vielfach Anwendung in der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik und werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und beispielsweise unter der Bezeichnung PROMASS vertrieben. Sie sind zumeist als In-Line-Messgeräte in einer Kompaktbauweise in die jeweilige Rohrleitung integriert und weisen ein Gehäusemodul auf, welches über ein einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende mit der Rohrleitung mechanischen gekoppelt ist. Die Messaufnehmer umfassen ferner ein
Sensormodul mit zumindest einem im Gehäusemodul schwingfähig gehalterten mit der Rohrleitung kommunizierenden Messrohr, welches zumindest zeitweise zu Schwingungen um eine statische Ruhelage, insbesondere Biegeschwingungen, ausführt. Ferner umfasst ein gattungsgemäßes Messgerät mindestens eine auf das mindestens eine Messrohr einwirkende elektromechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung zum Erzeugen und/oder Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des mindestens einen Messrohrs, und mindestens eine auf
Schwingungen des mindestens einen Messrohres reagierende Vibrationssensoranordnung zur Detektion der Schwingungen des zumindest einen Messrohres und zum Erzeugen wenigstens eines die Schwingungen repräsentierenden Schwingungsmesssignals.
Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt und beispielsweise in der US-A 47 93 191 , der US-A 48 23 614, der *US-A 48 31 885, der US-A 56 02 345, der US-A 2007/0151368, der US-A 2010/0050783, der WO-A 96/08697, der WO-A
2009/120222 oder der WO-A 2009/120223 ausführlich und detailliert beschrieben.
Für die gattungsgemäßen Feldgeräte sind im Laufe der Zeit viele verschiedene Ausgestaltungen bekannt geworden. So sind Ausführungen mit 1 , 2, 4, oder 8 parallel geschalteten Messrohren, Ausführungen, bei welchen das mindestens eine Messrohr im Wesentlichen gerade ist und solche, bei welchen es zumindest abschnittsweise gebogen, insbesondere im Wesentlichen U-, V-, oder trapezförmig, ist, beschrieben worden. Das zumindest eine Messrohr ist zumeist aus einem Metall gefertigt, insbesondere Titan, Zirkon, Tantal oder rostfreier Stahl, und zumindest teilweise innerhalb des Gehäusemoduls angeordnet. Zur Integration des jeweiligen Feldgeräts in eine bestehende Rohrleitung ist dieses ein- und auslassseitig jeweils mit einem Prozessanschluss, insbesondere einem Flansch, gekoppelt. Für Feldgeräte mit zumindest zwei Messrohren ist im Bereich des einlassseitigen und
auslassseitigen Prozessanschlusses jeweils ein sogenanntes Verteilerstück angeordnet. Diese beiden Verteilerstücke sind mechanisch mit dem Gehäusemodul verbunden, und dienen der Aufteilung des strömungsfähigen Mediums auf die jeweilige Anzahl von Messrohren, und der einlassseitigen und auslassseitigen mechanischen Verbindung der zumindest zwei Messrohre miteinander. Zudem kommen für Feldgeräte mit zumindest zwei Messrohren häufig sogenannte Koppelelemente zum Einsatz, mittels welcher die zumindest zwei Messrohre einlassseitig und auslassseitig mechanisch gekoppelt sind, und welche Koppelelemente dem Bilden von
Schwingungsknoten dienen. Dagegen findet die Anbindung an die jeweilige Rohrleitung im Falle von Feldgeräten mit lediglich einem Messrohr mittels eines einlassseitigen und auslassseitigen im Wesentlichen geraden Verbindungsrohrstücks statt. Ferner umfassen Feldgeräte mit lediglich einem Messrohr jeweils wenigstens einen einstückig oder mehrteilig ausgeführten Gegenschwinger, welcher unter Bildung einer einlassseitigen und einer auslassseitigen Kopplungszone an das Messrohr gekoppelt ist. Im Betrieb des Feldgeräts ruht der Gegenschwinger entweder, oder aber wird gleichfrequent, aber gegenphasig zum Messrohr zu Schwingungen angeregt. Beispielsweise kann der Gegenschwinger als im Wesentlichen rohrförmiger Hohlzylinder ausgebildet sein, derart, dass das Messrohr zumindest teilweise von dem Gegenschwinger ummantelt ist. Im Betrieb wird das zumindest eine Messrohr zu mechanischen Schwingungen in der sogenannte Antriebs- oder Nutzmode mit der sogenannten Nutzfrequenz angeregt, welche üblicherweise durch eine einer Schwingungsmode des zumindest einen Messrohres entsprechenden Frequenz gegeben ist, so dass das zumindest eine Messrohr resonante Schwingungen ausführt. Die mechanischen Schwingungen in der Nutzmode sind im am häufigsten auftretenden Falle, dass diese
Schwingungen mit der Resonanzfrequenz in der Grundmode entsprechen, insbesondere im Falle eines Coriolis-Massedurchfluss- und/oder Dichtemesser, in der Regel zumindest anteilig als laterale Biege-Schwingungen ausgebildet. Dabei bildet sich üblicherweise im Bereich der beiden Enden des zumindest einen Messrohres jeweils ein Schwingungsknoten und im dazwischenliegenden Bereich genau ein Schwingungsbauch aus. Aber auch Anwendungen, in welchen die Torsionsmode angeregt wird, sind bekannt geworden. Wenn das mindestens eine Messrohr vom Medium durchströmt wird, werden innerhalb des Messrohres Reaktionskräfte induziert, die zu zusätzlichen den Schwingungen in der Nutzmode frequenzgleichen Schwingungen in der sogenannten Coriolismode führen, welche den
Schwingungen in der Nutzmode überlagert sind und folglich ins Schwingungsmesssignal mit einfließen. Je nach Art der induzierten bzw. detektierten Reaktionskraft kann eine andere
Prozessgröße erfasst werden. Es korrespondieren beispielweise der Massendurchfluss mit der Coriolis-Kraft, die Dichte des Mediums mit den Trägheitskräften und die Viskosität mit
Reibungskräften. Die Messgenauigkeit, und zum Teil damit einhergehend auch der mögliche Anwendungsbereich, eines gattungsgemäßen Feldgeräts der eingangs beschriebenen Art hängen dabei von vielen verschiedenen Faktoren ab.
Zum einen können äußere Störeinflüsse die Messgenauigkeit negativ beeinflussen. Diese sind beispielsweise gegeben durch Vibrationen der Rohrleitung und/oder des Gehäusemoduls, welche in die Schwingungen des zumindest einen Messrohres einkoppeln können. Aber auch störende Vibrationen durch Druckschwankungen des strömenden Mediums können problematisch sein, oder auch unterschiedliche Temperaturbeanspruchungen der verschiedenen Bauteile. Darüber hinaus hängt die Messgenauigkeit auch damit zusammen, wie das zumindest eine Messrohr im
Gehäusemodul befestigt ist. Durch Bewegungen der Endbereiche des zumindest einen Messrohres im Gehäusemodul kann es beispielsweise zu Einspannkräften kommen, welche auf die
Prozessanschlüsse und ggf. auch auf die Verteilerstücke wirken und zu Deformationen des Gehäusemoduls führen können. Es ist also wünschenswert, solche und auch andere Störeinflüsse wirksam zu minimieren.
Beispielsweise können in dieser Hinsicht verschiedene konstruktive Maßnahmen bezüglich des mechanischen Aufbaus und den Verbindungen der einzelnen Komponenten des jeweiligen Messaufnehmers ergriffen werden. Die Verbindungen zwischen dem zumindest einen Messrohr, den Prozessanschlüssen und ggf. Verteilerstücken, sowie dem Gehäusemodul sollten möglichst stabil und steif sein. Außerdem sollte die Möglichkeit einer Übertragung von Schwingungen des
Gehäusemoduls auf das zumindest eine Messrohr reduziert werden. Nun ist es aber so, dass viele dieser Maßnahmen mit einer deutlichen Gewichtszunahme einhergehen, was wiederum
insbesondere im Bereich von Feldgeräten größerer Nennweite unerwünscht ist. Zum anderen hängt die Messgenauigkeit aber auch von den Schwingungseigenschaften des zumindest einen Messrohres ab. Hier gilt eine besondere Beachtung dem Frequenzspektrum, also der Lage der Frequenzen der Schwingungsmoden des zumindest einen Messrohres. Dieses hängt unter anderem von der Größe, Geometrie, Steifigkeit, Masseverteilung und dem Material, aus welchem es gefertigt ist, sowie gegebenenfalls von der momentanen Dichte, Viskosität und/oder der Temperatur des jeweiligen Mediums, ab.
Ein wichtiger Aspekt mit Hinblick auf eine möglichst störungsfreie Messung gilt der Anpassung der Lage der Frequenzen der Schwingungsspektren von dem zumindest einen Messrohr und dem Gehäusemodul. Die Schwingungsmoden beider Komponenten sollten nämlich nicht bei gleichen Frequenzen liegen. Da die Resonanzfrequenzen grundsätzlich sowohl von der Masseverteilung als auch von der Steifigkeit der jeweiligen Komponente abhängt, können durch Variation dieser
Parameter die Lagen der einzelnen Schwingungsmoden beeinflusst werden. Diesen Maßnahmen sind allerdings von der konstruktiver Seite Grenzen gesetzt, da gewisse vom physikalischen Standpunkt betrachtet vorteilhafte Geometrien, z. B. bestimmte Rohrformen, oder Krümmungsradien des zumindest einen Messrohres, mit gängigen Herstellungsverfahren nicht oder nur schwer und/oder sehr aufwendig realisierbar sind.
Weiterhin ist es für eine hohe Messgenauigkeit wünschenswert, wenn die Steifigkeit des zumindest einen Messrohres gezielt auf die jeweilige Anwendung angepasst werden könnte. Beispielsweise hängt die Amplitude des Schwingungsmesssignals von der Steifigkeit des Messrohres ab. Nun ist es aber so, dass sich durch eine Änderung der Masseverteilung nicht nur die Steifigkeit sondern auch die Lage der Schwingungsmoden innerhalb des Schwingungsspektrums des zumindest einen Messrohres ändert. Allerdings wäre es oftmals von Vorteil, entweder nur die Steifigkeit bei gleich bleibendem Frequenzspektrum oder aber nur das Frequenzspektrum bei gleich bleibender
Steifigkeit zu variieren. Solche Forderungen lassen sich aber erneut nur durch äußerst schwierig und/oder aufwendig umsetzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welcher Messaufnehmer sich durch eine möglichst hohe Messgenauigkeit bei möglichst einfacher Herstellung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp, insbesondere zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums, welcher Messaufnehmer zumindest umfasst:
- ein Gehäusemodul, welches über ein einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende mit der Rohrleitung mechanischen gekoppelt ist, und
ein Sensormodul mit zumindest einem zumindest teilweise im Gehäusemodul schwingfähig gehalterten und zumindest zeitweise in Schwingungen versetzten Messrohr,
wobei zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls und/oder des Sensormoduls mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist.
Unter einem generativen, oder auch additiven Fertigungsverfahren sei im Folgenden ein solches Verfahren zu verstehen, bei welchem in einem Urformprozess plastische Teile entstehen.
Generative Fertigungsverfahren, welche im Prinzip eine industrialisierte und massentaugliche Weiterentwicklung des sogenannten Rapid Prototyping darstellen, halten seit einigen Jahren zunehmend Einzug in der industriellen Fertigung. Eine Übersicht über die verschiedenen Prinzipien und gängigsten Verfahren ist entsprechend aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt.
Allen generativen Fertigungsverfahren ist gemeinsam, dass das gewünschte dreidimensionale Werkstück zuerst per Computer mittels eines Modells oder auch frei per CAD entworfen und digitalisiert wird. Anschließend wird das Werkstück gemäß der digitalen Daten schichtweise aus einem oder mehreren flüssigen oder festen, insbesondere pulverförmigen, Rohmaterialien unter Ablauf physikalischer oder chemischer Härtungs- oder Schmelzprozesse aufgebaut. Typische
Rohmaterialien sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken und Metalle, wobei je nach verwendetem Material ein anderes Funktionsprinzip zum Tragen kommt.
Generative Fertigungsverfahrens bieten folgend genannte Vorteile:
Zum einen wird durch den Urformprozess der Materialverlust gegenüber trennenden
Fertigungsverfahren deutlich reduziert. Weiterhin bringt die Anwendung generativer Verfahren eine Zeitersparnis mit sich, da die jeweils zu fertigenden Teile direkt vor Ort hergestellt werden können und die Produktion nicht auf die Zulieferung verschiedener Einzelteile angewiesen ist. Der wesentliche Vorteil liegt jedoch darin, dass mittels eines regenerativen Fertigungsverfahrens jede beliebige dreidimensionale Struktur entworfen, und spanlos und/oder fugenfrei hergestellt werden kann. Somit wird die Herstellung hochkomplexer Teile ermöglicht, welche mittels anderer
Fertigungsverfahren nicht herstellbar sind.
Bezogen auf einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp erlaubt die Anwendung eines generativen Verfahrens entsprechend, dass einzelne Komponenten mit bisher nicht realisierbaren Formen konstruiert werden können, welche besondere technische Vorteile aufweisen. So kann zum Beispiel die Ausgestaltung des Messrohres optimal auf die messtechnischen Bedingungen angepasst werden. Ferner lässt sich die Lage der Schwingungsmoden innerhalb des Frequenzspektrums des zumindest einen Messrohres mit dessen Steifigkeit und Masseverteilung aufeinander abstimmen, auch in Bezug auf das Gehäuse. Außerdem können Komponenten, welche bisher einzeln gefertigt und anschließend zusammengebaut werden mussten, nun aus einem Stück gefertigt werden. Dies erhöht gegebenenfalls die Stabilität und reduziert das Auftreten von Störeinflüssen aufgrund von Fremdvibrationen. Darüber hinaus beschleunigt es Montagezeiten.
Vorteilhaft umfasst der Messaufnehmer ferner
- mindestens eine auf das mindestens eine Messrohr einwirkende elektromechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung zum Erzeugen und/oder Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des mindestens einen Messrohres,
mindestens eine auf Schwingungen des mindestens einen Messrohres reagierenden Vibrationssensoranordnung zum Erzeugen wenigstens eines die Schwingungen des mindestens einen Messrohres repräsentierenden Schwingungsmesssignals, wobei die mindestens eine Erregeranordnung und die mindestens eine Vibrationssensoranordnung im äußeren Bereich an dem zumindest einen Messrohr befestigt sind.
Bei der zumindest einen Komponente, welche mittels eines generativen Verfahrens hergestellt wird, kann es sich beispielsweise um das zumindest eine Messrohr oder um das Gehäusemodul, handeln. Es kann entweder eine einzelne Komponente auf diese Weise gefertigt sein oder aber zumindest zwei Komponenten gemeinsam aus einem Stück. Letzteres spart insbesondere zumindest einen Schritt in der Montage des Messaufnehmers. Auch ist eine fugenfreie Verbindung zweier Teile üblicherweise besonders stabil und steif, was ebenfalls einen Vorteil darstellt.
Die vorliegende Erfindung lässt eine Vielzahl an Ausgestaltungen zu, von denen einige Gegenstand der Unteransprüche sind. Manche Ausgestaltung lassen sich auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten anwenden, manche betreffen einzelne spezifische Komponenten, für welche komponentenspezifische Anforderungen erfüllt werden sollen. Es sei darauf verwiesen, dass die hier genannten Beispiele keine abschließende Aufzählung der Gestaltungsmöglichkeiten darstellen, sondern dass neben den genannten eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten denkbar ist, welche alle ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen.
Unabhängig von der jeweiligen Komponente ist ein übergeordnetes Bestreben dadurch gegeben, die Steifigkeit der Komponente gezielt zu beeinflussen. Dies gilt insbesondere für das zumindest eine Messrohr, aber auch für das Gehäusemodul. Die Verwendung eines generativen Herstellungsprozesses mit den oben aufgeführten Vorteilen eröffnet in dieser Hinsicht unzählige neue Möglichkeiten, von denen einige im Folgenden genannt werden.
Durch die gezielte, insbesondere auch anisotrope, Beeinflussung der Steifigkeit zumindest einer Komponente eines Messaufnehmers vom Vibrationstyp können beispielsweise je nach Komponente folgende vorteilhafte Wirkungen erreicht werden: Wird die Konstruktion des zumindest einen Messrohres betrachtet, so lässt sich bei gleichbleibender Lage der Schwingungsmoden eine möglichst geringere Steifigkeit erzielen, was zu einem größeren Schwingungsmesssignal und damit einhergehend zu einer höheren Messgenauigkeit führen kann. Insbesondere kann die Steifigkeit positionsspezifisch derart erhöht oder verringert werden, dass sie angepasst an die Nutzmode entlang des Messrohres in Bereichen von Schwingungsbäuchen unterschiedlich ist im Vergleich zu Bereichen mit Schwingungsknoten, was ebenfalls vorteilhaft für die Messperformance sein kann.
Ähnlich kann es für das Gehäusemodul von Vorteil sein, wenn die Steifigkeit in Bereichen, in welchen die auf das Gehäuse einwirkenden Kräfte besonders groß sind, wie beispielsweise im
Bereich der Verbindung des Gehäusemoduls mit den Prozessanschlüssen und gegebenenfalls mit den Verteilerstücken, größer ist als in anderen Bereichen, welche keinen großen Krafteinwirkungen ausgesetzt sind. Dabei sollte allerdings insbesondere bei großen Nennweiten die Masse des Gehäusemoduls nicht oder nur geringfügig gegenüber einer herkömmlichen Ausgestaltung erhöht werden, da die Leergewichte gattungsgemäßer Feldgeräte mit großen Nennweiten ohnehin schon sehr hoch, insbesondere im Bereich mehrere hundert Kilogramm, sind. Ferner steigt bei dem Gehäusemodul mit zunehmender Steifigkeit die Lage der Frequenz der Grundschwingungsmode, so dass durch Variation der Steifigkeit die Lage der Schwingungsmoden des Frequenzspektrums des Gehäusemodul gezielt von der des zumindest einen Messrohres getrennt werden kann.
In einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messaufnehmers variieren die Wandstärke, und/oder die Steifigkeit, und/oder die Masseverteilung und/oder die Dichte der zumindest einen Komponente entlang der Richtung parallel zur Strömungsrichtung des Mediums, und sind insbesondere heterogen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das zumindest eine Messrohr abschnittsweise unterschiedliche Steifigkeiten aufweist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Wandung der zumindest einen Komponente zumindest im äußeren Bereich zumindest in einem Teilbereich ein Profil aufweist, insbesondere ein Rillenprofil, Zackenprofil oder Zahnprofil. Auch durch diese Maßnahme lässt sich die Steifigkeit der zumindest einen Komponente gezielt beeinflussen. Dabei ist es je nach Komponente des Messraufnehmers sowohl denkbar, die Wandung mit einer Riffelung zu versehen, als auch eine Integration von Öffnungen/Hohlräumen innerhalb der Wandung vorzunehmen.
Ein weiteres übergeordnetes Bestreben liegt in der Reduktion einkoppelnder Störeinflüsse, insbesondere der durch Fremdvibrationen. Das Auftreten solcher Einflüsse lässt sich grundsätzlich nicht verhindern, da das jeweilige Feldgerät in der Regel in eine bestehende Rohrleitung integriert wird und mit dieser mechanisch fest und dicht verbunden ist. Deshalb ist es von Vorteil, einzelne Komponenten des Messaufnehmers, insbesondere in Bezug auf die Geometrie und/oder
Materialwahl, derart auszulegen, dass sie einkoppelnde Schwingungen und/oder andere
Störeinflüsse dämpfen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist deshalb innerhalb der Wandung der zumindest einen Komponente mindestens eine Kapsel mit eingeschlossenem Pulver, und/oder mindestens ein Hohlraum integriert. Der Einschluss von pulvergefüllten Kapseln und/oder Hohlräumen in die Wandung der zumindest einen Komponente bietet insbesondere eine Dämpfung gegenüber Fremdvibrationen, aber auch anderer Störeinflüsse.
Diese Möglichkeit lässt sich insbesondere erst mittels eines generativen Verfahrens zielgerichtet verwirklichen. Grundsätzlich wird während des schichtweisen Aufbaus der zumindest einen
Komponente beispielsweise das jeweils verwendete Rohmaterial, insbesondere ein Pulver, in einzelnen kleineren entsprechend ausgezeichneten Bereichen, den Kapseln, nicht ausgehärtet. Während der Aushärtung der jeweiligen Komponente wird dann das jeweilige Rohmaterial innerhalb der speziell ausgezeichneten Bereiche eingeschlossen. Eine weitere Ausgestaltung zur Reduzierung von Störeinflüssen sieht vor, dass innerhalb der
Wandung der zumindest einen Komponente zumindest ein Hohlraumkanal oder in zumindest einem Teilbereich innerhalb der Wandung eine offenporige Struktur, insbesondere eine poröse Struktur oder eine Wabenstruktur, integriert ist. Wieder ist die Realisierung einer solchen Lösung ohne ein generatives Fertigungsverfahren nur sehr schwer oder auch nicht möglich.
Es ist von Vorteil, wenn das zumindest eine Messrohr mittels des generativen Verfahrens hergestellt ist. Die Anwendung eines solchen Verfahrens ermöglicht eine Vielzahl neuer vorteilhafter
Ausgestaltungen, welche über die vorteilhaften Eigenschaften herkömmlicher Messrohre deutlich hinausgehen. Insbesondere ist eine Vielzahl an bisher nicht realisierbaren Geometrien denkbar, welche von der technischen Seite her große Vorteile bringen. Für das zumindest eine Messrohr als schwingfähige Einheit des Feldgeräts kann eine geschickte Wahl der Geometrien und Materialien in Bezug auf die resultierenden Schwingungseigenschaften die erreichbare Messgenauigkeit in hohem Maße bestimmen.
Einige Beispiele für vorteilhafte Ausgestaltungen des zumindest einen Messrohres, welche größtenteils erst durch die Anwendung eines generativen Verfahrens sinnvoll herstellbar sind, seien im Folgenden genannt, wobei darauf verwiesen sei, dass diese Aufzählung nicht abschließend ist. In einer Ausgestaltung ist im äußeren Bereich der Wandung des zumindest einen Messrohres zumindest ein Verbindungsstück zur Befestigung von zumindest einer Komponente der
Erregeranordnung und/oder Vibrationssensoranordnung angebracht, wobei das zumindest eine Verbindungsstück und die Wandung des zumindest einen Messrohrs gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Die Herstellung eines Messrohres ohne den Bedarf an weiteren Anbauteilen zur Befestigung weiterer Komponenten erspart zum einen Zeit in der Montage des Feldgeräts. Zum anderen resultiert eine direkte Herstellung des Messohres mit den
entsprechenden Verbindungsstücken fugenfrei aus einem Stück in einer deutlich festeren und stabileren Verbindung. Dies kann insbesondere in Bezug auf Vibrationen vorteilhaft sein.
In einer Ausgestaltung ist die Querschnittsfläche des zumindest einen Messrohres rund, sternförmig, quadratisch, oval, oder kreissegmentformig, insbesondere D-förmig, und/oder die Querschnittsfläche des zumindest einen Messrohres variiert entlang der Richtung parallel zur Strömungsrichtung des Mediums in Bezug auf den Flächeninhalt und die Flächenform. Unterschiedliche Geometrien resultieren in unterschiedlichen Steifigkeiten des Messrohres. Beispielsweise weist eine
sternförmige Geometrie durch eine geringere Steifigkeit gegenüber einer runden Querschnittsfläche auf, so dass die Lage der Resonanzfrequenz der Grundschwingungsmode sinkt. Damit kann eine größere Genauigkeit im Hinblick auf eine Bestimmung der Viskosität erzielt werden. Ein
kreissegmentförmiger Querschnitt bringt daneben beispielsweise zusätzlich eine Platzersparnis. Außerdem sind bestimmte Geometrien für die Anregung spezieller Schwingungsmodi, wie beispielsweise der Torsionsmode vorteilhafter als andere.
In einer Ausgestaltung ist im inneren Bereich der Wandung des zumindest einen Messrohres zumindest ein Strömungsformendes Modul, insbesondere eine in die innere Wandfläche
eingebrachte Lamelle, ein Strömungsgleichrichter oder ein Filter, oder zumindest eine Trennwand, welche das Innenvolumen in zumindest zwei Bereiche teilt, integriert, wobei die Wandung des zumindest einen Messrohrs und das zumindest eine strömungsformende Modul gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Somit können Störeinflüsse, welche durch die Strömung selbst hervorgerufen werden, minimiert werden. Trennwände bringen beispielsweise je nach Verwendung eine Platzersparnis. Weiterhin ist es so, dass insbesondere eine Verfeinerung der Einzelrohre in mehrere Teilrohre die Änderungen der Steifigkeit zwischen dem leeren Rohr und dem vom Medium durchströmten Rohr zur Folge hat. Dadurch werden ebenfalls Störeffekte, welche durch das strömende Medium auftreten, insbesondere durch die mitbewegte Masse des Mediums durch die Schwingungen des Messrohres, reduziert.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Wandstärke des zumindest einen Messrohres in solchen Bereichen, in welchen die Auslenkung des zumindest einen Messrohres im Falle, dass es mechanische Schwingungen in der ersten und/oder zweiten Schwingungsmode ausführt, maximal ist, größer ist als in solchen Bereichen, in welchen Knotenpunkte der ersten und/oder zweiten Schwingungsmode liegen.
In einer Ausgestaltung umfasst der Messaufnehmer zumindest eine Bypassleitung, durch welchen eine Teilmenge des strömenden Mediums fließt, wobei die Wandung des zumindest einen
Messrohrs und die zumindest eine Bypassleitung gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. In der Bypassleitung kann dann beispielsweise ein weiterer Sensor zur Erfassung einer weiteren Prozessgröße, beispielsweise der Temperatur, integriert sein.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im inneren Bereich der Wandung des zumindest einen
Messrohres zumindest ein Zugelement, insbesondere eine Zugsstrebe oder ein Zugband angeordnet ist, welches Zugelement an zwei Kontaktbereichen an der Innenwand des zumindest einen Messrohres befestigt ist. Diese weisen eine stabilisierende Wirkung auf, derart, dass sich das zumindest eine Messrohr im Falle eines unter Druck strömenden Mediums nicht oder weniger wölbt.
In einer Ausgestaltung ist das zumindest eine Messrohr zumindest abschnittsweise im Wesentlichen gekrümmt, insbesondere U-, V-, trapez-, oder helixförmig, ausgebildet. Generative Verfahren erlauben in dieser Hinsicht bisher nicht mögliche Krümmungsradien des Messrohres, aber auch völlig neue Krümmungsanordnungen, wie helixförmige, oder schraubenförmige Messrohre.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass am äußeren Bereich der Wandung des zumindest einen Messrohrs zumindest ein Masseelement angeordnet ist, welches zumindest eine Masseelement mittels zumindest einer Befestigungseinheit, insbesondere einer parallel oder senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden Strebe, einem radial um die Wandung des zumindest einen Messrohrs verlaufenden Ring, oder einem entlang der Wandung des zumindest einen Messrohrs parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Kamm, an der äußeren Wandung des zumindest einen Messrohres befestigt ist, derart, dass zumindest eine der beiden Kontaktflächen zwischen der zumindest einen Befestigungseinheit und des zumindest einen Masseelements und/oder der zumindest einen Befestigungseinheit und dem äußeren Bereich der Wandung des zumindest einen Messrohres minimal ist, und wobei das zumindest eine Messrohr, das zumindest eine Masseelement, und die zumindest eine Befestigungseinheit gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Auf diese Weise wird durch das Hinzufügen von zumindest einem Masseelement die Masseverteilung geändert bzw. erhöht, wodurch sich die Lage der
Schwingungsmoden innerhalb des Frequenzspektrums, also die Frequenzen, welche bestimmte Schwingungsmoden anregen, geändert. Vorteilhaft wird allerdings durch diese Maßnahme die Steifigkeit des zumindest einen Messrohres nur minimal verändert, da die Kontaktflächen zwischen der zumindest einen Befestigungseinheit und dem zumindest einen Messrohr minimiert werden. Somit können die ansonsten voneinander abhängigen Größen mittels einer Konstruktion entsprechend dieser Ausgestaltung unabhängig voneinander variiert werden. Es sind sowohl symmetrische als auch asymmetrische Verteilungen der Masseelemente denkbar, wobei die Anordnung auf die jeweils gewünschten Eigenschaften gezielt abgestimmt werden kann.
Entsprechend lässt diese Ausgestaltung eine Vielzahl möglicher Geometrien zu, welche alle unter die vorliegende Erfindung fallen.
Gemäß einer Ausgestaltung sind an die äußere Wandung des zumindest einen Messrohres zumindest zwei auf gegenüberliegenden Seiten des zumindest einen Messohres liegende Kämme angebracht, wobei das zumindest eine Messrohr und die zumindest zwei Kämme gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Diese Maßnahme hat eine Richtungsabhängigkeit der Steifigkeit zur Folge. Da die Schwingungsbewegungen des zumindest einen Messrohres in verschiedene Richtungen unterschiedlich sind, kann so die Steifigkeit des Messohres für unterschiedliche Schwingungsmoden unterschiedlich sein. In einer Ausgestaltung umfasst das Sensormodul des Messaufnehmers zumindest
ein einziges Messrohr, und
zwei Prozessanschlüsse,
wobei das Messrohr und zumindest einer der zwei Prozessanschlüsse gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Dies bringt erneut Vorteile in der Stabilität und Steifigkeit der Verbindungen der verschiedenen Komponenten sowie in der Montage. Dabei ist es von Vorteil, wenn wie eingangs erwähnt, ein Tilgerrohr vorgesehen ist, wobei das Tilgerrohr und das zumindest eine Messrohr gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Dabei sind für die Geometrie des Tilgerrohres viele verschiedene Geometrien denkbar. Vorteilhaft weist das Tilgerrohr beispielsweise einen größeren Durchmesser auf als das Messrohr, wobei das Messrohr berührungslos im inneren Bereich des Tilgerrohres, insbesondere koaxial, angeordnet ist. In einer alternativen Ausgestaltung weist das Sensormodul des Messaufnehmers zumindest, zumindest zwei Messrohre,
zwei Verteilerstücke, welche das strömende Medium jeweils einlassseitig und auslassseitig von der Rohrleitung auf die zumindest zwei Messrohre verteilen, und die Rohrleitung und die zumindest zwei Messrohre verbinden, und
zwei Prozessanschlüsse,
auf, wobei die zumindest zwei Messrohre und zumindest eines der Verteilerstücke oder die zumindest zwei Messrohre, die zwei Verteilerstücke und zumindest einer der Prozessanschlüsse gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Für diese Ausgestaltung ergeben sich die gleichen Vorteile wie für die zuvor genannte mit einem einzigen Messrohr. Bei einem
Messaufnehmer mit zumindest zwei Messrohren ist es ferner von Vorteil, wenn zumindest zwei Koppelelemente, wie ebenfalls eingangs erwähnt, vorgesehen sind, welche die zumindest zwei Messrohre zumindest einlassseitig und auslassseitig miteinander koppeln, wobei die zumindest zwei Messrohre und die zumindest zwei Koppelelemente gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
Außerdem ist es von Vorteil wenn bei einem Messaufnehmer mit zumindest zwei Messrohren jedes der zwei Verteilerstücke ein mehrfach verzweigtes, zusammenhängendes Innenvolumen aufweist. Dadurch kann der Strömungsverlauf optimiert werden. Außerdem erlaubt diese Art von
Verteilerstücken die Anwendung des Messaufnehmers in einer verzweigten Leitung mit zentraler Durchflussmessung.
Spezielle Ausgestaltungen mit vorteilhaften Wirkungen ergeben sich ebenfalls für das
Gehäusemodul. Entsprechend ist in einer Ausgestaltung zumindest eine Komponente des
Gehäusemoduls mittels des generativen Verfahrens hergestellt. Auch hier sei wieder darauf verwiesen, dass die folgenden Aufzählung an Gestaltungsmöglichkeiten keinesfalls vollständig ist, sondern dass noch viele weitere Varianten unter die vorliegende Erfindung fallen. In einer Ausgestaltung ist im Inneren von zumindest einer Komponente des Gehäusemoduls zumindest teilweise eine Füllung, insbesondere eine Füllung mit einer porösen Struktur oder Wabenstruktur, angeordnet, welche Füllung entweder nachträglich in die zumindest eine
Komponente des Gehäusemoduls eingebracht ist, oder welche Füllung und die zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls gemeinsam mittels des generativen Verfahrens, gefertigt sind. Die Füllung wirkt schwingungsdämpfend in Bezug auf Fremdvibrationen und/oder äußere
Störeinflüsse. Wählt man darüber hinaus einen Füllstoff, welcher bereits bei sehr geringer Dichte gute schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweist, so kann erreicht werden, dass sich das Gewicht des Gehäusemoduls nicht oder nur geringfügig erhöht, was insbesondere bei Feldgeräten größerer Nennweiten einen beträchtlichen Vorteil bringt. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest eine Komponente einer Elektronikeinheit, insbesondere ein Gehäuse, zumindest eine elektrische Durchführung und/oder eine mechanisches Übergangsstück, insbesondere für eine Ex-Schutz Durchführung, mit zumindest einer Komponente des Gehäusemoduls gemeinsam mittels des generativen Verfahrens, gefertigt ist. Dies bringt sowohl Vorteile in Bezug auf die Montage, als auch in Bezug auf die Stabilität der Befestigung der
Komponente an oder in dem Messaufnehmer.
In einer Ausgestaltung weist das Gehäusemodul einen Träger, mit welchem das mindestens eine Messrohr einlassseitig und auslassseitig mechanisch verbunden ist, und eine Verschalung, welche das mindestens eine Messrohr umgibt, auf. Dann ist es von Vorteil, wenn zumindest der Träger und/oder zumindest einer der Prozessanschlüsse und/oder zumindest eines der Verteilerstücke gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. Ferner ist es von Vorteil, wenn der Träger als seitlich zumindest teilweise offener, insb. rohrförmiger Tragzylinder ausgebildet ist, der mit dem mindestens einen Messrohr derart verbunden ist, dass das mindestens eine Messrohr teilweise seitlich aus dem Tragzylinder herausragt.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest ein weiteres Sensorelement zur Erfassung einer weiteren Prozessgröße, insbesondere der Temperatur oder des Druckes, in zumindest eine der Teilkomponenten des Gehäusemoduls und/oder Sensormoduls integriert ist, wobei die mindestens eine Komponente des Gehäusemoduls oder Sensormoduls und zumindest eine
Komponente des weiteren Sensorelements gemeinsam mittels des generativen Verfahrens, gefertigt sind.
Es versteht sich von selbst, dass auch mehrere der hier genannten Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden können, um die Messgenauigkeit des Messaufnehmers zu steigern. Es wäre auch denkbar, dass zumindest alle mechanischen Komponenten eines Messaufnehmers gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
Für einen erfindungsgemäßen Messaufnehmer ist es ferner von Vorteil, wenn zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls und/oder des Sensormoduls aus einem Metall, insbesondere rostfreier Stahl oder Tantal, einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Faserverbundwerkstoff, einem Glas oder einem Kunststoff gefertigt ist. Aber auch andere Materialien können vorteilhaft verwendet werden. Zumindest prozessberührende Komponenten werden häufig auf die bestehenden Rohrleitungen, in welche der Messaufnehmer integriert werden soll, angepasst.
Vorteilhaft ist außerdem, wenn auf zumindest einen Teilbereich zumindest einer Oberfläche von zumindest einer Komponente des Gehäusemoduls und/oder des Sensormoduls eine Beschichtung, insbesondere zur Vermeidung von Korrosion, Abrasion und/oder Belagsbildung, aufgebracht ist. Insbesondere ist die Beschichtung aufgeschmolzen oder aufgeschweißt.
Eine weitere Ausgestaltung sieht schließlich vor, dass die zumindest eine Prozessgröße gegeben ist durch den Massedurchfluss, die Dichte, oder die Viskosität des Mediums.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung zumindest einer Komponente eines Messaufnehmers vom Vibrationstyp, insbesondere zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums, insbesondere eines Messaufnehmers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher Messaufnehmer zumindest umfasst:
ein Gehäusemodul,
welches dazu ausgelegt ist, über ein einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende mit der Rohrleitung mechanischen gekoppelt zu werden, und
ein Sensormodul mit zumindest einem im Gehäusemodul schwingfähig gehalterten Messrohr, welches zumindest zeitweise in Schwingungen versetzt wird,
zumindest eine Komponente anhand eines digitalen Datensatzes, welcher zumindest die Form und/oder das Material und/oder die Struktur der zumindest einen Komponente angibt, in einem Urformprozesses, insbesondere mittels eines schichtweisen Aufbringens und/oder Aufschmelzens eines flüssigen oder festen, insbesondere pulverförmigen, insbesondere ein Metallpulver, hergestellt wird. Die zumindest eine Komponente wird also erfindungsgemäß mittels eines generativen Verfahrens hergestellt. Wie oben bereits beschrieben, eröffnet die Anwendung eines generativen Fertigungsverfahrens insbesondere neue vorteilhafte Möglichkeiten der Formgebung und Ausgestaltung, der jeweiligen mittels dieses Verfahrens hergestellten Werkstücke. Es können einzelne oder mehrere
Komponenten eines Messaufnehmers mittels eines solchen Verfahrens hergestellt werden. Neben einer vereinfachten zeit- und materialsparenden Fertigungsweisen, die darüber hinaus auch direkt beim Kunden stattfinden kann, kann die Beschaffenheit der jeweiligen Komponente in Bezug auf diverse messtechnisch relevante physikalische Zusammenhänge optimiert werden. Einige Beispiele messtechnisch oder anderweitig vorteilhafter Bedingungen an die Konstruktion einer Komponente eines erfindungsgemäßen Messaufnehmers werden im Folgenden genannt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass es je nach Anwendung und den damit einhergehenden Anforderungen an den Messaufnehmer ebenfalls zweckdienlich sein kann, andere Bedingungen aufzustellen und zu berücksichtigen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bestimmung der Form und/oder Struktur und/oder des Materials der zumindest einen Komponente die Geometrie, Masseverteilung, und/oder Steifigkeit der zumindest einen Komponente derart eingestellt, insbesondere mittels einer iterativen Simulation, insbesondere einer Finite-Elemente Simulation, dass eine vorgebbare Bedingung erfüllt wird.
Da bei der Anwendung eines generativen Fertigungsverfahren das zu fertigende Werkstück zuerst per Computer mittels eines Modells oder auch frei per CAD entworfen und digitalisiert wird, ergeben sich für die Optimierung der Formgebung und der Materialien vielfältige Möglichkeiten. Es können einerseits analytisch oder auch empirisch bestimmte Kriterien in Form von Gleichungen und/oder Formeln angegeben werden, welche bei der Erstellung zu berücksichtigen sind. Aber auch
Simulationsverfahren, insbesondere iterative Simulationsverfahren wie beispielsweise die sogenannte Finite-Elemente Methode, können Anwendung finden, um die Formgebung des jeweiligen Werkstücks im Hinblick auf dessen verschiedene charakteristische Größen wie beispielsweise die Dichte, Masse, Steifigkeit, und/oder Geometrie zu optimieren. Dadurch, dass die Komponente erst digital erstellt wird, lässt sich bei der Auffindung der optimalen Geometrie erheblich Zeit einsparen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steifigkeit der zumindest einen Komponente konstant gehalten wird, während zumindest eine Frequenz entsprechend einem der Schwingungsmoden der zumindest einen Komponente auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird. Wie bereits beschrieben, hängt insbesondere die Resonanzfrequenz der Grundschwingungsmode von der Steifigkeit und der Masse bzw. Massenverteilung der jeweiligen Komponente ab. Um die Steifigkeit konstant zu halten und die Frequenz einzustellen, muss in diesem Falle die Masse bzw. Masseverteilung derart geändert werden, dass die Steifigkeit durch die jeweilige Maßnahme nicht gleichzeitig mitverändert wird. Insofern bietet sich das hier beschriebene Verfahren beispielsweise insbesondere in
Kombination mit der Ausgestaltung des Messaufnehmers, in welcher die Integration zusätzlicher Masseelemente vorgesehen ist, an. Da bei der die Masseelemente beinhaltenden Ausgestaltung des zumindest einen Messrohres die Kontaktfläche zwischen etwaigen Verbindungstücken zur Befestigung der Masseelemente an dem Messrohr minimal gehalten wird, bleibt die Steifigkeit entsprechend im Wesentlichen unverändert.
Umgekehrt sieht eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass zumindest eine Frequenz entsprechend einem der Schwingungsmoden der zumindest einen Komponente konstant gehalten wird, während zumindest die Steifigkeit auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird. Dabei kann die Steifigkeit anisotrop verändert werden, aber auch über das gesamte Messrohr erhöht oder verringert werden. Welche Variante zweckdienlicher ist, hängt von den messtechnischen
Anforderungen der jeweiligen Anwendung für den Messaufnehmer ab.
Eine Ausgestaltung sieht ferner vor, dass die Masseverteilung, Steifigkeit und/oder Geometrie der zumindest einen Komponente derart gewählt wird, dass zumindest eine Frequenz entsprechend einem der Schwingungsmoden des Gehäusemoduls und zumindest eine Frequenz entsprechend einem der Schwingungsmoden des Sensormoduls voneinander verschieden sind. Hier können entweder eine oder mehrere Komponenten des Gehäusemoduls, eine oder mehrere Komponenten des Sensormoduls oder auch zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls und eine
Komponente des Sensormoduls gleichzeitig optimiert und aufeinander abgestimmt werden, um eine möglichst gute Entkopplung über ein alle messtechnisch relevanten Schwingungsmoden
enthaltendes Frequenzintervall zu erzielen. Dies reduziert deutlich das Einkoppeln störender Vibrationen des Gehäuses in das Schwingungsmesssignal.
In einer Ausgestaltung ist die zumindest eine Komponente das zumindest eine vom Fluid durchströmte Messrohr, wobei die Geometrie, Steifigkeit und/oder Masseverteilung des zumindest einen Messrohrs derart gewählt werden, und wobei das Strömungsprofil konditioniert und zumindest ein durch die Strömung des Mediums hervorgerufener Störeffekt minimiert wird. Dies lässt sich beispielsweise durch in Verbindung mit einer anderen Ausgestaltung beschriebenen Strömungsformenden Module bewirken. Aber auch andere Maßnahmen, wie besonders
ausgestaltete Verteilerstücke, variable Querschnittflächen des zumindest einen Messrohres oder ähnliches können dazu geeignet sein, das Strömungsprofil zu beeinflussen. Welche Maßnahme in welchem Falle zielführend ist, hängt wieder von der Beschaffenheit des jeweiligen
strömungsfähigen Mediums und der jeweiligen Anwendung des Messaufnehmers ab.
Es ist von Vorteil, wenn der Urformprozess zur Fertigung der zumindest einen Komponente das selektive Lasersintern, das selektive Laserschmelzen, das Laserauftragsschweissen, das Metall- Pulver-Auftragsverfahren, das Fused Deposition Modeling, das Multi Jet Modeling, das Color Jet
Printing, oder das LaserCUSING ist. Dies sind einige der gängigen generativen Fertigungsverfahren. Wie eingangs beschrieben, basieren die generativen Fertigungsverfahren im Wesentlichen auf dem sogenannten Rapid Prototyping (schnelle Modellbidlung). Entsprechend wird der Begriff Rapid Prototyping manchmal auch als ein Oberbegriff für verschiedene Fertigungsverfahren zur schnellen Herstellung von Musterwerkstücken ausgehend von digitalen Konstruktionsdaten verwendet, bei welchen elektronische Daten eines dreidimensionalen Modells des Werkstücks möglichst ohne manuelle Umwege oder Formen direkt und schnell umgesetzt werden. Alle auch unter diesem Begriff bekannt gewordenen Verfahren haben gemeinsam, dass das jeweilige Werkstück schichtweise aus formlosem oder formneutralem Rohmaterial unter Nutzung physikalischer und/oder chemischer Effekte aufgebaut wird.
Beim Fused Deposition Modeling (Schmelzschichtung) wird ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff aufgebaut, wobei sich die einzlnen Schichten zu einem fertigen
Werkstück verbinden. Maschinen für die Schmelzschichtung gehören zur Maschinenklasse der 3D- Drucker. Das Verfahren basiert auf der Verflüssigung eines drahtförmigen Kunststoff- oder
Wachsmaterials durch Erwärmung. Beim anschließenden Abkühlen erstarrt das Rohmaterial. Der Rohmaterialauftrag erfolgt durch Extrudieren mit einer in der Fertigungsebene frei verfahrbaren Heizdüse.
Beim Multi-Jet Modeling bezeichnet wird das Werkstück durch einen Druckkopf mit mehreren linear angeordneten Düsen, der ähnlich wie der Druckkopf eines Tintenstrahldruckers funktioniert, schichtweise aufgebaut. Entsprechende für dieses Verfahren geeignete Maschinen gehören üblicherweise ebenfalls zur Maschinenklasse der 3D-Drucker. Aufgrund der geringen Größe der während des Verfahrens erzeugten Tröpfchen können auch feine Details in ein Werkstück eingearbeitet werden. Als Rohmaterial eigenen sich beispielsweise UV-empfindliche Photopolymere. Diese Rohmaterialien in Form von Monomeren werden unmittelbar nach dem„Aufdrucken" auf die bereits vorhanden Schichten mittels UV-Licht polymerisiert und dabei vom flüssigen
Ausgangszustand in den festen Endzustand überführt.
Beim selektiven Lasersintern handelt es sich um ein Verfahren, bei welchem ein Werkstück durch einen Sinter-Prozess schichtweise aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff, insbesondere
Polyamid, ein andere Kunststoff, ein kunststoffbeschichteter Formsand, oder ein Metall- oder
Keramikpulver, hergestellt wird. Auch hier kommen wieder häufig 3D-Druckmaschinen zum Einsatz. Das Pulver wird auf eine Bauplattform mit Hilfe einer Rakel oder Walze vollflächig aufgebracht. Die Schichten werden durch eine positionsselektive Einstrahlung von Licht mittels eines Lasers, insbesondere eines Co2-Lasers, eines Nd:YAG-Lasers oder ein Faserlasers entsprechend der Schichtkontur des Bauteils schrittweise in das Pulverbett gesintert oder eingeschmolzen. Die
Bauplattform wird nun geringfügig abgesenkt und eine neue Schicht aufgezogen. Das Pulver wird durch Anheben einer Pulverplattform oder als Vorrat in der Rakel zur Verfügung gestellt. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikaler Richtung. Die Energie, die vom Laser zugeführt wird, wird vom Pulver absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern oder Verschmelzen von Partikeln unter Reduktion der Gesamtoberfläche. Auf diese Weise können beliebige
dreidimensionale Werkstücke erzeugt werden, insbesondere solche, welche sich mittels
konventioneller mechanischer oder gießtechnischer Fertigungsverfahren nicht herstellen lassen.
Grundsätzlich werden bei den laserbasierten Verfahren verschiedene Verfahrensvarianten unterschieden. Bei der klassischen Variante werden die Pulverkörner nur partiell aufgeschmolzen und es findet quasi ein Flüssigphasensinterprozess statt. Diese Variante findet Anwendung beim
Sintern von Kunststoff und teilweise beim Sintern von Metall mit Spezialsinterpulver. Möglich ist aber auch die direkte Verwendung metallischer Pulver ohne Zusatz eines Binders. Die Metallpulver werden dabei vollständig aufgeschmolzen. Dafür werden in der Regel CW-Laser eingesetzt. Diese Verfahrensvariante wird auch als Selektives Laserschmelzen (SLM) bezeichnet.
Das Laserauftragschweißen gehört wiederum zum Cladding (Auftragschweißen), bei dem auf ein Werkstück ein Oberflächenauftrag mittels Aufschmelzen und gleichzeitigem Aufbringen eines nahezu beliebigen Rohmaterials erfolgt. Dies kann in Pulverform z. B. als Metallpulver oder auch mit einem Schweißdraht bzw. -band geschehen. Beim Laserauftragschweißen dient als Wärmequelle ein Laser hoher Leistung, vornehmlich Diodenlaser oder Faserlaser, früher auch C02- und Nd:YAG- Laser. Beim Laserauftragschweißen mit Pulver erhitzt der Laser das Werkstück meist defokussiert und schmilzt es lokal auf. Gleichzeitig wird ein inertes Gas gemischt mit feinem Metallpulver zugeführt. Die Versorgung des Wirkbereichs mit dem Metall-/Gasgemisch erfolgt über Schlepp- oder Koaxialdüsen. An der erhitzten Stelle schmilzt das Metallpulver auf und verbindet sich mit dem Metall des Werkstücks. Neben Metallpulver können auch keramische Pulverwerkstoffe, speziell
Hartstoffe, verwendet werden. Das Laserauftragschweißen mit Draht bzw. Band funktioniert analog zum Verfahren mit Pulver, jedoch mit Draht bzw. Band als Zusatzwerkstoff.
Ein besonders bevorzugtes Herstellungsverfahren stellt das sogenannte LaserCUSING, welches von der Firma CONCEPTLASER der Hofmann Innovation Group entwickelt wurde bzw. wird, dar. Dabei handelt es sich um ein Schmelzverfahren, bei welchem schichtweise ein Werkstück unter Verwendung von 3D CAD Daten generiert wird. Die Besonderheit liegt darin, dass eine
stochastische Belichtungsstrategie eingesetzt wird, so dass jede Schicht segmentweise und sukzessive abgearbeitet wird. Dies sorgt für eine signifikante Reduktion von Spannungen in dem jeweils entstehenden Werkstück. Für Werkstücke aus Kunststoffe bietet sich auch das sogenannte Kunststofffreiformen an, bei welchem ein sogenannter Freeformer verwendet wird. Der Freeformer schmilzt wie beim
Spritzgießen Kunststoffgranulate auf und erzeugt aus der flüssigen Schmelze Tröpfchen, aus denen additiv - also Schicht für Schicht - das Behältnis aufgebaut wird. Damit ist die individuelle
Teilefertigung aus 3D-CAD-daten ganz ohne Spritzgießwerkzeug möglich. Die
Rohmaterialaufbereitung funktioniert prinzipiell wie beim Spritzgießen. Das Granulat wird in die Maschine eingefüllt. Ein beheizter Plastifizierzylinder führt die Kunststoffschmelze zu einer
Austragseinheit. Deren Düsenverschluss mit hochfrequenter Piezotechnik ermöglicht schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen und erzeugt so unter Druck die Kunststofftröpfchen, aus denen sich das Kunststoff teil staub- und emissionsfrei additiv aufbaut. Beim Freeformer bleibt allerdings die Austragseinheit mit Düse genau in ihrer vertikalen Position. Stattdessen bewegt sich der
Bauteilträger. Neben einem serienmäßig über drei Achsen beweglichen Bauteilträger steht optional eine Variante mit fünf Achsen zur Verfügung. Da das Gerät über zwei Austragseinheiten verfügt, kann es auch zwei Rohmaterialien oder Farben kombiniert verarbeiten.
Die vorliegende Aufzählung von generativen Verfahren ist keineswegs abschließend zu verstehen. Vielmehr sind einige der gängigen und vorteilhaft anwendbaren Verfahren beispielhaft gelistet.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird der digitale Datensatz, welcher zumindest der Form und/oder des Materials und/oder der Struktur der zumindest einen Komponente angibt, an den Kunden übermittelt wird, und wobei die zumindest eine Komponente vor Ort beim Kunden mittels eines Urform prozesses gefertigt wird. Verfügt der Kunde über eine entsprechende das jeweilige generative Verfahren durchführen könnende Maschine, so können auf diese Weise Zeit und auch Lagerkosten gespart werden. Lediglich der digitale Datensatz, welcher die jeweilige Komponente beschreibt, muss elektronisch übermittelt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, für Speziallösungen, welche nur in geringen Stückzahlen gefertigt werden.
Ein erfindungsgemäßer Messaufnehmer findet insbesondere Verwendung in einem Messgerät zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums. Dabei handelt es sich zum Beispiel um einen Coriolis- Massedurchflussmesser oder Coriolis-Massedurchfluss-/Dichtemesser.
Die Erfindung wir im Folgenden anhand der Figuren Fig. 1 bis Fig. 9 näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 ein gattungsgemäßes Feldgerät gemäß Stand der Technik mit zwei Messrohren und einem Gehäusemodul mit einem Träger und einer Verschalung (a) in einer Schnittdarstellung, (b) in einer perspektivischen Ansicht in Explosionsdarstellung und (c) in einer Schnittdarstellung ohne
Gehäusemodul,
Fig. 2 eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung mit zwei Messrohren,
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Messrohr (a) mit variabler Wandstärke und Querschnittsfläche und (b) mit verschiedenen Möglichkeiten für die Querschnittsform,
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Messrohr mit vibrationsdämpfenden Hohlraumkanälen, einem strömungsformenden Modul und zwei steifigkeitsbeeinflussenden Kämmen,
Fig. 4 eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Messrohres in (a) perspektivischer Ansicht und (b) in einer Schnittdarstellung, Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Verteilerstück mit mehreren Verzweigungen,
Fig. 6 ein erfindungsgemäßes, gekrümmtes Messrohr mit einer Bypassleitung,
Fig. 7 einen aus einem Stück gefertigten Messaufnehmer mit Tilgerrohr,
Fig. 8 ein erfindungsgemäßes Messrohr mit Masseelementen, und
Fig. 9 ein erfindungsgemäßes anisotropes Gehäuse mit einer Durchführung für die Elektronikeinheit und einem weiteren Sensor.
Fig. 1 zeigt beispielhaft ein gattungsgemäßes Feldgerät 1 gemäß dem Stand der Technik mit zwei Messrohren 9a, 9b und einem Gehäusemodul 3 mit einem Träger 4 und einer Verschalung 5. Dabei ist in Fig. 1 a eine Außenansicht abgebildet, während die Figuren 1 b und 1 c zeigen Innenansichten desselben Feldgeräts 1 zeigen.
In Fig. 1 a sind ein einlassseitiger Prozessanschluss 2a und ein auslassseitiger Prozessanschluss 2b dargestellt, mittels welcher das Feldgerät 1 in eine bestehende Rohrleitung integriert werden kann, welche hier der Einfachheit halber nicht gezeigt ist. Ferner ist das Gehäusemodul 3 sichtbar, welches in der hier gezeigten Ausführung aus einem Träger 4 in Form eines seitlich zumindest teilweise offenen, insb. rohrförmigen Tragzylinders ausgebildet ist, der mit den beiden Messrohren (9a, 9b s. Fig. 1 b) verbunden ist, und einer zumindest die beiden Messrohre 9a, 9b umgebenden, am Träger 4 befestigten Verschalung 5. Am Träger 4 ist ferner ein Halsrohr 6 angebracht, über welches eine Elektronikeinheit 6a angeschlossen werden kann, welche beispielsweise der Signalerfassung, -auswertung, und -Speisung dient. Der Innenaufbau und insbesondere das Sensormodul 7 des Feldgeräts 1 ist besser in der perspektivischen Darstellung in Fig. 1 b zu erkennen. Im Bereich des einlassseitigen 2a und auslassseitigen Prozessanschlusses 2b sind ein einlassseitiges 8a und ein auslassseitiges 8b (nicht sichtbar, s. Fig. 1c) Verteilerstück integriert, welche Verteilerstücke 8a, 8b mit dem Träger 5 mechanisch verbunden sind (in dieser Darstellung nicht sichtbar). Die Stabilität dieser Verbindung ist von großer Wichtigkeit für die Messgenauigkeit des Feldgeräts 1. Die Verteilerstücke 8a, 8b sind ebenfalls mit den beiden Messrohren 9a, 9b verbunden und verteilen das strömende Medium aus der Rohrleitung (nicht sichtbar) auf die beiden Messrohre 9a, 9b.
Die beiden Messrohre 9a, 9b, welche einlassseitig und auslassseitig aus dem Träger 5 herausragen, sind mittels mehrerer Koppelelemente 10 (der Pfeil zeigt lediglich auf ein Koppelelement, es finden sich jedoch entlang des Messrohres mehrere äquivalente Elemente, welche der Übersicht halber nicht mit weiteren Pfeilen versehen sind) mechanisch miteinander gekoppelt.
Weitere Details des Aufbaus sind schließlich der Schnittdarstellung in Fig. 1c zu entnehmen. Jedes der beiden Messrohre 9a, 9b führt im Betrieb Schwingungen aus, deren einer möglicher
Bewegungsverlauf in der Figur angedeutet ist. Ferner ist mindestens eine auf mindestens ein Messrohr 9a, 9b einwirkende elektromechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung 1 1 zum Erzeugen und/oder Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des mindestens einen Messrohres 9a, 9b dargestellt, sowie mindestens eine auf Schwingungen des mindestens einen Messrohres 9a, 9b reagierende Vibrationssensoranordnung 12 zum Erzeugen wenigstens eines die Schwingungen des mindestens einen Messrohres repräsentierenden Schwingungsmesssignals.
In Fig. 2 ist eine erste Ausgestaltungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Messaufnehmers 13 gezeigt. Der Einfachheit halber sind die Erregeranordnung 11 sowie Vibrationssensoranordnung 12 nicht eingezeichnet. Der Messaufnehmer 13' weist zwei Messrohre 9a', 9b' auf, welche gemeinsam mit einem Träger 4', zwei Prozessanschlüssen 2a', 2b' und zwei Verteilerstücken 15a', 15b' aus einem Stück gefertigt sind. Darüber hinaus sind sechs jeweils paarweise angeordnete
Verbindungstücke zur Befestigung einer Erregeranordnung 11 und Vibrationssensoranordnung 12 sichtbar, welche ebenfalls mit den zuvor genannten Komponenten aus einem Stück gefertigt sind. Die Wandung der beiden Messrohre 9a', 9b' weist ein Profil, hier ein Rillenprofil 16 auf. Fig. 3 zeigt weitere erfindungsgemäße Ausführungsvarianten für ein Messrohr 9a", beispielhaft anhand eines gerade verlaufenden Messrohres 9a". Wie aus Fig. 3a ersichtlich, kann die
Wandstärke 17a, 17b des Messrohres 9a", das ist die Dicke der Wandung 16, entlang der
Längsrichtung des Messrohres 9a" variieren. In diesem Beispiel ist in einem ersten Teilabschnitt die Wandstärke 17a geringer als die Wandstärke 17b in einem zweiten Teilabschnitt. Entsprechend ist in jenem ersten Teilabschnitt die Querschnittsfläche 18a des Messrohres 9a" größer als die Querschnittsfläche 18b im zweiten Teilabschnitt. Als Querschnittsfläche ist dabei die von der Wandung 16 umschlossene Fläche, deren Normalenvektor in Richtung der Längsachse des Messrohres 9a" zeigt. Die Längsachse verläuft parallel zur Strömungsrichtung des jeweiligen Mediums.
Neben einer veränderlichen Wandstärke 17a, 17b', und einer veränderlichen Querschnittsfläche 18a, 18b, kann auch noch die Querschnittsform 19a-d", damit sei im Folgenden die Geometrie der Querschnittsfläche 18a, 18b gemeint, variiert werden. Während die Querschnittsform 19a für das Messrohr 9a" in Fig. 3a in beiden Teilabschnitten rund ist, sind weitere mögliche Querschnittsformen 19b-d in Fig. 3b skizziert, jedoch jeweils ohne das vollständige Messrohr 9a" einzuzeichnen.
Beispielsweise sind eine ovale 19b, eine sternförmige 19d, oder eine kreissegmentförmige 19c Querschnittsform möglich. Die Wahl einer kreissegmentförmigen Querschnittsform 19c ist unter anderem vorteilhaft in Bezug auf die damit einhergehende Platzersparnis bei Verwendung von mehr als einem Messrohr 9a", 9b", welche sich aus der Möglichkeit ergibt, die zumindest zwei Messrohre 9a", 9b" derart nebeneinander zu positionieren, dass sich die geraden Bereiche der Flächenumfänge jeweils gegenüberliegen.
Solche geometrischen Ausgestaltungen eines Messrohres 9a", 9b" sind mit herkömmlichen
Verfahren bisher nicht oder nur sehr schwer realisierbar.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Messrohres 9a'" ist Gegenstand von Fig. 4, wobei in Fig. 4a eine perspektivischen Ansicht und in Fig. 4b eine Schnittdarstellung gezeigt ist. An dem Messrohr 9a'" sind von seiner äußeren Wandung 16' von außen von sich jeweils gegenüberliegenden Seiten zwei Kämme 21a, 21 b angeordnet, welche eine richtungsabhängige Steifigkeit des Messrohres 9a'" bewirken. Ferner sind innerhalb der Wandung des Messrohres 9a'" mit der Wandstärke 17a' eingearbeitete Strukturen 20 sichtbar. Bei diesen Strukturen kann es sich beispielsweise entweder um im Wesentlichen parallel zum Innenvolumen des Messrohres 9a'" parallel verlaufende
Hohlrumkanäle oder auch um einzelne, gegebenenfalls mit einem Pulver gefüllte in sich
abgeschlossene Kapseln handeln. Im Innenraum des Messrohrs 9a'" ist ein Strömungsformendes Modul, oder ein Zugelement 22 angeordnet. Im Falle eines Strömungsformenden Moduls kann es sich beispielsweise um eine Trennwand oder einen Strömungsgleichrichter handeln. Es können auch mehrere solcher Module im selben Messrohr 9a'" integriert werden, insbesondere kann das Innenvolumen des Messrohres 9a'" in beliebig viele feine Einzelrohre, ähnlich wie bei mehrkanaligen elektrischen Kabeln, unterteilen. Die Wandung 17a' des Messrohres 9a'", die beiden Kämme 21 a, 21 b, und das strömungsformende Modul 22 sind gemeinsam aus einem Stück gefertigt. Im gleichen Fertigungsschritt wurden ferner ebenfalls die Strukturen 20 in die Wandung 17a' Messrohres 9a'" eingearbeitet. Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Verteilerstück 8a", welches das Strömungsvolumen des Mediums aus der Rohrleitung, welches in den Einlauf 23 des Verteilerstücks 8a" mündet, auf 6 Einzelrohre 24a-f aufteilt. Das Verteilerstück 8a"weist ein mehrfach verzweigtes zusammenhängendes Innenvolumen 23 auf. Die einzelnen Verzweigungen 23a-e teilen den jeweilig davor liegenden Abschnitt in jeweils zwei Unterabschnitte auf. Für das hier gezeigte Beispiel sind die fünf asymmetrische Verzweigungen 23a-e gezeigt. Es versteht sich von selbst, dass auch
Verteilerstücke 8a"mit symmetrischen oder teilweise symmetrischen Verzweigungen, oder mit Verzweigungen von einem auf drei oder mehr Abschnitte, und noch viele weitere Beispiele möglich sind. Ein viertes Ausführungsbeispiel für einen Messaufnehmer 13' mit zwei gekrümmten Messrohren 9a"", 9b"" ist in Fig. 6 gezeigt. Die Wandungen 16a", 16b" der beiden Messrohre 9a"", 9b"" sind gemeinsam mit den zwei Prozessanschlüssen 2a" und 2b" , zwei Verteilerstücken (in dieser Figur nicht sichtbar) sowie mit der Wandung 16c" einer geraden Bypassleitung 24 gemeinsam aus einem Stück gefertigt . Durch die Bypassleitung 24 kann eine bestimmbare Teilmenge des strömenden Mediums geleitet werden. Innerhalb der Bypassleitung 24 kann dann beispielsweise ein weiteres Sensorelement 32 (s. Fig. 9) zur Erfassung einer weiteren Prozessgröße integriert sein.
Im Falle, dass das jeweilige Feldgerät lediglich ein Messrohr 9av aufweisen soll, ist zusätzlich zu dem einen Messrohr 9av ein Tilgerrohr 25 integriert, wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt. Für das dort gezeigte Beispiel weist das Tilgerrohr 25 einen größeren Durchmesser, also einen größeren Flächeninhalt der Querschnittsfläche 18b" auf als das Messrohr 9av. Das Messrohr 9av ist berührungslos im inneren Bereich des Tilgerrohrs 25 integriert, und wird von dem Tilgerrohr koaxial umgeben. Das Messrohr 9av, das Tilgerrohr 25, sowie die beiden Prozessanschlüsse 2a"',2b"' (nur einer eingezeichnet) sind gemeinsam und einstückig mittels des generativen Verfahrens gefertigt. Eine weitere Möglichkeit, die Eigenschaften eines Messrohres 9a gezielt zu beeinflussen, ist in Fig. 7 skizziert. Vorteilhaft lässt sich auf die gezeigte Art und Weise die Masse bzw. die Masseverteilung des Messrohres 9avl verändern, ohne dadurch die Steifigkeit des Messrohres zu beeinflussen. Dadurch lässt sich die Lage der jeweiligen Schwingungsmoden innerhalb des Frequenzspektrums des Messrohres 9avl variieren.
Am äußeren Bereich der Wandung 16"' des Messrohres 9avl sind beispielhaft zwei Masseelemente 26a, 26b angeordnet. Das erste Masseelement 26a ist in der gewählten Darstellung aufgeschnitten, um die jeweils verwendete Befestigungseinheit 27a, 27b sichtbar zu machen, mittels welcher Befestigungseinheit 27a,27b das Masseelement 26a an der äußeren Wandung 16"' des Messrohres 9avl befestigt ist. In dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Befestigungseinheit 27a, 27b um einen das Messrohr 9avl radial umgebenden Ring. Es können jedoch auch parallel oder senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden Streben oder entlang der Wandung des zumindest einen Messrohrs 9avl parallel zur Strömungsrichtung verlaufende Kämme oder noch andere Geometrien verwendet werden. Damit die Steifigkeit des Messrohres 9avl im Wesentlichen konstant bleibt, sollten die Kontaktfläche 28a zwischen der Befestigungseinheit 27a und dem Masseelements 26a und/oder die Kontaktfläche 28b zwischen der Befestigungseinheit 27a und dem äußeren Bereich der Wandung 16"' des Messrohres 9avl minimal gehalten werden. Sowohl das Messrohr 9avl, als auch die Masseelemente 26a, 26b und die Befestigungseinheiten 27a, 27b sind gemeinsam einstückig mittels des generativen Verfahrens gefertigt.
Auch für das Aufnehmer-Gehäuse 3' sind verschiedene vorteilhafte Möglichkeiten denkbar, wie in beispielhaft in Fig. 9 gezeigt. Innerhalb der Wandung 16"" des Aufnehmer-Gehäuses 3' sind ähnlich wie für das Messrohr 9a'" aus Fig. 4 Strukturen 20' eingearbeitet. Dabei kann es sich beispielsweise um Hohlraumkanäle oder leere/gefüllte Kapseln handeln. Die Wandung 16"" des
Aufnehmer-Gehäuses 3a' aus Fig. 9 weist beispielsweise eine anisotrope Struktur auf. In einem ersten Teilbereich 29a ist innerhalb der Wandung 16"" ist eine Wabenstruktur 30 angeordnet, während in einem zweiten Teilbereich 29b ein Verbundmaterial 31 eingearbeitet ist. Durch eine derartige Konstruktion kann eine anisotrope Steifigkeits- und ggf. auch Masseverteilung erzielt werden derart, dass Bereiche, welche einer erhöhten äußeren Krafteinwirkung ausgesetzt sind, beispielsweise eine höhere Steifigkeit aufweisen. Bei solchen Bereichen handelt es sich beispielsweise insbesondere um die Bereiche, in welchen die Prozessanschlüsse (2a, 2b) und/oder Verteilerstücke (8a, 8b) (nicht eingezeichnet) integriert werden. Neben
unterschiedlichen Teilbereichen 29a,29b mit unterschiedlichen Strukturen 20' ist es für eine anisotrope Ausgestaltung eines Aufnehmer-Gehäuses 3' ebenfalls denkbar, die Dichte der verwendeten Materialien, oder die Wandstärke 17a"" (nicht eingezeichnet) des Aufnehmer- Gehäuses 3'bereichsweise zu variieren.
Das Gehäuse umfasst zusätzlich ein Halsrohr 6', mittels welchem eine Elktronikeinheit 6a (nicht eingezeichnet) am Aufnehmer-Gehäuse 3' verbunden werden kann. Dieses Halsrohr 6' ist eine optionale Komponente des Aufnehmer-Gehäuses 3'. Optional kann ferner in die Wandung 16"" des Aufnehmer-Gehäuses 3' ein zusätzliches Sensorelement 32 integriert werden, welches zur Erfassung einer weiteren Prozessgröße, insbesondere der Temperatur oder des Druckes, genutzt werden kann. Ein entsprechendes Sensorelement 32 kann aber auch in andere Komponenten eines Messaufnehmers 15 integriert werden, beispielsweise in eine Bypassleitung 24, wie in Fig. 6 dargestellt. Hohlräume innerhalb des Aufnehmer-Gehäuses 3' können schließlich optional mit einer Füllung 33 versehen werden, die insbesondere dämpfende Eigenschaften aufweist. Die Füllung kann beispielsweise eine Wabenstruktur oder eine poröse Struktur aufweisen. Die Wandung 16"" des Aufnehmer-Gehäuses 3', das Halsrohr 6' und das zusätzliche Sensorelement 32 sind gemeinsam aus einem Stück mittels des generativen Verfahrens hergestellt.
Bezugszeichenliste
I Gattungsgemäßes Feldgerät mit 2 Messrohren
2a, 2b einlassseitiger, auslassseitiger Prozessanschluss
3 Aufnehmer-Gehäuse
4 Träger
5 Verschalung
6 Halsrohr
6a Elektronikeinheit mit Gehäuse
7 Sensormodul
8a, 8b einlassseitiges, auslassseitiges Verteilerstück
9a, 9b erstes, zweites Messrohr
10 Koppelelemente
I I Erregeranordnung
12 Vibrationssensoranordnung
13 Messaufnehmer
14a-c Verbindungsstücke-Paare
15 Rillenprofil
16a, 16b Wandung einer Komponente, z. B. Wandung des Messrohres oder Aufnehmer- Gehäuses
17a, 17b Wandstärke des Messrohres
18a, 18b Flächeninhalt der Querschnittsfläche des Messrohres (oder Tilgerrohrs)
19a-d Querschnittsform der Querschnittsfläche des Messrohres
20 Strukturen innerhalb der Wandung des Messrohres, insb. Hohlraumkanäle, oder leere/gefüllte Kapseln
21a, 21 b im äußeren Bereich des Messrohrs angebrachte Kämme
22 strömungsformendes Modul oder Zugelement
23 Einlauf in das Verteilerstück, Innenvolumen des Verteilerstücks
23a-e Verzweigungen innerhalb des Verteilerstücks
24 Bypassleitung
25 Tilgerrohr
26a, 26b Masseelement
27 Befestigungseinheit zur Befestigung eines Masseelements
28a, 28b Kontaktflächen zwischen Masseelementen/Messrohr und
Masseelement/Befestigungseinheit
29a, 29b Teilbereiche der Wandung des Aufnehmer-Gehäuses
30 Wabenstruktur
31 Verbundmaterial
32 zusätzliches Sensorelmenent
33 Füllung

Claims

Patentansprüche
Messaufnehmer (13) vom Vibrationstyp,
insbesondere zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums, welcher Messaufnehmer (13) zumindest umfasst:
ein Gehäusemodul (3),
welches über ein einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende mit der Rohrleitung mechanischen gekoppelt ist, und
ein Sensormodul (7) mit zumindest einem zumindest teilweise im Gehäusemodul (3) schwingfähig gehalterten und zumindest zeitweise in Schwingungen versetzten
Messrohr (9a,9b),
wobei zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls (3) und/oder des Sensormoduls (7) mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist.
Messaufnehmer nach Anspruch 1 ,
mit
mindestens eine auf das mindestens eine Messrohr (9a, 9b) einwirkende
elektromechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung (1 1 ) zum Erzeugen und/oder Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des mindestens einen Messrohres,
mindestens eine auf Schwingungen des mindestens einen Messrohres (9a, 9b) reagierenden Vibrationssensoranordnung (12) zum Erzeugen wenigstens eines die Schwingungen des mindestens einen Messrohres (9a, 9b) repräsentierenden
Schwingungsmesssignals,
wobei die mindestens eine Erregeranordnung (11 ) und die mindestens eine
Vibrationssensoranordnung (12) vom äußeren Bereich an dem zumindest einen Messrohr (9a, 9b) befestigt sind.
Messaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2,
wobei zumindest die Wandstärke (17a, 17b), und/oder die Steifigkeit, und/oder die
Masseverteilung und/oder die Dichte der zumindest einen Komponente entlang der Richtung parallel zur Strömungsrichtung des Mediums variiert, insbesondere heterogen ist. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 1-3, wobei die Wandung (16) der zumindest einen Komponente zumindest im äußeren Bereich zumindest in einem Teilbereich ein Profil (15) aufweist, insbesondere ein Rillenprofil, Zackenprofil oder Zahnprofil.
Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei innerhalb der Wandung (16) der zumindest einen Komponente mindestens eine
Kapsel (20) mit eingeschlossenem Pulver, und/oder mindestens ein Hohlraum (20) integriert ist.
Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei innerhalb der Wandung der zumindest einen Komponente zumindest ein
Hohlraumkanal (20) oder in zumindest einem Teilbereich innerhalb der Wandung (16) eine offenporige Struktur, insbesondere eine poröse Struktur oder eine Wabenstruktur, integriert ist.
Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das zumindest eine Messrohr (9a, 9b) mittels des generativen Verfahrens hergestellt ist.
Messaufnehmer nach Anspruch 7,
wobei im äußeren Bereich der Wandung (16) des zumindest einen Messrohres zumindest ein Verbindungsstück (14a-c) zur Befestigung von zumindest einer Komponente der Erregeranordnung (1 1 ) und/oder der Vibrationssensoranordnung (12) angebracht sind, wobei das zumindest eine Verbindungsstück (14a-c) und die Wandung (16) des zumindest einen Messrohrs gemeinsam mittels des generativen Verfahrens, gefertigt sind.
Messaufnehmer nach Anspruch 7 oder 8,
wobei die Querschnittsfläche (18a, 18b) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) rund, sternförmig, quadratisch, oval, oder kreissegmentformig, insbesondere D-förmig ist, und/oder wobei die Querschnittsfläche (18a, 18b) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) entlang der Richtung parallel zur Strömungsrichtung des Mediums in Bezug auf den Flächeninhalt (18a, 18b) und die Flächenform (19a-d) variiert.
10. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-9,
wobei im inneren Bereich der Wandung (16) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) zumindest ein Strömungsformendes Modul (22), insbesondere eine in die innere Wandfläche eingebrachte Lamelle, ein Strömungsgleichrichter oder ein Filter, oder zumindest eine Trennwand, welche das Innenvolumen in zumindest zwei Bereiche teilt, integriert ist, wobei die Wandung (16) des zumindest einen Messrohrs (9a, 9b) und das zumindest eine Strömungsformende Modul (22) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
1 1. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-10,
mit zumindest einer Bypassleitung, (24) durch welchen eine Teilmenge des strömenden Mediums fließt, wobei die Wandung (16) des zumindest einen Messrohrs (9a, 9b) und die zumindest eine Bypassleitung (24) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
12. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-12,
wobei im inneren Bereich der Wandung (16) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) zumindest ein Zugelement (22), insbesondere eine Zugsstrebe oder ein Zugband angeordnet ist, welches Zugelement (22) an zwei Kontaktbereichen an der Innenwand (16) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) befestigt ist.
13. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-13,
wobei das zumindest eine Messrohr (9a, 9b) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen gekrümmt, insbesondere U-, V-, trapez-, oder helixförmig, ausgebildet ist.
14. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-14,
wobei am äußeren Bereich der Wandung (16) des zumindest einen Messrohrs (9a, 9b) zumindest ein Masseelement (26a, 26b) angeordnet ist, welches zumindest eine
Masseelement (26a, 26b) mittels zumindest einer Befestigungseinheit (27a, 27b) insbesondere einer parallel oder senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden Strebe, einem radial um die Wandung des zumindest einen Messrohrs verlaufenden Ring, oder einem entlang der Wandung des zumindest einen Messrohrs parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Kamm, an der äußeren Wandung (16) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) befestigt ist, derart, dass zumindest eine der beiden Kontaktflächen (28a, 28b) zwischen der zumindest einen Befestigungseinheit (27a, 27b) und des zumindest einen Masseelements (26a, 26b) und/oder der zumindest einen
Befestigungseinheit (27a, 27b) und dem äußeren Bereich der Wandung (16) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) minimal ist, und wobei das zumindest eine Messrohr (9a, 9b), das zumindest eine Masseelement (26a, 26b), und die zumindest eine Befestigungseinheit (27a, 27b) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
15. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-15,
wobei an die äußere Wandung (16) des zumindest einen Messrohres (9a, 9b) zumindest zwei auf gegenüberliegenden Seiten des zumindest einen Messohres (9a, 9b) liegende Kämme (21 a, 21 b) angebracht sind, und wobei das zumindest eine Messrohr (9a, 9b) und die zumindest zwei Kämme (21 a,21 b) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
16. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-16,
wobei das Sensormodul (7) zumindest
ein einziges Messrohr (9a), und
zwei Prozessanschlüsse (2a,2b),
umfasst, und wobei das Messrohr (9a) und zumindest einer der zwei Prozessanschlüsse
(2a, 2b) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
17. Messaufnehmer nach Anspruch 17,
wobei ein Tilgerrohr (25) vorgesehen ist, und wobei das Tilgerrohr (25) und das zumindest eine Messrohr (9a) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
18. Messaufnehmer nach Anspruch 18,
wobei das Tilgerrohr (25) einen größeren Durchmesser aufweist als das Messrohr (9a), und wobei das Messrohr (9a) berührungslos im inneren Bereich des Tilgerrohres (25), insbesondere koaxial, angeordnet ist.
19. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 7-16,
wobei das Sensormodul (7) zumindest umfasst
zumindest zwei Messrohre (9a, 9b),
- zwei Verteilerstücke (8a, 8b), welche das strömende Medium jeweils einlassseitig und auslassseitig von der Rohrleitung auf die zumindest zwei Messrohre (9a, 9b) verteilen, und die Rohrleitung und die zumindest zwei Messrohre (9a, 9b) verbinden, und zwei Prozessanschlüsse (2a,2b),
wobei die zumindest zwei Messrohre (9a, 9b) und zumindest eines der Verteilerstücke (8a, 8b) oder die zumindest zwei Messrohre (9a, 9b), die zwei Verteilerstücke (8a, 8b) und zumindest einer der Prozessanschlüsse (2a, 2b) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
20. Messaufnehmer nach Anspruch 20,
wobei zumindest zwei Koppelelemente (10) vorgesehen sind, welche die zumindest zwei
Messrohre (9a, 9b) zumindest einlassseitig und auslassseitig miteinander koppeln, und wobei die zumindest zwei Messrohre (9a, 9b) und die zumindest zwei Koppelelemente (10) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind. 21. Messaufnehmer nach Anspruch 20 oder 21 ,
wobei jedes der zwei Verteilerstücke (8a, 8b) ein mehrfach verzweigtes (22a-e), zusammenhängendes Innenvolumen (23) aufweist.
22. Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls (3) mittels des generativen
Verfahrens hergestellt ist.
23. Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei im Inneren von zumindest einer Komponente des Gehäusemoduls (3) zumindest teilweise eine Füllung (33), insbesondere eine Füllung (33) mit einer porösen Struktur oder
Wabenstruktur, angeordnet ist, und welche Füllung (33) entweder nachträglich in die zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls (3) eingebracht ist, oder welche Füllung (33) und die zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls (3) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens, gefertigt sind.
24. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 23 oder 24,
wobei zumindest eine Komponente einer Elektronikeinheit (6a), insbesondere ein Gehäuse, zumindest eine elektrische Durchführung und/oder eine mechanisches Übergangsstück, insbesondere für eine Ex-Schutz Durchführung, mit zumindest einer Komponente des Gehäusemoduls (3) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens, gefertigt ist.
25. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 23-25,
wobei das Gehäusemodul (3) einen Träger (4), mit welchem das mindestens eine Messrohr (9a, 9b) einlassseitig und auslassseitig mechanisch verbunden ist, und eine Verschalung (5) welche das mindestens eine Messrohr (9a, 9b) umgibt, aufweist.
26. Messaufnehmer nach Anspruch 26,
wobei zumindest der Träger (4) und/oder zumindest einer der Prozessanschlüsse (2a, 2b) und/oder zumindest eines der Verteilerstücke (8a, 8b) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens, gefertigt sind.
27. Messaufnehmer nach zumindest einem der Ansprüche 26 oder 27,
wobei der Träger (4) als seitlich zumindest teilweise offener, insb. rohrförmiger Tragzylinder ausgebildet ist, der mit dem mindestens einen Messrohr (9a, 9b) derart verbunden ist, dass das Messrohr (9a, 9b) teilweise seitlich aus dem Tragzylinder herausragt.
28. Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest ein weiteres Sensorelement (32) zur Erfassung einer weiteren
Prozessgröße, insbesondere der Temperatur oder des Druckes, in zumindest eine der Teilkomponenten des Gehäusemoduls (3) und/oder Sensormoduls (7) integriert ist, und wobei die mindestens eine Komponente des Gehäusemoduls (3) oder Sensormoduls (7) und zumindest eine Komponente des weiteren Sensorelements (32) gemeinsam mittels des generativen Verfahrens gefertigt sind.
29. Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine Komponente des Gehäusemoduls (3) und/oder des Sensormoduls (7) aus einem Metall, insbesondere rostfreier Stahl oder Tantal, einem Verbundwerkstoff, insbesondere ein Faserverbundwerkstoff, einem Glas oder einem Kunststoff gefertigt ist.
30. Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei auf zumindest einen Teilbereich zumindest einer Oberfläche von zumindest einer Komponente des Gehäusemoduls (3) und/oder des Sensormoduls (7) eine Beschichtung, insbesondere zur Vermeidung von Korrosion, Abrasion und/oder Belagsbildung, aufgebracht, insbesondere aufgeschmolzen oder aufgeschweißt ist.
31. Messaufnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zumindest eine Prozessgröße gegeben ist durch den Massedurchfluss, die Dichte, oder die Viskosität des Mediums.
32. Verfahren zur Herstellung zumindest einer Komponente eines Messaufnehmers (13) vom Vibrationstyp, insbesondere zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer
Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums, insbesondere eines Messaufnehmers (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher Messaufnehmer (13) zumindest umfasst:
ein Gehäusemodul (3),
welches dazu ausgelegt ist, über ein einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende mit der Rohrleitung mechanischen gekoppelt zu werden, und
ein Sensormodul (7) mit zumindest einem im Gehäusemodul (3) schwingfähig gehalterten Messrohr (9a, 9b) , welches zumindest zeitweise in Schwingungen versetzt wird,
welches Verfahren zumindest die Herstellung der zumindest einen Komponente anhand eines digitalen Datensatzes, welcher zumindest der Form und/oder des Materials und/oder der Struktur der zumindest einen Komponente angibt, mittels eines Urformprozesses, insbesondere mittels eines schichtweisen Aufbringens und/oder Aufschmelzens eines Pulvers, insbesondere eines Metallpulvers, umfasst. 33. Verfahren nach Anspruch 32,
wobei zur Bestimmung der Form und/oder Struktur und/oder des Materials der zumindest einen Komponente die Geometrie, Masseverteilung, und/oder Steifigkeit der zumindest einen Komponente derart eingestellt wird/werden, insbesondere mittels einer iterativen Simulation, insbesondere einer Finite-Elemente Simulation, dass eine vorgebbare Bedingung erfüllt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 2,
wobei die Steifigkeit der zumindest einen Komponente konstant gehalten wird, während zumindest eine Frequenz entsprechend einem der Schwingungsmoden der zumindest einen Komponente auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 2,
wobei zumindest eine Frequenz entsprechend einem der Schwingungsmoden der zumindest einen Komponente konstant gehalten wird, während zumindest die Steifigkeit auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird.
36. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Masseverteilung, Steifigkeit und/oder Geometrie der zumindest einen Komponente derart gewählt wird, dass zumindest eine Frequenz entsprechend einem der
Schwingungsmoden des Gehäusemoduls und zumindest eine Frequenz entsprechend einem der Schwingungsmoden des Sensormoduls voneinander verschieden sind.
37. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zumindest eine Komponente das zumindest eine vom Fluid durchströmte
Messrohr (9a, 9b) ist, und wobei die Geometrie, Steifigkeit und/oder Masseverteilung des zumindest einen Messrohrs (9a, 9b) derart gewählt wird, dass das Strömungsprofil konditioniert und zumindest ein durch die Strömung des Mediums hervorgerufener
Störeffekt minimiert wird.
38. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Urformprozess zur Fertigung der zumindest einen Komponente das selektive Lasersintern, das selektive Laserschmelzen, das Laserauftragsschweissen, das Metall- Pulver-Auftragsverfahren, das Fused Deposition Modeling, das Multi Jet Modeling, das Color Jet Printing, oder das LaserCUSING ist.
39. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der digitale Datensatz welcher zumindest der Form und/oder des Materials und/oder der Struktur der zumindest einen Komponente angibt, an den Kunden übermittelt wird, und wobei die zumindest eine Komponente vor Ort beim Kunden mittels eines Urformprozesses gefertigt wird. 40. Verwendung eines Messaufnehmers vom Vibrationstyp gemäß zumindest einem der
vorhergehenden Ansprüche in einem Messgerät zum Erfassen und/oder Überwachen zumindest einer Prozessgröße eines in einer Rohrleitung geführten strömungsfähigen Mediums.
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