WO2016045881A1 - Messrohres für ein durchflussmessgerät und ein magnetisch-induktives durchflussmessgerät - Google Patents

Messrohres für ein durchflussmessgerät und ein magnetisch-induktives durchflussmessgerät Download PDF

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WO2016045881A1
WO2016045881A1 PCT/EP2015/069068 EP2015069068W WO2016045881A1 WO 2016045881 A1 WO2016045881 A1 WO 2016045881A1 EP 2015069068 W EP2015069068 W EP 2015069068W WO 2016045881 A1 WO2016045881 A1 WO 2016045881A1
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WO
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liner
measuring tube
support tube
measuring
polyamide
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Application number
PCT/EP2015/069068
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Ruchel
Andreas Leuenberger
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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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
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/588—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to a measuring tube for a flowmeter according to the preamble of claim 1 and a magnetic-inductive flowmeter.
  • Flowmeters are differentiated according to different criteria.
  • the most widespread differentiation criterion is the differentiation according to measurement principles. Accordingly, e.g. Coriolis flowmeters, ultrasonic flowmeters, thermal flowmeters, vortex
  • Electromagnetic Flowmeters Electromagnetic Flowmeters, SAW (Surface Acoustic Wave) Flowmeters, V-Cone Flowmeters and Flowmeters
  • Another distinguishing feature is whether the flowmeter has a measuring tube or whether the flowmeter can be mounted or mounted on a conventional pipeline or process line, without the medium flow within the pipeline during installation of the flowmeter to
  • Typical ultrasonic measuring devices of the type described above are so-called clamp-on ultrasonic flowmeters.
  • Flowmeters with flow tubes are known as inline flowmeters.
  • inline flowmeters There are commercially available inline flowmeters known with measuring tubes, which have a liner. These flowmeters are predominantly designed as magnetically inductive flowmeters with a metallic outer tube and a liner.
  • the liner is formed as a plastic lining on the inner circumference of the metallic outer tube and is required to provide an electrical insulation between the measuring medium and the measuring tube.
  • these liners are usually only used for a limited temperature range. At higher temperatures, the usual plastic or rubber material decreases in its dimensional stability. In addition, swelling effects and diffusion effects may occur, which cause an expansion of the liner material or a detachment of the liner from the metallic surface of the measuring tube main body.
  • the use of polyamides as a building material of various elements of a magneto-inductive flowmeter is basically known. Thus, DE 37 04 413 C2 discloses the use of polyamide as a material of a printed circuit board, which is used in a magnetic-inductive flowmeter.
  • EP 0 274 768 A1 discloses a ring made of polyamide, which runs completely along a measuring tube.
  • DE 10 2008 059 067 A1 discloses measuring electrodes of a magneto-inductive flow measuring device made of polyamide. From DE 10 2006 023 915 A1, EP 2 1 13 068 B1, EP 2 126 445 A1 and DE 10 2006 060 442 A1 plastic measuring tubes made of polyamide are known. Plastic measuring tubes have the disadvantage that increase their diameter at higher pressures. As a result, the distance between the measuring electrodes changes, which leads to a faulty measurement.
  • DE 10 2008 054 961 A1 proposes to use polyamide as liner material.
  • DE 197 05 436 C2 discloses a polyamide powder coating as a liner material, which is applied to a measuring tube and carries the trade name Rilsan X. Similar material is also used in EP 2 700 912 A2 as a coating material for a measuring tube. Also used is Rilsan, which is a polyamide PA 11. Rilsan, however, has a limited field of application. In addition, certain cleaning processes in food-processing plants with rilsanbe Anlagenlleten measuring tubes can not be performed.
  • An inventive measuring tube for a flow meter has at least one support tube and a liner, which is arranged on the inner circumference of the support tube.
  • This flowmeter is a process measuring instrument.
  • An inventive measuring tube has at least one support tube and a liner, which is arranged on the inner circumference of the support tube.
  • the measuring tube may contain other elements which serve to anchor the liner or to protect the liner from chemical or mechanical attack. This may be, for example, a metallic cylindrical cylinder having a perforation to be penetrated and trapped by the liner. It can also be on the
  • the liner so the electrically insulating plastic lining, consists of more than 50 wt.% Of an aliphatic polyamide or a copolymer with a
  • aliphatic polyamide component Polyamides are used i.a. also used as a hardener. However, it is understood from the context of a polymer chemist that the aliphatic polyamide component of the copolymer is one or more
  • the aliphatic polyamide or the aliphatic polyamide component is selected from one or more of the following polyamide classes:
  • the liner consists of more than 80% by weight of an aliphatic polyamide or a copolymer with an aliphatic
  • Polyamide component wherein the polyamide or the polyamide component is selected from one or more of the following polyamide classes:
  • the material of the liner may contain from 1 to 50% by weight of glass fibers, mineral fillers and / or glass beads.
  • the liner material comprises from 5 to 25% by weight of glass fibers, mineral fillers and / or glass beads.
  • the strength of the liner can be advantageously improved by adding the aforementioned substances.
  • the liner may contain from 0.1 to 5% by weight, preferably from 0.5 to 2% by weight, elastomers and / or plasticizers. This allows for improved impact resistance.
  • measuring tubes are subject to shocks, e.g. by blows from the outside against the pipe or by pressure fluctuations and pressure surges within the pipe. Too brittle liner material may flake off. In the case of measuring tubes, this can lead to turbulences or other non-calculable flow errors, which, as a result, adversely affect the measurement result.
  • the liner is extruded in particular in a blown process.
  • the material can be inflated when exiting the extrusion die and assume the shape of the support tube.
  • Extrusion blown liners are rather unusual.
  • liners are drawn into a measuring tube. Reference is made, for example, to W019900002904 A1. When retracted liners they are frictionally against the surface of the metallic support tube.
  • the by means of extrusion blown Liner produced can be objectively distinguished from retracted liners, since the material partially flow when hitting the metallic wall of the support tube on the surface and thus are more adapted to the surface contour and the surface roughness. Thus, the extrusion-blown liner has a better hold against twisting.
  • the support tube is a metallic support tube having terminal flanges with connection surfaces for connection to process tube flanges and that the liner is terminally everted or crimped and are arranged form-fitting partially or completely on the connection surfaces.
  • the arrangement of the liner material in the connection areas of the measuring tube creates additional tightness.
  • the liner material is fixed against axial displacement.
  • the same can advantageously be achieved by at least partially liner material is arranged on the pads, wherein the arranged
  • Linermaterial is connected via welded joints with the arranged in the support tube liner.
  • This variant is preferred over the aforementioned variant, provided that the liner in the support tube has a greater thickness or material rigidity.
  • the first variant of Umbordelns or everting is preferred if the material stiffness allows this, since this is easier to implement in a manufacturing technology.
  • the liner can form a tight fit, but it can not bond with the support tube.
  • Plastic-metal glue does not need to be used to fix the liner.
  • the flow meter is suitable for determining the
  • a measuring medium which has a medium temperature of more than 70 ° C, in particular more than 100 ° C.
  • the maximum medium temperature may preferably operate about 240 ° C.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a magnetic-inductive flowmeter.
  • the structure and the measuring principle of a magnetic-inductive flowmeter is basically known. According to Faraday's law of induction, a voltage is induced in a conductor moving in a magnetic field. At the
  • the flowing medium corresponds to the moving conductor.
  • a magnetic field of constant intensity is generated by two field coils on either side of a measuring tube. Perpendicular to this are located on the tube inner wall of the measuring tube, two measuring electrodes, which tap the voltage generated when flowing through the medium.
  • the induced voltage is proportional to the flow velocity and thus to the volume flow. That by the
  • Magnetic-inductive flowmeters having coil arrangements with more than two field coils and other geometrical arrangements are known.
  • the Applicant has been providing magnetic-inductive flowmeters for several decades
  • FIG. 1 shows a magnetic-inductive flow measuring device with a support tube 3 of a medium-conducting measuring tube 2, which support tube 3 has a measuring tube axis A and is preferably designed as a metal tube.
  • the support tube 3 has terminal flanges 4, which each have at least one connection surface 9. This connection surface 9 is used for connection to a process pipe of a process line, which is not shown in detail in FIG.
  • measuring electrodes 7 are additionally arranged, which pick up an induced voltage as a function of the flow of the measuring medium and pass it on to an evaluation unit 8. The measuring electrodes 7 are in contact with the measuring medium.
  • the so-called liner 5 arranged, which is an electrically insulating layer to the metallic support tube.
  • the liner material is an aliphatic polyamide, which may be provided with additional additives to adjust the material properties.
  • the aliphatic polyamide or the aliphatic polyamide component is selected from one or more of the following polyamide classes:
  • PA6 is a polymer made from caprolactam (aminohexanoic acid) and has a temperature range of 80 to 120 ° C.
  • PA66 is a
  • Polyhexamethylenadipinamide which is made from hexamethylenediamine and adipic acid. It has a temperature range of 60 to 235 ° C. If the liner is made of a copolymer of PA6 and PA66, the
  • Material properties of the liner can be varied depending on the application. Only limited and therefore less preferred is PA12, a Polylaurinlactam. This has a temperature range between 70 and 80 ° C. Again, copolymers of PA12 and PA6 or PA66 are possible.
  • the aforementioned polyamides are the main constituent of the liner material and thus contain at least 50% by weight. In addition to these polyamides, the material of the liner can contain from 1 to 50% by weight of glass fibers, mineral fillers and / or
  • the liner material comprises from 5 to 25% by weight of glass fibers, mineral fillers and / or glass beads.
  • the liner material may additionally contain 0.1 to 5% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight, elastomers and / or plasticizers.
  • the liner may consist of PA66, which is additionally provided with glass fibers and thermal stabilizers. The latter is needed for injection molding to buffer temperature loads.
  • a corresponding material is available under the trade name Technyl A 718 V30. This material has a heat distortion temperature of 250 ° C (1.80 MPa), according to the test standard ISO 75-1 / -2 valid version z.Z. of the
  • the glass fibers cause increased material strength. They are therefore used in other embodiments as a preferred additive and not limited to the aforementioned embodiment. Injection molding is a possibility, but not the preferred manufacturing method, with which the support tube 3 is provided with the liner 5.
  • the liner can be any material strength.
  • the liner first inflated and the closed end is opened, in particular drilled or cut off, is.
  • blowing process can also be carried out such that the liner material is inflated without specifying a blank directly after leaving the extrusion die.
  • the liner can be everted terminally or crimped and form-fitting
  • Linermaterial 10 be connected via welded joints 13 with the liner 5 arranged in the support tube 3. By arranging the liner material along the
  • the liner or the liner material 10, which is arranged on the connecting surfaces 9 of the flange 4, may optionally have a sealing ring, which is preferably made of PTFE.
  • a sealing ring which is preferably made of PTFE.
  • the particular advantage of using the special polyamide classes PA6 and / or PA66 is that the flowmeter can be used even at temperatures of the measuring medium of more than 100 ° C over a long service life.
  • the maximum medium temperature can be up to about 240 ° C-250 ° C. Liners made of PA12, possibly with aggregates, have also proven to be suitable, especially for media with medium temperatures of 70-90 ° C.
  • the aforementioned liner materials also meet the necessary requirements for the measurement principle of the diffusion-tightness, mechanical strength and electrical insulation, so that finished measuring tube has no disadvantages compared to other commercially available measuring tubes for magnetic-inductive flowmeters.
  • the liner is shown in Fig. 1 only a single layer.
  • multilayer liner structures are also conceivable and can be varied depending on the field of application.
  • measuring tubes with single-layer liners are in turn very fast to produce and can be mass produced.
  • the flowmeter can be hot steam cleaned.
  • the flowmeter is of particular use in the food processing industry and in the pharmaceutical industry.
  • a particularly production-efficient possibility of producing a measuring tube can be made as follows. First, there is the provision of a support tube. This may in particular be a metallic support tube. It can be pre-processed.
  • Blanks are already known from PET bottle production.
  • a PA blank in particular PA 6, PA12 and / or PA66 can be used.
  • the plastic blank is inflated. This is done in such a way that the plastic blank expands under the influence of a compressed gas until it reaches the

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Abstract

Ein Messrohr (2) für ein Durchflussmessgerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) zumindest ein Stützrohr (3) aufweist und einen Liner (5), welcher am Innenumfang des Stützrohres (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Liner (5) zu mehr als 50 Gew.% aus einem aliphatischen Polyamid oder einem Copolymer mit einer aliphatischen Polyamidkomponente besteht, welches Polyamid ausgesucht ist aus einer oder mehreren der folgenden Polyamidklassen: • PA6; • PA12; • PA66; sowie ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.

Description

Messrohres für ein Durchflussmessgerät und ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Durchflussmessgeräte werden nach unterschiedlichen Kriterien differenziert. Das weitverbreitetste Differenzierungskriterium ist die Differenzierung nach Messprinzipien. Entsprechend sind z.B. Coriolis-Durchflussmessgeräte, Ultraschall- Durchflussmessgeräte, Thermische Durchflussmessgeräte, Vortex-
Durchflussmessgeräte, magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, SAW (surface acoustic wave) - Durchflussmessgeräte, V-Cone Durchflussmessgeräte und
Schwebekörper-Durchflussmessgeräte bekannt. Entsprechende Durchflussmessgeräte sind teilweise von der Anmelderin oder anderen Anbietern im Handel erhältlich.
Ein weiteres Differenzierungsmerkmal ist, ob das Durchflussmessgerät ein Messrohr aufweist oder ob das Durchflussmessgerät auf ein herkömmliche Rohrleitung bzw. Prozessleitung aufgesetzt oder angebaut werden kann, ohne dass der Mediumsfluss innerhalb der Rohrleitung bei der Installation des Durchflussmessgerätes zu
unterbrechen. Typische Ultraschallmessgeräte der vorbeschriebenen Art sind sogenannte Clamp-On Ultraschall-Durchflussmessgeräte. Durchflussmessgeräte mit Messrohren werden Inline-Durchflussmessgeräte bekannt.
Es sind handelsübliche Inline-Durchflussmessgeräte bekannt mit Messrohren, welche einen Liner aufweisen. Diese Durchflussmessgeräte sind vorwiegend als magnetischinduktive Durchflussmessgeräte ausgebildet mit einem metallischen Außenrohr und einem Liner. Der Liner ist als Kunststoffauskleidung am Innenumfang des metallischen Außenrohres ausgebildet und wird benötigt, um eine elektrische Isolation zwischen dem Messmedium und dem Messrohr zu schaffen. Diese Liner sind jedoch zumeist nur für einen begrenzten Temperaturbereich einsetzbar. Bei höheren Temperaturen nimmt das übliche Kunststoff- oder Gummimaterial in seiner Formstabilität ab. Darüber hinaus können Quellungseffekte und Diffusionseffekte auftreten, welche ein Aufweiten des Linermaterials oder ein Ablösen des Liners von der metallischen Oberfläche des Messrohrgrundkörpers bewirken. Die Verwendung von Polyamiden als Baustoff verschiedener Elemente eines magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes ist grundsätzlich bekannt. So offenbart die DE 37 04 413 C2 die Verwendung von Polyamid als Material einer Leiterplatte, welche in einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät eingesetzt wird.
In der EP 0 274 768 A1 offenbart einen Ring aus Polyamid, welcher vollumfänglich an einem Messrohr entlang verläuft. Die DE 10 2008 059 067 A1 offenbart Messelektroden eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes aus Polyamid. Aus der DE 10 2006 023 915 A1 , der EP 2 1 13 068 B1 , der EP 2 126 445 A1 und der DE 10 2006 060 442 A1 sind Kunststoff-Messrohre aus Polyamid bekannt. Kunststoff- Messrohre haben den Nachteil, dass sich bei höheren Drücken ihren Durchmesser vergrößern. Dadurch ändert sich der Abstand zwischen den Messelektroden, wodurch es zu einer fehlerbehafteten Messung kommt.
Die DE 10 2008 054 961 A1 schlägt vor Polyamid als Linermaterial zu nutzen. Die DE 197 05 436 C2 offenbart einem Polyamid-Pulverbeschichtung als Linermaterial, welches auf einem Messrohr aufgebracht ist und den Handelsnamen Rilsan X trägt. Ähnliches Material wird auch in der EP 2 700 912 A2 als Beschichtungsmatenal für ein Messrohr genutzt. Herbei kommt ebenfalls Rilsan zum Einsatz, welches ein Polyamid PA 11 ist. Rilsan weist allerdings einen lediglich begrenzten Einsatzbereich auf. Zudem lassen sich bestimmte Reinigungsprozesse in lebensmittelverarbeitenden Anlagen mit rilsanbeschichteten Messrohren nicht durchführen. Ausgehend vom vorbekannten Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät und ein magnetischinduktives Durchflussmessgerät bereitzustellen, welches für die verschiedenen
Prozessbedingungen vielseitiger benutzbar ist. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Messrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Ein erfindungsgemäßes Messrohr für ein Durchflussmessgerät weist zumindest ein Stützrohr auf und einen Liner, welcher am Innenumfang des Stützrohres angeordnet ist. Dieses Durchflussmessgerät ist ein Gerät der Prozessmesstechnik. Ein erfindungsgemäßes Messrohr weist zumindest ein Stützrohr auf und einen Liner, welcher am Innenumfang des Stützrohres angeordnet ist. Selbstverständlich kann das Messrohr weitere Elemente enthalten, welche zur Verankerung des Liners oder zum Schutz des Liners vor chemischem oder mechanischem Angriff dienen. Dies kann z.B. ein metallischer zylindrischer Zylinder sein, welcher eine Lochung aufweist um von dem Liner penetriert und eingeschlossen zu werden. Es können auch auf der
mediumsberührenden Seite des Liners Beschichtungen oder Einsätze (z.B. aus
Keramik) vorgesehen sein, welche den Liner vor Abrasionen oder chemischen Angriff durch Säuren, Basen, Oxidationsmitteln und/oder Reduktionsmitteln schützen. Der Liner, also die elektrisch-isolierende Kunststoffauskleidung, besteht zu mehr als 50 Gew.% aus einem aliphatischen Polyamid oder einem Copolymer mit einer
aliphatischen Polyamidkomponente. Polyamide werden u.a. auch als Härter eingesetzt. Es versteht sich aus dem Kontext für einen Polymerchemiker jedoch, dass die aliphatische Polyamidkomponente des Copolymers eine oder mehrere
Monomereinheiten in der polymeren Kettenstruktur eines Copolymers darstellen.
Das aliphatische Polyamid bzw. die aliphatische Polyamidkomponente ist ausgesucht aus einer oder mehreren der folgenden Polyamidklassen:
• PA6
· PA12
• PA66
Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang auch Copolymere die
ausschließlich aus Monomereinheiten der drei vorgenannten Polyamidklassen zusammengesetzt sind.
Aus den 50 Gew.% geht hervor, dass das Polyamid bzw. das Copolymer die
Hauptkomponente Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 1 sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante besteht der Liner zu mehr als 80 Gew.% aus einem aliphatischen Polyamid oder einem Copolymer mit einer aliphatischen
Polyamidkomponente, wobei das Polyamid bzw. die Polyamidkomponente ausgesucht ist aus einer oder mehreren der folgenden Polyamidklassen:
• PA6
· PA66
Zusätzlich zu dem Polyamid als Hauptkomponente kann das Material des Liners zu 1 bis 50 Gew.% Glasfasern, mineralische Füllstoffe und/oder Glaskugeln enthalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Linermaterial zu 5 bis 25 Gew.% Glasfasern, mineralische Füllstoffe und/oder Glaskugeln. Die vorgenannten Materialien ermöglichen in den angegebenen Konzentrationsbereichen eine
Verbesserung der thermischen Temperaturwechselbeständigkeit des Liners. Auch die Festigkeit des Liners kann durch Zugabe der vorgenannten Stoffe vorteilhaft verbessert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann der Liner zu 0,1 bis 5 Gew.%, vorzugswiese 0,5 bis 2 Gew.%, Elastomere und/oder Weichmacher enthalten. Dies ermöglicht eine verbesserte Schlagzähigkeit. Oftmals unterliegen Messrohre Erschütterungen, z.B. durch Schläge von außen gegen das Rohr oder durch Druckschwankungen und Druckstöße innerhalb des Rohres. Zu sprödes Linermaterial kann abplatzen. Bei Messrohren kann dies zu Verwirbelungen oder zu anderen nicht-kalkulierbaren Strömungsfehlern kommen, welche im Ergebnis das Messresultat negativ beeinflussen.
Der Liner ist insbesondere in einem Blasverfahren extrusionsausgeformt. Hierzu kann das Material beim Austritt aus der Extrusionsdüse aufgeblasen werden und die Form des Stützrohres annehmen. Extrusionsgeblasene Liner sind eher ungewöhnlich.
Oftmals werden Liner in ein Messrohr eingezogen. Hierzu sei beispielsweise auf die W019900002904 A1 hingewiesen. Bei eingezogenen Linern liegen diese kraftschlüssig an der Oberfläche des metallischen Stützrohres an. Die mittels Extrusionsblasverfahren hergestellten Liner können gegenständlich von eingezogenen Linern unterschieden werden, da das Material beim Auftreffen auf die metallische Wandung des Stützrohres teilweise auf der Oberfläche anfließen und somit stärker an die Oberflächenkontur und die Oberflächenrauhigkeit angepasst sind. Damit weist der extrusionsgeblasene Liner einen besseren Halt gegen Verdrehen auf.
Es ist von Vorteil, wenn das Stützrohr ein metallisches Stützrohr ist, welches endständig Flansche mit Anschlussflächen zur Verbindung mit Prozessrohrflanschen aufweist und dass der Liner endständig umgestülpt oder umgebördelt ist und formschlüssig bereichsweise oder vollständig auf den Anschlussflächen angeordnet sind. Durch die Anordnung des Linermaterials in den Anschlussbereichen des Messrohres wird eine zusätzliche Dichtigkeit geschaffen. Zugleich wird das Linermaterial gegen axiales Verschieben fixiert. Gleiches kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, indem auf den Anschlussflächen zumindest bereichsweise Linermaterial angeordnet ist, wobei das angeordnete
Linermaterial über Schweißverbindungen mit dem im Stützrohr angeordneten Liner verbunden ist. Diese Variante ist gegenüber der vorgenannten Variante bevorzugt, sofern der Liner im Stützrohr eine größere Dicke bzw. Materialsteifigkeit aufweist.
Demgegenüber ist die erste Variante des Umbordelns oder des Umstülpens bevorzugt, wenn die Materialsteifigkeit dies erlaubt, da dies in einem herstellungstechnisch einfacher zu realisieren ist.
Anders als beispielsweise bei Kunststoffrohren kann der Liner zwar einen Formschluss, jedoch keinen Stoffschluss mit dem Stützrohr eingehen. Kunststoff-Metall-Kleber müssen zur Festlegung des Liners nicht eingesetzt werden.
Es ist von Vorteil wenn das Verhältnis der Dicke der Stützrohrwandung zur Linerdicke von 0,5 bis 1 ,0 beträgt. Somit wird eine Diffusion des Messmediums ausgeschlossen. Zugleich ist ein solcher Liner auch gegen Abrasionen sehr beständig. Beschichtungen sind dies zumeist nicht, wodurch der Anwendungsbereich bezüglich der Medientypen für entsprechende Durchflussmessgeräte eingeschränkt ist. Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist ein
Messrohr gemäß Anspruch 1 auf.
Insbesondere ist das das Durchflussmessgerät geeignet, zum Bestimmung des
Durchflusses oder der Strömungsgeschwindigkeiten eines Messmediums, welches eine Mediumstemperatur von mehr als 70°C, insbesondere von mehr als 100°C aufweist. Die maximale Mediumstemperatur kann vorzugsweise etwa 240°C betreiben.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes.
Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ist grundsätzlich bekannt. Gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim
magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. Ein Magnetfeld mit konstanter Stärke wird durch zwei Feldspulen zu beiden Seiten eines Messrohres erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres zwei Messelektroden, welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. Das durch die
Feldspulen aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom
wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe,
Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetischinduktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen bekannt und anderer geometrischer Anordnung bekannt. Die Anmelderin stellt seit mehreren Jahrzehnten magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte in
unterschiedlichen Abmessungen und Ausgestaltungen beispielsweise unter dem Namen„Promag" her. Fig. 1 zeigt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerat mit einem Stützrohr 3 eines mediumsführenden Messrohres 2, welches Stützrohr 3 eine Messrohrachse A aufweist und vorzugsweise als Metallrohr ausgebildet ist. Das Stützrohr 3 weist endständig Flansche 4 auf, welche jeweils über zumindest eine Anschlussfläche 9 verfügen. Diese Anschlussfläche 9 dient zum Anschluss an ein Prozessrohr einer Prozessleitung, welches in Fig. 1 nicht näher abgebildet ist.
Am Stützrohr 3 sind an dessen Außenumfang zwei diametral gegenüberliegende Magnetsysteme 6 ausgebildet, welche ein Magnetfeld erzeugen, das das Messrohr 2 durchsetzt. Am Außenumfang um 90° dazu versetzt sind zudem Messelektroden 7 angeordnet, welche in Abhängigkeit der Strömung des Messmediums eine induzierte Spannung abgreifen und an eine Auswerteeinheit 8 weitergeben. Die Messelektroden 7 sind in Kontakt mit dem Messmedium.
Im Stützrohr 3 ist eine Kunststoffauskleidung, der sogenannte Liner 5, angeordnet, welcher eine zum metallischen Stützrohr elektrisch-isolierende Schicht darstellt. Um das Rohr Bei dem Linermaterial handelt es sich um ein aliphatisches Polyamid, welches zur Einstellung der Stoffeigenschaften noch mit weiteren Zuschlagstoffen versehen sein kann. Das aliphatische Polyamid bzw. die aliphatische Polyamidkomponente ist ausgesucht aus einer oder mehreren der folgenden Polyamidklassen:
• PA6
· PA12
• PA66
PA6 ist ein Polymer welches aus Caprolactam (Aminohexansäure) hergestellt ist es weist einen Temperatureinsatzbereich von 80 bis 120 °C auf. PA66 ist ein
Polyhexamethylenadipinamid, welches aus aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure hergestellt ist. Es weist einen Temperatureinsatzbereich von 60 bis 235 °C auf. Sofern der Liner aus einem Copolymer von PA6 und PA66 aufgebaut ist, können die
Stoffeigenschaften des Liners je nach Einsatzgebiet variiert werden. Lediglich begrenzt und daher weniger bevorzugt einsetzbar ist PA12, ein Polylaurinlactam. Dieses weist einen Temperatureinsatzbereich zwischen 70 und 80 °C auf. Auch hier sind Copolymere aus PA12 und PA6 oder PA66 möglich. Die vorgenannten Polyamide sind der Hauptbestandteil des Linermaterials und damit zumindest zu 50gew.% enthalten. Neben diesen Polyamiden kann das Material des Liners zwischen 1 bis 50 Gew.% Glasfasern, mineralische Füllstoffe und/oder
Glaskugeln enthalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Linermaterial zu 5 bis 25 Gew.% Glasfasern, mineralische Füllstoffe und/oder Glaskugeln. Dadurch wird die Temperaturwechselbeständigkeit und die mechanische Festigkeit des Liners an den Anwendungszweck angepasst.
Zur Verbesserung der Schlagzähigkeit kann das Linermaterial zudem 0,1 bis 5 Gew.%, vorzugswiese 0,5 bis 2 Gew.%, Elastomere und/oder Weichmacher enthalten.
Entsprechende Elastomere und Weichmacher, welche bei Polyamiden eine
Verbesserung der Schlagzähigkeit bewirken sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Liner aus PA66 bestehen, welches zusätzlich mit Glassfasern und thermischen Stabilisierungsmitteln versehen ist. Letzteres wird zum Spritzgießen benötigt, um Temperaturbelastungen abzupuffern. Ein entsprechendes Material ist unter dem Handelsnahmen Technyl A 718 V30 erhältlich. Dieses Material weist eine Formbeständigkeitstemperatur von 250°C (1.80 MPa), gemäß der Prüfnorm ISO 75-1/-2 nach gültiger Fassung z.Z. der
Erstanmeldung der vorliegenden Erfindung auf.
Die Glasfasern hingegen bewirken eine erhöhte Materialfestigkeit. Sie sind daher auch bei anderen Ausführungsbeispielen als bevorzugter Zuschlagstoff eingesetzt und nicht auf das vorgenannte Ausführungsbeispiel beschränkt. Spritzgießen ist eine Möglichkeit, jedoch nicht das bevorzugte Herstellungsverfahren, mit welchem das Stützrohr 3 mit dem Liner 5 versehen wird. Der Liner kann
insbesondere in einem Blasverfahren ausgeformt werden. Hierzu kann analog wie beim Flaschenblasverfahren bei PET-Flaschen erfolgen, wobei der Liner zunächst aufgeblasen und das geschlossene Ende geöffnet, insbesondere aufgebohrt oder abgeschnitten, wird.
Alternativ dazu kann das Blasverfahren auch derart erfolgen, dass das Linermaterial ohne Vorgabe eines Rohlings direkt nach dem Verlassen der Extrusionsdüse aufgeblasen wird.
Der Liner kann endständig umgestülpt oder umgebördelt und formschlüssig
bereichsweise oder vollständig auf den Anschlussflächen 9 angeordnet sein. Alternativ kann, wie in Fig. 1 ersichtlich, auch das auf den Anschlussflächen 9 angeordnete
Linermaterial 10 über Schweißverbindungen 13 mit dem im Stützrohr 3 angeordneten Liner 5 verbunden sein. Durch die Anordnung des Linermaterials entlang den
Anschlussflächen 9 des Flansches 4 wird eine zusätzliche Dichtung geschaffen.
Zugleich wird das Linermaterial 5 gegen axiales Verschieben fixiert.
Der Liner oder das Linermaterial 10, der oder das auf den Anschlussflächen 9 des Flansches 4 angeordnet ist, kann optional einen Dichtring aufweisen, welcher vorzugsweise aus PTFE gefertigt ist. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Der besondere Vorteil der Verwendung der speziellen Polyamidklassen PA6 und/oder PA66 ist, dass das Durchflussmessgerät auch bei Temperaturen des Messmediums von mehr als 100°C über eine lange Gebrauchsdauer hin genutzt werden kann. Die maximale Mediumstemperatur kann dabei bis etwa 240°C-250°C betragen. Mit Abstrichen erweist sich auch Linermaterial aus PA12, ggf. mit Zuschlagstoffen, als geeignet auf, insbesondere bei Medien mit Mediumstemperaturen von 70-90°C.
Die vorgenannten Linermaterialien erfüllen zudem die für das Messprinzip notwendigen Anforderungen an die Diffusionsdichtigkeit, mechanische Festigkeit und elektrische Isolierung, so dass fertige Messrohr keine Nachteile gegenüber anderen marktüblichen Messrohren für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte aufweist.
Der Liner wird in Fig. 1 lediglich einschichtig dargestellt. Mehrschichtige Lineraufbauten sind jedoch ebenfalls denkbar und können je nach Anwendungsfeld variiert werden. Messrohre mit einschichtigen Linern hingegen sind wiederum produktionstechnisch sehr schnell und in einer Massenfertigung herstellbar.
Das Durchflussmessgerät kann einer Heißdampfreinigung unterzogen werden. Eine besondere Verwendung findet das Durchflussmessgerät in der lebensmittelverarbeitenden Industrie und in der Pharmaindustrie.
Eine besonders produktionseffiziente Möglichkeit der Herstellung eines Messrohres kann wie folgt ermöglicht werden Zunächst erfolgt das Bereitstellen eines Stützrohres. Dabei kann es sich insbesondere um ein metallisches Stützrohr handeln. Es kann vorbearbeitet sein.
Anschließend erfolgt das Bereitstellen eines Kunststoffrohlings. Entsprechende
Rohlinge sind aus der PET-Flaschenproduktion bereits bekannt. Im vorliegenden Fall kann ein PA-Rohling, insbesondere aus PA 6, PA12 und/oder PA66 genutzt werden.
Schließlich wird der Kunststoffrohling aufgeblasen. Dies erfolgt derart, dass sich der Kunststoffrohling unter Einfluss eines Druckgases ausdehnt bis er an der
Innenwandung des Stützrohres anliegt und diese bedeckt. Anschließend kann der Kunststoffrohling, welcher als eine Art Blase vorliegt, endständig abgeschnitten und ggf. gebördelt werden.
Bezugszeichen
1 Magnetisch-induktives Durchflussmessgerat
2 Messrohr
3 Stützrohr
4 Flansche
5 Liner
6 Magnetsystem bzw. Magnetspulen mit Polschuh
7 Messelektrode
8 Auswerteeinheit
9 Anschlussfläche
10 Linermaterial
1 1 Schweißverbindung

Claims

Patentansprüche
Messrohr (2) für ein Durchflussmessgerat, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr
(2) zumindest ein Stützrohr (3) aufweist und einen Liner (5), welcher am Innenumfang des Stützrohres
(3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Liner (5) zu mehr als 50 Gew.% aus einem aliphatischen Polyamid oder einem Copolymer mit einer aliphatischen Polyamidkomponente besteht, welches Polyamid ausgesucht ist aus einer oder mehreren der folgenden Polyamidklassen:
• PA6
• PA12
• PA66
Messrohr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Liner (5) zu mehr als 80 Gew.% aus einem Polyamid oder einem Polyamid-Copolymer besteht, das ausgesucht ist aus einer oder mehreren der folgenden
Polyamidklassen:
• PA6
• PA66
Messrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Liners (5) zu 1 bis 50 Gew.% Glasfasern, mineralische Füllstoffe und/oder Glaskugeln enthält.
4. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Liner (5) zu 0,1 bis 5 Gew.% Elastomere und/oder Weichmacher enthält.
5. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke der Stützrohrwandung zur Linerdicke 0,5 bis 1 ,0 beträgt.
6. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Liner (5) in einem Blasverfahren ausgeformt, insbesondere extrusionsausgeformt, ist.
7. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stützrohr (3) ein metallisches Stützrohr ist, welches endständig Flansche (4) mit Anschlussflächen (9) zur Verbindung mit Prozessrohrflanschen aufweist und dass der Liner (5) endständig umgestülpt oder umgebördelt ist und formschlüssig bereichsweise oder vollständig auf den Anschlussflächen (9) angeordnet ist.
8. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 -6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stützrohr (3) ein metallisches Stützrohr ist, welches endständig Flansche (4) mit Anschlussflächen (9) zur Verbindung mit Prozessrohrflanschen aufweist und dass auf den Anschlussflächen (9) Linermaterial (10) angeordnet ist, wobei angeordnete Linermaterial (10) über Schweißverbindungen (13) mit dem im Stützrohr (3) angeordneten Liner (5) verbunden sein.
9. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Liner (5) formschlüssig, jedoch nicht-stoffschlüssig an dem Stützrohr (3) angeordnet ist.
10. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ) mit einem Messrohr (2)
gemäß Anspruch 1.
1 1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (1 ) geeignet ist zum
Bestimmung des Durchflusses oder der Strömungsgeschwindigkeiten eines Messmediums, welches eine Mediumstemperatur von mehr als 70°C, insbesondere von mehr als 100°C aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Messrohres, insbesondere nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: A) Bereitstellen eines Stützrohres
B) Bereitstellen eines Kunststoffrohlings
C) Anwenden eines Blasverfahrens unter Aufblasen des Rohlings, derart, dass dieser an der Innenwandung des Stützrohres anliegt und diese bedeckt.
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