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Dokumentenidentifikation DE102006008451A1 29.11.2007
Titel Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr aus Metall
Anmelder ABB Patent GmbH, 68526 Ladenburg, DE
Erfinder Bäcker, Ralf, Dipl.-Phys., 37120 Bovenden, DE;
Krope, Franz, 50170 Kerpen, DE
Vertreter Schmidt, K., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 47447 Moers
DE-Anmeldedatum 23.02.2006
DE-Aktenzeichen 102006008451
Offenlegungstag 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse G01F 1/58(2006.01)A, F, I, 20060223, B, H, DE
Zusammenfassung Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr (1) aus Metall, das über endseitige Flanschabschnitte (2a, 2b) in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres (1) elektrisch isoliert eingesetzten Messelektroden (5a, 5b) zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr (1) angeordnete Magneteinheit (4) ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt und wobei das Messrohr (1) innen mit einer elektrischen Isolierschicht (6) versehen ist, wobei im Bereich der endseitigen Flanschabschnitte (2a, 2b) des Messrohres (1) ein Streckgitter (7) am Messrohr (1) befestigt ist, auf welches die Isolierschicht (6) derart aufgebracht ist, dass das Streckgitter (7), innerhalb der Isolierschicht (6) liegend, eine feste Verbindung zwischen Isolierschicht (6) und Messrohr (1) sicherstellt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit einem Messrohr aus Metall, das über endseitige Flanschabschnitte in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres elektrisch isoliert eingesetzten Messelektroden zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr angeordnete Magneteinheit ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt, und wobei das Messrohr innen mit einer elektrischen Isolierschicht versehen ist.

Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser wird vorzugsweise als Durchflussmessgerät für Flüssigkeiten, Breie und Pasten eingesetzt, die eine bestimmte elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen. Diese Art von Durchflussmessgerät zeichnet sich durch recht genaue Messergebnisse aus, wobei im Rohrleitungssystem durch die Messung kein Druckverlust verursacht wird. Außerdem haben magnetisch-induktive Durchflussmesser keine beweglichen oder in das Messrohr hineinragenden Bauteile, welche besonders verschleißbehaftet sind. Das Einsatzgebiet der hier interessierenden Durchflussmesser erstreckt sich vornehmlich auf Anwendungen in der chemischen Industrie, der Pharmazie sowie der Kosmetikindustrie, und auch der kommunalen Wasser- und Abwasserwirtschaft sowie der Nahrungsmittelindustrie.

Das Faraday'sche Induktionsgesetz bildet die physikalische Grundlage des Messverfahrens eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers. Dieses Naturgesetz besagt, dass in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden Leiter eine Spannung induziert wird. Bei der messtechnischen Ausnutzung dieses Naturgesetzes durchfließt das elektrisch leitfähige Medium ein Messrohr, in dem senkrecht zur Fließrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Die im Medium induzierte Spannung wird von einer Elektrodenanordnung abgegriffen. Da die so gewonnene Messspannung proportional zur mittleren Fließgeschwindigkeit des strömenden Mediums ist, kann hieraus der Volumenstrom des Mediums bestimmt werden. Unter Beachtung der Dichte des strömenden Mediums lässt sich zusätzlich auch dessen Massestrom ermitteln.

Die WO 93/09403 offenbart ein gattungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät. Dessen aus zwei einander gegenüberliegend in das Messrohr eingelassenen Messelektroden bestehende Elektrodenanordnung wirkt mit einer Magnetspulenanordnung zusammen, welche das erforderliche Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Messrohr erzeugen. Innerhalb dieses Magnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld hindurch bewegende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement anstehenden Feldstärke einen Beitrag zu der über die Messelektroden abgegriffenen Messspannung. Die Messspannung wird einer nachgeschalteten Auswerteelektronik eingangsseitig zugeführt, welche die nachfolgende Messwertverarbeitung durchführt.

Das aus Metall bestehende Messrohr des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, ist elektrisch leitfähig und daher mit einer aus einem nicht-leitfähigen Material bestehenden Isolierschicht ausgekleidet, damit das Messprinzip funktioniert. Damit wird sichergestellt, dass das Strömungsmedium nicht in Kontakt kommt mit dem elektrisch leitfähigen Messrohr, welches gewöhnlich Erdpotenzial besitzt, sondern in Kontakt kommt mit der Isolierschicht, aus welcher die messstoffberührenden Messelektroden hervortreten. Die Isolierschicht ist hier nach Art eines sogenannten Liners, also eines im Grundzustand rohrförmigen Körpers, ausgebildet, welcher in das Messrohr eingezogen wird und anschließend im Flanschbereich zur Bildung eines Randes nach außen gebogen wird. Über den nach außen gebogenen Rand erfolgt die Befestigung des Liners am metallischen Messrohr. Zu diesem Zwecke wird der Rand über eine äußere ringförmige Endplatte mittels Verschraubung eingespannt. Somit bildet die ringförmige Endplatte den Dichtbereich für den korrespondierenden Flansch der sich hieran anschließenden Rohrleitung. Der Liner ist weiterhin über die Messelektroden im Mittelbereich des Messrohrs hieran befestigt.

Ein Nachteil dieser Befestigungslösung für die elektrische Isolierschicht am Messrohr besteht darin, dass diese fertigungstechnisch recht aufwendig umzusetzen ist. Es bedarf zusätzlicher Bauteile, insbesondere die ringförmige Endplatte, um diese Einspannlösung zu realisieren. Im Umfangsbereich des Endflansches sind weiterhin mehrere Verschraubungen erforderlich, um einen sicheren Halt des Liners am Messrohr zu gewährleisten, woraus ein entsprechender Montageaufwand resultiert.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist daneben auch eine Befestigungslösung für die Isolierschicht eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts am Messrohr bekannt, welche im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik nach Art einer nicht-lösbaren Verbindung zwischen Isolierschicht und Messrohr ausgebildet ist. Um einen sicheren Halt der Isolierschicht am Messrohr sicherzustellen, werden hierbei im Bereich der Dichtfläche des Messrohrflansches Nuten zur formschlüssigen Verbindung der Isolierschicht mit dem Messrohr eingebracht. Die Nuten werden vornehmlich nach Art von Schwalbenschwanznuten ausgeführt, um einen Formschluss zu gewährleisten. Die Isolierschicht wird auf die Innenfläche und den Flanschbereich des Messrohres meist durch Spritzgießen aufgebracht. Als Material wird thermoplastisches Kunststoff verwendet, welches beim Spritzgießen in die Nuten seitens des Messrohres gelangt, so dass sich eine sichere, unlösbare Verbindung zwischen Isolierschicht und Messrohr ergibt. Da diese technische Lösung das Einbringen von Nuten in das Messrohr voraussetzt, treten insbesondere dann fertigungstechnische Probleme auf, wenn das Messrohr aus einem Edelstahl, also einem nicht-rostenden Stahl bestehen soll, wie dies beispielsweise in der Lebensmittelindustrie gefordert ist. Denn Edelstahl lässt sich nur recht aufwendig spanend bearbeiten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zu schaffen, dessen Isolierschicht in fertigungstechnisch einfacher Weise aufbringbar ist und einen dauerhaften Halt zum metallischen Messrohr gewährleistet.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass im Bereich der endseitigen Flanschabschnitte des Messrohres ein Streckgitter am Messrohr befestigt ist, auf welches die Isolierschicht derart aufgebracht ist, dass das Streckgitter innerhalb der Isolierschicht liegend eine feste Verbindung zwischen Isolierschicht und Messrohr sicherstellt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere darin, dass eine spanende Bearbeitung des Messrohres gänzlich entfallen kann. Denn ein Streckgitter lässt sich an einem Trägerelement – hier Messrohr – fertigungstechnisch recht einfach befestigen. Das Streckgitter stützt die Isolierschicht und vermittelt die Verbindung zum Messrohr, so dass ein Ablösen der Isolierschicht von der Oberfläche des Messrohres nicht zu befürchten ist. Im Gegensatz zu einer Befestigung einer Isolierschicht am Messrohr über hierin eingefräste Nuten besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung darin, dass die Isolierschicht nicht nur in bestimmten punktuellen Bereichen am Messrohr gehalten wird, sondern auf der gesamten Fläche, über die sich das Streckgitter erstreckt.

Vorzugsweise erstreckt sich das Streckgitter zumindest über den Dichtbereich der Flanschabschnitte des Messrohres. An dieser Stelle stellt das Streckgitter einen sicheren Kontakt mit dem nach außen ragenden Rand der Innenschicht her. Zu dem wird die Verbindung zwischen Isolierschicht und Messrohr durch Montage des Durchflussmessers in der Rohrleitung verstärkt, denn hierbei befindet sich die Isolierschicht zwischen beiden zu verschraubenden Flanschen.

In diesem Zusammenhang ist gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgesehen, dass der den Dichtbereich der Flanschabschnitte überdeckende Bereich der Isolierschicht gleichzeitig auch als Dichtung fungierend direkt am korrespondierenden Rohrleitungsflansch zur Anlage kommt. Eine separate Dichtung kann an dieser Stelle somit entfallen. Diese Maßnahme lässt sich natürlich nur dann umsetzen, wenn das Material der Isolierschicht auch hinreichende Dichtungseigenschaften besitzt und eine ebene Dichtfläche bildet, an welcher der Rohrleitungsflansch zur Anlage kommen kann.

Das metallische Messrohr besteht vorzugsweise aus einem nicht-rostenden Stahl, ausgewählt aus der Gruppe der Edelstähle. Insbesondere in hygienesensiblen Einsatzfällen für den Erfindungsgegenstand eignet sich das Material Edelstahl zur Herstellung des Messrohres. Denn Edelstahl ist druckfest, korrosionsarm und lässt sich leicht reinigen.

Das auf das metallische Messrohr aufzubringende Streckgitter besteht vorzugsweise aus einem schweißfähigen Material, da bevorzugterweise die Anbringung des Streckgitters am Messrohr mittels Punktschweißen erfolgt. Das Verfahren des Punktschweißen lässt sich fertigungstechnisch einfach durchführen und gewährleistet den gewünschten sicheren Zusammenhalt mit dem Messrohr. Soweit das metallische Messrohr aus Stahl besteht, sollte das Streckgitter zur Durchführung des Schweißverfahrens aus einem schweißbaren Stahl bestehen. Natürlich ist es auch denkbar, dass andere schweißbare Metallpaarungen Messrohr-Streckgitter zum Einsatz kommen können.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Isolierschicht nach Art eines in das Messrohr eingezogenen Liners ausgebildet sein. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die elektrische Isolierschicht als Innenbeschichtung auszuführen, vorzugsweise durch Aufsprühen oder Aufspritzen von elektrisch nicht-leitenden, thermoplastischen Kunststoff.

Als Material für die elektrische Isolierschicht des Messrohres eignet sich insbesondere auch ein Fluor-Karbon-Werkstoff oder ein PTFE-Material, welches nach einer der vorstehend geschilderten, geeigneten Maßnahme die elektrische Isolierschicht des Messrohres bildet.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 einen Längsschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers, und

2 eine Detailvergrößerung des Längsschnitts aus 1 im Bereich eines der Flanschabschnitte.

Gemäß 1 besteht der magnetisch-induktive Durchflussmesser im Wesentlichen aus einem Messrohr 1 aus Edelstahl, welches über endseitige Flanschabschnitte 2a und 2b in eine – hier nicht weiter dargestellte – Rohrleitung einsetzbar ist und mit dieser über korrespondierende Flanschabschnitte mittels Verschraubung lösbar verbunden ist.

Das Messrohr 1 wird von einem fließfähigen Strömungsmedium 3 durchströmt. Das Strömungsmedium 3 weist zur Realisierung des magnetisch-induktiven Durchflussmessprinzips eine zumindest geringfügige elektrische Leitfähigkeit auf. Außen am Messrohr 1 ist weiterhin eine Magneteinheit 4 vorgesehen, die aus einander gegenüberliegenden Magneten besteht – hier nur teilweise erkennbar – und der Erzeugung eines senkrecht zur Achse des Messrohres 1 verlaufenden Magnetfelds dient. Die Magneteinheit 4 korrespondiert mit zwei einander gegenüberliegend isoliert im Messrohr 1 eingesetzten Messelektroden 5a, 5b. Die Messelektroden 5a, 5b sind senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichtet und dienen der Messung einer in Folge des Flusses des Strömungsmediums 3 induzierten Messspannung. Das Messsignal wird einer nachgeschalteten – nicht weiter dargestellten – Elektronikeinheit zugeführt, welche die weitere Messsignalverarbeitung übernimmt.

Um das elektrisch leitfähige Messrohr 1 gegenüber dem Strömungsmedium 3 elektrisch zu isolieren, ist das Messrohr 1 mit einer elektrischen Isolierschicht 6 versehen. Die elektrische Isolierschicht 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Innenbeschichtung aus Kunststoff ausgeführt, welche durch Aufspritzen auf das Messrohr 1 aufgetragen wird. Um eine feste Verbindung der so aufgetragenen Isolierschicht 6 am Messrohr 1 sicherzustellen, ist im Bereich der endseitigen Flanschabschnitte 2a und 2b des Messrohres 1 ein Streckgitter 7 vorgesehen, welches am Messrohr 1 befestigt ist, und auf welches die Isolierschicht 6 aufgebracht ist.

Wie aus der 2 deutlicher hervorgeht, erstreckt sich das Streckgitter 7 nicht allein über den Dichtbereich 8 des hier exemplarisch dargestellten Flanschabschnitts 2a, sondern ragt auch etwas in den Innenbereich des Messrohres 1 hinein, um eine besonders sichere Verbindung zu vermitteln. Am Messrohr 1 aus Edelstahl ist das Streckgitter 7 über Schweißstellen 8 befestigt, welche durch Punktschweißen erzeugt werden.

Der den Dichtbereich 9 des Flanschabschnittes 2a überdeckende Bereich der Isolierschicht 6 übernimmt auch die Funktion einer Dichtung und kommt direkt am korrespondierenden Rohrleitungsflansch 10 zur Anlage.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. So ist es auch denkbar, dass die elektrisch isolierende Innenschicht 6 auch – je nach physikalischen und chemischen Randbedingungen – aus einem anderen geeigneten Material besteht, welches sich in der erfindungsgemäßen Weise mit dem Messrohr 1 fest verbinden lässt.

1
Messrohr
2
Flanschabschnitt
3
Strömungsmedium
4
Magneteinheit
5
Messelektrode
6
Isolierschicht
7
Streckgitter
8
Schweißstelle
9
Dichtbereich
10
Rohrleitungsflansch


Anspruch[de]
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr (1) aus Metall, das über endseitige Flanschabschnitte (2a, 2b) in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres (1) elektrisch isoliert eingesetzten Messelektroden (5a, 5b) zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr (1) angeordnete Magneteinheit (4) ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt, und wobei das Messrohr (1) innen mit einer elektrischen Isolierschicht (6) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der endseitigen Flanschabschnitte (2a, 2b) des Messrohres (1) ein Streckgitter (7) am Messrohr (1) befestigt ist, auf welches die Isolierschicht (6) derart aufgebracht ist, dass das Streckgitter (7) innerhalb der Isolierschicht (6) liegend eine feste Verbindung zwischen Isolierschicht (6) und Messrohr (1) sicherstellt. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Streckgitter (7) zumindest über den Dichtbereich (9) der Flanschabschnitte (2a, 2b) erstreckt. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Messrohr (1) aus einem nicht-rostenden Stahl, ausgewählt aus der Gruppe der Edelstähle besteht. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckgitter (7) durch Punktschweißen am Messrohr (1) befestigt ist. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckgitter (7) aus einem schweißbaren Stahl besteht. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (6) zumindest teilweise nach Art eines in das Messrohr (1) eingezogenen Liners ausgebildet ist. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (6) zumindest teilweise als Innenbeschichtung ausgeführt ist, die durch Aufsprühen oder Aufspritzen aufgebracht ist. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (6) aus elektrisch nicht-leitenden, thermoplastischen Kunststoff besteht. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (6) zumindest teilweise aus einem Flourcarbon- oder PTFE-Material besteht. Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Dichtbereich (9) der Flanschabschnitte (2a, 2b) überdeckende Bereich der Isolierschicht (6) als Dichtung fungierend direkt am korres-pondierenden Rohrleitungsflansch (10) zur Anlage kommt.






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