Die vorliegende Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät nach dem Wirbel- zählerprinzip, ein Messrohr dafür und ein Verfahren zum Messen des Durchflusses oder der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums.

Ein gattungsgemäßes Durchflussmessgeräte ist beispielsweise im Durchfluss- Handbuch, 4. Auflage 2003, ISBN 3-9520220-3-9, S. 103 ff. beschrieben. Gattungs- gemäße Durchflussmessgeräte beruhen darauf, dass Wirbel sich alternierend von beiden Seiten eines umströmten Staukörpers in einer Rohrleitung ablösen und eine so genannte KärmänscheWirbelstraße bilden, wobei die Wirbel zu periodischen Druckschwankungen führen, die mit einem Wirbeldetektor zu erfassen sind. Die Ablösefrequenz der Wirbel ist für eine konkrete Messanordnung im Wesentlichen proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und zur Strouhalzahl, einer dimen- sionslosen Kennzahl. Durch Ermitteln der Wirbelfrequenz kann also in einfacher Weise die Durchflussgeschwindigkeit bzw. die Volumendurchflussrate ermittelt werden.

Bedingt durch das Messprinzip kommt es an dem Staukörper zu einem Druck- verlust, der im ungünstigen Fall zur Unterschreitung des Dampfdrucks eines flüssi- gen Mediums im Bereich des Wirbeldetektors führen kann. In diesem Fall ist eine zu- verlässige Messung des Durchflusses nicht mehr möglich. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungs- gemäß gelöst durch das Messrohr gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 , dem Durchflussmessgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 6 und das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7.

Das erfindungsgemäße Messrohr zum Führen eines Fluids für ein Durchfluss- messgerät nach dem Wirbelzählerprinzip weist eine einlaufseitige Öffnung in einer einlaufseitigen Stirnfläche des Durchflussmessgerätes und eine auslaufseitige Öffnung in einer auslaufseitigen Stirnfläche des Messgerätes aufweist, zwischen denen sich das Messrohr in axialer Richtung erstreckt; einen Staukörper, der in dem Messrohr angeordnet ist, wobei der Staukörper dazu dient, eine Karmansche Wirbelstraße mit durchflussabhängiger Wirbelfrequenz zu verursachen, wenn das Messrohr von einem Fluid durchströmt wird; mindestens einen Wirbeldetektor zum Erfassen von Wirbeln der Wirbelstraße und zum Bereitstellen von wirbelabhängigen Signalen; dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät axial beabstanded zum Wirbeldetektor zwischen dem Wirbeldetektor und der auslaufseitigen Stirnfläche des Durchflussmessgerätes eine Drossel aufweist, welche den Strömungsquerschnitt des Messrohrs ringförmig verengt.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drossel einen Strömungswider- stand auf, der nicht weniger als 50%, beispielsweise nicht weniger als 75%, weiter beispielsweise weniger als 90%, insbesondere nicht weniger als 95% des

Strömungswiderstands des Durchflussmessgerätes zwischen der einlaufseitigen Stirnfläche und dem Wirbeldetektor beträgt.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drossel eine minimale Strö- mungsquerschnittsfläche auf, die nicht mehr als das Anderthalbfache, beispielsweise nicht mehr als das Eineinviertelfache und insbesondere nicht mehr als das Einein- zehntelfache der minimalen Strömungsquerschnittsfläche im Bereich des Stau- körpers beträgt.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Messrohr zwischen dem

Wirbeldetektor und der Drossel an einer ersten axialen Position einen ersten

Durchmesser auf, wobei die Drossel an einer zweiten axialen Position einen zweiten Durchmesser aufweist, der um mindestens ein Zehntel kleiner ist als der erste Durchmesser, wobei ein Quotient gebildet aus der Differenz zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser einerseits sowie der Differenz zwischen der ersten axialen Position und der zweiten axialen Position nicht kleiner ist als zwei, beispielsweise nicht kleiner ist als vier und insbesondere nicht kleiner ist als acht.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Drossel axial beabstandet zu dem Wirbeldetektor, wobei der der axiale Abstand beispielsweise nicht weniger als einen halben Durchmesser des Messrohrs zwischen dem Wirbeldetektor und der Drossel beträgt, insbesondere nicht weniger als einen Durchmesser.

Das Erfindungsgemäße Durchflussmessgerät umfasst ein erfindungsgemäßes Messrohr und eine Betriebs- und Auswertungsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, anhand der Signale des Wirbeldetektors eine Wirbelfrequenz und in Abhängigkeit der Wirbelfrequenz einen Durchflussmesswert zu bestimmen;

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft das Messen des Durchflusses oder der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums mit einem Durchflussmessgerät nach dem Wirbelzählerprinzip, welches Durchflussmessgerät umfasst: ein Messrohr zum Führen eines Fluids Messrohrs, wobei das Messrohr eine einlaufseitige Öffnung in einer einlaufseitigen Stirnfläche des Durchflussmessgerätes und eine auslaufseitige Öffnung in einer auslaufseitigen Stirnfläche des Messgerätes aufweist, zwischen denen sich das Messrohr in axialer Richtung erstreckt; einen Staukörper, der in dem Messrohr angeordnet ist, wobei der Staukörper dazu dient, eine Karmansche

Wirbelstraße mit durchflussabhängiger Wirbelfrequenz zu verursachen, wenn das Messrohr von einem Fluid durchströmt wird; mindestens einen Wirbeldetektor zum Erfassen von Wirbeln der Wirbelstraße und zum Bereitstellen von wirbelabhängigen Signalen; eine Auswertungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, anhand der Signale eine Wirbelfrequenz und in Abhängigkeit der Wirbelfrequenz einen Durch- flussmesswert zu bestimmen; wobei das Durchflussmessgerät zwischen dem Wir- beldetektor und der auslaufseitigen Stirnfläche des Durchflussmessgerätes eine Drossel aufweist, welche den Strömungsquerschnitt des Messrohrs ringförmig verengt; wobei eine Differenz zwischen dem statischen Druck an der einlaufseitigen Stirnfläche und dem statischen Druck an einer axialen Position auf halbem Abstand zwischen dem Staukörper und der Drossel nicht mehr als zwei Drittel, insbesondere nicht mehr als die Hälfte der Differenz zwischen dem statischen Druck an der ein- laufseitigen Stirnfläche und dem statischen Druck hinter der Drossel an der auslauf- seitigen Stirnfläche beträgt.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Medium einen Dampfdruck auf, wobei der der statische Druck an der axialen Position auf halbem Abstand zwischen dem Staukörper und der Drossel nicht weniger als das Anderthalbfache des Dampf- drucks des Mediums beträgt. In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die Differenz zwischen dem sta- tischen Druck an der einlaufseitigen Stirnfläche und dem statischen Druck an der auslaufseitigen Stirnfläche beträgt nicht weniger als 20% des statischen Drucks an der auslaufseitigen Stirnfläche.

In einer Weiterbildung betrifft die Erfindung Messrohre und Durchflussmess- geräte für Abfüllanlagen für die Abfüllung von Getränken und fließfähigen Lebens- mitteln.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten

Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : Einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes Ausfüh- rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts in Aufsicht;

Fig. 2: Einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh- rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts in Seitenansicht; und

Fig. 3: Einen schematischen Längsschnitt durch ein drittes Ausfüh- rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1 umfasst ein Messrohr 10 welches einlaufseitig einen ersten Flansch 1 1 und auslaufseitig einen zweiten Flansch 12 zum Einbau in eine Rohrlei- tung. Das Messrohr 10 weist einlaufseitig einen ersten ersten zylindrischen Abschnitt 13 mit einem ersten Innendurchmesser d1 und einen auslaufseitig einen zweiten zy- lindrischen Abschnitt 14 mit einem zweiten Innendurchmesser d2 auf, wobei der Übergang zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt und dem zweiten Abschnitt als radiale Stufe bzw. radialer Sprung gestaltet ist. Das Durchflussmessgerät 1 weist weiterhin einen im ersten zylindrischen Abschnitt 13 angeordneten Staukörper 15 auf, der sich senkrecht zur Längsachse des Messrohrs 10 durch das Messrohr erstreckt, um eine Kärmänsche Wirbelstraße ein einem das Messrohr 10 durchströmende Medium zu erzeugen. In Strömungsrichtung unterhalb des Staukörpers 15 weist das Durchflussmessgerät 1 einen Wirbeldetektor in Form einer Sensorfahne 16 auf, die von der Messrohrwand in das Messrohr hineinragt. Der Staukörper 15 und die

Sensorfahne 16 sind spiegelsymmtrisch bezüglich einer gemeinsamen Messrohrlängsebene in welcher die Messrohrlängsachse verläuft. Die Sensorfahne 16 ist beispielsweise in einer Membran gelagert, und durch die Wirbel bedingten Auslenkungen der Sensorfahne werden beispielsweise mittels (hier nicht darge- stellter) (piezo-)resistiven bzw. piezoelektrischen Sensoren oder kapazitiver

Sensoren, insbesondere mit einem Differential kondensator erfasst, wobei deren Signale von einer Auswertungseinheit verarbeitet werden um eine durchflussab- hängige Wirbelfrequenz zu ermitteln und einen Durchflusswert zu berechnen.

Geeignete Halterungen der Sensorfahne bzw. Signalauswertungen sind beispiels weise in den Offenlegungsschriften DE10 2013 013 476 A1 , DE 10 2013 105 363 A1 und WO 1998 031 988 A1 beschrieben.

Die oben erwähnte Reduzierung des Durchmessers zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt 13 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 14 erzielt eine Drosselwirkung, die bedingt, dass in einem strömenden Medium der statische Druck im ersten zylindrischen Abschnitt 13 im Bereich der Sensorfahne 16 auf einem höheren Niveau gehalten wird als der statische Druck in einer auslaufseitig an das Messrohr anschließenden Rohrleitung welche den Durchmesser des ersten Rohr- leitungsabschnitts aufweist. Auf diese Weise kann der statische Druck im Bereich der Sensorfahne 16 trotz eines durch das Messprinzip bedingten Druckabfalls am Stau- körper 15 noch auf einem höheren Niveau gehalten werden, insbesondere oberhalb des Dampfdrucks einer Komponente eines im Rohr strömenden Mediums. Auf diese Weise wird das Ausgasen der Komponente bzw. Kavitation verhindert, wodurch eine Messung weiterhin möglich eine Beschädigung des Durchflussmessgerätes 1 ver- mieden wird, obwohl beispielsweise in einer auslaufseitig an das Messrohr 10 an- schließenden Rohrleitung mit dem ersten Durchmesser bzw. dem Durchmesser einer einlaufseitigen Rohrleitung der Dampfdruck unterschritten würde. Der Durchmesser- sprung zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt und dem zweiten zylindrischen Abschnitt kann im Verhältnis zum Staukörper 15 so gestaltet sein, dass eine Diffe- renz zwischen dem statischen Druck an der einlaufseitigen Stirnfläche und dem statischen Druck an einer axialen Position auf halbem Abstand zwischen dem Stau- körper 15 und der Drossel 14 nicht mehr als zwei Drittel, insbesondere nicht mehr als die Hälfte der Differenz zwischen dem statischen Druck an der einlaufseitigen Stirn fläche und dem statischen Druck an der auslaufseitigen Stirnfläche hinter der Drossel beträgt, wenn dort wieder eine Rohrleitung mit dem ersten Durchmesser

angeschlossen ist. Das in Fig. 2 dargestellte, zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä- ßen Durchflussmessgeräts 100 umfasst ein Messrohr 1 10 welches einlaufseitig einen ersten Flansch 1 1 1 und auslaufseitig einen zweiten Flansch 1 12 zum Einbau in eine Rohrleitung. Das Messrohr 1 10 weist einen zentralen ersten zylindrischen Ab- schnitt 1 13 mit einem ersten Innendurchmesser und auslaufseitig einen zweiten zylindrischen Abschnitt 1 14 mit einem zweiten Innendurchmesser auf, wobei der Übergang zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt und dem zweiten Abschnitt als radiale Stufe bzw. radialer Sprung gestaltet ist. Dem ersten zylindrischen Ab- schnitt 1 13 ist einlaufseitig noch ein konischer Abschnitt 1 18 vorgeschaltet, der den Durchmesser des Messrohrs stetig von einem Durchmesser einer einlaufseitig anzu- schließenden Rohrleitung auf den Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 1 13 reduziert um die Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums zu erhöhen. Diese Durchmesserreduktion sollte mit möglichst geringem Energieverlust für das strömen- de Medium erfolgen. Das Durchflussmessgerät 100 weist weiterhin einen im ersten zylindrischen Abschnitt 1 13 angeordneten Staukörper 1 15 auf, der sich senkrecht zur Längsachse des Messrohrs 1 10 durch das Messrohr erstreckt, um eine Kärmänsche Wirbelstraße ein einem das Messrohr 1 10 durchströmende Medium zu erzeugen.

Das Messrohr 1 10 weist zwei membranartig verdünnte Wandbereiche auf, die als Membranen von Drucksensoren 1 16, 1 17 mit elektrischen Wandlern dienen, wobei die Membranen unterschiedlich von der Kärmanschen Wirbelstraße beeinflusst werden. Die Drucksensoren 1 16, 1 17 bilden gemeinsam einen Wirbeldetektor, wobei eine Fluktuation der Differenz ihrer Sensorsignale von einer Betriebs- und

Auswerteschaltung 120 ausgewertet wird, um eine Wirbelfrequenz und damit den Durchfluss zu bestimmen.

Die oben erwähnte Reduzierung des Durchmessers zwischen dem ersten zy- lindrischen Abschnitt 1 13 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 1 14 erzielt eine Drosselwirkung, die bedingt, dass in einem strömenden Medium der statische Druck im ersten zylindrischen Abschnitt 1 13 im Bereich der Membranen der Drucksensoren 1 16, 1 17 auf einem höheren Niveau gehalten wird als der statische Druck in einer auslaufseitig an das Messrohr anschließenden Rohrleitung, welche den Durchmes- ser des Messrohrs an der einlaufseitigen Stirnfläche aufweist. Auf diese Weise kann der statische Druck im Bereich der Membranen der Drucksensoren 1 16, 1 17 trotz eines durch das Messprinzip bedingten Druckabfalls am Staukörper 15 beispiels- weise noch oberhalb des Dampfdrucks einer Komponente eines im Rohr strömenden Mediums gehalten werden.

Das in Fig. 3 dargestellte, dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä- ßen Durchflussmessgeräts 200 umfasst ein Messrohr 210 welches einlaufseitig einen ersten Flansch 21 1 und auslaufseitig einen zweiten Flansch 212 zum Einbau in eine Rohrleitung. Das Messrohr 210 weist einen zentralen zylindrischen Abschnitt 213 mit einem ersten Innendurchmesser. Dem zylindrischen Abschnitt 213 ist ein- laufseitig ein konischer Abschnitt 218 vorgeschaltet, der den Durchmesser des Mess- rohrs stetig von einem Durchmesser einer einlaufseitig anzuschließenden Rohrlei- tung auf den Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 213 reduziert, um die Geschwindigkeit des strömenden Mediums zu erhöhen. Dem zylindrischen Abschnitt 213 ist auslaufseitig noch ein konischer Abschnitt 219 nachgeschaltet, der den Durchmesser des Messrohrs 210 in Richtung der auslaufseitigen Stirnfläche stetig anwachsen lässt, wobei das Messrohr 210 an der auslaufseitigen Stirnfläche eine ringscheibenförmige Drossel 214 aufweist, deren Innendurchmesser gegenüber dem angrenzenden Durchmesser des konischen Abschnitts sprungartig reduziert ist, insbesondere auf den Durchmesser des zentralen zylindrischen Abschnitts 213.

Das Durchflussmessgerät 200 weist weiterhin einen im ersten zylindrischen Abschnitt 213 angeordneten Staukörper 215 auf, der sich senkrecht zur Längsachse des Messrohrs 210 durch das Messrohr erstreckt, um eine Kärmänsche Wirbelstraße ein einem das Messrohr 210 durchströmende Medium zu erzeugen. Das Messrohr 210 weist zwei membranartig verdünnte Wandbereiche auf, die als Membranen von Drucksensoren 216, 217 mit elektrischen Wandlern dienen, wobei die Membranen unterschiedlich von der Kärmanschen Wirbelstraße beeinflusst werden. Die Druck- sensoren 216, 217 bilden gemeinsam einen Wirbeldetektor, wobei eine Fluktuation der Differenz ihrer Sensorsignale von einer Betriebs- und Auswerteschaltung 120 ausgewertet wird, um eine Wirbelfrequenz und damit den Durchfluss zu bestimmen.

Der Durchmessersprung an der ringscheibenförmigen Drossel 214 bewirkt, dass in einem strömenden Medium der statische Druck im zentralen zylindrischen Abschnitt 213 im Bereich der Membranen der Drucksensoren auf einem höheren Ni- veau gehalten wird als der statische Druck in einer auslaufseitig an das Messrohr an- schließenden Rohrleitung welche den Durchmesser an der einlaufseitigen Stirnfläche aufweist. Auf diese Weise kann der statische Druck am Ort der Drucksensoren trotz eines durch das Messprinzip bedingten Druckabfalls am Staukörper 215 noch auf einem höheren Niveau gehalten werden, insbesondere oberhalb des Dampfdrucks einer Komponente eines im Rohr strömenden Mediums.