Nielsen, Søren (Nydamvej 62, Sottruptræer Øster, Sønderborg, DK-6400, DK)
| 1. | Rohrföriαiger Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser, wobei der rohrförmige Einsatz (6) im Wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, welches zumindest in einem Messabschnitt eine mechanische Verstärkung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Verstärkung ein im Wesentlichen rohrförmiges Formteil (7) aus einem formstabilen Kunststoff auf Polymer Basis vorgesehen ist und dass das rohrförmige Formteil (7) durch ein Press oder Gießverfahren derart in ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes, gummiartiges Material eingebettet ist, dass das gummiartige Material zumindest die Innenseite des rohrförmigen Formteils (7) im Wesentlichen bedeckt . |
| 2. | Rohrförmiger Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden des rohrförmigen Einsatzes je weils ein flanschartig ausgebildeter Endabschnitt (4, 5) vorgesehen ist, wobei zumindest ein Endabschnitt (4, 5) keine mechanische Verstärkung aufweist. |
| 3. | Rohrförmiger Einsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das rohrförmige Formteil (7) im Wesentlichen aus glasfaserverstärktem PPE/PPOKunststoff und das gummiartige Material im Wesentlichen aus dem Gummi NBR oder EPDM besteht. |
| 4. | Rohrförmiger Einsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der glasfaserverstärkte PPE/PPOKunststoff einen Glasfaseranteil zwischen 5% und 10% aufweist. |
| 5. | Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Einsatzes (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen rohrförmiges Formteil (7) aus einem formstabilen Kunststoff auf PolymerBasis durch ein Press oder Gießverfahren vorgefertigt wird und dass das rohrförmige Forrαteil (7) durch ein Press oder Gießverfahren derart in das elektrisch isolierende, guminiartige Material eingebettet wird, dass zumindest die Innenseite des rohrförmigen Form teils (7) durch das elektrisch isolierende, gummiartige Material im Wesentlichen bedeckt wird. |
| 6. | Magnetisch induktiver Durchflussrαesser mit einem rohrförmigen Einsatz (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5. |
Rohrförmiger Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser
Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen rohrförmigen Einsatzes sowie einen Durchflussmesser, der mit einen derartigen rohrförmigen Einsatz versehen ist.
Magnetisch induktive Durchflussmesser nutzen das Faraday'sche Induktionsgesetz zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids. Ein magnetisches Feld wird senkrecht zu der Strömungsrichtung erzeugt. In diesem Magnetfeld erzeugen Ladungen, die mit dem Fluid transportiert werden, eine Spannung senkrecht zu dem Magnetfeld und zu der Durchflussrichtung, die mit Hilfe von Elektroden abgenommen werden kann. Die so ermittelte Messspannung ist proportional zu einer über den Strömungsquerschnitt bestimmten Strömungsgeschwindigkeit. Derartige Durchflussmesser müssen zur Gewährleistung der Messgenauigkeit unabhängig vom jeweils herrschenden Druck des durchströmenden Fluids weitgehend konstante geometrische Abmessungen beibehalten. Diese Druckfestig- keit wird häufig durch ein Messrohr aus Stahl erreicht, durch welches das Fluid strömt. Andererseits darf dieses Messrohr nicht die elektrischen und magnetischen Felder stören, welche das Fluid im Bereich eines Messabschnitts durchsetzen. Aus diesem Grund werden im Messrohr Auskleidungen oder Einsätze verwendet, die typischerweise aus Keramik oder Kunststoffmaterialien hergestellt werden. Diese erfüllen die Forderungen, elektrisch nicht leitend zu sein und das Magnetfeld kaum zu beeinflussen. Gleichzeitig schützen sie die Metallwand des Messrohrs gegen Korrosion. Dabei haben Einsätze aus einem Kunststoffmaterial den Vorteil, dass sie besonders leicht handhabbar sind.
Aus der EP 0 895 066 Al ist ein röhrförmiger Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser bekannt, der aus einem Elastomer, vorzugsweise synthetischem Gummi, als elektrisch isolierendem Material besteht. Damit der rohrförmige Einsatz in seinem Messabschnitt weniger elastisch ist, wurden Bänder aus Stahl in diesem Bereich in das Gummi eingebettet. Im Bereich der beiden Endabschnitte ist keine Verstärkung vorhanden. Darüber, wie die Stahlbänder in das Gummi eingebettet werden, das heißt wie ein verstärkter, rohrförmiger Einsatz hergestellt werden kann, werden in dieser Druckschrift keine Angaben gemacht. Der bekannte Einsatz hat den Nachteil, dass das Gummi auf der Innenseite der Stahlbänder nicht dauerhaft befestigt ist und sich somit die geometrischen Abmessungen des rohrförmigen Einsatzes bei Druckschwan- kungen verändern können.
Aus der US-PS 5, 773 ,723 ist ein magnetisch induktiver Durch- flussmesser mit einem Messrohr bekannt, dessen Innenseite mit Perfluoralkoxy (PFA) ausgekleidet ist. Diese Auskleidung wird in einem Messabschnitt durch ein eingebettetes Metallgitter stabilisiert, damit der Innendurchmesser des Rohres konstant bleibt. Das im Wesentlichen rohrförmige Metallgitter ist durch spiralförmiges Biegen eines Gitterbandes und Verschweißen der aneinanderstoßenden Ränder des Gitterbandes gebildet. An der Außenseite des Gitters sind gleich verteilt über den Rohrumfang mehrere, parallel zur Rohrachse verlaufende Drähte aufgeschweißt. Diese dienen dazu, einen konstanten Abstand zwischen der Innenwand des Messrohres und der Außenseite des Gitters sicherzustellen. Das Gitter wird in das Messrohr eingeschoben und dort durch die aufgeschweißten Drähte zentriert. An den beiden Endseiten wird das rohrförmige Metallgitter mit der Innenseite des Messrohres verschweißt. Das Auskleidungsmaterial aus PFA wird zwischen eine in das Messrohr eingesetzte Spritzform und die Messrohrinnen- wand im Spritzgießverfahren eingefügt, durchfließt dabei die Öffnungen im Metallgitter und füllt den Zwischenraum zwischen dem Gitter und der Innenwand des Messrohres aus, wobei es
eine Lage konstanter Dicke bildet. Die bekannte Auskleidung eines Messrohres hat jedoch den Nachteil, dass ihre Herstellung vergleichsweise aufwendig ist. Zudem ist es schwierig, bei Herstellung des rohrförmigen Metallgitters aus einem spiralförmig gebogenen Metallgitterband konisch verlaufende Rohrenden anzuformen. Konisch verlaufende Rohrenden des Innenquerschnitts werden jedoch häufig bei magnetisch induktiven Durchflussmessern vorgesehen, um im Messabschnitt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und somit eine bessere Mess- genauigkeit zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rohrförmigen Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser zu schaffen, der bei seiner Verwendung in einem Durchflussmesser robust ist und zu einem Durchflussmesser mit dauerhaft guter Messgenauigkeit und vergleichsweise geringen Herstellungskosten führt.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue rohrförmige Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Ein Verfahren zum Herstellen des rohrförmigen Einsatzes ist in Anspruch 5, ein Durchflussmesser mit einem derartigen rohrförmigen Einsatz in Anspruch 6 beschrieben. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein rohrförmiger Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser vollständig außerhalb des Messrohres vorgefertigt werden kann. Ein Formteil aus einem formstabilen Kunststoff auf Polymer-Basis ist bereits zur mechanischen Verstärkung eingebettet. Damit wird in vorteilhafter Weise der Herstellungsaufwand eines Durchflussmessers verringert. Dabei zeichnet sich der rohrförmige Einsatz durch eine dauerhafte Haltbarkeit und geometrische Stabilität aufgrund der mechanischen Verstärkung mit dem Formteil aus einem foriαstabilen Kunststoff aus. Das elek-
trisch isolierende, gummiartige Material wird durch eine sta ¬ bile Verbindung an den Kontaktflächen mit dem Formteil an seinem Platz gehalten. Diese Verbindung kann, falls erforderlich, durch einen auf den Kontaktflächen aufgebrachten Kleb- stoff, der evtl. vernetzend ist, unterstützt werden. Aufgrund des Aufbaus des rohrförmigen Einsatzes bestehen zudem weniger Beschränkungen bezüglich der Auswahl eines geeigneten elektrisch isolierenden, gummiartigen Materials, so dass die Wahl aus einer größeren Vielzahl geeigneter Materialien getroffen werden kann. Das ist von Vorteil, da der mögliche Einsatzbereich eines mit einem derartigen rohrförmigen Einsatz ausgestatteten Durchflussmessers erweitert wird. Auch flexible elektrisch isolierende Materialien können verwendet werden, da die im Messabschnitt gewünschte Stabilität der geometri- sehen Abmessungen durch die mechanische Verstärkung mit dem Formteil aus einem formstabilen Kunststoff zuverlässig erreicht wird. Dabei ist es ohne Weiteres möglich, in einem Press- oder Gießverfahren das Formteil aus formstabilem Kunststoff mit einem konischen Verlauf an seinen Rohrenden zu versehen. Eine besonders günstige Herstellung des rohrförmigen Einsatzes wird dabei erreicht, wenn sowohl das Formteil aus einem formstabilen Kunststoff als auch das elektrisch isolierende, gummiartige Material in einem Press- oder Gießverfahren in demselben Werkzeug hergestellt werden. Dazu wird in derselben Außenform zunächst das Formteil gefertigt und anschließend bei Verwendung einer anderen Innenform die Beschichtung mit einem gummiartigen Material aufgebracht.
Gegenüber der bekannten Verstärkung eines elektrisch isolie- renden Materials mit einem Metall hat die Verwendung eines Formteils aus formstabilem Kunststoff den Vorteil, dass geringere Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften des elektrisch isolierenden Materials gestellt werden, da bereits der Kunststoff auf Polymer-Basis ein guter elektrischer Iso- lator ist. Es ist nämlich nicht immer einfach, die geforderten elektrisch isolierenden Eigenschaften alleine mit einem gummiartigen Material zu erreichen. Das hat zur Folge, dass
eine größere Vielzahl von gummiartigen Materialien zur Verwendung in dem neuen röhrförmigen Einsatz geeignet ist. Dadurch können die Herstellungskosten für den rohrförmigen Einsatz weiter verringert werden.
Als elektrisch isolierendes Material kann vorteilhaft Gummi verwendet werden, das eine gute Elastizität besitzt. Wird der rohrförmige Einsatz an beiden Enden jeweils mit einem Befestigungsflansch versehen und zumindest in einem von beiden keine Verstärkung eingebettet, so kann der rohrförmige Einsatz trotz Flansch in einfacher Weise in ein Messrohr eines Durchflussmessers eingesetzt werden. Zum Einsetzen in das Messrohr des Durchflussmessers wird der flexible Flansch einfach zusammengedrückt und durch das Messrohr geführt. Der mechanisch verstärkte Messabschnitt, der mit dem flexiblen
Flansch verbunden ist, wird vollständig in das Messrohr eingeschoben. Sobald der Flansch durch das Messrohr hindurchgetreten ist, kann er wieder seine ursprüngliche Form annehmen. Der Einsatz ist dann durch die beiden Flansche sicher in dem Messrohr gehalten.
Alternativ ist eine flanschlose Gestaltung des rohrförmigen Einsatzes für ein Stahlrohr und eine Magnetanordnung, die auf der Außenseite des Strahlrohrs befestigt ist, möglich.
Das formstabile Formteil im Wesentlichen aus Glasfaser verstärktem PPE/PPO (Polyphenylenether/Polyphenylenoxid) auszubilden und als gummiartiges Material NBR zu wählen hat den Vorteil, dass kein Klebstoff an den Kontaktflächen erforder- lieh ist, da die beiden Komponenten an der Grenzfläche miteinander reagieren und so eine feste Verbindung herstellen. Zudem ist das Gummi NBR (Nitrile Butadiene Rubber) resistent gegenüber vielen Stoffen und ein damit ausgestattetes Durch- flussmessgerät ist in einem weiten Bereich einsetzbar. Das Gummi EPDM (Ethylene Propylene Diene Rubber) ist ebenso geeignet.
Bei der Ausgestaltung des glasfaserverstärkten PPE/PPO-Poly- merkunststoffs hat sich ein Glasfaseranteil zwischen 5% und 10% als besonders vorteilhaft erwiesen. In dieser Zusammensetzung zeichnet sich das Formteil durch eine besonders hohe Temperaturstabilität aus und ist dabei nur wenig brüchig.
Anhand der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen magnetisch induktiven Durchflussmesser mit teilweisem Längsschnitt.
Gemäß der Figur weist ein magnetisch induktiver Durchfluss- messer ein Messrohr 1 auf, das an seinen beiden Enden mit einem Flansch 2 bzw. einem Flansch 3 zum Einbau in eine Rohrleitung vorgesehen ist. Im oberen Teil der Figur ist der Durchflussmesser zur besseren Anschaulichkeit in einem Längsschnitt gezeichnet. Auf den Außenseiten der beiden Befesti- gungsflansche 2 und 3 liegt jeweils ein flanschartig ausgebildeter Endabschnitt 4 bzw. 5 eines rohrförmigen Einsatzes 6 auf. Die beiden Endabschnitte 4 und 5 bestehen aus flexiblem Gummi. Der rohrförmige Einsatz 6 trägt in einem Messabschnitt, in welchem er durch ein im Wesentlichen rohrförmiges Formteil 7 aus einem glasfaserverstärkten PPE/PPO als formstabiler Kunststoff auf Polymer-Basis mechanisch verstärkt ist, vier Elektroden und zwei Spulen. Davon sind in der Figur lediglich eine Elektrode 8 für Bezugspotential sowie eine Spule 9 sichtbar. Umlaufende Nuten 10 und 11 am Formteil 7 dienen zur Lagesicherung von elektrischen Zuleitungen, die zur Verbindung der Elektroden und der Spulen mit einer An- steuer- und Auswerteeinheit 12 erforderlich sind. Die Zuleitungen sind in der Figur der Anschaulichkeit wegen nicht dargestellt.
Zur Montage des Durchflussmessers wird zunächst ein rohrför- miger Einsatz 6, dessen Herstellung später noch genauer be-
schrieben wird, mit zwei Spulen und den elektrischen Zulei ¬ tungen bestückt. Einer der beiden Endabschnitte 4 und 5, bei ¬ spielsweise der Endabschnitt 4, der keine mechanische Ver ¬ stärkung aufweist, wird zusammengefaltet, so dass er durch den Innenquerschnitt des Messrohrs 1 eingeschoben werden kann. Sobald der bestückte Einsatz 6 vollständig in das Messrohr 1 eingefügt ist, springt der Endabschnitt 4 in seine ursprüngliche Form zurück und der Einsatz 6 wird durch die beiden Endabschnitte 4 und 5, die auf den Außenseiten der Flansche 2 und 3 anliegen, in seiner Position im Messrohr 1 gehalten. Durch Löcher hindurch, die sich im Messrohr 1 befinden, werden die Elektroden, beispielsweise die Elektrode 8, in dem rohrförmigen Einsatz 6 nach dessen Einsetzen in das Messrohr 1 befestigt. Die Hohlräume, die zwischen dem be- stückten Einsatz 6 und dem Messrohr 1 verbleiben, werden durch eine aushärtbare Vergussmasse 15 aufgefüllt. Sobald diese Vergussmasse ausgehärtet ist, ist der Einsatz 6 im Messrohr 1 stabil fixiert. Zusätzlich wird er durch seine Endabschnitte 4 und 5 positioniert, die bei Einbau des Durch- flussmessers in einer Rohrleitung zwischen dem Flansch 2 und dem jeweils gegenüberliegenden Flansch der Rohrleitung bzw. zwischen dem Flansch 3 und einem anderen Flansch der Rohrleitung eingequetscht werden. Zwischen der Magnetspule 9 und dem Einsatz 6 kann ein geerdetes Schirmblech eingefügt werden.
Eine alternative zum dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein rohrförmiger Einsatz für eine flanschlose Ausführung eines Durchflussmessgeräts . Die magnetische Erregeranordnung ist als weitere Alternative auf der Außenseite des Stahlroh- res anbringbar. Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit Gummi als elektrisch isolierendem Material sind alternativ Fluorpolymer oder andere geeignete Materialien verwendbar. Je nach Kombination der Materialien für den rohrförmigen Einsatz 6 kann die Verwendung eines Klebstoffs zur Verbindung der Komponenten Formteil 7 und elektrisch isolierendes, gummiartiges Material auf den Kontaktflächen an der Innenseite des Formteils 7 erforderlich sein. Wegen seiner Formstabili-
tat auch bei starker Temperaturbeanspruchung und seiner geringen Brüchigkeit hat sich glasfaserverstärktes PPE/PPO als Werkstoff für das Formteil 7 als besonders vorteilhaft herausgestellt. Je nach Anforderungen an die Eigenschaften des rohrförmigen Einsatzes kann alternativ zur Verwendung dieses Materials auch ein anderer Kunststoff auf Polymer-Basis zum Einsatz kommen.
Zur Herstellung des rohrförmigen Einsatzes 6 wird zunächst in einer Press- oder Gießform das Formteil 7 aus einem formsta ¬ bilen Kunststoff vorgefertigt. Anschließend wird in einem weiteren Schritt in einem Press- oder Gießverfahren das elektrisch isolierende, gummiartige Material auf die Innenseite des Formteils 7 aufgebracht, so dass der im Wesentlichen rohrförmige Einsatz 6 entsteht. Wenn dabei dieselbe Form verwendet wird, kann das Formteil 7 auch zum Aufbringen des gum- miartigen Materials in der Außenform verbleiben, die bereits zu seiner Herstellung verwendet wurde.