Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines magnetisch-induktiven

Durchflussmessgeräts zur Messung des Volumendurchflusses bzw. der Durchflussgeschwindigkeit eines durch ein Messrohr strömenden Mediums sowie ein solches Durchflussmessgerät.

Typische magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen ein Messrohr zum Führen eines Mediums, ein Magnetsystem zum Erzeugen eines Magnetfelds, welches senkrecht zum Messrohr steht, und ein Paar Messelektroden zum Erfassen einer im Medium durch das Magnetfeld induzierten, durchflussabhängigen elektrischen Spannung auf. Das magnetisch-induktive

Messprinzip wird schon seit langer Zeit für Durchflussmessungen verwendet, wobei entsprechende magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bereits eine Vielzahl an Verbesserungen und

Weiterentwicklungen durchlaufen haben. So schlägt die Schrift DE102014106567A1 ein

Schnellmontagesystem zur schnellen Montage zweiter Teilmagnetsysteme eines Magnetsystems an einem Messrohr eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts vor. Dies ist jedoch hinsichtlich der Montagepräzision sowie hinsichtlich des notwendigen Aufwands mit Nachteilen verbunden, da die Teilmagnetsysteme über zwei gebogene Segmente zusammengeführt und gehalten werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Magnetsystem vorzuschlagen, welches sich einfach und präzise auf einem Messrohr eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts montieren lässt, Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenhalterung eines

Spulensystems eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 7.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Spulenhalterung eines Spulensystems eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts mittels eines Gussverfahrens mit zwei in einem Kunststoffguss vergossene Spulenkerne, welche Spulenkerne jeweils eine erste Längsachse aufweisen, umfasst folgende Schritte:

Bereitstellen und Positionieren einer Gussform mit einem Gussvolumen sowie der beiden

Spulenkerne, wobei jeder Spulenkern zwei Stirnflächen sowie eine Mantelfläche aufweist, wobei die Stirnflächen eines jeden Spulenkerns die jeweilige erste Längsachse vorzugsweise orthogonal schneiden, wobei die Mantelfläche einen Mittenbereich und zwei den Mittenbereich eingrenzende Außenbereiche aufweist, wobei das Gussvolumen in jeweils einem Spulenbereich die Mittenbereiche vollständig umgrenzt, wobei die Außenbereiche sowie die Stirnflächen vorzugsweise außerhalb des Gussvolumens sind; Ausfüllen des Gussvolumens mittels eines Kunststoffs;

Aushärten lassen oder Aushärten des Kunststoffs;

Entfernen der Gussform vom Kunststoff guss, wobei das Gussvolumen zusammenhängend ist.

Insbesondere ist das Gussverfahren ein Spritzgussverfahren, wobei das Spritzgussverfahren beispielsweise ein Thermoplast- Spritzgussverfahren oder ein Duroplast- Spritzgussverfahren sein kann.

Der Kunststoff weist dabei vorteilhafterweise zumindest eines der folgenden Materialien auf:

Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphtalamid (PPA), Polyamid (PA).

Insbesondere ist der Kunststoff hochtemperaturbeständig.

In einer Ausgestaltung sind die ersten Längsachsen der Spulenkerne gleich, wobei jeder Spulenkern eine innere Stirnfläche aufweist, welche innere Stirnfläche zum jeweils anderen Spulenkern gerichtet ist, wobei die inneren Stirnflächen einen Zwischenbereich aufspannen, welcher Zwischenbereich zumindest teilweise, insbesondere in einem Zentralbereich frei von Kunststoffguss ist, wobei in einer die ersten Längsachsen enthaltenden ersten Ebene der Kunststoffguss eine

Einbuchtung aufweist, welche Einbuchtung den Zwischenraum umgreift und eine offene Seite der Spulenhalterung definiert, wobei in einer die ersten Längsachsen enthaltenden, senkrecht zur ersten Ebene stehenden zweiten Ebene der Kunststoffguss nicht zusammenhängend ist.

In einer Variante können die inneren Stirnflächen von Kunststoff überspritzt sein, wodurch die Spulenkerne geringere Anforderungen an Fertigungstoleranzen einhalten müssen, was jedoch messtechnische Nachteile nach sich zieht, da durch eine Kunststoffüberspritzung der inneren Stirnflächen ein höherer magnetischer Widerstand und somit eine verminderte Signalstärke verursacht wird. In einer Ausgestaltung ist die Spulenhalterung über die offene Seite auf ein Messrohr eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerats aufschiebbar, wobei der Kunststoffguss zumindest ein erstes Eingriffsmittel und/oder zumindest einen ersten Halt für ein zweites Eingriffsmittel des Messrohrs aufweist, mit welchem ersten Eingriffsmittel bzw. ersten Halt eine formschlüssige Verbindung mit dem Messrohr herstellbar ist.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren ein Bereitstellen und Positionieren einer ersten Spulenkontaktierung sowie einer zweiten Spulenkontaktierung, welche Spulenkontaktierungen dazu eingerichtet sind, die Spulen an eine Spannungsversorgung anzuschließen.

Die Spannungsversorgung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerats ist Teil einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung und beaufschlagt die Spulen mit einer Spannung, welche typischerweise in regelmäßigen Abständen ihre Polarität ändert, was eine Änderung einer

Flussrichtung eines Spulenstroms und somit eine Änderung einer Richtung des Magnetfelds zur Folge hat.

In einer Ausgestaltung weist der Spulenkern im Mittenbereich eine geringere Querschnittsfläche auf, als in den Außenbereichen.

In einer Ausgestaltung umfasst das Bereitstellen der Spulenkerne ein Herstellen der Spulenkerne durch ein Metallpulverspritzgussverfahren, Sintern, Gießen, Fräsen oder Drehen, wobei jeder Spulenkern einstückig ist, wobei die insbesondere Spulenkerne Gleichteile sind.

Ein Erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung der

Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Volumenstroms eines durch ein Messrohr fließenden Mediums umfasst:

Ein Messrohr mit einer Messrohrachse; ein Magnetsystem zum Erzeugen eines Magnetfelds, welches Magnetfeld senkrecht zur

Messrohrachse steht, wobei das Magnetsystem ein Spulensystem mit einer Spulenhalterung nach einem der vorigen Ansprüche sowie zwei Spulen umfasst, welche Spulen in jeweils einem Spulenbereich an der Spulenhalterung befestigt sind; ein Paar Messelektroden zum Erfassen einer im Medium durch das Magnetfeld induzierten, durchflussabhängigen Spannung; eine elektronisch Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben des Magnetsystems sowie der

Messelektroden und zum Bereitstellen einer durchflussabhängigen Messgröße, wobei das Messrohr eine Führung aufweist, welche Führung dazu eingerichtet ist, ein präzises seitliches Aufschieben der Spulenhalterung auf das Messrohr zu gewährleisten.

In einer Ausgestaltung weist das Messrohr zumindest ein zweites Eingriffsmittel und/oder zumindest einen zweiten Halt für das erste Eingriffsmittel der Spulenhalterung auf, mittels welchem zweiten Eingriffsmittel bzw. zweiten Halt eine formschlüssige Verbindung mit der Spulenhalterung hergestellt ist.

In einer Ausgestaltung sind die Spulen um jeweils einen Spulenkern der Spulenhalterung herumgewickelt.

In einer Ausgestaltung weist die Spulenhalterung eine erste Spulenkontaktierung sowie eine zweite Spulenkontaktierung auf, welche Spulenkontaktierungen dazu eingerichtet sind, die Spulen an eine Spannungsversorgung anzuschließen, wobei jeweils ein erstes Ende eines Spulendrahts mit der ersten Spulenkontaktierung und ein zweites Ende des Spulendrahts mit der zweiten

Spulenkontaktierung derart verbunden ist, das durch Anlegen einer Spannung über den

Spulenkontaktierungen mittels der Spulen Magnetfelder gleicher Orientierung erzeugbar sind. Insbesondere sind die erste Spule und die zweite Spule mit einem einzigen Spulendraht gewickelt. Dies vermeidet eine ansonsten notwendige Kontaktierung zwischen einem ersten Spulendraht und einem zweiten Spulendraht, welche einen störenden Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des

Magnetsystems hätte.

In einer Ausgestaltung ist das Messrohr mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. In einer Ausgestaltung weist die Spulenhalterung eine Durchführungsöffnung zum Durchführen einer Messelektrode bzw. einer Messelektrodenkontaktierung auf.

In einer Ausgestaltung ist das Messrohr und/oder die Spulenhalterung zumindest aus einem der folgenden Materialien gefertigt:

Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphtalamid (PPA), Polyamid (PA). In einer Ausgestaltung weist jeder Spulenkern einen inneren Polschuh und einen äußeren Polschuh auf, wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät eine Feldrückführung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen den Spulen zu leiten, wobei der innere Polschuh dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld im Messrohr zu auszugestalten, und wobei der äußere Polschuh dazu eingerichtet ist, eine magnetische Verbindung mit der Feldrückführung herzustellen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Fig. 1 beschreibt die Verfahrensschritte einer Variante eines Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Spulenhalterung; und Fig. 2 skizziert einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spulenhalterung; und

Fig. 3 skizziert einen Querschnitt durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einer erfindungsgemäßen Spulenhalterung; und

Fig. 4 skizziert einen Längsschnitt durch das in Fig. 3 dargestellte magnetisch-induktive

Durchflussmessgerät; und Figs. 5 a) und b) skizzieren Befestigungsmechanismen zum Befestigen der Spulenhalterung am Messrohr; und

Fig. 6 skizziert schematisch die Funktionsweise eines beispielhaften erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts.

Fig. 1 beschreibt die Verfahrensschritte einer Variante eines Verfahrens 100 zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Spulenhalterung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 , wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen und Positionieren einer Gussform mit einem Gussvolumen sowie der beiden

Spulenkerne in einem ersten Verfahrensschritt 101 , wobei jeder Spulenkern zwei Stirnflächen sowie eine Mantelfläche aufweist, wobei die Stirnflächen eines jeden Spulenkerns die jeweilige erste Längsachse vorzugsweise orthogonal schneiden, wobei die Mantelfläche einen Mittenbereich und zwei den Mittenbereich eingrenzende Außenbereiche aufweist, wobei das Gussvolumen in jeweils einem Spulenbereich die Mittenbereiche vollständig umgrenzt, wobei die Außenbereiche sowie die Stirnflächen vom Gussvolumen beabstandet sind. Die Gussform kann dabei mehrere Gussformteile aufweisen, wobei Gussformteile nacheinander oder gleichzeitig in Position gebracht werden. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, zuerst zumindest ein erstes Gussteil, dann die Spulenkerne, und dann zumindest ein zweites Gussteil zu positionieren. Somit lassen sich Spulenkerne mit komplexer Geometrie in das Gussvolumen einbinden.

Ausfüllen des Gussvolumens mittels eines Kunststoffs in einem zweiten Verfahrensschritt 102;

Aushärten lassen des Kunststoffs in einem dritten Verfahrensschritt 103; Entfernen der Gussform vom Kunststoff guss in einem vierten Verfahrensschritt 104, wobei die Spulenkerne im Kunststoff guss verbleiben. Fig. 2 skizziert einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spulenhalterung 34, welche Spulenhalterung einen in die Spulenhalterung eingelassenen ersten Spulenkern 33.7 sowie einen in die Spulenhalterung eingelassenen zweiten Spulenkern 33.8 mit jeweils einer ersten Längsachse L1 aufweist. Die Spulenkerne 33.7, 33.8 weisen jeweils eine äußere, dem jeweils anderen Spulenkern abgewandte Stirnfläche 33.1 , eine innere, dem jeweils anderen Spulenkern zugewandte Stirnfläche 33.2 und eine Mantelfläche auf. Die Spulenkerne sind in einem Mittenbereich 33.3 vollständig durch das Gussvolumen bzw. durch den Kunststoffguss umgrenzt. Die Spulenkerne weisen jeweils zwei Außenbereiche 33.4 auf, welche jeweils eine Stirnfläche 33.1 , 33.2 umgrenzen, wobei die

Außenbereiche sowie die Stirnflächen vom Gussvolumen beabstandet sind. Das Vorhandensein der Außenflächen ermöglicht eine saubere magnetische Anbindung einer Feldrückführung 40 des Durchflussmessgeräts an die Spulenkerne.

Die innere Stirnfläche ist Teil eines inneren Polschuhs 33.5 eines Spulenkerns, welcher innere Polschuh dazu eingerichtet ist, ein durch ein Spulensystem 31 erzeugtes Magnetfeld in einem Messrohr 10 des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts auszugestalten, und insbesondere räumlich homogen auszugestalten. Die äußere Stirnfläche 33.2 ist Teil eines äußeren Polschuhs

33.6, welcher dazu eingerichtet ist, die magnetische Verbindung zwischen dem Messrohr 10 und der Feldrückführung 40 des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts herzustellen, wobei die Feldrückführung dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen Spulen des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zu leiten. Ein wesentlicher Aspekt der Spulenhalterung ist ein zusammenhängendes Gussvolumen bzw. ein zusammenhängender Kunststoffguss. Dadurch nehmen die Spulenkerne relativ zueinander eine bis auf Biegebewegungen der Spulenhalterung feststehenden Abstand zueinander ein.

Die Spulenhalterung weist eine Durchführungsöffnung 34.3 für eine Messelektrode 20 bzw. eine Messelektrodenkontaktierung 21 auf. Des Weiteren weist die Spulenhalterung zwei metallische Spulenkontaktierungen 34.5 auf, mittels welcher sich Spulen des magnetisch-induktiven

Durchflussmessgeräts 1 an eine elektrische Spannungsversorgung anschließen lassen, wobei jeweils eine Spule in jeweils einer Spulenaufnahme 34.4 der Spulenhalterung platzierbar ist. Die Spulenaufnahme umgreift dabei den Mittenbereich 33.3 eines Spulenkerns, so dass bei Platzieren bzw. Aufwickeln einer Spule der Spulenkern von Spulenwindungen umgeben ist. Die inneren Stirnflächen 33.2 definieren einen Zwischenbereich ZB, welcher Zwischenbereich frei von Kunststoffguss ist und dazu eingerichtet ist, das Messrohr 10 des Durchflussmessgeräts 1 aufzunehmen. Der Zwischenbereich ist dabei Teil einer Einbuchtung E des Kunststoffguss, wobei eine die ersten Längsachsen enthaltenden erste Ebene die Einbuchtung aufweist, wobei die Einbuchtung den Zwischenraum umgreift und eine offene Seite OS der Spulenhalterung definiert, wobei in einer die ersten Längsachsen enthaltenden, senkrecht zur ersten Ebene stehenden zweiten Ebene der Kunststoffguss nicht zusammenhängend ist. Somit ist die Spulenhalterung 34 über ihre offene Seite OS auf das Messrohr aufschiebbar.

S1 gibt die Lage eines in Figs. 5 a) und b) gezeigten Schnitts wieder.

Fig. 3 skizziert einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät 1 mit einem Messrohr 10, zwei im Messrohr angeordneten Messelektroden 20 mit jeweils einer

Messelektrodenkontaktierung 21 , einer Spulenhalterung 34 gemäß Fig. 2, einer Feldrückführung 40 und mit einer ersten Spule 32.1 , einer zweiten Spule 32.2, welche Spulen in jeweils einer

Spulenaufnahme der Spulenhalterung angeordnet sind. Ein Führungskanal 10.1 des Messrohrs zum Führen eines Mediums kann wie hier gezeigt, in einem die Messelektroden 20 beinhaltenden Querschnitt des Messrohrs eine rechteckige Form aufweisen. Alternativ sind auch runde oder ovale Ausgestaltungen möglich. Die inneren Polschuhe liegen dabei auf einer Außenseite des Messrohrs auf und gewährleisten einen Übergang des Magnetfelds vom Messrohr in den Spulenkern sowie umgekehrt. Die äußeren Polschuhe binden die Feldrückführung 40 magnetisch an die Spulenkerne. Ein Magnetsystem 30 des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts umfasst dabei ein erstes Spulensystem 31 .1 und ein zweites Spulensystem 31 .2 mit jeweils einer Spule 32.1 bzw. 32.2 und jeweils einem in der Spulenhalterung integrierten Spulenkern 33.7 bzw. 33.8. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die in Fig. 2 gezeigten Spulenkontaktierungen nicht gezeigt. Die

Feldrückführungen kann Durchführungsöffnungen zur Durchführung der Spulenkontaktierungen aufweisen. S1 gibt die Lage eines in Figs. 5 a) und b) gezeigten Schnitts wieder. Fig. 4 zeigt einen skizzierten Längsschnitt durch das in Fig. 3 dargestellte Durchflussmessgerät 1 , wobei das Messrohr 10 Führungen 10.4 aufweist mit welchen eine präzise Aufschiebbarkeit der Spulenhalterung 34 auf das Messrohr gewährleistet ist. S1 gibt die Lage eines in Figs. 5 a) und b) gezeigten Schnitts wieder.

Figs. 5 a) und 5 b) zeigen Schnitte S1 durch verschiedene Ausführungsvarianten eines

Befestigungsmechanismus eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zur Befestigung der Spulenhalterung 34 am Messrohr 10, wobei das Messrohr Führungen 10.4 aufweist, mittels welcher Führungen die Spulenhalterung 34 entlang der durch den Pfeil dargestellten Richtung auf das Messrohr aufgeschoben werden kann.

In der durch Fig. 5 a) dargestellten Ausführungsvariante weist die Spulenhalterung 34 erste Eingriffsmittel 34.1 auf, welche wie hier dargestellt hakenförmige Rastnasen sein können und nach Passieren der Führung aufschnappen und sich jeweils an einem zweiten Halt 10.2 der Führung 10.4 einhaken, so dass eine Bewegung der Spulenhalterung 34 entgegen der Aufschieberichtung verhindert wird. In der durch Fig. 5 b) dargestellten Ausführungsvariante weist die Spulenhalterung 34 erste Halte 34.2 auf, in welche zweite Eingriffsmittel 10.3 der Führung 10.4 des Messrohrs eingreifen und eine Bewegung der Spulenhalterung entgegen der Aufschieberichtung verhindern.

Fig. 6 skizziert die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven

Durchflussmessgeräts 1 anhand einer vereinfachten Darstellung, welche das Messrohr 10, im Messrohr angeordnete Messelektroden 20, das Magnetsystem 30 mit zwei Spulensystemen 31 sowie eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zeigt. Das Magnetsystem ist dazu eingerichtet, ein senkrecht zu einer Messrohrachse stehendes Magnetfeld zu erzeugen, siehe vertikaler Doppelpfeil. Das Magnetfeld induziert bei einem durch das Messrohr strömenden Medium eine durchflussabhängige elektrische Spannung, siehe horizontaler Doppelpfeil, welche von den

Messelektroden aufgegriffen und zur elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 70 geleitet wird. Die elektronische Mess-/Betriebsschaltung ist dazu eingerichtet, auf Basis der elektrischen Spannung eine durchflussabhängige Messgröße bereitzustellen und das Magnetsystem zu betreiben.

Bezugszeichenliste

1 magnetisch-induktives Durchflussmessgerat

10 Messrohr

10.1 Führungskanal

10.2 zweiter Halt

10.3 zweites Eingriffsmittel

10.4 Führung

20 Messelektrode

21 Messelektrodenkontaktierung

30 Magnetsystem

31 .1 erstes Spulensystem

31 .2 zweites Spulensystem

32.1 erste Spule

32.2 zweite Spule

33.7 erster Spulenkern

33.8 zweiter Spulenkern

33.1 äußere Stirnfläche

33.2 innere Stirnfläche

33.3 Mittenbereich

33.4 Außenbereich

33.5 innerer Polschuh

33.6 äußerer Polschuh

34 Spulenhalterung

34.1 erstes Eingriffsmittel 34.2 erster Halt

34.3 Durchführungsöffnung

34.4 Spulenaufnahme

34.5 Spulenkontaktierung

70 elektronische Mess-/Betriebsschaltung

100 Herstellungsverfahren

101 erster Verfahrensschritt

102 zweiter Verfahrensschritt

103 dritter Verfahrensschritt

104 vierter Verfahrensschritt

105 fünfter Verfahrensschritt

L1 erste Längsachse

OS offene Seite