Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung eines Clamp-On-Ultraschall-Messgeräts zur Positionierung mindestens eines Ultraschallwandlers oder eines Werkzeugs an einer medienführenden Rohrleitung, einen an der Positioniervorrichtung einsetzbaren Ultraschallwandler, einen an der Positioniervorrichtung einsetzbaren Werkzeugschlitten und ein solches Clamp-On- Ultraschall-Messgerät.

Clamp-On-Ultraschall-Messgeräte, wie beispielsweise in der DE102016119910A1 gezeigt, weisen Ultraschallwandler auf, welche an einer Außenseite von medienführenden Rohrleitungen befestigt werden. Üblicherweise kommen zur Befestigung solcher Ultraschallwandler beispielsweise Befestigungsgurte oder Befestigungsbänder zum Einsatz. Jedoch ist bei herkömmlichen Lösungen entweder eine Anpresskraft für eine gute Ultraschallsignalkopplung zwischen Ultraschallwandler und Rohrleitung nicht groß genug, oder eine Präzision einer Positionierung der Ultraschallwandler nicht gut genug, so dass eine theoretisch erreichbare Messqualität nur sehr schwer zu erreichen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Messpotential eines Clamp-On-Ultraschall-Messgeräts besser auszuschöpfen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Positioniervorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 , durch einen Werkzeugschlitten gemäß dem unabhängigen Anspruch 10, durch einen Clamp-On- Ultraschallwandler gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 sowie durch ein Clamp-On-Ultraschall- Messgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 15.

Eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung eines Clamp-On-Ultraschall-Messgeräts zur Positionierung mindestens eines Ultraschallwandlers oder eines Werkzeugs an einer medienführenden Rohrleitung mit einer Rohrleitungsachse umfasst zumindest ein Paar Befestigungsschienen eingerichtet zum Positionieren und Befestigen mindestens eines Ultraschallwandlers des zumindest einen Ultraschallwandlers oder eines Werkzeugs zum Bearbeiten einer Außenfläche der Rohrleitung, wobei die Befestigungsschienen dazu eingerichtet sind, parallel zur Rohrleitungsachse ausgerichtet zu werden, wobei ein Paar Befestigungsschienen jeweils eine Schienenebene definieren; zumindest ein Paar Lagervorrichtungen eingerichtet zum Lagern jeweils eines Paars von Befestigungsschienen, wobei die Befestigungsschienen einen Abstand zur Außenfläche der Rohrleitung aufweisen, wobei der Abstand dazu eingerichtet ist, einen Eingriff zwischen Befestigungsschiene und Rohrleitung zu bieten; für jede Lagervorrichtung eines Paars von Lagervorrichtungen jeweils eine Spannvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine der Lagervorrichtungen des zumindest einen Paars von Lagervorrichtungen gegen die Außenfläche der Rohrleitung zu pressen; wobei jede Lagervorrichtung zumindest ein Paar Auflageflächen aufweist, wobei Auflageflächen jedes Paars von Auflageflächen bei positionierter Lagervorrichtung in jeweils einer Querschnittsebene der Rohrleitung liegen.

Auf diese Weise können die Befestigungsschienen präzise ausgerichtet werden und bieten einem Ultraschallwandler jeweils einen Eingriff, so dass er entlang der Schienen sicher und präzise bewegt und positioniert werden kann.

Dadurch kann beispielsweise der Ultraschallwandler an einer vorher durch ein Werkzeug bearbeiteten Stelle einer Wandung der Rohrleitung positioniert und ohne Verkippung angepresst werden.

Das Ultraschall-Messgerät kann beispielsweise ein Messgerät zur Messung einer Schallgeschwindigkeit oder einer Dämpfung des Mediums sein. Dazu kann ein einzelner Ultraschallwandler bereits ausreichend sein. Es kann aber auch ein Durchflussmessgerät sein. In diesem Falle werden üblicherweise ein oder mehrere Paare von Ultraschallwandlern verwendet, um ein Laufzeit- oder Laufzeitdifferenzenmessprinzip umzusetzen.

Der Abstand beträgt beispielsweise mindestens 2 Millimeter und bevorzugt mindestens 5 Millimeter.

In einer Ausgestaltung ist die jeweils Spannvorrichtung dazu eingerichtet, eine Anpresskraft von jeweils mindestens 500 Newton, und insbesondere mindestens 800 Newton und bevorzugt mindestens 1000 Newton zu erzeugen.

Auf diese Weise kann der mindestens eine Ultraschallwandler mit hoher Anpresskraft befestigt werden.

In einer Ausgestaltung weist die Spannvorrichtung eine Kompensationsvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, temperaturschwankungsbedingte Änderungen von Rohrleitungsabmessungen zumindest teilweise zu kompensieren.

Auf diese Weise kann eine Anpresskraft der Spannvorrichtung weitgehend konstant oder zumindest ausreichend hoch gehalten werden, um die Ultraschallwandler sicher zu halten. Dies begünstigt eine Langzeitstabilität einer Ultraschallwandlerpositionierung.

In einer Ausgestaltung weist die Spannvorrichtung jeweils zumindest ein Spannelement wie beispielsweise ein Band, eine Kette oder ein Gurt auf, welches mindestens eine Spannelement dazu eingerichtet ist, zwecks Aufbaus einer Anpresskraft gegen eine Kontervorrichtung zu wirken. Die Kontervorrichtung kann beispielsweise die Rohrleitung oder eine auf einer gegenüberliegenden Seite der Rohrleitung befindliche Spannvorrichtung sein.

In einer Ausgestaltung ist das Spannelement dazu eingerichtet, die Rohrleitung zu umgreifen und an einer Lagervorrichtung befestigt zu werden und zumindest eine der Lagervorrichtungen gegen die Außenfläche der Rohrleitung zu pressen.

In einer Ausgestaltung weist die Positioniervorrichtung zwei Paar Befestigungsschienen auf, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Rohrleitung angeordnet sind, wobei die Positioniervorrichtung zwei Paar Lagervorrichtungen aufweist, wobei jeweils ein Paar der Lagervorrichtungen dazu eingerichtet ist, jeweils ein Paar Befestigungsschienen zu lagern, wobei jeweils eine Spannvorrichtung dazu eingerichtet ist, zwei Lagervorrichtungen verschiedener Paare Lagervorrichtungen gegeneinander zu spannen.

In einer Ausgestaltung weist jede Lagervorrichtung zumindest ein rotatorisch bewegliches Element auf, wobei eine Rotationsachse jedes rotatorischen Elements bei positionierter Lagervorrichtung parallel zur Rohrleitungsachse verläuft, wobei das Spannelement auf dem mindestens einen rotatorisch beweglichen Element gelagert ist.

Auf diese Weise können Asymmetrien in Spannkräften des Spannelements kompensiert werden.

In einer Ausgestaltung sind die Befestigungsschienen sowie die Lagervorrichtungen jeweils aus einem Metall wie beispielsweise Stahl oder insbesondere einem rostfreien Stahl hergestellt sind.

Ein erfindungsgemäßer Werkzeugschlitten für ein Werkzeug zum Bearbeiten einer Außenwand einer Rohrleitung ist dazu eingerichtet, an einem Paar Befestigungsschienen einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung gelagert zu werden, wobei der Werkzeugschlitten zumindest drei Positionierlager, insbesondere Roll- oder Gleitlager aufweist, wobei jeder Befestigungsschiene zumindest eines der Positionierlager zugeordnet ist, und wobei die Positionierlager eine erste Lagerebene definieren, wobei der Werkzeugschlitten eine Werkzeugmontiervorrichtung zur Montage des Werkzeugs aufweist.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeugschlittens kann beispielsweise eine Fräse dazu genutzt werden, eine Außenfläche der Rohrleitung zu glätten. Da die Befestigungsschienen eine Position des Werkzeugschlittens sowie eines Ultraschallwandlers entlang einer Rohrleitungsachse definieren, kann nach Bearbeitung der Außenfläche ein Clamp-On-Ultraschallwandler präzise und ohne Verkippung auf der bearbeiteten Außenfläche positioniert werden. In einer Ausgestaltung weist der Werkzeugschlitten zumindest ein Sicherheitslager, insbesondere Roll- oder Gleitlager auf, welches in einer zweiten Lagerebene senkrecht zur ersten Lagerebene und parallel zu den Befestigungsschienen angeordnet ist und einen Abstand von insbesondere mindestens 5 mm zur ersten Lagerebene aufweist, wobei das zumindest eine Sicherheitslager sicher und robust auf einer der Befestigungsschienen positionierbar ist.

Auf diese Weise kann ein Abrutschen des Werkzeugschlittens bei senkrechter Ausrichtung der Schienenebene sowie waagerechter Ausrichtung der Befestigungsschienen verhindert werden. Da das Sicherheitslager einen 90°-Winkel zu den Positionierlagern angeordnet ist, bietet das Sicherheitslager einen Halt gegenüber der zugehörigen Befestigungsschiene. Es kann somit an eine Schiene gehängt werden und wird durch eine andere Schiene gegen seitliches Verkippen gestützt.

Ein erfindungsgemäßer Clamp-On-Ultraschallwandler eingerichtet für eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung umfasst ein Wandlerelement zum Erzeugen und Erfassen von Ultraschallsignalen; einen Koppelkörper zum Übertragen von Ultraschallsignalen zwischen Rohrleitung und Wandlerelement; eine Ultraschallwandlermontiervorrichtung zur Montage an der Positioniervorrichtung;

In einer Ausgestaltung weist die Ultraschallwandlermontiervorrichtung ein Eingriffsmittel für jede Befestigungsschiene auf, mittels welchen Eingriffsmitteln der Clamp-On-Ultraschallwandler parallel zu den Befestigungsschienen verschiebbar ist, und senkrecht zur Schienenebene fest lagerbar ist.

In einer Ausgestaltung weisen die Eingriffsmittel jeweils eine Einbuchtung auf, welche dazu eingerichtet sind, die jeweilige Befestigungsschiene aufzunehmen und entlang eines Umfangs der Befestigungsschiene abschnittsweise zu umgreifen, wobei die Einbuchtungen räumlich gleichgerichtet orientiert sind.

Ein erfindungsgemäßes Clamp-On-Ultraschall-Messgerät umfasst eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche; zumindest einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler, insbesondere mindestens ein Paar Ultraschallwandler, wobei jeder Ultraschallwandler eine Ultraschallwandlermontiervorrichtung zur Montage an der Positioniervorrichtung aufweist; eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben des zumindest einen Ultraschallwandlers, zum Auswerten von Messsignalen des zumindest einen Ultraschallwandlers und zu Bereitstellen von Messwerten mindestens einer Messgröße wie beispielsweise Durchfluss oder Schallgeschwindigkeit eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Fig. 1 a) zeigt eine Schrägansicht eines beispielhaften erfindungsgemäßen Clamp-On-Ultraschall- Messgeräts mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung.

Fig. 1 b) zeigt eine weitere Ausgestaltung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Clamp-On- Ultraschall-Messgeräts.

Fig. 2 a) zeigt eine Schrägansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Lagervorrichtung einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung.

Fig. 2 b) zeigt einen Schnitt durch die in Fig. 2 a) gezeigte Lagervorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ultraschallwandlermontiervorrichtung.

Figs. 4 a) und 4 b) skizzieren einen beispielhaften erfindungsgemäßen Werkzeug sch litten.

Fig. 1 a) zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Clamp-On-Ultraschall-Messgerät 1 mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 10. Clamp-On-Ultraschallwandler 20 sind an einer Außenfläche 52 einer medienführenden Rohrleitung 50 befestigt und dazu eingerichtet Ultraschallsignale in die Rohrleitung einzustrahlen und zu empfangen. Eine elektronische Mess- /Betriebsschaltung 30 ist dazu eingerichtet, die Ultraschallwandler 20 zu betreiben und Messsignale der Ultraschallwandler zwecks Erstellung von Messwerten zu einer Messgröße auszuwerten. Das Ultraschall-Messgerät kann dabei beispielsweise zur Messung eines Durchflusses oder einer Schallgeschwindigkeit beispielsweise mittels Laufzeit- oder Laufzeitdifferenzenmessung des in der Rohrleitung befindlichen Mediums eingerichtet sein. Die Positioniervorrichtung 10 weist wie hier beispielhaft gezeigt zwei Befestigungsschienen 11 auf, welche parallel zu einer Rohrleitungsachse 51 orientiert sind und eine Schienenebene definieren. Die Befestigungsschienen werden an ihren Enden jeweils durch eine Lagervorrichtung 12 gelagert, wobei zwischen der Außenfläche 52 und den Schienen jeweils ein Abstand eingerichtet ist. Auf diese Weise kann ein Eingriffsmittel (siehe Fig. 3) einer Ultraschallwandlermontiervorrichtung 23 in einen Eingriff 13 zwischen Rohrleitung und Befestigungsschiene 11 eingreifen, so dass der Ultraschallwandler 20 vor einer Fixierung entlang den Befestigungsschienen sicher und präzise ohne Verkippungsgefahr geführt werden kann. Eine Spannvorrichtung 14 umgreift mittels eines Spannelements 14.2 Rohrleitung und jeweils eine Lagervorrichtung 12 und bewirkt eine Anpresskraft auf die Lagervorrichtung. Das Spannelement kann beispielsweise mittels eines Bandschlosses oder ähnlichem zu einer Schlaufe bzw. zu einem geschlossenen Band zusammengefügt sein. In einer Ausgestaltung bewirkt die Spannvorrichtung jeweils eine Anpresskraft von mindestens 100 Newton, und insbesondere mindestens 800 Newton und bevorzugt mindestens 1000 Newton. Auf diese Weise können die Ultraschallwandler mittels der Ultraschallwandlermontiervorrichtung mit einer ausreichend hohen Anpresskraft gegen die Rohrleitung gepresst werden.

Die Befestigungsschienen 11 , welche über die Lagervorrichtungen fixiert sind, bieten ihrerseits einen Halt für die Ultraschallwandlermontiervorrichtung.

Ein Ultraschallwandler 20 weist dabei einen Koppelkörper 22 und ein Wandlerelement 21 auf, welches Wandlerelement dazu eingerichtet ist, Ultraschallsignale zu erzeugen und zu erfassen. Der Koppelkörper ist dazu eingerichtet, die Ultraschallsignale zwischen Rohrleitung und Wandlerelement zu leiten und akustisch zu koppeln.

Fig. 1 b) zeigt ein weiteres beispielhaftes erfindungsgemäßes Clamp-On-Ultraschall-Messgerät, bei welchem auf zwei Rohrleitungsseiten Ultraschallwandler angeordnet sind, wobei zwei Paar Befestigungsschienen 11 auf gegenüberliegenden Rohrleitungsseiten angeordnet sind und durch zwei Paar Lagervorrichtungen 12 gelagert werden. Jeweils eine Spannvorrichtung 14 ist dazu eingerichtet, zwei Lagervorrichtungen verschiedener Paare Lagervorrichtungen gegeneinander zu spannen.

Die Anzahl der hier gezeigten Ultraschallwandler sowie ihre Anordnung sind rein beispielhaft.

Erfindungswesentlich ist die Einrichtung einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung zwecks sauberer und präziser Positionierung der Ultraschallwandler.

Fig. 2 a) und b) zeigen eine beispielhafte erfindungsgemäße Lagervorrichtung 12 zum Lagern von jeweils einem Ende zweier Befestigungsschienen 11 eines Paars Befestigungsschienen in einer Schrägansicht und in einem Schnitt. Die Lagervorrichtung weist beispielhaft zwei Paare Auflageflächen 12.1 auf, wobei Auflageflächen jedes Paars von Auflageflächen bei positionierter Lagervorrichtung in jeweils einer Querschnittsebene der Rohrleitung liegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Befestigungsschienen parallel zu einer Rohrleitungsachse verlaufen. Die Lagervorrichtung kann wie hier beispielhaft gezeigt, eine Kompensationsvorrichtung 12.4 aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, temperaturschwankungsbedingte Änderungen von Rohrleitungsabmessungen zumindest teilweise zu kompensieren. Dabei kann beispielsweise ein Federmechanismus unter Vorspannung das Spannelement auf einer Sollspannung halten. Die Lagervorrichtung kann wie hier beispielsweise gezeigt zur Lagerung des Spannelements ein rotatorisch bewegliches Element 12.2 aufweisen, so dass eine asymmetrische Spannungsverteilung im Spannelement vermieden werden kann. Kompensationsvorrichtung und Lagervorrichtung können unabhängig voneinander eingerichtet sein. Eine Rotationsachse des rotatorisch beweglichen Elements ist in montiertem Zustand dabei parallel zur Rohrleitungsachse.

Fig. 3 zeigt eine Schrägansicht auf eine beispielhafte erfindungsgemäße Ultraschallwandlermontiervorrichtung 23, welche dazu eingerichtet ist, einen Koppelkörper 22 des Clamp-On-Ultraschallwandlers mittels eines Befestigungsmittels 23.2 gegen die Rohrleitung zu pressen. Die Ultraschallwandlermontiervorrichtung 23 weist dabei Eingriffsmittel 23.1 auf, welche dazu eingerichtet sind, in den Eingriff 13 (siehe Fig. 1) zwischen Befestigungsschiene und Rohrleitung einzugreifen. Auf diese Weise ist der Clamp-On-Ultraschallwandler parallel zu den Befestigungsschienen verschiebbar, und senkrecht zur Schienenebene fest lagerbar.

Wie hier gezeigt können die Eingriffsmittel 23.1 jeweils eine Einbuchtung 23.11 aufweisen, welche dazu eingerichtet sind, die jeweilige Befestigungsschiene 11 aufzunehmen und entlang eines Umfangs der Befestigungsschiene abschnittsweise zu umgreifen, wobei die Einbuchtungen räumlich gleichgerichtet orientiert sind. So lässt sich die Ultraschallwandlermontiervorrichtung einfach und sicher einrichten.

Fig. 4 a) skizziert einen beispielhaften erfindungsgemäßen Werkzeugschlitten 40 für ein Werkzeug 60 (siehe Fig. 4 b)) zum Bearbeiten einer Außenwand 51 einer Rohrleitung 50, wobei der Werkzeugschlitten 40 dazu eingerichtet ist, an einem Paar Befestigungsschienen 11 einer Positioniervorrichtung 10 gemäß einem der vorigen Ansprüche gelagert zu werden. Wie hier gezeigt kann der Werkzeugschlitten drei Positionierlager 41 aufweisen, die insbesondere Roll- oder Gleitlager ausgeführt sind. Jeder Befestigungsschiene 11 ist zumindest eines der Positionierlager zugeordnet, so dass die Positionierlager eine erste Lagerebene definieren. Der Werkzeugschlitten weist eine Werkzeugmontiervorrichtung 42 zur Montage des Werkzeugs auf. Auf diese Weise kann das Werkzeug parallel zu den Schienen präzise bewegt werden. Das Werkzeug kann auch eine Höhenverstellung aufweisen, um eine Bearbeitungszustellung einzustellen.

In einer Ausgestaltung kann der Werkzeugschlitten wie hier gezeigt zumindest ein Sicherheitslager 43, insbesondere Roll- oder Gleitlager aufweisen, welches in einer zweiten Lagerebene senkrecht zur ersten Lagerebene und parallel zu den Befestigungsschienen angeordnet ist und einen Abstand zur ersten Lagerebene aufweist, so dass das zumindest eine Sicherheitslager auf einer der Befestigungsschienen positionierbar ist.

Fig. 4 b) skizziert beispielhaft, in welche Richtung ein Werkzeug 60 montiert bzw. demontiert wird. Bezugszeichenliste

Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessgerät

Positioniervorrichtung

Befestigungsschiene

Lagervorrichtung

Auflagefläche rotatorisch bewegliches Element

Rotationsachse

Eingriffsvorrichtung

Kompensationsvorrichtung

Eingriff

Spannvorrichtung

Spannelement

Band

Clamp-On-Ultraschallwandler

Wandlerelement

Koppelkörper

Ultraschallwandlermontiervorrichtung

Eingriffsmittel

Einbuchtung

Befestigungsmittel

Elektronische Mess-/Betriebsschaltung

Werkzeugschlitten

Positionierlager Werkzeugmontiervorrichtung Sicherheitslager Rohrleitung Rohrleitungsachse Außenfläche Werkzeug