Beschreibung

Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Mediums in einer

Rohrleitung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät, das den Volumendurchfluss oder den Massedurchfluss eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums bestimmt oder überwacht.

[0002] Durchflussmessgeräte arbeiten auf der Grundlage von unterschiedlichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Bei den bekannten Inline-Durchflussmess-geräten wird das Messrohr über zwei endseitige Befestigungsvorrichtungen in der vom Medium durchströmten Rohrleitung montiert. Beispielhaft seien magnetisch induktive Durchflussmessgeräte, Ultraschall-Durchfluss-messgeräte, Vortex-Durchflussmessgeräte, Coriolis-Durchflussmessgeräte oder Differenzdruckmessgeräte genannt, die u.a. von der Anmelderin angeboten und vertrieben werden,.

[0003] Magnetisch induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senk-recht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Mediums angeordnete Messelektroden eine Messspannung. Die in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Mediums bekannt, lässt sich der Massestrom in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr bestimmen. Die Messspannung wird üblicherweise über ein Messelektrodenpaar abgegriffen, das in dem Bereich maximaler Magnetfeldstärke angeordnet ist und wo folglich die maximale Messspannung zu erwarten ist. Die Messelektroden selbst sind mit dem Medium entweder galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.

[0004] Um das Messrohr, das z.B. aus Edelstahl gefertigt ist, chemisch und elektrisch zu isolieren, ist die Innenfläche des Messrohrs üblicherweise mit einem elektrisch isolierenden Liner ausgekleidet. Der Liner besteht z.B. aus einem thermoplastischen, einem duroplastischen oder einem elastomeren Kunststoff.

[0005] Wegen ihrer guten Verarbeitbarkeit und ihrer ausgezeichneten mechanischen Beständigkeit haben sich neben Hartgummi oder fluorhaltigen Kunststoffen, wie z.B. PTFE, PFA, in besonderem Maße auch Polyurethane als Linermaterial für magnetisch induktive Messgeräte bewährt. PUR hat gegenüber den fluorhaltigen Kunststoffen den Vorteil, dass es bei relativ niedrigen Temperaturen verarbeitet werden kann.

[0006] Zur Fertigung von Messrohren, die mit Polyurethan-Liner ausgekleidet sind, wird bevorzugt ein sogenanntes Ribbon-Flow-Verfahren angewendet. Hierbei wird ein aus mehreren Komponenten gebildetes PUR mittels eines Applikatorkopfes auf die Innenfläche des Messrohrs gleichmäßig aufgetragen. Von der Anmelderin wird in der DE 10 2004 062 680 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines für den Trinkwasserbereich bestens geeigneten PUR-Liners vorgestellt. Dieses bekannte PUR ist somit speziell für Anwendungen, die hohen hygienischen Anforderungen zu genügen haben, nutzbar.

[0007] Damit der PUR-Liner an der Innenfläche des Messrohres haftet, ist es notwendig, einen Haftvermittler bzw. einen Primer vorab auf die Innenfläche des Messrohrs zu applizieren. Hierzu ist es erforderlich, dass vorab die Innenfläche gereinigt wird. Die Reinigung der Innenfläche sowie das Aufbringen und Aushärten des Primers führen dazu, dass der Fertigungs-prozess zur Herstellung der Messrohre mit Polyurethan-Liner relativ zeit- und somit kostenintensiv ist.

[0008] Auch hat es sich in wenigen Ausnahmefällen gezeigt, dass der mit Primer an dem Messrohr befestigte Polyurethan-Liner zur Blasenbildung neigt, wenn die Messrohre Härtetests unterzogen werden, bei denen sie einer Vielzahl von extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Die Erklärung für dieses partielle Ablösen des Liners von der Innenfläche des Messrohres dürfte darin zu sehen sein, dass im Falle einer Erwärmung Wasserdampf durch das Linermaterial hindurch diffundiert; bei einer anschließenden Abkühlung schlägt sich dann der Wasserdampf als Kondensat im Bereich zwischen dem Messrohr und dem Liner nieder. Im Extremfall kann dies im Bereich der Messelektroden zu einem Kurzschluss und somit zu einer Fehlfunktion oder sogar zu einem Ausfall des

Durchflussmessgeräts führen.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Messrohr für Durchflussmessgeräte bereitzustellen.

[0010] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein pulverbeschichtbarer Kunststoff als Primer, als Liner oder als Schutzschicht für einen Liner zumindest im Bereich der von dem Medium durchströmten Innenfläche des Messrohres aufgebracht ist. Insbesondere handelt es sich bei der Pulverbeschichtung um ein Polyamid (PA). Polyamid, insbesondere PA 11/12, hat den Vorteil, dass es die Zulassung für Trinkwasseranwendungen hat, und somit universell einsetzbar ist. Aufgrund Ihrer hervorragenden Eigenschaften werden bevorzugt PA11 oder PA12 in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Messrohr verwendet. Beide Polyamide zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass Sie die Trinkwasserzulassung haben.

[0011] Der pulverbeschichtbare Kunststoff ist in erfindungsgemäß in drei Anwendungen einsetzbar:

[0012] 1. In der ersten Anwendung wird die Pulverbeschichtung aus PA11/12 als Primer bzw. als Haftvermittler verwendet. Als eigentlicher Liner ist auf den Primer ein weiterer Kunststoff (Hybridbauteil) aufgetragen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Linermaterial um ein Elastomer, insbesondere um ein Gießelastomer wie Polyurethan. Polyurethan ist - wie bereits an vorher-gehender Stelle erwähnt - mechanisch in hohem Maße inert. Da erfindungsgemäß der Primer aus einem pulverbeschichteten Kunststoff besteht, der darüber hinaus in hohem Maße wasserdampfundurchlässig ist, ist die Funktionalität des Durchflussmessgeräts in einem weiten Anwendungsbereich sichergestellt.

[0013] 2. In einer zweiten Anwendung wird die Pulverbeschichtung, z.B. aus

PA11/12 direkt als Linermaterial verwendet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Auftragen der Innenbeschichtung des Messrohres in einem Verfahrensschritt erfolgen kann. Hier entfallen das Reinigen, das Strahlen und das Primern des Messrohres. Je nach Anwendung ist vorgesehen, dass mehrere Schichten der Pulverbeschichtung übereinander aufgetragen werden. Generell lässt sich mit dieser Ausgestaltung eine hohe Reduktion der Herstellungskosten erreichen.

[0014] 3. Eine dritte Anwendung sieht vor, dass auf einen bekannten Liner eine Schutzschicht aus dem pulverbeschichtbaren Kunststoff bzw. auf der Pulverbeschichtung aufgetragen wird. Diese Schutzschicht verhindert die Diffusion von Wasserdampf in den Liner bzw. durch den Liner hindurch zum leitfähigen Messrohr. Bevorzugt handelt es sich bei dem Liner um ein Elastomer, insbesondere um ein Polyurethan. Der pulverschichtbare Kunststoff ist als Versiegelungsschicht auf den Elastomer-Liner aufgebracht.

[0015] PA11 und PA12 besitzen aufgrund ihres polaren Charakters eine gute chemische Ankopplung an übliche Linermaterialien wie Polyurethan. Der aus mehreren Schichten zusammengesetzte Liner hat somit eine hohe Formstabilität und zeichnet sich durch eine hohe Wassedampfdiffusions- und Temperaturwechselbeständigkeit aus. Möglich ist es selbstverständlich, sowohl den Primer als auch die Versiegelungsschicht aus pulverbeschicht-barem hydrophobem Kunststoff zu fertigen. Hier ist das Messrohr quasi redundant wasserdampfundurchlässig.

[0016] üblicherweise liegt die Schichtdicke des Kunststoffs bzw. des Polyamids, die in einem Applikationsverfahren aufgetragen werden kann, bei maximal 1 mm. Sind größere Schichtdicken erforderlich, muss gegebenenfalls der Beschichtungsvorgang mehrfach durchgeführt werden.

[0017] Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, handelt es sich bei dem Durchflussmessgerät beispielsweise um ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät mit einem Magnetsystem, das ein das Messrohr durchsetzendes, im wesentlichen quer zur Messrohrachse verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Weiterhin sind zumindest zwei mit dem Medium koppelnden Messelektroden vorgesehen, die in Bohrungen im Messrohr angebracht sind und die in einem im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld liegenden Bereich des Messrohres angeordnet sind. Eine Regel-/Auswerte-einheit liefert anhand der in die Messelektroden induzierten Messspannung Information über den Volumen- oder Massestrom des Mediums in dem Messrohr.

[0018] Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts sieht vor, dass es sich bei

den Messelektroden jeweils um Elektroden mit einem Elektrodenschaft handelt, der in einem ersten mit dem Medium in Kontakt kommenden Endbereich aufgeweitet ist, und dass jeweils zwischen einer der Innenfläche des Messrohres zugewandten Auflagefläche des aufgeweiteten Endbereichs der Messelektrode und der entsprechenden Innenfläche des Messrohres eine Dichtung vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich effektiv die Gefahr vermindern, dass Medium in den Bereich zwischen der Bohrung und der Messelektrode gelangt und dort einen Kurzschluss verursacht. Aufgrund der hervorragenden Temperaturbeständigkeit und der hohen chemischen Beständigkeit wird bevorzugt eine PTFE-Dichtung, insbesondere eine PTFE-Dichtscheibe, verwendet.

[0019] Um die Gefahr der Undichtigkeit des Messrohrs im kritischen Bereich einer Messelektrode weiter zu verringern, ist an der Auflagefläche des aufgeweiteten Endbereichs eine umlaufende Rastkante vorgesehen, die sich im montierten Zustand in die Dichtung eindrückt.

[0020] Darüber hinaus schlägt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungs-gemäßen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts vor, dass im zweiten Endbereich der Messelektrode eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen ist, die so ausgestaltet und bezüglich des Elektrodenschafts derart angeordnet ist, dass die Messelektrode mit einer vorgegebenen Mindestanzugskraft in der Bohrung des Messrohres befestigt ist - und zwar unabhängig von den im Messrohr herrschenden Temperaturbedingungen.

[0021] Weiterhin sind in den beiden Endbereichen des Messrohres

Befestigungs-elemente zur Befestigung des Durchflussmessgeräts in der Rohrleitung vorgesehen. Bei den Befestigungselementen handelt es sich um feste Flansche, um lose Flansche oder das Messrohr ist als Wafer ausgebildet. Alle Varianten von Befestigungselementen werden von der Anmelderin in Verbindung mit den von ihr gefertigten Durchflussmessgeräten angeboten.

[0022] In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmess-geräts wird vorgeschlagen, dass die Befestigungselemente und/oder die Außenfläche des Messrohres

zumindest in den beiden Endbereichen des Messrohres gleichfalls mit dem pulverbeschichtbaren Kunststoff versehen ist. Hierdurch lassen sich die üblichen Verfahrensschritte zur Behandlung der Flansche, insbesondere das Verzinken, einsparen. Zudem wird durch das Aufbringen der Pulverbeschichtung die Optik des Durchflussmessgeräts eindeutig verbessert.

[0023] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

[0024] Fig. 1 : eine schematische Darstellung magnetisch-induktiven

Durchflussmess-geräts, bei dem das erfindungsgemäße Messrohr eingesetzt ist,

[0025] Fig. 2: eine vergrößerte Ansicht des mit A in Fig. 1 gekennzeichneten Ausschnitts, der eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres skizziert,

[0026] Fig. 3: eine vergrößerte Ansicht des mit A in Fig. 1 gekennzeichneten Ausschnitts, der eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres zeigt,

[0027] Fig. 4: eine vergrößerte Ansicht des mit A in Fig. 1 gekennzeichneten Ausschnitts, der eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres zeigt, und

[0028] Fig. 5: einen Längsschnitt durch eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres in Teilansicht.

[0029] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts 1. Das erfindungsgemäße Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung der Messrohrachse 3 durchflössen. Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig.

[0030] Das Messrohr 2 ist an seiner Innenfläche 30 mit einem Liner 18 ausgekleidet. Der Liner 18 besteht aus einem nicht-leitfähigen Material, das in hohem Maße chemisch und/oder mechanisch beständig ist. Der Liner 18 besteht bevorzugt aus einem für Trinkwasseranwendungen zugelassenen Kunststoff. Hierdurch ist das Durchflussmessgerät 1 universell für die unterschiedlichsten Applikationen einsetzbar.

[0031] Das senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums 11 ausgerichtete

Magnet-feld B wird über ein Magnetsystem, so z.B. über zwei diametral angeordnete Spulenanordnungen 6, 7 bzw. über zwei Elektromagnete erzeugt. Unter dem Einfluss der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungs-träger je nach Polarität zu den beiden entgegengesetzt gepolten Mess-elektroden 4, 5 ab. Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 11 , d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, z. B. Flansche 27 - wie sie in Fig. 5 zu sehen sind - mit einer Rohrleitung 33, durch die das Medium 11 hindurchströmt, verbindbar.

[0032] Bei den beiden Messelektroden 4, 5 handelt es sich um pilzkopfförmige Mess-elektroden 4, 5, die in direktem Kontakt mit dem Medium 11 stehen. Selbstverständlich sind in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung auch Stiftelektroden einsetzbar. Die Ankopplung an das Medium 11 kann darüber hinaus natürlich auch kapazitiver Natur sein.

[0033] über Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit der Regel-Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen den Spulenan-ordnungen 6, 7 und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit 8 ist die Speichereinheit 10 zugeordnet.

[0034] In den Figuren Fig. 2 bis Fig. 4 sind vergrößerte Ansichten des mit A in Fig. 1 gekennzeichneten Ausschnitts in Schnittdarstellung zu sehen. Die Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 beziehen sich auf unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messrohrs 2. Das Messrohr 2 ist jeweils aus einem leitfähigen Material, bevorzugt aus Edelstahl, gefertigt.

[0035] Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Primer 17 um einen pulverbeschichtbaren Kunststoff, insbesondere um PA11 oder PA 12. Beide Polyamid sind in hohem Maße undurchlässig für Wasserdampf. Auf den pulverbeschichteten Polyamid-Primer 17 ist ein

Kunststoff-Liner 18 aufgebracht. Bei dem Liner 18 kann es sich beispielsweise um ein Gieß-elastomer wie Polyurethan handeln. Selbstverständlich kann auf den Liner 18 noch eine zusätzliche Versiegelungsschicht 28 aufgebracht werden. Wiederum kommt für die Versiegelung des Polyurethans bevorzugt eine pulverbeschichtbare Polyamidschicht (z.B. PA11 , PA 12 mit Trinkwasser-zulassung) in Frage.

[0036] Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Liner 18 unmittelbar über ein Pulverbeschichtungsverfahren auf die Innenfläche 30 des Messrohres 2 appliziert. Typische Schichtdicken beim Pulverbeschichten liegen im Millimeterbereich.

[0037] Die in Fig. 4 gezeigte Ausgestaltung des Messrohres 2 weist drei Lagen auf: den Primer 17, den Liner 18 und eine Versiegelungsschicht 28. Hier ist nur die Versiegelungsschicht 28 über eine Pulverbeschichtung auf den Liner 18 aufgetragen.

[0038] Bei den Messelektrode 4; 5 handelt es sich um pilzkopfförmige

Mess-elektroden 4; 5 mit jeweils einem Elektrodenschaft 26 und einem pilzkopf-förmigen Hut 25. über die Auflagefläche 29 des Hutes 25 an der Innenfläche 30 des Messrohres 2, die Schnapphülse 23, das Schraubgewinde 21 und die Mutter 24 ist die Messelektrode 4; 5 in der Bohrung 20 des Messrohres 2 federnd fixiert. Gleichzeitig ist der Liner 18 ggf. punktuell im Bereich der Messelektrode 4; 5 fixiert. Um eine Abdichtung der Messelektrode 4; 5 gegen den Prozess hin zu erreichen und so zu verhindern, dass Medium in den Bereich zwischen Bohrung 20 und Messelektrode 4, 5 eindringt, ist eine Dichtung 19 vorgesehen. Die Dichtung 19 ist bevorzugt als Dichtring ausgebildet und besteht im gezeigten Fall aus PTFE.

[0039] Die Befestigungsvorrichtung 21 , 22, 23 für die Messelektrode 4; 5 ist so ausgestaltet und bezüglich des Elektrodenschafts 26 federnd derart angeordnet, dass die Messelektrode 4, 5 unabhängig von den im Messrohr 2 herrschenden Temperaturbedingungen klemmend in der Bohrung 20 mit einer vorgegebenen Mindestanzugskraft befestigt ist. Es versteht sich von selbst, dass die Befestigungsvorrichtung 21 , 22, 23 nicht auf die gezeigte Ausgestaltung beschränkt ist, sondern dass jede

bekannte Klemm- und Befestigungsvorrichtung für Messelektroden 4, 5 in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendbar ist.

[0040]

[0041] Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Messrohr 2 in Teilansicht. Das Messrohr 2 ist an seiner mit dem Medium 11 in Kontakt kommenden Innenfläche 30 mit einem pulverbeschichtbaren Liner 18 ausgekleidet. Selbstverständlich kann jede der zuvor genannten Ausgestaltungen der Auskleidung des Messrohres 2 -pulverbeschichteter Liner 18 in Alleinstellung / mit oder ohne Primer 17 / mit oder ohne Versiegelungsschicht 28 - zur Anwendung kommen. Der über ein Pulverbeschichtungsverfahren aufgebrachte Liner 18 erstreckt sich über den Befestigungsflansch 27 hinaus und deckt auch zumindest einen Teilbereich der Außenfläche 34 des Messrohres 2 ab. Hierdurch lassen sich die zeitintensiven Bearbeitungsverfahren zum Verzinken der Flansche 27 einsparen. Zudem zeichnet sich eine pulverbeschichtete Oberfläche gegenüber einer verzinkten durch eine bessere Optik aus.

[0042]

[0043] Bezugszeichenliste

1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

2. Messrohr

3. Messrohrachse

4. Messelektrode

5. Messelektrode

6. Magnetsystem

7. Magnetsystem

8. Regel-/Auswerteeinheit

9. Eingabe-/Ausgabeeinheit

10. Speichereinheit

11. Medium

12. Verbindungsleitung

13. Verbindungsleitung

14. Verbindungsleitung

15. Verbindungsleitung

16. Verbindungsleitung

17. Primer

18. Liner

19. Dichtung / Dichtscheibe

20. Bohrung

21. Schraubgewinde

22. Mutter

23. Schnapphülse

24. Rastelement / Rastkante

25. pilzkopfförmiger bzw. aufgeweiteter Endbereich

26. Elektrodenschaft

27. Flansch

28. Versiegelungsschicht

29. Auflagefläche

30. Innenfläche

31. erster Endbereich

32. zweiter Endbereich

33. Rohrleitung

34. Außenfläche

35. Kunststoffschicht