Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät nach dem

Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Durchflussmessgerät.

Durchflussmessgeräte bestehen häufig aus mindestens einem Rohrsegment, in das Öffnungen eingearbeitet werden müssen, um mit Sensoren oder Transducern direkten Zugang zum

Messmedium zu erhalten. Beispiele hierfür sind insbesondere Ultraschall-Inline-Durchflusszähler (DFZ), aber auch thermische DFZ, Vortex-DFZ oder magnetisch-induktive DFZ. Um diese Sensoren oder Transducer nicht zusätzlich der kinetischen Strömungsenergie auszusetzen werden diese in der Regel zurückversetzt angebracht. Hierfür ist dann ein Abzweig bzw. eine Abzweigung, welcher bzw. welche beispielsweise als Stutzen ausgebildet ist, erforderlich. Diese Stutzen müssen dem Prozessdruck standhalten, eine mechanische Anbindung zum Sensor oder Transducer aufweisen und dauerhaft mit dem Messrohr verbunden sein.

Ein typisches Beispiel für den Einsatz solcher Stutzen sind Ultraschall-Inline- Durchflussmessgeräte. Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und

Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in effizienter Weise, den Volumendurchfluss und/oder Massendurchfluss in einer Rohrleitung zu bestimmen.

Die bekannten Ultraschall-Inline-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem

Laufzeitdifferenz-Prinzip, wie dies beispielsweise in Fig. 17 dargestellt ist. Beim Laufzeitdifferenz- Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallwellen, insbesondere

Ultraschallimpulsen, so genannten Bursts, relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet. Hierzu werden Ultraschallimpulse in einem bestimmten Winkel zur Rohrachse sowohl mit als auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen. Die Ultraschallwellen werden mit Hilfe so genannter Ultraschallwandler erzeugt bzw. empfangen. Hierfür sind, wie in Fig. 17 dargestellt, bei sogenannten In-Line Ultraschall- Durchflussmessgeräten 101 Sensoren 102 in Form von Ultraschallwandlern in der Rohrwandung des betreffenden Messrohres 103 fest angebracht. Die Auswertung der ermittelten Signale erfolgt durch eine Auswerteeinheit 104.

Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem elektromechanischen

Wandlerelement, z.B. ein piezoelektrisches Element, und einer Koppelschicht. Im

elektromechanischen Wandlerelement werden die Ultraschallwellen als akustische Signale erzeugt und über die Koppelschicht zur Rohrwandung geführt und von dort bei der In-Line- Variante in die Flüssigkeit geleitet.

Diese Ultraschallwandler werden üblicherweise mittels über den Umfang verteilter und zur Rohrachse gekippter Sensorstutzen am Messrohr befestigt, die manuell angeschweißt werden müssen. Als Verbindungstechnik kommen hierfür in der Regel manuelle Schweißverfahren zum Einsatz, weil die Stutzen in geringer Anzahl, oftmals gekippt, teilweise schlecht zugänglich, und entlang einer Rohrkrümmung angebracht werden müssen. Problematisch dabei ist, dass es infolge der manuellen Herstellung dieser Verbindung mittels konventioneller Schweißverfahren (typischerweise Metallschutzgasschweißen, Wolfram-Inertgasschweißen) zu einer Anbindung des Abzweigs mit über den Umfang variierender Geometrie, Werkstoffeigenspannungen und lokalen Materialaufhärtungen kommt. Insbesondere können die geometrischen Variationen der Schweißnähte dazu führen, dass bei Belastung des Abzweigs durch ein äußeres Biegemoment lokale Spannungskonzentrationen auftreten. Im Extremfall können solche Konzentrationen zu einem Bauteilversagen führen, besonders wenn es sich um eine häufig schwingende Belastung handelt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Messrohr bereitzustellen, welches über eine oder mehrere Abzweigverbindungen verfügt, die die Materialspannungen infolge einer Belastung minimieren. Diese Minimierung kann vorzugsweise über den gesamten Umfang der Verbindung definiert und reproduzierbar erfolgen..

Ein erfindungsgemäßes Messrohr für ein Durchflussmessgerät, weist eine Messrohrachse A und eine Messrohrwandung auf, sowie eine Abzweigung mit einer Abzweigungsachse B und eine Abzweigungswandung. Die Abzweigungswandung ist an der Messrohrwandung angeordnet. Sowohl die Abzweigungswandung als auch die Messrohrwandung gehören somit

definitionsgemäß zum Messrohr.

Die Abzweigungswandung ist mit der Messrohrwandung durch eine durchgeschweißte Fügestelle verbunden. Das heißt, dass die aneinander liegenden Flächen der Abzweigungswandung und der Messrohrwandung im Wesentlichen vollflächig über den Bereich der Fügestelle miteinander verbunden sind.

Der Verlauf einer Außenkontur des Messrohres definiert in zumindest einer durch die

Abzweigungsachse und die Messrohrachse aufgespannten Schnittebene einen

Übergangsbereich, in welchem die Außenkontur von einem Verlauf parallel zur Messrohrachse A in einen Verlauf parallel zur Abzweigungsachse B übergeht. Die Messrohrwandung und/oder die Abzweigungswandung weisen in diesem Übergangsbereich eine um die Abzweigungsachse B umlaufende Materialverbreiterung auf, die als Fase oder Abrundung ausgeführt ist, und die einen Teilabschnitt der Außenkontur des Messrohres bildet. Die besagte Materialverbreiterung kann konkav, schräg, oder konvex ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist sie als 45°-Fase ausgebildet.

Die Materialverbreiterung weist einen Anfangspunkt auf, in welchem die Wandstärke der Messrohrwandung oder der Abzweigungswandung gegenüber einem vorhergehenden Abschnitt zunimmt und einen Endpunkt an welchem die Fase in einen angrenzenden Abschnitt übergeht. Der vorhergehende Abschnitt ist dabei besonders bevorzugt ebenfalls angrenzend zur Fase oder zur Abrundung.

Durch den Anfangspunkt und den Endpunkt sei jeweils eine Gerade angenommen. Dabei verläuft eine erste dieser Geraden parallel zur Messrohrachse und eine zweite dieser Geraden parallel zur Abzweigungsachse B. Diese Geraden dienen in erster Linie zur Definition eines

gemeinsamen Schnittpunktes. Daher weist die erste und die zweite Gerade einen Schnittpunkt auf, welcher mit dem Anfangs und dem Endpunkt ein Dreieck definiert. Schließlich ergibt sich eine Verbindung zwischen diesem Schnittpunkt und dem nächstgelegenen Punkt auf der Oberfläche der Materialverbreiterung, also der Fase oder der Abrundung, die im nachfolgenden als maßgebliche Materialverbreitungsstrecke (MVS) bezeichnet wird. Dieser Schnittpunkt liegt auf dem Messrohr.

Die Länge der maßgeblichen Materialverbreiterungsstrecke (MVS) ist so gestaltet, dass sie entweder größer oder gleich dem 0,7-fachen der Wandstärke der Abzweigungswandung beträgt, sofern die Wandstärke der Abzweigungswandung kleiner ist als die Wandstärke der

Messrohrwandung, oder größer oder gleich dem 0,7-fachen der Wandstärke der

Messrohrwandung beträgt, sofern die Wandstärke der Messrohrwandung kleiner ist als die Wandstärke der Abzweigungswandung. Ergibt sich aus der vorgenannten Regel für die MVS eine Länge größer gleich 6 mm, so kann abweichend von der Regel die Länge von MVS auf einem konstanten Wert von 6 mm gehalten werden.

Der wesentliche Vorteil zu den eingangs erwähnten konventionellen Verfahren zum Anbringen von Abzweigen besteht darin, dass erfindungsgemäß die Materialverbreiterung für den Übergang zwischen Messrohr und Abzweig maschinell, also beispielsweise durch Drehen oder Fräsen hergestellbar ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine konstruktionsseitig entwickelte

spannungsminimierende Geometrie 1 :1 auf das Bauteil übertragen wird, unter Einhaltung definierter Toleranzen und im Rahmen einer der Bearbeitungsmaschine entsprechenden

Reproduzierbarkeit. Die durchgeschweißte Verbindung zwischen dem Messrohr und dem Abzweig wiederum wird besonders bevorzugt durch ein maschinelles Schweißverfahren hergestellt, vorzugsweise ein Reibschweißverfahren, sodass auch hier enge Toleranzen eingehalten werden und eine hohe Reproduzierbarkeit sichergestellt ist.

Durch den Einsatz einer spannungsoptimierten Materialverbreiterung insbesondere in

Kombination mit einer maschinellen Herstellung derselben und der maschinellen

Schweißverbindung wird ein besonders spannungsarmer Abzweig bereitgestellt, welcher beispielsweise als Sensorstutzen, Transducerstutzen oder Bypass ausgebildet sein kann. Die Abzweigung weist dabei eine besonders hohe Widerstandskraft gegenüber Biegemomenten auf, die an der Abzweigung angreifen und im Übergang zum Messrohr Kerbspannungen verursachen können. Diese Kerbspannungen fallen aufgrund der optimierten Materialverbreiterungsgeometrie geringer aus als bei konventionellen Abzweigverbindungen, weisen insbesondere keine zufällig auftretenden Spannungsspitzen infolge manueller Schweißnahtfehler auf und lassen eine über den ganzen Übergang gleichmäßige Spannungsverteilung zu, beispielsweise mittels Finite- Elemente-Methoden-Optimierung. Somit kann bei vergleichbaren Abmessungen der

Materialverbreiterung zu einer festigkeitstechnisch höherwertigen Verbindung zwischen Messrohr und Abzweig realisiert werden. Zudem lassen sich Kosten sparen, weil die Zeiten für die

Herstellung der Verbindung durch den Einsatz der bevorzugt eingesetzten maschinellen

Schweißverfahren, wie z.B. das Rotationsreibschweißen, extrem abnehmen.

Diese spannungsoptimierten Abzweige lassen sich beispielsweise in Ultraschall-In-Line

Durchflussmessgeräten, in magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten, in thermischen Durchflussmessgeräten, in Druckmessgeräten, in Vortex-Durchflussmessgeräten, in

Differenzdruckmessgeräten und dergleichen einsetzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist von Vorteil, wenn die durchgeschweißte Fügestelle eine reibgeschweißte Fügestelle ist. Durch die besondere Geometrie des Messrohres ist die Abzweigungswandung mittels eines Reibschweißverfahrens an der Messrohrwandung festlegbar. Reibschweißen ist eine

Verbindungstechnik zur Ausbildung einer durchgeschweißten Fügestelle innerhalb weniger Sekunden. Dies trifft im besondere auf eine reibgeschweißte Verbindungsnaht zu. Gegenüber herkömmlichen manuellen Schweißverfahren bringt das Reibschweißen eine hohe Steigerung der Produktivität mit sich, so dass die Messrohrherstellung wesentlich effizienter erfolgen kann. Darüber hinaus wird durch das besonders lokale Aufschmelzen des Materials der Wärmeeintrag minimiert, wodurch sich nach Abkühlen der Schweißverbindung besonders wenig

Eigenspannung ergeben. Dies unterstützt die Bemühungen, die Materialspannungen im

Übergang zwischen Messrohr und Abzweig besonders gering zu halten. Bevorzugt wird die reibgeschweißte Fügestelle geschaffen, indem zunächst eine reibgeschweißte Verbindung unter Ausbildung eines Materialüberstandes bzw. einer Schweißnahtwulst hergestellt wird und dieser Materialüberstand im Anschluss abgetragen wird. Beim Reibschweißen eines Abzweigs wird bevorzugt ein im Fügequerschnitt vorgebohrtes Bauteil eingesetzt, sodass sich Schweißnahtwülste innen und außen ausbilden. Durch Ausbohren oder Ausfräsen des Abzweigs auf den gewünschten Abzweigdurchmesser zusammen mit der Bohrung/Fräsung durch das Messrohr hindurch entsteht ein definierter Zugang zum Messrohr, der gleichzeitig dafür sorgt, dass der Materialüberstand innen rückstandsfrei entfernt wird. Dadurch weist die Fügestelle keinen Materialüberstand gegenüber angrenzenden Materialflächen auf.Dieser abschließende Bearbeitungsschritt insbesondere bezüglich der Abtragung der zur Abzweigungsachse gerichteten Materialwulst ist notwendig, da dieses Material verzudert ist und zur Korrosion bei Fluidberührung neigt. .

Die Abzweigung kann vorteilhaft als ein Sensorstutzen zum Anschluss eines

mediumsberührenden Sensor an das Messrohr sein. Dies kann insbesondere bei einem

Ultraschall-Durchflussmessgerät ein Ultraschallwandler sein, welcher eine mediumsberührende Oberfläche aufweist und dadurch eine Einleitung des Signals in das Fluid bzw. Prozessmedium ermöglicht. Unter diese Definition fallen auch Sensoren die nicht in erster Linie für den Durchfluss bestimmt sind. Dies kann insbesondere auch eine MSÜ-Elektrode (Messstoffüberwachung) sein, welche den Füllstand des Messrohres bestimmt.

Die Abzweigung kann zudem ein Stutzen zum Anschluss einer Auswerteeinheit an das Messrohr sein. Bei einigen Messgeräten, beispielsweise bei thermischen Durchflussmessgeräten, bei welchen die elektronische Auswerteeinheit mit dem Sensor eine bauliche Einheit bildet, kann der Stutzen sowohl den Sensor als auch den die elektronische Auswerteeinheit halten.

Die Fügestelle kann vorteilhaft unmittelbar an die Fase oder Abrundung angrenzen.

Die Abzweigungswandung kann vorteilhaft die Fase oder Abrundung aufweisen und der

Endpunkt der Fase oder Abrundung kann zugleich die größte Materialverbreiterung der

Abzweigungswandung in radialer Richtung zur Abzweigungsachse sein. Dadurch braucht die Messrohrwandung zur Anbindung der Abzweigung nur minimal in ihrer Wandstärke reduziert werden, wodurch die Messrohrwandung druckstabiler wird. Zur besseren Zugänglichkeit der Nahtstelle bzw. der Fügestelle ist es von Vorteil, wenn der angrenzende Abschnitt oder der vorhergehende Abschnitt der Fase eine ebene Fläche ist, welche parallel zur Messrohrachse verläuft. Die ebene Fläche kann vorteilhaft der

Messrohrwandung zugeordnet sein. Insbesondere kann die beim Herstellen der

Reibschweißverbindung entstehende äußere Materialwulst besser abgetragen werden. Die Messrohrwandung kann alternativ zur Abzweigungswandung die Fase oder Abrundung aufweisen. Allerdings ist die Variante der Fase oder Abrundung an der Abzweigungswandung die bevorzugte Ausführungsvariante, da das Messrohr dabei druckstabiler ausgestaltet ist.

Ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät, insbesondere ein Ultraschall-In-Line

Durchflussmessgerät, umfasst ein Messrohr gemäß Anspruch 1 , zumindest einen

mediumsberührenden Sensor und eine Auswerteeinheit, wobei zumindest der Sensor mittels der Abzweigung an dem Messrohr befestigt ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen:

Fig. 1 Schnittansicht eines Rohrsegments eines ersten Messrohres mit einer Ausformung zur Aufnahme eines Stutzens;

Fig. 2 Detailansicht des Rohrsegments der Fig. 1

Fig. 3 Perspektivansicht des Rohrsegments der Fig. 1

Fig. 4 Schnittansicht des Rohrsegments des Messrohres mit einem angeschweißten Stutzen; Fig. 5 Detailansicht des Rohrsegments der Fig. 4;

Fig. 6 Schnittansicht des Rohrsegments des Messrohres mit dem Stutzen nach der

Endbearbeitung;

Fig. 7 Detailansicht des Rohrsegments der Fig. 6

Fig. 8 Perspektivansicht des Rohrsegments der Fig. 6;

Fig. 9 Schnittansicht eines Rohrsegments eines zweiten Messrohres mit einer Ausformung zum Aufsatz eines Stutzens;

Fig. 10 Detailansicht des Rohrsegments der Fig. 9;

Fig. 1 1 Perspektivansicht des Rohrsegments der Fig. 9;

Fig. 12 Schnittansicht des Rohrsegments des Messrohres mit einem angeschweißten Stutzen; Fig. 13 Detailansicht des Rohrsegments der Fig. 12; Fig. 14 Schnittansicht des Rohrsegments mit dem Stutzen nach der Endbearbeitung;

Fig. 15 Detailansicht des Rohrsegments der Fig. 14; Fig. 16 Perspektivansicht des Rohrsegments der Fig. 14;

Fig. 17 schematischer Aufbau eines Ultraschall-Durchflussmessgerätes mit einem Messrohr; Fig. 18 Detailansicht des Rohrsegments der Fig 6;

Fig. 19 Detailansicht des Rohrsegments der Fig. 14; und

Fig. 20 Detailansicht eines Ausschnittes einer Abzweigung eines dritten Messrohres; Fig. 21 Detailansicht eines Übergangsbereiches zwischen einer Messrohrwandung undeiner Abzweigungswandung eines dritten Messrohres;

Fig. 22 Detailansicht eines Übergangsbereiches zwischen einer Messrohrwandung und einer Abzweigungswandung eines vierten Messrohres mit Abrundung; und

Fig. 23 Detailansicht eines Übergangsbereiches zwischen einer Messrohrwandung und einer Abzweigungswandung eines fünften Messrohres mit Abrundung.

Die in Fig. 1-23 dargestellten Ausführungsbeispiele betreffen in erster Linie ein Ultraschall-In-Line Durchflussmessgerät. Allerdings lassen sich auch andere Sensoren mittels der in Fig. 1-23 dargestellten Stutzen an ein Messrohr anschließen. Dies kann beispielsweise auch ein thermisches Durchflussmessgerät sein, beispielsweise einen T-Mass 65F von Endress+Hauser.

Fig. 17 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Ultraschall In-Line Durchflussmessgerätes, wie es bereits in der Einführung beschrieben wurde. Zur Festlegung der Ultraschallwandler werden Sensorstutzen benötigt, welche nachfolgend als eine mögliche Art von Abzweigungen eines Messrohres zu verstehen sind.

Fig. 1 -3 zeigt ein Rohrsegment 1 eines erfindungsgemäßen Messrohres mit einer Messrohrachse A. Dieses weist eine Messrohrwandung 2 auf und eine in die Messrohrwandung 2 eingebrachte Aufnahme 3.. Diese Aufnahme 3 dient dem Anschluss einer Abzweigung, welche im

vorliegenden Ausführungsbeispiel als Sensorstutzen ausgebildet ist. Die Aufnahme 3 weist dabei einen in der Messrohrwandung 2 eingebrachten Kragen 4 auf, welcher eine ebene Fläche 6 aufweist, welche parallel zur Messrohrachse A angeordnet ist. Zwischen dieser ebenen Fläche 6 des Kragens 4 und einer äußeren Oberfläche 7 der

Messrohrwandung 2 ist ein schräger Übergang 5 angeordnet, dessen Schräge gegenüber der Oberfläche 6 des Kragens 4 einen Anstellwinkelwinkel in der Schnittansicht der Fig. 1 von vorzugsweise 120-150°, besonders bevorzugt von 135°, einnimmt.

Fig. 4 und 5 zeigen eine mit der Messrohrwandung 2 verschweißte Abzweigung 10 mit einer Abzweigungswandung 8 und einer Abzweigungsachse B. In Fig. 5 erkennt man einen

Materialüberstand 9, welcher aufgrund des Schweißverfahrens, welches im vorliegenden

Ausführungsbeispiel ein Reibschweißverfahren ist, aus dem Material der Messrohrwandung und der Abzweig ungswandung gebildet ist. Ein Reibschweißverfahren ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Dabei kommt es im vorliegenden Fall aufgrund der Kombination aus der Rotationsgeschwindigkeit, dem Anpressdruck und der Reibung zu einem Verschweißen der beiden Anbindungspartner.

Die Fügestelle 15 bzw. Schweißnaht zwischen der Abzweigungswandung 8 und der

Messrohrwandung 2 sollte aus Druckstabilitätsgründen durchgeschweißt sein. Das heißt eine durchgehende Verbindung in dem Bereich in welchem beide Wandungen aneinander anliegen.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weist das Messrohr an seiner Außenkontur im Übergangsbereich zwischen dem Messrohrmaterial und dem Abzweigungsmaterial eine Fase 203 in Form einer Anschrägung auf. Alternativ kann anstelle der Fase auch eine Abrundung vorgesehen sein. Die Abzweigung liegt im eingebauten Zustand auf der ebenen Fläche 6 des Kragens 4 auf.

Im Anschluss an die Anbindung mittels Reibschweißen erfolgt ein Entfernen des unerwünschten Materialüberstandes 9. Dies kann beispielsweise durch einen Fräsvorgang, insbesondere durch Konturfräsen erfolgen. Dabei bildet sich bei einem 45° Konturfräsvorgang eine ebene Fläche 1 1 an der Messrohrwandung 2 aus, die parallel zur ebenen Fläche 6 des Kragens 4 verläuft.

Dies wird u.a. in Fig. 6-8 dargestellt. Hierbei erkennt man das fertige Segment eines erfindungsgemäßen Messrohres. Durch den Fräsvorgang hat sich zudem ein schräger Übergangsbereich 12 zwischen der Oberfläche des Messrohres 7 und der besagten ebenen Fläche 11 ausgebildet.

Die Abzweigung 10 weist zudem ein Innengewinde 13 und einen Anschlag 14 auf, welche zur Positionierung und zur Befestigung eines Sensors oder Auswerteeinheit dienen. In Fig. 18 ist die Ausformung der Fase 203 näher erläutert. Sie geht einher mit einer

Materialverdickung 207, welche in diesem Ausführungsbeispiel an der Abzweigung 10 vorgesehen ist. Das Messrohr insgesamt weist eine äußere Oberfläche, also eine Außenkontur auf. Die

Abzweigungsachse B und die Messrohrachse A spannen eine Schnittebene auf, welche in Fig. 6 der Papierebene entspricht. Die Außenkontur weist einen Übergangsbereich 16 auf, in welchem die Außenkontur von einem Verlauf parallel zur Messrohrachse A in einen Verlauf parallel zur Abzweigungsachse B übergeht.

Die Messrohrwandung 2 und/oder die Abzweigungswandung 8 in diesem Übergangsbereich 16 eine um die Abzweigungsachse B umlaufende Materialverbreiterung 207 mit einer Fase 203 auf, die einen Teilabschnitt der Außenkontur des Messrohres bildet. Diese Fase weist gegenüber der Oberfläche 17 der Abzweigungswandung einen Anstellwinkelwinkel in der Schnittansicht der Fig. 18 von vorzugsweise 120-150°, besonders bevorzugt von 135°, auf.

Die Materialverbreiterung 207 weist einen Anfangspunkt 202 auf in welchem die Wandstärke der Abzweigungswandung 8 gegenüber einem vorhergehenden Abschnitt 18 zunimmt. Dieser vorhergehende Abschnitt 18 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Teil der Abzweigung 10 und weist eine zylindrische Form auf.

Die Materialverbreiterung 207 weist zudem einen Endpunkt 201 an welchem die Fase 203 in einen angrenzenden Abschnitt 19 übergeht. Dieser Übergang kann durch eine Fügestelle 15 erfolgen und der angrenzende Abschnitt kann zur Messrohrwandung 2 gehören. Es ist jedoch auch möglich, dass der angrenzende Abschnitt noch zur Abzweigungswandung gehört.

Durch den Anfangspunkt 202 und durch den Endpunkt 201 verlaufen jeweils eine Gerade 205 und 206. Wobei eine erste dieser Geraden 206 parallel zur Messrohrachse A verläuft und eine zweite dieser Geraden 205 parallel zur Abzweigungsachse B verläuft. Die erste und die zweite Gerade 205 und 206 weisen einen Schnittpunkt 204 auf, welcher mit dem Anfangs und dem Endpunkt ein Dreieck definiert.

Schließlich ergibt sich eine Verbindung zwischen diesem Schnittpunkt und dem nächstgelegenen Punkt der Fase, die im nachfolgenden als maßgebliche Materialverbreitungsstrecke (MVS) bezeichnet wird.

Die Materialverbreiterungsstrecke MVS ist die Strecke zwischen dem Schnittpunkt 204 und dem dem Schnittpunkt 204 nächstliegendem Punkt 208 auf der Fase 203. Die MVS sollte größer oder gleich dem 0,7-fachen der Wandstärke der Abzweigungswandung sein, da die Wandstärke der Abzweigungswandung in vorliegenden Ausführungsbeispiel kleiner ist als die Wandstärke der Messrohrwandung. Ergibt sich aus der vorgenannten Regel für die MVS eine Länge größer gleich 6 mm, so kann abweichend von der Regel die Länge von MVS auf einem konstanten Wert von 6 mm gehalten werden.

Fig. 9-1 1 stellt ein zweites Rohrsegment 21 eines erfindungsgemäßen Messrohres mit einer Messrohrachse A dar. Dieses weist eine Messrohrwandung 22 auf und eine in die

Messrohrwandung 22 eingebrachte Ausfräsung 23 auf. Dabei bleibt die Integrität des

Rohrsegments 21 zunächst erhalten. Die Ausfräsung 23 weist eine Materialvertiefung 24 mit einer ebenen Grundfläche auf und eine daraus hervorstehenden Kragung 25 auf mit einer Materialverbreiterung 26 und einer ebenen Ringfläche 27 zum Aufsatz eines zylindrischen Anbindungselements, welches im späteren Verlauf Teil einer Abzweigung des Messrohres ist. Die Stirnfläche der ebenen Ringfläche 27 spannt dabei eine Ebene zur Messrohrachse auf, welche im Schnittbild der Fig. 9 parallel zur Messrohrachse A verläuft.

Fig. 12 und 13 zeigt die Messrohrwandung 22 und eine daran angebrachte

Abzweigungswandung 28 einer Abzweigung 30. Die Messrohrwandung 22 und die

Abzweigungswandung 28 sind mittels einer durchgeschweißten Fügestelle 35 miteinander verbunden. Um dies zu erreichen kann ein Reibschweißverfahren angewandt werden. Alternativ ist auch ein Laserschweißverfahren möglich. Man erkennt aus Fig. 12 und 13 zudem

Materialüberstände 35, welche durch das Reibschweißverfahren entstanden sind. Diese können im Nachgang abgeschliffen oder abgefräst werden. Die Abzweigung ist als zylindrischer Stutzen ausgebildet und weist eine Abzweigungsachse B auf. Fig. 14 zeigt ausschnittsweise das fertige Endprodukt eines Messrohres in Form des

Rohrabschnitts 21. Die Außenkontur des Messrohres entspricht, abgesehen von

unterschiedlichen Wandstärken der Messrohrwandung, der der Fig. 6-8. Der Unterschied ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Materialverstärkung und somit auch eine Fase 303 der Messrohrwandung 22 und nicht der Abzweigungswandung 28 zugeordnet ist. Der

Übergangsbereich zwischen Messrohrwandung ist in Fig. 19 dargestellt.

Das Messrohr insgesamt weist eine äußere Oberfläche, also eine Außenkontur auf. Die

Abzweigungsachse B und die Messrohrachse A spannen eine Schnittebene auf, welche in Fig. 14 der Papierebene entspricht. Die Außenkontur weist einen Übergangsbereich 36 auf, in welchem die Außenkontur von einem Verlauf parallel zur Messrohrachse A in einen Verlauf parallel zur Abzweigungsachse B übergeht.

Die Messrohrwandung 22 und/oder die Abzweigungswandung 28 in diesem Übergangsbereich 36 eine um die Abzweigungsachse B umlaufende Materialverbreiterung 26 mit einer Fase 303 auf, die einen Teilabschnitt der Außenkontur des Messrohres bildet. Diese Fase weist gegenüber der Oberfläche 37 der Abzweigungswandung 28 einen Anstellwinkelwinkel in der Schnittansicht der Fig. 19 von vorzugsweise 120-150°, besonders bevorzugt von 135°, auf. Die Materialverbreiterung 26 weist einen Anfangspunkt 301 auf in welchem die Wandstärke der Messrohrwandung 22 gegenüber einem vorhergehenden Abschnitt 38 - hier einem Abschnitt der Messrohrwandung - zunimmt.

Die Materialverbreiterung 26 weist zudem einen Endpunkt 302 auf an welchem die Fase 303 in einen angrenzenden Abschnitt 39 übergeht. Dieser angrenzende Abschnitt 39 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Teil der Abzweigungswandung 28.

Durch den Anfangspunkt 302 und durch den Endpunkt 301 verlaufen jeweils eine Gerade 305 und 306. Wobei eine erste dieser Geraden 306 parallel zur Messrohrachse A verläuft und eine zweite dieser Geraden 305 parallel zur Abzweigungsachse B verläuft. Die erste und die zweite Gerade 305 und 306 weisen einen Schnittpunkt 304 auf, welcher mit dem Anfangs und dem Endpunkt ein Dreieck definiert.

Schließlich ergibt sich eine Verbindung zwischen diesem Schnittpunkt und dem nächstgelegenen Punkt der Fase, die im nachfolgenden als maßgebliche Materialverbreitungsstrecke (MVS) bezeichnet wird.

Die Materialverbreiterungsstrecke MVS sollte größer oder gleich dem 0,7-fachen der Wandstärke der Messrohrwandung sein, da die Wandstärke der Messrohrwandung in vorliegenden

Ausführungsbeispiel zumindest bereichsweise kleiner ist als die Wandstärke der

Abzweigungswandung. Ergibt sich aus der vorgenannten Regel für die MVS eine Länge größer gleich 6 mm, so kann abweichend von der Regel die Länge von MVS auf einem konstanten Wert von 6 mm gehalten werden. In den beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen weist die Abzweigungsachse B gegen der Messrohrachse A einen Winkel von 90° auf. Es sind allerdings auch andere Winkelanordnungen z.B. 60° oder 45° Winkel im Rahmen der Erfindung realisierbar.

Die bisherige Herstellung einer Verbindung zwischen einem Stutzen und einem Messrohr ist mit relativ großem Arbeitsaufwand verbunden: Zunächst muss entweder am Stutzen oder am Rohr entlang der Verbindungskante eine Fase bearbeitet werden, die es nach dem Ausrichten und Anheften der Stutzen mit Schweißzusatz aufzufüllen gilt. Beim Auffüllen sind je nach Stutzenbzw. Rohrwandstärke mehrere Schweißlagen aufzubringen, bei denen auf die Einhaltung einer max. Zwischenlagentemperatur geachtet werden muss. Die gesamten Schweißarbeiten müssen unter Schutzgas stattfinden, um eine Verzunderung des Materials zu vermeiden. Während der gesamten Schweißarbeiten wird eine große Menge an Wärmeenergie in die angrenzenden Werkstoffe eingebracht, die typischerweise zum Einfallen des Mantel- oder Rohrmaterials an der Abzweigstelle, und nach dem Abkühlen zu erhöhten lokalen Eigenspannungen führt.

Erschwerend kommt hinzu, dass aufgrund der geringen Anzahl an Stutzen, die oftmals gekippt und entlang einer Rohrkrümmung anzubringen sind, alle vorgenannten Arbeiten typischerweise manuell auszuführen sind, woraus ein hoher Zeitaufwand und relativ große Schwankungen in der Ausführungsgüte resultieren.

Bei der neuartigen Anbindungsgeometrie kann beispielsweise ein Reibschweißverfahren angewandt werden, wobei die Verbindung u.a. auch den Vorgaben einer Schweißverbindung gemäß der ASME entspricht.

Grundsätzlich ist ein erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die dargestellten Fügestellen nicht als Kehlnähte ausgeführt werden müssen. Anstelle von Kehlnähten werden spezielle Materialverbreiterungen in Form einer maschinell hergestellten Kontur im Vollmaterial bereitgestellt, die vorab in die Abzweigungswandung oder die Messrohrwandung eingearbeitet wird. Diese Vorgehensweise beruht auf dem Wissen, dass die zusätzliche Kehlnaht bei

Abzweigen deshalb gefordert wird, weil ohne sie bei Biegebelastung des Abzweigs eine starke Kerbspannung im Übergang zwischen Abzweigungswandung und Messrohrwandung auftreten würde. Zur Minderung dieser Kerbspannung musste bislang eine Kehlnaht mit den Abmessungen MVS ausgeführt werden.

Tritt nun an die Stelle der Kehlnaht eine bearbeitete Geometrie aus Vollmaterial, so wird die eben genannte Anforderung sogar besser erfüllt als durch eine Kehlnaht, weil die Mindestabmessung MVS unter Garantie eingehalten wird, und weil sich zusätzlich im Übergangsbereich ein stetiger Übergangsradius herstellen lässt, der die Kerbspannungen noch weiter reduziert.

Bei der Variante der Fig. 9-16 ist die Geometrie an der Messrohrwandung angeordnet. Hierbei ist die spezielle Geometrie der Materialverbreiterung örtlich von der Reibschweissfläche bzw. der Fügestelle getrennt. Die Reibschweissfläche ist hier plan. Bei der Entfernung der äusseren Reibschweisswulst ist bei dieser Variante eine zylindrische Nacharbeit in einer Ebene nötig. Diese Art der Nacharbeit ist einfacher als in Variante der Fig. 1-8, führt jedoch zu einer stärkeren lokalen Reduzierung der ursprünglichen Wandstärke des Messrohrmaterials. Fig. 20 zeigt eine Abzweigung 50 mit einer Abzweigungswandung 48 welche analog zu Fig. 1-8 mit einer Messrohrwandung verbunden werden kann. Die Abzweigungswandung 48 weist eine Kontaktfläche 51 auf, welche mit der Messrohrwandung beim Reibschweißen in Kontakt tritt. Da dabei eine Materialverdrängung stattfindet wird ein Teil des Materials seitlich aus der Fügestelle herausgedrückt. Daher wird eine zylindrische Fläche 52 die neben der Kontaktfläche 51 angeordnet ist, beim Reibschweißen verringert oder sie verschwindet vollständig.

Fig. 21 zeigt die Anbindung der Abzweigungswandung 48 an die Messrohrwandung 42 mittels einer Fügestelle 55. Diese Fügestelle ist durchgeschweißt, insbesondere reibgeschweißt. Die in Fig. 21 dargestellte Anbindung ist analog zu der in Fig. 1-8 und 18 ausgebildet, allerdings ohne die Ausbildung der ebene Fläche 1 1 durch eine fräsende Abtragung des Messrohrmaterials bei der Nachbearbeitung. Diese Ausbildungsvariante ist besonders bevorzugt, da eine besonders hohe Druckstabilität der Messrohwandung bei dieser Variante gewährleistet ist. Die

Materialverbreiterung und die Fase sind analog zu Fig. 1 -8 und Fig. 18 ausgebildet. Der Schnittpunkt 204 ist analog zu Fig. 18 Die Materialverbreiterungsstrecke (MVS) ist dabei ebenfalls analog zu Fig. 18.

Fig. 22 zeigt eine weitere Variante der Anbindung einer Abzweigung 70 mit einer

Abzweigungswandung 68 an die Messrohrwandung 62 mittels einer Fügestelle 75. Diese Fügestelle ist ebenfalls durchgeschweißt, insbesondere reibgeschweißt. Die in Fig. 22 dargestellte Anbindung weist im Unterschied zur Fig. 21 eine Abrundung 403 anstelle einer Fase auf. Die Abrundung 403 weist einen Anfangs- und einen Endpunkt 401 und 402 auf. Durch den Anfangs- und den Endpunkt 401 und 402 verläuft jeweils eine Gerade entweder parallel zur Abzweigungsachse B oder zur Messrohrachse. Die beiden Geraden schneiden sich im

Schnittpunkt 404.

Diese Abrundung weist einen konstanten Radius auf, so dass der nächstliegende Punkt der Abrundung zum Schnittpunkt 404 zugleich der Mittelpunkt zwischen dem Anfangs- und dem Endpunkt bildet. Die entsprechende Materialverbreitungsstrecke zum Schnittpunkt 404 hin ist ausgehend von diesem Punkt dargestellt.

Fig. 23 zeigt eine zusätzliche Variante der Anbindung einer Abzweigung 90 mit einer

Abzweigungswandung 88 an die Messrohrwandung 82 mittels einer Fügestelle 95. Diese Fügestelle ist ebenfalls durchgeschweißt, insbesondere reibgeschweißt. Die in Fig. 23 dargestellte Anbindung weist im Unterschied zur Fig. 21 eine Abrundung 503 anstelle einer Fase auf. Die Abrundung 503 weist einen Anfangs- und einen Endpunkt 501 und 502 auf. Durch den Anfangs- und den Endpunkt 501 und 502 verläuft jeweils eine Gerade entweder parallel zur Abzweigungsachse B oder zur Messrohrachse. Die beiden Geraden schneiden sich im

Schnittpunkt 504.

Diese Abrundung weist im Gegensatz zu Fig. 22 keinen konstanten Radius auf, sondern einen Radius welcher sich im Verlauf der Abrundung vom Anfangspunkt 501 zum Endpunkt 502 verändert. Der nächstliegende Punkt der Abrundung zum Schnittpunkt 504 ist daher nicht der Mittelpunkt zwischen dem Anfangs- und dem Endpunkt. Die entsprechende

Materialverbreitungsstrecke zum Schnittpunkt 504 hin ist ausgehend von diesem

nächstliegenden Punkt der Abrundung zum Schnittpunkt dargestellt. Bezugszeichenliste

1 , 21 Rohrsegment

2, 22, 42, 62, 82 Messrohrwandung

3 Aufnahme

4 Kragen

5 schräger Übergang

6 ebene Fläche

7 Oberfläche

8, 28, 48, 68, 88 Abzweigungswandung

9, 35 Materialüberstand

10, 30, 50, 70, 90 Abzweigung

1 1 ebene Fläche

12 schräger Übergangsbereich

13 Innengewinde

14 Anschlag

15, 35 Fügestelle

16, 36 Übergangsbereich der Außenkontur

17, 37 Oberfläche

18, 38 vorhergehender Abschnitt

19, 39 angrenzender Abschnitt

23 Ausfräsung

24 Materialvertiefung

25 Kragung

26 Materialverbreiterung

27 ebene Ringfläche

42, 62, 82 Messrohrwandung

48, 68, 88 Abzweigungswandung

50, 70, 90 Abzweigung

51 Kontaktfläche

52 zylindrische Fläche

55, 75, 95 Fügestelle

101 Ultraschall-Durchflussmessgerät

102 Sensor

103 Messrohr

104 Auswerteeinheit 201 , 302, 401 , 501 Endpunkt

202, 301 , 402, 502 Anfangspunkt

203, 303 Fase

204, 304, 404, 504, 404, 504 Schnittpunkt

205, 305 Gerade

206, 306 Gerade

207 Materialverbreiterung

208 zum Schnittpunkt nächstgelegener Punkt auf der Fase 403, 503 Abrundung

A Messrohrachse

B Abzweigungsachse

MVS Materialverbreiterungsstrecke