WO2010015534A1 - Magnetisch-induktives durchflussmessgerät mit einer elektrodenanordnung und verfahren zu dessen fertigung - Google Patents

Magnetisch-induktives durchflussmessgerät mit einer elektrodenanordnung und verfahren zu dessen fertigung Download PDF

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WO2010015534A1
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measuring tube
fastening means
magnetic
holder
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Roger Kerrom
Beat Tschudin
Raphael Hess
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Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/584—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters constructions of electrodes, accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making

Definitions

  • the invention relates to a magnetic-inductive flowmeter with a sensor, wherein the sensor comprises a flowed through by a medium measuring tube, comprises a magnetic system for generating a magnetic field, and at least one introduced into the measuring tube electrode for detecting an electrical voltage. Furthermore, the invention relates to a method for manufacturing a magnetic-inductive flowmeter, wherein the magnetic-inductive flowmeter has a measuring tube, wherein the measuring tube has at least one bore, wherein an electrode is introduced into the bore.
  • Magnetic-inductive flowmeters use the principle of electrodynamic induction for volumetric flow measurement: charge carriers of the medium moved perpendicular to a magnetic field induce a voltage in electrodes which are also substantially perpendicular to the flow direction of the medium and perpendicular to the direction of the magnetic field.
  • the measuring voltage induced in the electrodes is proportional to the flow velocity of the medium averaged over the cross section of the measuring tube and thus to the volume flow. If the density of the medium is known, the mass flow in the pipeline or the measuring tube can be determined.
  • the measuring voltage is usually tapped via the pair of electrodes, which is arranged in the region of the measuring tube in which the maximum magnetic field strength and consequently the maximum measuring voltage is to be expected.
  • the electrodes are usually galvanically coupled to the medium;
  • magnetic-inductive flowmeters with non-contact capacitive coupling electrodes are also known.
  • the measuring tube can either be made of an electrically conductive Materia !, For example, stainless steel, or consist of an electrically insulating material. If the measuring tube is made of an electrically conductive material, then it must be lined in the area coming into contact with the medium with a liner made of an electrically insulating material. Depending on the temperature and medium, the liner consists, for example, of a thermoplastic, a duroplastic or an elastomeric plastic.
  • magnetic-inductive flow meters with a ceramic lining are also known.
  • An electrode can essentially be subdivided into an electrode head which at least partially comes into contact with a medium which flows through the measuring tube and an electrode shaft which is introduced almost completely into the wall of the measuring tube.
  • the electrodes are in addition to the magnet system, the central components of a magnetic-inductive flowmeter. In the design and arrangement of the electrodes, care must be taken that they can be mounted as simply as possible in the measuring tube and that no leakage problems subsequently occur during measuring operation; In addition, the electrodes should be distinguished by a sensitive and at the same time low-interference measurement signal acquisition.
  • measuring electrodes which serve to tap a measuring signal
  • additional electrodes in the form of reference or ground electrodes are often installed in the measuring tube, which serve to measure an electrical reference potential or to detect partially-filled measuring tubes.
  • the patent US 4,279,166 shows an electrode assembly of a magnetic-inductive flowmeter for sealing an insert in the flowmeter.
  • the seal consists in the Essentially from a threaded cap, which is screwed onto a thread of the insert and fixes the electrode in use.
  • the assembly is sealed by an O-ring mounted below the shoulder of the electrode.
  • the patent US 5,224,394 shows an arrangement for sealing introduced into the wall of a ceramic measuring tube of a magnetic-inductive flowmeter electrodes. For this, the electrode is held by a spring in a predetermined position, so that the electrode seals the measuring tube.
  • the patent US 3,171,990 shows an arrangement for fixing electrodes in a measuring tube.
  • the electrode is inserted into an insert in the measuring tube and fixed in the holder by means of a union nut and a thread in the region of the electrode shaft.
  • the invention is therefore based on the object to propose a magnetic-inductive flowmeter and a method for producing a magneto-inductive flowmeter, wherein the electrode is fixed in liquid-tight manner in or on the measuring tube.
  • the object is achieved in that a fastening means is provided which serves to secure the electrode to the measuring tube that the Befest Trentsmitte! at least partially made of plastic, and that the fastening means is connected by a plastic welding technique with the measuring tube.
  • the plastic welding technique preferably achieves an insoluble, material-locking connection. Welded connections have a high strength of the connection compared to other connections.
  • the components, fastening means and measuring tube are locally melted in a joining zone using heat and / or force and inextricably linked together during the solidification of the melt.
  • This offers the advantage that the bore into which the electrode is inserted, pressure and liquid sealed. Furthermore, a wobbling of the electrode is prevented under operating conditions in the bore; ie the electrode is attached without play in the hole. As a result, disturbances in the measurement signal, inter alia, the so-called electrode noise are reduced.
  • the measuring tube is at least partially made of plastic.
  • plastic is cheaper compared to metal materials.
  • plastics mixed with suitable compounds and substances have high strength and high corrosion resistance.
  • the electrode has a collar with which the electrode rests on the measuring tube.
  • the collar extends radially to the longitudinal axis of the electrode.
  • the electrode can be held in a predetermined position, preferably perpendicular to the longitudinal axis of the measuring tube.
  • the electrode can only be introduced into the wall of the measuring tube by the collar until the collar rests on the measuring tube. This will cause penetration of the electrode during assembly avoided in the flow of the measuring tube and the flow profile of the medium flowing through the measuring tube not bei ⁇ batht.
  • the measuring tube has a bore surrounded by a holder, wherein the electrode is introduced into the bore.
  • the holder is, for example, part of the measuring tube or an inserted into the measuring tube insert.
  • the holder consists for example of a collar-like projection which extends radially to the longitudinal axis of the measuring tube and projects from the measuring tube.
  • the measuring tube consists at least in the region of the holder made of plastic.
  • the connection between the fastening means and the holder thus creates a particularly firm structure.
  • An existing plastic holder thus allows the conversion of a metallic measuring tube, which is lined with a liner, to a magnetic-inductive flowmeter according to the invention.
  • the fastening means is connected to the holder.
  • the electrode is fixed to the measuring tube and the measuring tube is sealed.
  • the electrode is in the region of the electrode shaft and / or on the end facing away from the electrode head end of the attachment center! surround.
  • the fastening means is at least partially on the collar of the electrode.
  • a fastening means for example, a disc or a ring is provided, which are placed on the federal government.
  • the pressure of the fastener on the collar of the electrode the electrode is pressed into the hole and placed in a designated position.
  • the collar of the electrode is at least partially on the Hait für. Thanks to the plastic welding technique, the fastener can be connected to the holder and seal the measuring tube. As a result, the electrode is recognisably introduced in the position provided for it and also forms an additional sealing step, which closes the bore.
  • plastic welding technology is one of the following techniques: ultrasonic, resistance, bolt, laser, electron beam, friction and / or heating welding technology.
  • the heat generation for the preparation of the compound is z. B. by heating elements, electricity, friction, laser or electron beam.
  • plastic welding technology in particular insoluble cohesive connections between components made of thermoplastic materials can be produced.
  • the fastening means is designed so that the electrode is arranged by the fastening means in a predetermined position.
  • the fastening means consists, for example, of a cap which is placed on the Hait für and accommodates the collar of the electrode.
  • the electrode has at least one sealing element which seals the measuring tube in the region of the bore.
  • the sealing element is preferably mounted in an area below the collar of the electrode on the electrode shaft and thus prevents the escape of the medium from the measuring tube.
  • the electrode has an electrode head and an electrode shaft and the sealing element is partially inserted in a recess of the electrode shaft. The sealing element prevents the fluid from escaping from the measuring tube through the bore.
  • the sealing element projects beyond the edge of the electrode shaft and seals a gap existing between the bore and the electrode shaft.
  • a further sealing element between the fastening means and the electrode can be provided in the region of the collar of the electrode above the holder.
  • At least one welding lip and / or a crimp seam is provided on the fastening means and / or the measuring tube, wherein the welding lip and / or the crimping seam serve to fix the fastening means to the measuring tube.
  • the welding lip or the crimping seam can also be attached to the holder. Welding lip and squeezing seam are so-called joining zones. The joining zones of the welded joint are of crucial importance for the ultrasonic welding technique in particular
  • the joining zones in ultrasonic welding technology serve as energy directors, through which a targeted and concentrated energy discharge is achieved.
  • the squeezing seam is preferably used for producing dense and high-strength welded joints.
  • the object is achieved in that the electrode is attached by means of a plastic welding technique to the measuring tube. Due to the plastic welding technology, the components, fastening means and measuring tube are connected to one another with a material fit. Preferably, the bore in the measuring tube is thereby sealed and the electrode is fixed in the bore and on the measuring tube.
  • the ultrasound, Resistance, bolt, laser, electron beam, friction and / or heating welding technology can be used.
  • the electrode is held by a provided on the measuring tube Hait für in a designated position, further, the electrode has a collar, which is placed on the Hait réelle, a fastening means made of plastic is applied to the collar, wherein the fastening means at least partially the Hait réelle rests, the fastener is connected by means of plastic welding technology with the measuring tube.
  • a particular cylindrical electrode is inserted with a collar into a prefabricated bore in the measuring tube until the collar rests on the measuring tube or the Hait ceremonies.
  • a fastening means made of plastic which has specially shaped welding lips or a crimp seam, is pushed over the collar. Then, the fastener can be connected to the Hait réelle or the measuring tube by means of plastic welding technology.
  • devices for ultrasonic welding can be used to carry out the method.
  • the ultrasonic welding machines are used for material joining thermoplastics. According to DIN 1910 Part 3, the ultrasonic welding of plastics belongs to the category "welding by movement" of the process group
  • Compression joint welding The melting of the material is carried out by a high-frequency mechanical vibration of up to 40 kHz mitteis ultrasound. Even metals can be joined together by ultrasonic welding.
  • a generator In ultrasonic welding, a generator from the mains voltage electrical high frequency voltage of up to 40 kHz for Triggering a converter generated.
  • Predominantly piezoelectric converters are used as converters.
  • the converter converts the electrical voltage in structure-borne soundworlds, which are changed by a so-called booster in their acoustic amplitude and transmitted to a sonotrode as the actual welding tool.
  • a press feed unit presses the oscillating unit with the sonotrode against the weld. As a result, a standing under a predetermined contact pressure longitudinal oscillatory motion is generated, which melts the weld by a high-frequency hammer-like machining of the joint.
  • the energy input into the joining zone is called by so-called
  • the joining zone is, for example, provided with roof-shaped welding lugs or designed as a squeezing seam.
  • FIG. 1 shows a cross section through an electrode assembly of a magnetic inductive flowmeter according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the longitudinal axis of a measuring tube in the region of the measuring electrodes of the magnetic-inductive flowmeter according to the invention
  • FIG. 1 shows a cross section through an electrode arrangement of a magnetic-inductive flowmeter.
  • the electrode 1 is introduced into a bore 14 in the wall of a measuring tube 10 and has an electrode shaft and an electrode head at least partially wetted by the medium during measuring operation.
  • the electrode head has, in the
  • the electrode shaft has a cylindrical Basic form.
  • a radial recess is provided in the region of the electrode shaft, which contains an O-ring 3.
  • the O-ring 3 protrudes slightly beyond the edge of the electrode shaft so that it forms a first sealing step and seals the electrode 1 in the region of the bore 14.
  • the electrode 1 has a collar 8, with which the electrode 1 terminates.
  • the collar 8 is perpendicular from the electrode longitudinal axis 2 from.
  • the electrode 1 in the head remote from the electrode head has a socket into which a plug 5 is inserted.
  • the plug 5 serves for tapping the measured by means of the electrode head in the medium electrical potential.
  • the introduced into the measuring tube 10 cylindrical bore 14 is surrounded by a holder 11 in the form of a collar-like approach.
  • the holder 11 is located on the outside of the measuring tube 10.
  • the measuring tube 10 is at least in the region of the bore 14 and the holder 11 made of plastic.
  • the electrode shaft is completely inserted into the bore 14.
  • the electrode 1 rests with its collar 8 on a flat surface closing off the holder 11.
  • the support surface of the collar 8 runs perpendicular to the electrode longitudinal axis 2 and parallel to the longitudinal axis of the
  • Measuring tube 10 About the collar 8 of the electrode 1, a cap 4 is mounted, which rests on the holder 11. The cap 4 is connected to the holder 11 by a plastic welding process.
  • the cap 4 has a central opening along the longitudinal axis 2 of the electrode, through which the electrode 1 is electrically connected by a plug 5.
  • the potential picked up by the electrode 1 is transmitted to a measuring and / or operating circuit (not explicitly shown). From the electrical potential, a voltage proportional to the flow rate is derived and from this the flow rate is determined.
  • the measuring tube 10 is surrounded at least in the region of the electrodes 1 by a housing, not explicitly shown.
  • the measuring tube 10, which is flowed through by the process medium and is under a process pressure, is closed in the region of the electrode shaft by a first sealing step, consisting of a radially arranged O-ring 3, in a pressure-tight and liquid-tight manner.
  • the O ⁇ ring 3 has the required physical and chemical properties that are necessary for use in typical media such as drinking water and wastewater. Furthermore, the O-ring 3 is specially designed for use in conjunction with plastic materials.
  • the bore 14 increases conically in its end region, so that a recess 12 between the electrode 1 and the bore 14 is made.
  • This recess 12 is located directly below the collar 8 of the Eiektrodel.
  • a second sealing or insulating element not shown, can be introduced.
  • the cap 4 mounted on the electrode 1 and the holder 11 has a welding lip 7 along the joining zone 6 on the holder 11.
  • the welding lip 7 has a roof-shaped cross-section and is fused cohesively to the holder 11. As a result, the bore 14 is sealed pressure and liquid-tight.
  • FIG. 2 shows two measuring electrodes of a magneto-inductive according to the invention introduced diametrically into the longitudinal axis of a measuring tube 10
  • the electrodes 1 are, as shown in Figure 1, introduced into the measuring tube 10.
  • the electrodes 1 are permanently introduced perpendicular to the longitudinal axis of the measuring tube 10 pressure and liquid-tight.
  • the electrodes 1 are surrounded by the measuring tube 10, which is made of plastic, at least in the area shown, and in the region of the electrode shaft and enclosed therein in the region of the end facing away from the electrode head. Only the wetted in the measuring operation of the medium electrode head and the plug 5 for tapping the measured electrical potential are not embedded in the measuring tube 10.
  • FIG. 3 shows a welding lip 22 and 3b) a squeezing seam 21.
  • the welding lip 22 in FIG. 3a) has a roof-shaped cross section.
  • the welding lip 22 melts in the region of the joining zone 6 of the holder 11. This results in a material-locking connection between the fastening means 24 and the measuring tube 10.
  • FIG. 4 shows a so-called squeeze seam 21.
  • the squeeze seam 21 forms a connection between the fastening means 24 and the holder 11.
  • the bore 14 has an enlarged radius in its end region which projects into the wall of the measuring tube 10 or the holder 11 protrudes.
  • the resulting from the enlarged radius space is filled by a web of the fastener 24.
  • the web has a slope of about 30 ° to a line perpendicular to the longitudinal axis of the bore 14. Due to the plastic welding technique, the web is connected to the Hait réelle cohesively.

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Abstract

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Messaufnehmer, wobei der Messaufnehmer ein von einem Messstoff durchströmbares Messrohr umfasst, ein Magnetsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfasst, mindestens eine in das Messrohr eingebrachte Elektrode zum Erfassen einer elektrischen Spannung aufweist, wobei ein Befestigungsmittel vorgesehen ist, das zum Befestigen der Elektrode am Messrohr dient, wobei das Befestigungsmittel wenigstens teilweise aus Kunststoff besteht, und wobei das Befestigungsmittel durch eine Kunststoff-Schweißtechnik mit dem Messrohr verbunden ist. Sowie Verfahren zur Fertigung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, wobei das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Messrohr aufweist, wobei das Messrohr wenigstens eine Bohrung aufweist, wobei eine Elektrode in die Bohrung eingebracht wird, wobei die Elektrode mittels einer Kunststoff-Schweißtechnik an dem Messrohr befestigt wird.

Description

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einer Elektrodenanordnung und Verfahren zu dessen Fertigung
Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Messaufnehmer, wobei der Messaufnehmer ein von einem Messstoff durchströmbares Messrohr umfasst, ein Magnetsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfasst, und mindestens eine in das Messrohr eingebrachte Elektrode zum Erfassen einer elektrischen Spannung aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Fertigung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, wobei das magnetischinduktive Durchflussmessgerät ein Messrohr aufweist, wobei das Messrohr wenigstens eine Bohrung aufweist, wobei eine Elektrode in die Bohrung eingebracht wird.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren im gleichfalls im Wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Mediums und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes angeordneten Elektroden eine Spannung. Die in den Elektroden induzierte Messspannung äst proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und somit zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Mediums bekannt, lässt sich der Massestrom in der Rohrleitung bzw. dem Messrohr bestimmen. Die Messspannung wird üblicherweise über das Eiektrodenpaar abgegriffen, das in dem Bereich des Messrohres angeordnet ist, in dem die maximale Magnetfeldstärke und folglich die maximale Messspannung zu erwarten ist. Die Elektroden sind üblicherweise galvanisch mit dem Medium gekoppelt; es sind jedoch auch magnetisch- induktive Durchflussmessgeräte mit berührungslos kapazitiv koppelnden Elektroden bekannt. Das Messrohr kann dabei entweder aus einem elektrisch leitfähigen Materia!, z.B. Edelstahl, gefertigt sein, oder aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Ist das Messrohr aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, so muss es in dem mit dem Medium in Kontakt kommenden Bereich mit einem Liner aus einem elektrisch isolierenden Material ausgekleidet sein. Der Liner besteht je nach Temperatur und Medium beispielsweise aus einem thermoplastischen, einem duroplastischen oder einem elastomeren Kunststoff. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit einer keramischen Auskleidung bekannt.
Eine Elektrode lässt sich im Wesentlichen in einen Elektrodenkopf, der zumindest teilweise mit einem Medium, welches das Messrohr durchströmt, in Kontakt kommt, und einen Elektrodenschaft, der fast vollständig in der Wandung des Messrohres eingebracht ist, unterteilen.
Die Elektroden sind neben dem Magnetsystem die zentralen Komponenten eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Bei der Ausgestaltung und Anordnung der Elektroden ist darauf zu achten, dass sie sich möglichst einfach in dem Messrohr montieren lassen und dass nachfolgend im Messbetrieb keine Dichtigkeitsprobleme auftreten; darüber hinaus sollen sich die Elektroden durch eine empfindliche und gleichzeitig störungsarme MesssignaJerfassung auszeichnen.
Neben den Messelektroden, die zum Abgriff eines Messsignals dienen, werden oftmals zusätzliche Elektroden in Form von Bezugs- oder Erdungselektroden in das Messrohr eingebaut, die dazu dienen, ein elektrisches Referenzpotential zu messen oder teilgefüilte Messrohre zu erkennen.
Die Patentschrift US 4,279,166 zeigt eine Elektrodenanordnung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes zum Abdichten eines Einsatzes in das Durchflussmessgerät. Die Abdichtung besteht dabei im Wesentlichen aus einer Gewindekappe, die auf ein Gewinde des Einsatzes aufgeschraubt wird und die Elektrode im Einsatz fixiert. Die Anordnung wird von einem unterhalb der Schulter der Elektrode angebrachten O-Ring abgedichtet.
Auch die Patentschrift US 5,224,394 zeigt eine Anordnung zur Abdichtung von in die Wandung eines keramischen Messrohrs eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes eingebrachten Elektroden. Dafür wird die Elektrode durch eine Feder in einer vorgesehenen Stellung gehalten, so dass die Elektrode das Messrohr abdichtet.
Die Patentschrift US 3,171 ,990 zeigt eine Anordnung zur Befestigung von Elektroden in einem Messrohr. Dabei wird die Elektrode in einen Einsatz in das Messrohr eingesetzt und mitteis einer Überwurfmutter und einem Gewinde im Bereich des Eiektrodenschafts in der Halterung fixiert.
Diese Ausführungen haben jedoch den Nachteil, dass die radialen Bohrungen im Messrohr Schwachstelien bilden, die beim Durchströmen von unter hohem Druck stehenden Messstoffen zu Rissen und Zerstörungen führen. Weiterhin ist es bei kleinen Nennweiten von Messrohren schwierig, die Elektroden im Messrohr anzubringen und die Bohrung zu verschließen.
Zudem sind bei Messrohren aus Kunststoff die herkömmlichen, im Stand der Technik angewandten Befestigungsarten von Elektroden im Messrohr nicht praktikabel.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und ein Verfahren zur Fertigung eines magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes vorzuschlagen, bei dem die Elektrode im bzw. am Messrohr flüssigkeitsdicht befestigt ist. Bezüglich des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Befestigungsmittel vorgesehen ist, das zum Befestigen der Elektrode am Messrohr dient, dass das Befestigungsmitte! wenigstens teilweise aus Kunststoff besteht, und dass das Befestigungsmittel durch eine Kunststoff-Schweißtechnik mit dem Messrohr verbunden ist. Durch die Kunststoff-Schweißtechnik wird vorzugsweise eine unlösbare, stoffschlüssige Verbindung erreicht. Schweißverbindungen weisen gegenüber anderen Verbindungen eine hohe Festigkeit der Verbindung auf. Beim Schweißen werden die Bauteile, Befestigungsmittel und Messrohr, in einer Fügezone unter Anwendung von Wärme und/oder Kraft lokal aufgeschmolzen und beim Erstarren der Schmelze unlösbar miteinander verbunden. Dies bietet den Vorteil, dass die Bohrung, in die die Elektrode eingesetzt ist, druck- und flüssigkeitsdicht verschlossen ist. Weiterhin wird dadurch ein Wackeln der Elektrode unter Betriebsbedingungen in der Bohrung unterbunden; d.h. die Elektrode ist spielfrei in der Bohrung befestigt. Dadurch werden Störungen im Messsignal u.a. das sog. Elektrodenrauschen vermindert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung besteht das Messrohr wenigstens teilweise aus Kunststoff. Dadurch wird eine höhere Festigkeit der Schweißverbindung erreicht. Zudem ist Kunststoff im Vergleich zu Werkstoffen aus Metall preisgünstiger. Heutzutage weisen Kunststoffe versetzt mit geeigneten Verb und Stoffen eine hohe Festigkeit und sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Elektrode einen Bund auf, mit dem die Elektrode auf dem Messrohr aufliegt. Vorzugsweise verläuft der Bund radial zur Längsachse der Elektrode. Durch den Bund kann die Elektrode in einer vorgesehenen Stellung, vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Messrohrs, gehalten werden. Weiterhin ist die Elektrode durch den Bund nur so weit in die Wandung des Messrohrs einbringbar, bis der Bund auf dem Messrohr aufliegt. Dadurch wird bei der Montage ein Eindringen der Elektrode in den Lauf des Messrohrs vermieden und das Strömungsprofil des das Messrohr durchströmenden Messstoffs nicht beeiπflusst.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Messrohr eine von einer Halterung umgebene Bohrung auf, wobei die Elektrode in die Bohrung eingebracht ist. Die Halterung ist bspw. Teil des Messrohrs oder ein in das Messrohr eingebrachter Einsatz. Die Halterung besteht bspw. aus einem kragenartigen Ansatz, der radial zur Längsachse des Messrohrs verläuft und vom Messrohr absteht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht das Messrohr wenigstens im Bereich der Halterung aus Kunststoff. Durch die Verbindung zwischen Befestigungsmittel und Halterung entsteht so ein besonders festes Gefüge. Eine aus Kunststoff bestehende Halterung ermöglicht somit den Umbau eines metallischen Messrohrs, welches mit einem Liner ausgekleidet ist, zu einem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Befestigungsmittel mit der Halterung verbunden. Durch das mit der Halterung mittels der Kunststoff- Schweißtechnik verbundene Befestigungsmittel ist die Elektrode am Messrohr fixiert und das Messrohr abgedichtet. Vorzugsweise ist die Elektrode im Bereich des Elektrodenschafts und/oder an dem von dem Elektrodenkopf abgewandten Ende von dem Befestigungsmitte! umgeben.
In einer vorteilhaften Weiterbildung liegt das Befestigungsmittel wenigstens teilweise auf dem Bund der Elektrode auf. Als Befestigungsmittel ist bspw. eine Scheibe oder ein Ring vorgesehen, die auf den Bund aufgelegt sind. Durch den Druck des Befestigungsmittels auf den Bund der Elektrode wird die Elektrode in die Bohrung gepresst und in einer vorgesehen Stellung platziert. In einer vorteilhaften Weiterbildung liegt der Bund der Elektrode wenigstens teilweise auf der Haiterung auf. Durch die Kunststoff-Schweißtechnik lässt sich das Befestägungsmittel mit der Haiterung verbinden und das Messrohr abdichten. Dadurch ist die Elektrode erkennbar in der für sie vorgesehenen Stellung eingebracht und bildet zudem eine zusätzliche Dichtstufe, die die Bohrung verschließt.
In einer vorteilhaften Weiterbiidung handelt es sich bei der Kunststoff- Schweißtechnik um eine der folgenden Techniken: Ultraschall-, Widerstands-, Bolzen-, Laser-, Elektronenstrahi-, Reib- und/oder Heiz- Schweißtechnik. Die Wärmeerzeugung zur Herstellung der Verbindung erfolgt z. B. durch Heizelemente, Strom, Reibung, Laser- oder Elektronenstrahl. Mittels der Kunststoff-Schweißtechnik können insbesondere unlösbare stoffschlüssige Verbindungen zwischen Bauteilen aus thermoplastischen Kunststoffen hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Befestigungsmittel so ausgestaltet, dass die Elektrode durch das Befestigungsmittel in einer vorgesehenen Stellung angeordnet ist. Das Befestigungsmittel besteht bspw. aus einer Kappe, die auf die Haiterung aufgelegt ist und den Bund der Elektrode aufnimmt. Durch das an die Kontur der Elektrode mit ihrem Bund angepasste Befestigungsmitte! wird eine passgenaue Auflage des Befestigungsmittels und damit eine allseitig flüssigkeits- und/oder druckdicht verschlossene Elektrodenanordnung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes erreicht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Elektrode mindestens ein Dichtelement auf, das das Messrohr im Bereich der Bohrung abdichtet. Dafür wird das Dichtelement vorzugsweise in einem Bereich unterhalb des Bunds der Elektrode am Elektrodenschaft angebracht und verhindert so das Austreten des Messstoffs aus dem Messrohr. In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Elektrode einen Elektrodenkopf und einen Elektrodenschaft auf und das Dichtelement ist teilweise in einer Ausnehmung des Elektrodenschafts eingebracht. Das Dichtelement verhindert das Austreten des Messstoffs aus dem Messrohr durch die Bohrung hindurch. Vorzugsweise ragt das Dichtelement über den Rand des Elektrodenschafts hinaus und dichtet einen zwischen der Bohrung und dem Elektrodenschaft vorhandenen Spalt ab.
Zusätzlich kann ein weiteres Dichtelement zwischen dem Befestigungsmittel und der Elektrode im Bereich des Bundes der Elektrode oberhalb der Halterung vorgesehen sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eine Schweißlippe und/oder eine Quetschnaht an dem Befestigungsmittel und/oder dem Messrohr vorgesehen, wobei die Schweißlippe und/oder die Quetschnaht dazu dienen, das Befestigungsmittel an dem Messrohr zu fixieren. Ggf. kann die Schweißlippe oder die Quetschnaht auch an der Halterung angebracht sein. Bei Schweißlippe und Quetschnaht handelt es sich um sog. Fügezonen. Die Fügezonen der Schweißverbindung sind besonders bei der Ultraschall- Schweißtechnik von ausschlaggebender Bedeutung für die
Belastungsfähigkeit der Verbindung. Weiterhin dienen die Fügezonen bei der Ultraschall-Schweißtechnik als Energierichtungsgeber, durch die eine gezielte und konzentrierte Energieentladung erreicht wird. Die Quetschnaht kommt vorzugsweise zur Herstellung dichter und hochfester Schweißverbindungen zum Einsatz.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektrode mittels einer Kunststoff-Schweißtechnik an dem Messrohr befestigt wird. Durch die Kunststoff-Schweißtechnik werden die Bauteile, Befestigungsmittel und Messrohr, stoffschlüssig miteinander verbunden. Vorzugsweise wird die Bohrung im Messrohr dadurch abgedichtet und die Elektrode in der Bohrung und am Messrohr fixiert. Dafür kann die Ultraschall-, Widerstands-, Bolzen-, Laser-, Elektronenstrahl-, Reib- und/oder Heiz- Schweißtechnik verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Elektrode durch eine am Messrohr vorgesehene Haiterung in einer vorgesehen Stellung gehalten, weiterhin weist die Elektrode einen Bund auf, der auf die Haiterung aufgelegt wird, wird ein Befestigungsmittel aus Kunststoff auf den Bund angelegt, wobei das Befestigungsmittel wenigstens teilweise auf der Haiterung aufliegt, wird das Befestigungsmittel mittels der Kunststoff-Schweißtechnik mit dem Messrohr verbunden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine insbesondere zylindrische Elektrode mit einem Bund in eine vorgefertigte Bohrung im Messrohr eingebracht bis der Bund auf dem Messrohr oder der Haiterung aufliegt. Ggf. wird über den Bund ein Befestigungsmittel aus Kunststoff geschoben, das speziell geformte Schweißlippen oder eine Quetschnaht aufweist. Daraufhin kann das Befestigungsmittel mit der Haiterung oder dem Messrohr mittels Kunststoff-Schweißtechnik verbunden werden.
Zur Durchführung des Verfahrens können insbesondere Geräte zum Ultraschallschweißen eingesetzt werden. Die Ultraschallschweißgeräte werden zum stoffschlüssigen Fügen thermoplastischer Kunststoffe verwendet. Gemäß DIN 1910 Teil 3 gehört das Ultraschallschweißen von Kunststoffen zur Kategorie „Schweißen durch Bewegung" der Verfahrensgruppe
Pressverbindungsschweißen. Das Aufschmelzen des Werkstoffs erfolgt dabei durch eine hochfrequente mechanische Schwingung von bis zu 40 kHz mitteis Ultraschall. Auch Metalle können durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden.
Beim Ultraschallschweißen wird durch einen Generator aus der Netzspannung eine elektrische Hochfrequenzspannung von bis zu 40 kHz für die Ansteuerung eines Konverters erzeugt. Überwiegend werden Piezoelektrische Wandler als Konverter eingesetzt. Der Konverter wandelt die elektrische Spannung in Körperschallwelten, welche von einem sog. Booster in ihrer akustischen Amplitude verändert und auf eine Sonotrode als eigentliches Schweißwerkzeug übertragen werden. Eine Pressen-Vorschubeinheit presst die Schwingeinheit mit der Sonotrode dabei gegen die Schweißstelle. Dadurch wird eine unter einem vorgegebenen Anpressdruck stehende longitudinale Schwingbewegung erzeugt, welche die Schweißstelle durch eine hochfrequente hammerartige Bearbeitung der Fügestelle aufschmilzt. Die Energieeinbringung in die Fügezone wird dabei durch so genannte
Energierichtungsgeber sichergestellt. Dafür ist die Fügezone bspw. mit dachförmigen Schweißläppen versehen oder als Quetschnaht ausgestaltet.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen Querschnitt durch eine Elektrodenanordnung eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts,
Fig. 2: einen Querschnitt durch die Längsachse eines Messrohrs im Bereich der Messelektroden des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, und
Fig. 3: zwei schematische Darstellungen unterschiedlicher Fügezonen.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektrodenanordnung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Die Elektrode 1 ist in eine Bohrung 14 in die Wandung eines Messohrs 10 eingebracht und weist einen Elektrodenschaft und einen im Messbetrieb vom Messstoff wenigstens teilweise benetzten Elektrodenkopf auf. Der Elektrodenkopf weist, in dem
Bereich in dem er in den Lauf des Messrohrs hineinragt, eine konische Form auf. Im Bereich der Bohrung 14 weist der Elektrodenschaft eine zylindrische Grundform auf. Darüber hinaus ist im Bereich des Elektrodenschafts eine radiale Ausnehmung vorgesehen, die einen O-Ring 3 enthält. Der O-Ring 3 ragt geringfügig über den Rand des Elektrodenschafts hinaus, so dass er eine erste Dichtstufe bildet und die Elektrode 1 im Bereich der Bohrung 14 abdichtet. An dem vom Elektrodenkopf abgewandten Ende weist die Elektrode 1 einen Bund 8 auf, mit dem die Elektrode 1 abschließt. Der Bund 8 steht senkrecht von der Elektrodenlängsachse 2 ab. Entlang der Elektrodenlängsachse 2 weist die Elektrode 1 in dem vom Elektroden köpf abgewandeten Ende eine Buchse auf, in die ein Stecker 5 eingebracht ist. Der Stecker 5 dient dabei zum Abgreifen des mittels des Elektrodenkopfs im Messstoff gemessen elektrischen Potentials.
Die in das Messrohr 10 eingebrachte zylindrische Bohrung 14 ist von einer Halterung 11 in Form eines kragenartigen Ansatzes umgeben. Die Halterung 11 befindet sich auf der Außenseite des Messrohrs 10. Das Messrohr 10 besteht dabei wenigstens im Bereich der Bohrung 14und der Halterung 11 aus Kunststoff. Der Elektrodenschaft ist vollständig in die Bohrung 14 eingebracht Die Elektrode 1 liegt mit ihrem Bund 8 auf einer ebenen die Halterung 11 abschließenden Fläche auf. Die Auflagefläche des Bundes 8 verläuft senkrecht zur Elektrodenlängsachse 2 und parallel zur Längsachse des
Messrohrs 10. Über den Bund 8 der Elektrode 1 ist eine Kappe 4 angebracht, die auf der Halterung 11 aufliegt. Die Kappe 4 ist durch ein Kunststoff- Schweißverfahren mit der Halterung 11 verbunden.
Weiterhin weist die Kappe 4 eine zentrale Öffnung entlang der Längsachse 2 der Elektrode auf, durch die die Elektrode 1 elektrisch durch einen Stecker 5 verbunden ist. Das dabei von der Elektrode 1 abgegriffene Potential wird an eine Mess- und/oder Betriebsschaltung - nicht explizit gezeigt - übermittelt. Aus dem elektrischen Potential wird eine dem Durchfluss proportionale Spannung abgeleitet und daraus der Durchfluss bestimmt. Das Messrohr 10 ist wenigstens im Bereich der Elektroden 1 von einem Gehäuse - nicht explizit gezeigt - umgeben. Das vom Messstoff durchflossene, unter einem Prozessdruck stehende Messrohr 10 wird im Bereich des Elektrodenschafts durch eine erste Dichtungsstufe, bestehend aus einem radial angeordneten O-Ring 3, druck- und flüssigkeitsdicht verschlossen. Der O~Ring 3 weist die erforderlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften auf, die für den Gebrauch in typischen Messstoffen wie z.B. Trink- und Abwasser notwendig sind. Weiterhin ist der O-Ring 3 speziell für einen Einsatz in Verbindung mit aus Kunststoff bestehenden Materialien ausgelegt.
Die Bohrung 14 vergrößert sich in ihrem Endbereich konisch, so dass eine Aussparung 12 zwischen der Elektrode 1 und der Bohrung 14 besteht. Diese Aussparung 12 liegt direkt unterhalb des Bunds 8 der Eiektrodel . In der Aussparung 12 lässt sich ein zweites Dicht- bzw. Isolierelement, nicht gezeigt, einbringen.
Die auf Elektrode 1 und Halterung 11 aufgesetzte Kappe 4 weist entlang der Fügezone 6 auf der Halterung 11 eine Schweäßlippe 7 auf. Die Schweißlippe 7 hat einen dachförmigen Querschnitt und wird mit der Halterung 11 stoffschlüssig verschmolzen. Dadurch ist die Bohrung 14 druck- und flüssigkeitsdicht abgedichtet.
Figur 2 zeigt zwei diametral zur Längsachse in ein Messrohr 10 eingebrachte MesseSektroden eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchfiussmessgerätes. Die Elektroden 1 sind, wie in Figur 1 gezeigt, in das Messrohr 10 eingebracht. Bei dem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät und durch das Verfahren zu dessen Herstellung sind die Elektroden 1 dauerhaft senkrecht zur Längsachse des Messrohres 10 druck- und flüssigkeitsdicht eingebracht. Mittels Ultraschall-Schweißtechnik sind die Elektroden 1 von dem wenigstens im gezeigten Bereich aus Kunststoff bestehenden Messrohr 10 umgeben und im Bereich des Elektrodenschafts und im Bereich des vom Elektrodenkopf abgewandten Endes darin eingeschlossen. Lediglich der im Messbetrieb vom Messstoff benetzte Elektrodenkopf und der Stecker 5 zum Abgreifen des gemessenen elektrischen Potentials sind nicht in das Messrohr 10 eingebettet.
Figur 3) zeigt eine Schweißlippe 22 und 3b) eine Quetschnaht 21. Die Schweißlippe 22 in Figur 3a) hat einen dachförmigen Querschnitt. Durch das Schweißverfahren verschmilzt die Schweißlippe 22 im Bereich der Fügezone 6 der HaSterung 11. Dadurch entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Befestigungsmittel 24 und dem Messrohr 10.
Figur 4) zeigt eine sog. Quetschnaht 21. Die Quetschnaht 21 bildet eine Verbindung zwischen dem Befestigungsmittel 24 und der Haiterung 11. Dafür weist die Bohrung 14 in ihrem Endbereich einen vergrößerten Radius auf, der in die Wandung des Messrohrs 10 bzw. der Haiterung 11 hineinragt. Der durch den vergrößerten Radius entstandene Raum wird von einem Steg des Befestigungsmittels 24 ausgefüllt. Der Steg weist eine Schräge von ca. 30° zu einer Linie senkrecht zur Längsachse der Bohrung 14 auf. Durch die Kunststoff-Schweißtechnik wird der Steg stoffschlüssig mit der Haiterung verbunden.
Die Schräge des Stegs im Falle der Quetschnaht und der dachförmige Querschnitt im Falle der Schweißlippe bilden Energierichtungsgeber, durch die eine unvorteilhafte Flächenverschweißung verhindert wird. Zudem wird dadurch die Schweißzeit verkürzt. Bezugszeichenliste
1 Elektrode
2 Elektrodenlängsachse
3 O-Ring
4 Kappe
5 Stecker
6 Fügezone
7 Schweißlippe
8 Bund
9 Messrohr-innenseite
10 Messrohr
11 Halterung
12 Endbereich der Bohrung
13 Ausnehmung
14 Bohrung
21 Quetschnaht
22 Schweißlippe 4 Befestigungsmittel

Claims

Patentansprüche
1. Magnetisch-induktives DurchfJussmessgerät mit einem Messaufnehmer, wobei der Messaufnehmer ein von einem Messstoff durchströmbares Messrohr umfasst, ein Magnetsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfasst, mindestens eine in das Messrohr eingebrachte Elektrode zum Erfassen einer elektrischen Spannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Befestigungsmittel vorgesehen ist, das zum Befestigen der Elektrode am Messrohr dient, dass das Befestigungsmittel wenigstens teilweise aus Kunststoff besteht, und dass das Befestigungsmittel durch eine Kunststoff-Schweißtechnik mit dem Messrohr verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr wenigstens teilweise aus Kunststoff besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode einen Bund aufweist, mit dem die Elektrode auf dem Messrohr auffliegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr eine von einer Halterung umgebene Bohrung aufweist, wobei die Elektrode in die Bohrung eingebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel wenigstens teilweise auf dem Bund der Elektrode aufliegt.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund der Elektrode wenigstens teilweise auf der Halterung aufliegt.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel mit der Halterung verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kunststoff-Schweißtechnik um eine der folgenden Techniken handelt: Ultraschall-, Widerstands-, Bolzen-, Laser-, Elektronenstrahl-, Reib- und/oder Heiz- Schweißtechnik.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel so ausgestaltet ist, dass die Elektrode durch das Befestigungsmittel in einer vorgesehenen Stellung angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mindestens ein Dichtelement aufweist, das das Messrohr im Bereich der Bohrung abdichtet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode einen Elektrodenkopf und einen Elektrodenschaft aufweist und dass das Dichtelement teilweise in einer Ausnehmung des
Elektrodenschafts eingebracht ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schweißlippe und/oder eine Quetschnaht an dem Befestägungsmittel und/oder dem Messrohr vorgesehen ist, wobei die Schweißlippe und/oder die Quetschnaht dazu dient das Befestigungsmittel an dem Messrohr zu fixieren.
13. Verfahren zur Fertigung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, wobei das magnetisch-induktive Durchfiussmessgerät ein Messrohr aufweist, wobei das Messrohr wenigstens eine Bohrung aufweist, wobei eine Elektrode in die Bohrung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode mittels einer Kunststoff-Schweißtechnik an dem Messrohr befestigt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr eine Halterung aufweist, durch die die Elektrode in einer vorgesehen Stellung gehalten wird, dass die Elektrode einen Bund aufweist, der auf die Halterung aufgelegt wird, dass ein Befestigungsmittel aus Kunststoff auf den Bund angelegt wird und dass das Befestigungsmittel wenigstens teilweise auf der Halterung aufliegt, dass das Befestigungsmättel mittels der Kunststoff-Schweißtechnik mit dem Messrohr verbunden wird.
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