DE3917975A1 - Verfahren zum herstellen eines messrohres fuer einen elektromagnetischen durchflussmesser und messrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstel­ len eines Meßrohres für einen elektromagnetischen Durch­ flußmesser, das einen Rohrkörper aus nicht-magnetischem Metall, wie rostfreier Stahl, in Durchführungskanälen angeordnete Elektroden aus Metall und eine die Innen­ flächen des Rohrkörpers und der Durchführungskanäle bedeckende, zusammenhängende Auskleidung aus einem schmelzbaren elektrisch nicht leitenden Material auf­ weist, und auf ein Meßrohr, das insbesondere nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Meßrohre der hier betrachteten Art sind aus GB-PS 20 68 122 bekannt. Dort besteht die Auskleidung aus einer dicken Glasschicht, die sich mit verminderter Dicke auch längs der Wandung der Durchführungskanäle erstreckt. Die Metallelektrode endet inmitten der Wandung des Rohrkörpers. Die elektrische Verbindung zum Rohr­ innern wird mit Hilfe eines eingeschmolzenen Stopfens aus elektrisch leitendem Glas mit ähnlicher chemischer Struktur wie die Auskleidung hergestellt. Angaben über die Herstellung fehlen. Insbesondere ist ein Ineinander­ fließen und Vermischen der beiden sich nur hinsichtlich des elektrischen Verhaltens unterscheidenen Gläser zu befürchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßrohr mit zusammenhängender isolierender Auskleidung der ein­ gangs beschriebenen Art anzugeben, das auf einfache Weise und mit einer für die Massenfabrikation geeigneten Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verfahrensschritte,

• a) daß die Elektroden so in den Durchführungskanälen fixiert werden, daß sie über die Innenfläche des Rohrkörpers nach innen überstehen.
• b) daß die Innenfläche des Rohrkörpers und der gesamte Spalt zwischen jeder Elektrode und den zugehörigen Durchführungskanälen mit einem Grundemail-Schlicker versehen wird,
• c) daß die Stirnfläche der Elektroden vom Grundemail- Schlicker gereinigt wird und
• d) daß das Grundemail durch Erhitzen geschmolzen und anschließend wieder abgekühlt wird.

Beim Einbringen des Grundemail-Schlickers ist es unver­ meidbar, daß die Elektrodenstirnfläche hiervon zumindest teilweise bedeckt wird. Der Reinigungsvorgang stellt sicher, daß die Stirnfläche beim fertigen Meßrohr eine unmittelbar leitende Verbindung zum zu messenden Fluid herstellt. Weil die Elektrode nach innen vorsteht, läßt sie sich leicht reinigen und durchsetzt im fertigen Meßrohr die Emailschicht.

Das Grundemail läßt sich nicht nur in seinen Eigenschaf­ ten so wählen, daß es eine gute Haftfähigkeit gegenüber dem Material des Rohrkörpers hat und hinsichtlich der Temperaturdehnung mit ihm verträglich ist. Vielmehr kann der Schlicker auch hinsichtlich seiner Viskosität so eingestellt werden, daß er beim Aufbringen eine Schicht auf der Innenfläche des Meßrohres bildet und gleichzeitig in den Spalt zwischen jeder Elektrode und dem zugehörigen Durchführungskanal eindringt, ohne aus diesem wieder herauszulaufen. Ferner kann der Schlicker hinsichtlich seines spezifischen Gewichts so eingestellt werden, daß das Volumen des in den Spalt eingefüllten Schlickers sich beim Schmelzen höchstens in einem zuläs­ sigen Maß verkleinert. Die so gebildete zusammenhängende Grundemail-Isolierschicht ergibt ein Meßrohr, das hohen Beanspruchungen gewachsen ist.

Besonders günstig sind die weiteren Verfahrensschritte

• e) daß die mit Grundemail bedeckte lnnenfläche des Rohr­ körpers mit einem Deckemail-Schlicker versehen wird,
• f) daß die Stirnfläche der Elektroden vom Deckemail- Schlicker gereinigt wird und
• g) daß der Deckemail-Schlicker durch Erhitzen geschmol­ zen und anschließend wieder abgekühlt wird.

Das Deckemail kann unabhängig von dem die durchgehende elektrische Isolierung bewirkenden Grundemail derart gewählt werden, daß es dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt ist. So kann es einen gegen Säure oder Basen beständigen Überzug bilden. Es kann so gewählt sein, daß es das zu messende Fluid nicht beeinflußt, was bei­ spielsweise für die Lebensmittelindustrie wichtig ist.

Außerdem vermag die Deckschicht einen Dickenausgleich bei der Auskleidung zu bewirken, wenn nämlich die Grund­ email-Schicht wegen der für das Eindringen in den Spalt erforderlichen geringen Viskosität nur eine geringe Dicke besitzt.

Eine bevorzugte Möglichkeit zur Durchführung des Verfah­ rensschrittes b) bzw. e) besteht darin, den Rohrkörper einseitig zu verschließen und bei untenliegendem Ver­ schluß mit dem Schlicker zu füllen, worauf der Schlicker unter Zurücklassung von am Rohrkörper haftenden Teilen ausgeschüttet wird. Dies führt zu einer gleichmäßigen Beschichtung und sicheren Füllung des Spaltes zwischen Elektrode und Durchführungskanal.

Hierbei empfiehlt es sich, daß der Schlicker nach dem genannten Verfahrensschritt getrocknet wird. Schon kurze Trockungszeiten von Bruchteilen einer Minute genügen, um die Viskosität und Haftung so weit zu erhöhen, daß der Auftrag beim nachfolgenden Reinigungsvorgang nicht beeinträchtigt wird.

Für die Reinigung selbst gibt es vielfältige Möglich­ keiten. Insbesondere kann eine Bürste oder ein mit Schleifmittel versehener Träger in den Rohrkörper einge­ führt werden.

Es erhöht die Haftfähigkeit, wenn alle mit Email zu belegenden Teile, zumindest aber der Rohrkörper an der Innenfläche, vor dem Verfahrensschritt a) aufgerauht werden. Empfehlenswert ist eine Rauhigkeit von mehr als 3,2 µm.

Günstig ist es auch, daß der Rohrkörper vor dem Verfah­ rensschritt a) spannungsfrei geglüht wird. Dies verhin­ dert, daß infolge späterer, bei Temperaturbeeinflussung auftretender Spannungen die Email-Schichten brechen.

Mit Vorteil wird der Grundemail-Schlicker auf eine we­ sentlich geringere Viskosität eingestellt als der Deck­ email-Schlicker. Hierdurch wird erreicht, daß der Grund­ email-Schlicker sicher in den Spalt zwischen Elektrode und Durchführungskanal eindringt und trotzdem überall eine ausreichende Email-Schichtdicke erzielt wird.

Ein Meßrohr für einen elektromagnetischen Durchflußmes­ ser, das einen Rohrkörper aus nicht-magnetischem Metall, wie rostfreier Stahl, in Durchführungskanälen angeord­ nete Elektroden aus Metall und eine die Innenflächen des Rohrkörpers und der Durchführungskanäle bedeckende, zusammenhängende Auskleidung aus einem schmelzbaren elektrisch nicht leitenden Material aufweist und insbe­ sondere nach dem zuvor beschriebenen Verfahren herge­ stellt ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus einer zusammenhängenden Grund­ email-Schicht, die die Innenfläche des Rohrkörpers be­ deckt und den gesamten Spalt zwischen jeder Elektrode und zugehörigem Durchführungskanal ausfüllt, und einer Deckemail-Schicht, die die Innenfläche der Grund­ email-Schicht bedeckt, besteht und die Elektroden über die Innenfläche des Rohrkörpers überstehen, beide Email­ schichten durchsetzen und eine von Email freie Stirnseite haben.

Ein solches Meßrohr hat eine durchgehende elektrische Isolation, überall eine ausreichende Email-Schichtdicke, eine sichere Kontaktgabe zwischen Metallelektrode und zu messendem Medium sowie eine gute Anpaßbarkeit einer­ seits an das Material des Rohrkörpers und andererseits an das zu messende Fluid.

Insbesondere können die Elektroden radial nach innen über die Email-Schichten überstehen. Dies erlaubt eine sorgfältige Reinigung der Elektroden-Stirnflächen, ohne daß der Schlicker-Auftrag beeinträchtigt wird. Außer­ dem erzeugen die überstehenden Elektrodenteile Wirbel im zu messenden Fluid, so daß eine nachträgliche Ver­ schmutzung vermieden wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Grundemail-Schicht nur einen Bruchteil der Spaltweite und der Dicke der Deckemail-Schicht. Die geringe Dicke der Grundemail-Schicht ergibt sich auf­ grund der für das Eindringen des Schlickers in den Spalt erforderlichen Viskosität und wird durch die Dicke der Deckemail-Schicht ausgeglichen.

Des weiteren empfiehlt es sich, daß die Innenfläche des Rohrkörpers an den Enden je mit einer nach innen vorspringenden Umfangsrippe versehen ist, deren radiale Höhe etwa der Dicke der beiden Emailschichten entspricht. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Email-Schicht­ dicke bis zu den Enden des Rohrkörpers gewährleistet.

Die für die Herstellung des Meßrohres erforderliche Halterung der Elektrode kann nach der Fertigstellung entfernt werden. Häufig erleichtert es aber die Hand­ habung, wenn die Halterung ständig am Meßrohr verbleibt.

Eine solche Konstruktion kann so ausgebildet sein, daß die Elektrode in einem elektrisch nicht leitenden Stop­ fen gehalten ist, der in eine am Rohrkörper angesetzte Hülse eingesetzt ist.

Hierbei empfiehlt es sich, daß die Hülse aus Stahl be­ steht, in den Rohrkörper eingeschweißt ist und den Durch­ gangskanal bildet. Es sollte ein säurefester Stahl ver­ wendet werden, damit er allen Beanspruchungen gewachsen ist.

Hierbei kann der Stopfen aus Keramik bestehen. Da die Abdichtung durch das Email in dem die Elektrode umgeben­ den Spalt erfolgt, genügt es, wenn der Keramikstopfen die Elektrode mechanisch hält.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsmäß herge­ stelltes Meßrohr,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Details A der Fig. 1,

Fig. 3 eine Abwandlung eines Rohrendes und

Fig. 4 eine abgewandelte Form der Elektrodenbefestigung.

Das Meßrohr 1 der Fig. 1 weist einen Rohrkörper 2 aus nicht-magnetischem, rostfreiem Stahl auf. Es trägt an den Enden zwei Anschlußflansche 3 und 4. Zwei weiter innen liegende Flansche 5 und 6 dienen der Befestigung des Meßrohres in einer äußeren Hülle und der dazwischen­ liegenden Sattelspulen.

Auf einander gegenüberliegenden Seiten sind zwei Elektro­ denanordnungen 7 und 8 vorgesehen, die den gleichen Aufbau haben, wie er in Verbindung mit Fig. 2 beschrie­ ben wird. Eine stäbförmige Metallelektrode 9 durchsetzt einen Durchführungskanal 10 und wird zeitweilig von einem Halter 11 in der veranschaulichten zentrischen Lage gehalten, so daß zwischen Elektrode und Innenfläche des Durchführungskanals ein konzentrischer Spalt 12 verbleibt. Die Stirnfläche 13 der Elektrode 9 steht radial nach innen über die Innenfläche 14 des Rohrkör­ pers 2 über.

Eine Auskleidung 15 besteht aus einer Grundemail-Schicht 16 und einer dickeren Deckemail-Schicht 17. Im Spalt 12 befindet sich eine Grundemail-Schicht 18, die mit der Schicht 16 zusammenhängt.

Beide Email-Schichten sind elektrisch isolierend. Die Grundemail-Schicht ist dem Material des Meßrohres 2 hinsichtlich der Wärmeausdehnung angepaßt und besitzt ihm gegenüber eine ausreichende Haftfähigkeit. Die Deck­ email-Schicht 17 besteht aus einem dem Anwendungszweck angepaßten Email.

Bei der Herstellung kann wie folgt vorgegangen werden:

• 1. Der Rohrkörper 2 aus rostfreiem Stahl wird geglüht, um ihn spannungsfrei zu machen.
• 2. Sämtliche Teile werden entfettet. Ihre Oberfläche wird durch Sandstrahlen oder Ätzen aufgerauht. Die Innenfläche 14 des Rohrkörpers 2 sollte eine Rauhig­ keit haben, die größer als 3,2 µm ist.
• 3. Die Elektroden 9 werden mit Hilfe der Halter 11 auf dem Rohrkörper 2 so montiert, daß sie nach innen über die Innenfläche 14 des Rohrkörpers 2 überstehen.
• 4. Ein Grundemail-Schlicker wird hinsichtlich seiner Viskosität so eingestellt, daß er beim Auftragen noch in den Spalt 12 eindringt. Hierdurch ist auch die Dicke der späteren Grundemail-Schicht 16 festge­ legt.
• 5. Das Grundemail wird an der Innenfläche 14 des Rohr­ körpers 2 aufgetragen und in den Spalt 12 gefüllt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Rohrkörper 2 am Flansch 3 verschlossen, vollständig mit Grundemail-Schlicker gefüllt und dieser schließ­ lich wieder ausgeschüttet wird. Es verbleibt dann eine definierte Grundemail-Schlickermenge an der Innenfläche 14 und im Spalt 12.
• 6. Der Grundemail-Schlicker wird in einem Lufttrocknungs­ schrank getrocknet, beispielsweise für 20 Minuten. Dies führt zu einer Erhöhung der Viskosität des Schlickers und zu einer entsprechend stärkeren Haf­ tung am Rohrkörper 2.
• 7. Die Stirnfläche 13 wird von dort haftendem Grundemail- Schlicker gereinigt. Dies kann mit einer Bürste oder mit einem mit Schleifmittel versehenen Träger, wie einem Schwamm, erfolgen.
• 8. Das Ganze wird dann in einem Ofen erwärmt, wobei das Grundemail zusammenfließt. Bei einer praktischen Erprobung dauerte die Erwärmung 8 Minuten und ging bis zu 820°C.
• 9. Ein Deckemail-Schlicker wird hinsichtlich seiner Viskosität so eingestellt, naß er später die gewünsch­ te Schichtdicke ergibt.
• 10. Dieser Deckemail-Schlicker wird auf die Grundemail- Schicht 16 aufgetragen. Dies kann wiederum so ge­ schehen, daß der Rohrkörper 2 einseitig verschlossen und mit diesem Deckemail-Schlicker gefüllt wird, worauf dieser wieder ausgegossen wird.
• 11. Der Deckemail-Schlicker wird in einem Lufttrockungs­ schrank getrocknet.
• 12. Der überschüssige Deckemail-Schlicker wird von der Stirnseite 13 der Elektrode 9 entfernt.
• 13. Das Ganze wird erneut in einem Ofen erwärmt, bis das Deckemail zusammenfließt.
• 14. Die Halterungen 11 werden entfernt.
• 15. Das fertige Meßrohr wird durch einen Lecktest auf Dichtigkeit geprüft.

Bei einer Ausführungsform hatte die Grundemail-Schicht 16 eine Dicke von 0,06 bis 0,07 mm und der Spalt 12 eine Weite von 0,5 mm. Die Deckemail-Schicht hatte eine Dicke von 0,23 bis 0,24 mm, so daß die Auskleidung 15 insgesamt eine Dicke von 0,3 mm besaß. Die Elektrode 13 stand um 0,7 mm über die Innenfläche 14 des Rohrkörpers 2 über, also um 0,4 mm über die Auskleidung 15.

Während in Fig. 1 die Dicke der Auskleidung 15 an den Enden abnimmt, ist in der Abwandlung der Fig. 3 gezeigt, daß der Rohrkörper 102 an seinem Flansch 103 innen eine Umfangsrippe 120 hat. Auf diese Weise kann die Ausklei­ dung 115 bis an ihr Ende eine gleichmäßige Dicke haben. Hierdurch werden Taschen u. dgl. vermieden, in denen sich Schmutz sammeln könnte. Dies ist für die Lebens­ mittelindustrie von Interesse.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 4 ist in einen Rohrkör­ per 202 eine Hülse 221 aus säurefestem Stahl einge­ schweißt. Diese Hülse trägt einen Keramikstopfen 222, der als Halter für die Elektrode 209 dient. Der Spalt 212 wird nunmehr zwischen der Elektrode 209 und der Innenfläche der Hülse 221 gebildet. Das Aufbringen der Grundemail-Schicht 216, der Spaltfüllung 218 sowie der Deckemail-Schicht 217 erfolgt in gleicher Weise wie es in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Bei einer Ausführungsform wurde als Grundemail ein Glas­ email und als Deckemail ein Glasemail mit Chromoxid-Pig­ menten verwendet. Solche Emails sind handelsüblich. Der Temperaturkoeffizient des Grundemails lag zwischen demjenigen des Rohrkörpers und demjenigen des Deckemails, so daß eine Ablösung des Emails bei Erwärmung vermieden wird.

Claims (16)

1. Verfahren zum Herstellen eines Meßrohres für einen elektromagnetischen Durchflußmesser, das einen Rohr­ körper aus nicht-magnetischem Metall, wie rostfreier Stahl, in Durchführungskanälen angeordnete Elektroden aus Metall und eine die Innenumfangsflächen des Rohr­ körpers und der Durchführungskanäle bedeckende, zu­ sammenhängende Auskleidung aus einem schmelzbaren elektrisch nicht leitenden Material aufweist, gekenn­ zeichnet durch die Verfahrensschritte

• a) daß die Elektroden so in den Durchführungskanälen fixiert werden, daß sie über die Innenfläche des Rohrkörpers nach innen überstehen,
• b) daß die Innenfläche des Rohrkörpers und der gesam­ te Spalt zwischen jeder Elektrode und den zugehö­ rigen Durchführungskanälen mit einem Grundemail- Schlicker versehen wird,
• c) daß die Stirnfläche der Elektroden vom Grundemail- Schlicker gereinigt wird und
• d) daß das Grundemail durch Erhitzen geschmolzen und anschließend wieder abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte,

• e) daß die mit Grundemail bedeckte Innenfläche des Rohrkörpers mit einem Deckemail-Schlicker versehen wird,
• f) daß die Stirnfläche der Elektroden vom Deckemail- Schlicker gereinigt wird und
• g) daß der Deckemail-Schlicker durch Erhitzen ge­ schmolzen und anschließend wieder abgekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Durchführung der Verfahrensschritte b) bzw. e) der Rohrkörper einseitig verschlossen und bei untenliegendem Verschluß mit dem Schlicker gefüllt wird, worauf der Schlicker unter Zurücklas­ sung von am Rohrkörper haftenden Teilen ausgeschüttet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlicker nach dem Verfah­ rensschritt b) bzw. e) getrocknet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des Verfahrens­ schrittes c) bzw. f) eine Bürste in den Rohrkörper eingeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des Verfahrens­ schrittes c) bzw. f) ein mit Schleifmittel versehener Träger in den Rohrkörper eingeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Rohrkörper an der Innenfläche vor dem Verfahrensschritt a) aufge­ rauht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper vor dem Verfah­ rensschritt a) spannungsfrei geglüht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundemail-Schlicker auf eine wesentlich geringere Viskosität eingestellt wird als der Deckemail-Schlicker.

10. Meßrohr für einen elektromagnetischen Durchflußmes­ ser, das einen Rohrkörper aus nicht-magnetischem Metall, wie rostfreier Stahl, in Durchführungskanälen angeordnete Elektroden aus Metall und eine die Innen­ umfangsflächen des Rohrkörpers und der Durchführungs­ kanäle bedeckende, zusammenhängende Auskleidung aus einem schmelzbaren elektrisch nicht leitenden Material aufweist und insbesondere nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus einer zu­ sammenhängenden Grundemail-Schicht (16, 18), die die lnnenfläche des Rohrkörpers (2) bedeckt und den gesamten Spalt (12) zwischen jeder Elektrode (9) und zugehörigem Durchführungskanal (10) ausfüllt, und einer Deckemail-Schicht (17), die die Innenfläche der Grundemail-Schicht bedeckt, besteht und die Elektroden über die Innenfläche (14) des Rohrkörpers überstehen, beide Emailschichten durchsetzen und eine von Email freie Stirnseite (13) haben.

11. Meßrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (9) radial nach innen über die Email-Schichten (16, 17) überstehen.

12. Meßrohr nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der Grundemail-Schicht (16) nur einen Bruchteil der Spaltweite und der Dicke der Deckemail-Schicht (17) beträgt.

13. Meßrohr nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die lnnenfläche (114) des Rohr­ körpers (102) an den Enden je mit einer nach innen vorspringenden Umfangsrippe (120) versehen ist, deren radiale Höhe etwa der Dicke der beiden Email- Schichten (116, 117) entspricht.

14. Meßrohr nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (209) in einem elektrisch nicht leitenden Stopfen (222) gehalten ist, der in eine am Rohrkörper (202) angesetzte Hülse (221) eingesetzt ist.

15. Meßrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (221) aus Stahl besteht, in den Rohr­ körper (202) eingeschweißt ist und den Durchgangs­ kanal bildet.

16. Meßrohr nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stopfen (222) aus Keramik besteht.