(57)【要約】本発明は、少なくとも２つの離間した測定センサ、好ましくは超音波センサを有する流量計に関し、流体に入るまたはそれから出る測定信号の入力結合および出力結合が結合部分を介して発生し、それはハイドロフォーミングを介して製造された測定チャネルの周壁に挿入される。あるいは、測定信号の入力結合および出力結合はまた、測定チャネルの壁を介して発生させることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計であって、
測定チャネル（１８）の断面プロファイルが、ハイドロフォーミングによって形成され、
前記測定チャネル（１８）が、結合部材（２、４）に収容されたセンサ（６、８）のための凹部（１０ａ、１０ｂ）を有している、流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の流量計において、
前記測定チャネル（１８）が、前記凹部（１０ａ、１０ｂ）の領域に、非円形断面を有している、流量計。
【請求項３】
請求項２に記載の流量計において、
前記断面は、ほぼ測定信号の入力結合／出力結合方向で、幅（ｂ）よりも大きい高さ（ｈ）を有している、流量計。
【請求項４】
請求項３に記載の流量計において、
使用位置において、前記断面が水平方向に配置されることにより、より小さな前記幅（ｂ）がほぼ重力の方向に配置される、流量計。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の流量計において、
前記測定チャネル（１８）の移行セクション（３０ａ、３０ｂ、３２）が、変形の領域において、丸みを帯びている、流量計。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の流量計において、
前記測定チャネルが、フランジ付きまたは無しで一体部品として形成されている、流量計。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の流量計において、
ハイドロフォーミング中に、前記凹部（１０ａ、１０ｂ）の領域に膨らみが製造される、流量計。
【請求項８】
請求項７に記載の流量計において、
前記センサが、前記膨らみの領域に配置されている、流量計。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の流量計において、
入口（３４）および出口（３６）の領域における前記断面プロファイルが、基本プロファイル、好ましくは、円形プロファイルである、流量計。
【請求項１０】
請求項１、３、４、５、８のうちいずれか一項に記載の流量計において、
センサ（６、８）が、前記測定チャネルの壁を通して音を出す、流量計。
【請求項１１】
特に、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の流量計のための測定チャネルであって、
前記測定チャネルは、ハイドロフォーミングによって製造される、測定チャネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載のパイプラインなどにおける流体の流れを測定するための流量計、及び適切な測定チャネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサが収容される測定インサートを有する解決策が知られている。この測定インサートは、パイプセクション／測定チャネルの凹部に挿入される。それにより、実際の測定チャネルも、測定インサートの一部をなしている。
【０００３】
このような解決策は、例えば、特許文献１に示されている。ここでは、２つの超音波トランスデューサが、互いに離れて測定チャネルの反対側に流れの方向に配置されている。
特許文献２には、流量計／流量カウンタが開示されている。ここでは、測定インサートが、超音波トランスデューサを収容し、実際の測定チャネルも形成している。測定チャネルを形成するプロファイル本体が、フランジに囲まれたパイプラインセクションの凹部に挿入されている。プロファイル本体は、測定領域内の流れに影響を与える。プロファイル本体には、測定信号用の追加のリフレクタが提供される。
【０００４】
同様の解決策が、特許文献３に示されている。測定チャネル内のフローガイダンスは、ハウジングの前面から挿入されるハウジングインサートによって決定される。ハウジングには、超音波信号用のリフレクタも搭載されている。このため、超音波トランスデューサの１つから超音波が放出され、リフレクタを介して、例えば、下流に配置されている他の超音波トランスデューサへと反射される。もちろん、信号を反対方向にガイドすることもできる。
【０００５】
特許文献４には、ハウジングのパイプセクションの領域でも接線フランジに測定インサートが取り付けられている流量計が記載されている。
このような解決策には、製造プロセスで多大な労力を必要とする材料で測定チャネルを構成するとの欠点がある。
【０００６】
これに鑑みて、本発明の目的は、製造およびプロセスに関してほとんど労力をかけずに製造することができる流量計／流量カウンタおよび測定チャネルを作製することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１２０３５５Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第２３０６１６０Ａ１号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第２３８６８３６Ｂ１号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第０８９０８２６Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この目的は、特許請求項１の特徴を有する流量計に関して、および独立請求項１２の特徴を有する測定チャネルに関して解決される。
本発明の有利なさらなる展開は、従属請求項の主題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
冒頭に記載したタイプの流量計を用いて、本発明によれば、ハイドロフォーミングによって測定チャネルを作製することにより、その目的が解決される。
ハイドロフォーミングの製造プロセスにより、測定チャネルの必要なサイズに関係なく、１つの製造ステップで比較的薄い壁の測定チャネルを製造できることが保証される。住宅用水道メータ（ＤＮ１５から）またはバルク水道メータ（ＤＮ３００まで）の測定チャネルであるかどうかに関係なく、製造プロセスを使用できる。ハイドロフォーミングは、パイプの外壁の厚さが異なる測定チャネルについて想定可能である。パイプの出発材料として異なる金属材料を使用すると、さまざまな変形例が可能となり、再作業を必要としない。キャストされた測定チャネルに対するもう１つの利点は、より細かい構造の表面層が実現されるため、測定チャネルの領域で発生する、測定精度を損なうであろう乱流を少なくできることである。さらに、ハイドロフォーミングされたプロファイルは異なる条件に適応させることができ、常に同じ基本プロファイルを使用できる。
【００１０】
１つの変形例では、測定チャネルは、測定装置を収容するための少なくとも２つの凹部を有する。これらは、測定チャネルの片側に互いに距離を置いて流れ方向に配置されている。凹部は、例えば、細長い穴として設計することができ、ハイドロフォーミングのプロセスで導入することができる。
【００１１】
あるいは、ハイドロフォーミングされたプロファイルにおいて、例えば、レーザ切断を行うことにより、後続の製造ステップで凹部を形成することも可能である。
代替案では、測定装置を収容するための凹部が省略されているため、測定チャネルの壁を通して音を出すことができる。
【００１２】
好ましい実施形態では、流れ方向に沿った測定チャネルの断面プロファイルは、それを横断するよりも大きいクリア幅で設計される。この方向の寸法を大きくすることにより、丸い断面と比較して、信号経路、したがって測定装置の信号の通過時間が増加する。これにより、測定精度が向上する。
【００１３】
ハイドロフォーミングプロセスでは、パイプの直径が上記の形状になる。応力のピーク、したがって、最も変形した領域、つまり移行セクションでの損傷を避けるため、それらは、丸みを帯びた形状で構成されている。これは、丸パイプから前述の断面プロファイルまでの領域と、測定チャネルの長く狭い側壁の間の移行セクションとに適用される。
【００１４】
ハイドロフォーミングのプロセスにより、１つの作業ステップで測定チャネルを形成できる。パイプのみが半完成品として必要であり、そこから測定チャネルが一体部品に製造される。パイプは、丸い断面で形成できるが、長方形または正方形の断面、または他の方法でも形成できる。フランジ付きまたはフランジ無しの変形例を１つの製造ステップで製造できる。
【００１５】
本発明によれば、接続フランジが、ハイドロフォーミングに続く製造ステップで形成されることが好ましい。
接続フランジは、測定チャネル自体への一種のビーディングプロセスによって、またはその後の取り付けにより、例えば、個別に製造された接続フランジを測定チャネルに溶接、シュリンク、または接着することにより形成できる。
【００１６】
流量計の別の変形例では、測定チャネルは、ほぼ屋根形状の膨らみが好ましくは片側で発生するように設計されており、膨らみの２つの傾斜壁の領域にセンサの凹部が配置される。
【００１７】
好ましい構成例では、センサは膨らみの領域に配置される。この構成の特定の利点は、センサが斜めに配置されるため、信号が、対応する角度で測定チャネルに入力結合および出力結合することである。これは、膨らみのないまっすぐな測定チャネルと比較して、センサの位置決めだけでなく、配向も大幅に容易にする。
【００１８】
ハイドロフォーミングにおいて、測定チャネルの領域のみが変形され、入口および出口の領域に位置しないと有利である。これにより、これらの領域は、基本プロファイル、例えば、丸いプロファイルのように依然として設計され、この目的のために提供されるセクションのみが、センサ間で、測定／入力結合／出力結合方向の幅よりも大きい高さで変形して、測定精度を向上させることが保証される。本発明によれば、より小さな幅が垂直方向（重力の方向）に延びるように、ほぼ長方形のプロファイルが水平に配置されることが好ましい。
【００１９】
よって、本発明によれば、流量計の測定チャネルは、ハイドロフォーミングによって製造される。
本発明の好ましい実施形態は、概略図を用いて以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】流量計の基本構造を示す図。
【図２】本発明による構造例における測定チャネルを示す図。
【図３】測定チャネルのさらなる実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、流量計１の長手方向断面を示す。この図示では、２つのセンサ６および８を備えた２つの結合部材２、４を見ることができる。これらは、２つの凹部１０ａ、１０ｂにそれぞれ挿入されている。この実施形態において、結合面１２は、パイプセクション２０によって形成される測定チャネル１８の周壁（横断壁１４および側壁１６の隣接領域）と同一平面である。フランジ２２の一部は、横断壁１４を形成している。この実施形態では、反対側の横断壁２４には、外側に開いたポケット２６が形成されている。ポケット２６には、リフレクタ２８が挿入されている。
【００２２】
図２は、ここではハイドロフォーミングによって製造されたフランジ無しの測定チャネル１８を示す。２つの凹部１０ａ、１０ｂがはっきりと見える。図２の右上には、測定チャネルの断面が示されており、クリアランス高さｈが測定チャネル１８の流れ領域の幅ｂよりも大きいことが示されている。
【００２３】
図２に示す実施形態では、断面プロファイル（右上）は、高さｈが垂直（重力方向）に延びるように示されているため、長方形プロファイルはいわば直立位置に配置されている。しかし、現場設置の場合はプロファイルを「横たわる」状態で設置することが好ましく、それにより、より小さな幅ｂが垂直方向に配置される。この横たわる使用位置は、不正確な測定につながる空気の蓄積が凹部１０ａの領域に生じることがない、という利点を提供する。
【００２４】
測定チャネルの領域の移行セクション３０ａと、基本プロファイルから測定チャネル１８の領域への移行セクション領域の移行セクション３０ｂとは、丸みを帯びた断面として設計される。基本プロファイルとしての未加工部分は、例えば、各測定チャネルの丸いプロファイルである。丸いプロファイルの代わりに、もちろん別のパイププロファイル、例えば、長方形または正方形のプロファイルまたは任意の他の断面形状を使用することができる。ハイドロフォーミング可能なすべての材料、つまり、鋼、ステンレス鋼、特殊合金、アルミニウム、銅、真鍮、またはチタンが、材料として可能である。
【００２５】
ハイドロフォーミングは、基本プロファイル、例えば、円形プロファイル（パイプ）を、測定チャネル１８の形状へ変換し、それにより、入口３４および出口３６の領域でそれは円形プロファイル（基本プロファイル）のままである。測定チャネル１８は、フランジ２２付きでまたは無しで製造することができる。非常に低い張力およびスプリングバックにより、ハイドロフォーミングによって非常に高い寸法精度が達成される。
【００２６】
上述のように、フランジ２２は、ビーディングプロセスなどのフォローアッププロセスによって形成することもできる。あるいはフランジを、溶接、シュリンク、接着または任意の他の方法で、ハイドロフォーミングによって形成された測定チャネルに接続することもできる。
【００２７】
測定チャネル１８の特別な形態も見られる。凹部１０ａ、１０ｂは、膨らみ３１の領域に形成される。この膨らみ３１は、膨らみ３１のない測定チャネル１８とは対照的に、センサ６、８および結合部材２、４の位置決めおよび配向を著しく容易にすることができる。ハイドロフォーミングされた測定チャネル１８の高い寸法精度により、単純化された配向の効果が高まる。膨らみ３１の形状により、凹部１０は傾斜壁３３上に配置される。このように配置された凹部１０により、センサ６、８の信号を適合した角度で測定チャネル１８に入力結合および出力結合させることができる。
【００２８】
傾斜壁３３の傾斜の程度に応じて、上述の実施形態とは異なるリフレクタ配置を使用することができる。この場合、センサ６、８の反対側の横断壁２４上のただ１つのリフレクタ１８の代わりに、３つのリフレクタを有するリフレクタ構成が設置される。図２（リフレクタは図示しない）に示すように、リフレクタ１８のうちの２つが横断壁２４に形成され、１つのリフレクタ１８が膨らみ３１の領域のセンサ６、８の間に形成され、Ｗ字形の信号経路３５が形成される。より急な傾斜壁３３を有する測定チャネル１８の対応する変形例により、図１に示されるようなリフレクタ構成を実施することができる。
【００２９】
図３における図示は、測定チャネルの２つの実施形態を示し、その１つは寸法ＤＮ５０の実施形態であり、もう１つはＤＮ１００の実施形態である。図示した実施形態では、２つのセンサ６、６’および８、８’がそれぞれ、各結合部材２、４にて対で配置され、測定信号の並列結合および非結合が行われる。
【００３０】
図３による２つの実施形態の違いは、公称幅ＤＮ５０により、結合部材２、４が、比較的小さな測定チャネル断面のために、測定チャネルの外壁の比較的大きな部分を囲んでいることである。その結果、センサ６、６’または８、８’間の距離は、小さい公称幅のために、大きい公称幅ＤＮ１００よりも小さくなっている。よって、測定信号が互いに大きな距離で入力結合および出力結合される。
【００３１】
より大きな公称幅ＤＮ１００の流量計では、結合部材２、４は、完全に横断壁１４の領域内にある。
センサ６、６’、８、８’を有する結合部材２、４は、この目的のために設けられた凹部１０に挿入される。凹部１０は、材料とは無関係に、単一のハイドロフォーミング製造工程で初期プロファイルから製造することもできる。しかし、好ましい実施形態では、凹部１０は、例えばレーザ切断またはなんらかの他の方法により、ハイドロフォーミングの後にのみ形成される。図１の図示では、測定チャネル１８の内側の横断壁１４、２４から側壁１６への移行セクション３２も丸い形状に形成されていることが分かる。
【００３２】
開示されているのは、少なくとも２つの測定センサ、好ましくは超音波センサが互いに距離を置いて配置された流量計であり、それにより、流体への測定信号の入力結合／出力結合が、ハイドロフォーミングによって製造された測定チャネルの周壁に挿入される結合部材を介して行われる。あるいは、測定信号の入力および出力は、測定チャネルの壁を通して行うこともできる。
【符号の説明】
【００３３】
１  流量計
２  結合部材
４  結合部材
６，６’  センサ
８，８’  センサ
１０  凹部
１２  結合面
１４  横断壁
１６  側壁
１８  測定チャネル
２０  パイプセクション
２２  フランジ
２４  横断壁
２６  ポケット
２８  リフレクタ
３０  移行セクション
３１  膨らみ
３２  移行セクション
３３  傾斜壁
３４  入口
３５  信号経路
３６  出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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