用于将金属管固定至金属本体的方法
【专利摘要】本发明涉及一种方法，其中，金属管的部分区域以使金属管的外表面与金属套管(30)的内表面至少部分地彼此接触的方式置于金属套管的管状腔体中，该金属套管即为具有包围管状腔体的金属壁的套管。金属套管被紧固至金属管的置于金属套管的管状腔体中的部分区域，以便形成金属管/金属套管复合系统(10/30)。金属管/金属套管复合系统(10/30)进而以使金属套管的外表面与通道开口的内表面至少部分地彼此接触的方式置于金属本体的通道开口中，以便随后通过使置于通道开口中的金属管/金属套管复合系统的至少金属套管塑性变形而在所述通道开口的内表面与所述金属套管的外表面之间形成力封闭件。由此形成的金属管/金属套管/金属本体复合系统(10/30/20)可用作所述传感器的部件或通过所述传感器形成的电子振动式测量装置的部件。
【专利说明】
用于将金属管固定至金属本体的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种通过力互锁连接将金属管固定至具有通路的金属本体的方法，该金属管特别是用作振动式测量换能器的测量管的金属管，本发明还涉及一种通过这种方法制造的组件，因此涉及一种包括金属本体以及金属管这两者的组件。此外，本发明涉及一种包括这种组件的测量换能器，特别是即通过这种组件形成的振动式测量换能器，并且本发明涉及一种电子振动式测量装置，特别是即用于测量可流动介质的质量流量、密度和/或粘度的科氏质量流测量装置、密度测量装置或粘度测量装置。
【背景技术】
[0002]在DE-A102006011789、US-A 2003/0084559、US_A 2005/0172731、US_A 2006/0083941、US-A 2007/0277624、US_A 2008/0124186、US_A 5,610,342或US-A 6,047,457中描述了用于将金属管，即，具有由金属壁包围的内腔的管固定至具有通路的金属本体的方法，其特别地与振动式测量换能器的制造相关，尤其在首先将相应金属管的一部分以金属管的外表面和通路的内表面至少部分地彼此接触的方式置于相应金属本体的通路中以及随后通过相应的金属本体以持久地将径向力引入到金属管中的方式的变形而将金属管基于力地互锁固定至金属本体的情况下，该方法形成由金属本体和金属管构成的复合系统。通过用作测量管的至少一个金属管形成的振动式测量换能器的结构原理和操作原理以及应用选项本身对于本领域技术人员是已知的，尤其可从上文列出的DE-A 102006011789、US-A 2003/0084559,US-A 2005/0172731、US_A 2006/0083941、US_A 2007/0277624、US_A2008/0124186、US-A 5，610，342和US-A 6，047，457中已知，然而除此之外，也从US-2011/0146416、US-A 2007/0151370、US_A 2007/0186685、US_A 2008/0127719、US_A 2010/0251830、US-A 2011/0265580、US_A 5,796,011 或US-A 6,006,609中已知。如已知的，在这种测量换能器特别地适于在其内腔中引导至少偶尔流动的流体，例如，气体、液体或可流动分散物，特别是即供流体流动通过且在此期间引起振动，即金属管关于其静止位置执行机械震荡，该机械震荡适于引起取决于质量流量的流动流体科氏力和/或取决于粘度的摩擦力和/或取决于密度的惯性力，以便确定从其导出的分别用于质量流量、粘度和密度的测量值的情况下，至少一个金属管可用作测量管。
[0003]在US-A 6，047，457和US-A 2006/0083941中公开的按压方法的情况下，为了产生前文指出类型的复合系统中的基于力互锁所需的保持力，相应的金属本体通过在金属本体的径向向内定向的外表面上将变形力施加在金属本体上而冷成形，在这种情况下即借助于经由置于金属本体的侧表面上的压力形式作用在金属本体上的压力机。在这种情况下，所述变形力的大小确定成使得由于金属本体的冷变形导致金属本体和金属管补充地经受弹性变形，总的来说，其足以在通路的内表面与接触其的外表面之间形成保持力，以用于防止力互锁的不期望的释放。在除此之外在US-A 2003/0084559和US-A 2006/0083941中示出的用于将金属管固定在金属本体中的另一方法的情况下，金属本体是用于形成与在其上热收缩的相应测量管锁定的力的目的，在给出的情况中，插入有应用于金属管上的金属外罩。此夕卜，基于力互锁所需的保持力也可通过以金属管被径向向外作用在其内表面上的变形力加宽的方式引入金属管的弹性变形而产生。金属管的加宽进而可通过例如除此之外在DE-A102006011789中公开的液压地冷变形，即通过引入到内腔中的加压介质或者然而例如在US-A 5,610,342^US-A 2006/0083941 和US-A 2005/0172731 中描述的通过内部滚压方法而发生。在这种内部滚压方法的情况下使用的是被引入到金属管的内腔中滚压工具，用于影响壁的局部弹性变形的该滚压工具被保持压靠壁的内表面并且在此期间沿着在金属管的预定变形区域内，即，例如在由金属本体的通路容纳的金属管的总体部分上延伸的滚压轨道，例如圆形的或螺纹形状的滚压轨道进行引导。
[0004]此外，这种基于力互锁的优点在于，金属管可固定至这种金属本体，该金属本体由不能通过金属结合，即，既不能通过焊接也不能通过软钎焊或硬钎焊，与金属管的壁的材料连接的材料形成，或者该金属管不能与金属本体形成金属结合连接，或者该金属管可仅通过相当大的技术努力与金属本体形成耐疲劳的金属结合连接。具体地，上述内部滚压方法以及上述内部按压方法本身被证明对于制造振动式测量换能器，特别对于将用作测量管的金属管固定在换能器壳体的端板的通路中，或者用作支撑元件的金属本体的通路中是有用的。这尤其是由于在内部滚压方法以及按压方法的情况中，也通过测量管或金属本体的冷变形，即在待变型的金属的相应再结晶温度以下的冷变形引入特定的基于力的互锁，因此，两种方法中的每种都是在室温下，或者还在不供应热量的情况下可执行的。此外，通过这种方法，可以非常简单且有效的方式获得足够高的保持力或与特定公称直径精确匹配的保持力，以用于在金属管与金属本体之间产生耐疲劳的连接。此外，所产生的保持力，由此所制造的基于力互锁的连接，不仅是高度可加载的，而且也在非常窄的公差范围或对于高质量批量生产可接受的公差范围内是可再生产的。此外，在内部滚压的情况中以及在按压方法的情况中都不能应用所需的加压介质，加压介质在每种情况下均被填充到待处理的金属管中，因此该加压介质引起增加的技术努力。
[0005]然而，在此能够发现，从现有技术已知的或传统地应用于振动式测量换能器的制造的、基于金属本体和/或金属管的冷变形并用于将金属管固定至金属本体的上述方法，特别是内部滚压方法以及按压方法的缺点在于，相应金属管的壁或金属本体必须用于建立在对应的大轴向延伸变形区域，即，在金属管的假想纵轴线上以可预确定的长度延伸的变形范围上待变形的足够高的保持力。一方面，由于该变形区域对于相应复合系统的总长度，由此，对于与其一起形成的振动式测量换能器的安装长度产生相当大的贡献，而另一方面，振动式测量换能器通常应该具有明显小于15:1的安装长度与公称直径比，该变形区域的长度，其明显不能用于实际振荡测量，被规律地选择为使其量小于相应金属管的口径的两倍，而理想地例如仅对应于该口径。因此，在特定金属管的壁厚大于1.5mm且由金属管的口径与其壁厚限定的口径壁厚比的量大于5且小于30，理想地介于10至20之间的情况下，实际上非常有利的内部滚压方法以及按压方法的应用到目前为止为这种复合系统以及与其一起形成的测量换能器保留。
[0006]然而，在为了改进测量敏感性的目的和/或为了减少相应测量管的长度的目的，用作测量管的相应金属管的壁厚应该小于1.5mm或小于相应口径，由此，口径壁厚比例如大于20，由此以便能够提供具有较短安装长度的测量换能器的情况下，或在应用比之前的测量换能器更紧凑的分段弯曲测量管的情况下，在增大的测量中也关注这种振动式测量换能器，由此关注可由冷变形制造的这种复合系统。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的一个目的在于提供一种将金属管固定至金属本体的方法，该方法适于通过基于力互锁将金属管固定至金属本体，该金属管用作振动式测量换能器的测量管，并且该金属管的壁厚小于2mm，特别地小于1.5mm，并且该金属管的口径壁厚比大于20，并且其适于制造与传统基于力互锁连接相比保持力增大的基于力互锁连接。
[0008]为了实现这个目的，本发明存在于一种用于将金属管固定至具有通路的金属本体的方法，所述金属管特别是至少分段圆柱形管，即具有由金属壁包围的内腔的管，所述金属壁特别是不锈钢、钛、锆、钽、钛合金、钽合金、锆合金或镍基合金的金属壁，所述金属本体特别是钢的金属本体，其中，本发明的方法包括如下步骤:
[0009].以所述金属管的外表面与金属套管的内表面至少部分地彼此接触的方式，将所述金属管的一部分，特别是终端的和/或圆柱形的部分，放置在所述金属套管(30)的内腔中，所述金属套管即为具有包围所述内腔的金属壁的套管，特别是圆柱形套管，所述金属套管的金属壁特别是不锈钢、钛、锆、钽、钛合金、钽合金、锆合金或镍基合金的金属壁；
[0010].将所述金属套管固定在所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的一部分上，以形成金属管和金属套管复合系统(10/30)
[0011].以所述金属套管的外表面与所述通路的内表面至少部分地彼此接触的方式，将所述金属管和金属套管复合系统(10/30)放置在所述金属本体的所述通路中；以及
[0012].使置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的至少所述金属套管塑性变形，特别是即为冷变形，以在所述通路的内表面与所述金属套管的外表面之间形成力互锁。
[0013]此外，本发明存在于一种金属管、金属套管与金属本体复合系统，该金属管、金属套管与金属本体复合系统包括:金属管，特别是圆柱形管，即具有由金属壁包围的内腔的管;具有通路的金属本体；以及金属套管，即具有包围其内腔的金属壁的套管，其中，所述金属管通过根据本发明的方法固定至所述金属本体。
[0014]此外，本发明存在于一种测量换能器，例如振动式测量换能器，其包括这种金属管、金属套管与金属本体复合系统，其中，所述金属管适于在其内腔中引导流体，例如气体、液体或能流动的分散物，例如至少偶尔流动的流体。
[0015]此外，本发明存在于一种用于测量至少一个测量变量的电子振动式测量装置，例如科氏质量流测量装置、密度测量装置和/或粘度测量装置，所述至少一个测量变量例如是流体的质量流量、密度和/或粘度，所述流体例如是气体、液体或能流动的分散物，例如在连接管线中流动的流体，所述测量装置包括:这种测量换能器，用于引导流体；以及测量和操作电子器件，例如通过微处理器形成的测量和操作电子器件，其与所述测量换能器电连接。
[0016]在本发明的方法的第一实施方式中，将所述金属套管固定至所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分的步骤包括在所述金属套管与所述金属管之间形成材料结合连接，例如即焊接连接，或者软钎焊或硬钎焊连接的步骤。
[0017]在本发明的方法的第二实施方式中，将所述金属套管固定至所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分的步骤包括软钎焊或硬钎焊金属套管和金属管的步骤。
[0018]在本发明的方法的第三实施方式中，将所述金属套管固定至所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分的步骤包括焊接金属套管和金属管的步骤。
[0019]在本发明的方法的第四实施方式中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括使所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分弹性变形。
[0020]在本发明的方法的第五实施方式中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括对置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统进行加宽，例如径向加宽的步骤。
[0021]在本发明的方法第六实施方式中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括使用设置在置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属管的内腔中的滚压工具，以用于在所述通路的内表面的方向上加宽所述金属管和金属套管复合系统的步骤。
[0022]在本发明的方法的第七实施方式中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括使用置于所述金属本体的外表面上的按压工具以在置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属套管的外表面的方向上按压所述金属本体。
[0023]在本发明的方法的第八实施方式中，提出了所述金属管的壁的壁厚小于2mm，例如小于1.Smnin
[0024]在本发明的方法的第九实施方式中，提出了所述金属管的口径大于5_，例如大于8mm ο
[0025]在本发明的方法的第十实施方式中，提出了所述金属管的口径壁厚比大于20，例如大于24，所述口径壁厚比定义为所述金属管的口径与所述金属管的壁的壁厚之比。
[0026]在根据本发明的方法的第十一实施方式中，提出了所述金属套管的壁具有初始壁厚，所述初始壁厚大于1mm，例如大于2mm，和/或所述初始壁厚大于所述金属管的壁的壁厚。
[0027]在根据本发明的方法的第十二实施方式中，提出了所述金属管具有的初始外径，即在其塑性变形之前能测量的外径，比所述金属管的口径大至少4_，例如大多于5_。
[0028]在根据本发明的方法的第十三实施方式中，提出了所述金属管和金属套管复合系统具有的总壁厚大于2mm，例如大于3mm，所述总壁厚被定义为所述金属管的壁的壁厚与所述金属套管的壁的初始壁厚之和。此外，展开本发明的这个实施方式还提出了所述金属管和金属套管复合系统具有的口径壁厚比小于30，特别地但大于5，所述口径厚度比被定义为所述金属管的口径与所述金属管和金属套管复合系统的总壁厚之比。
[0029]在根据本发明的方法的第十四实施方式中，提出了所述金属本体由钢，例如不锈钢构成。
[0030]在根据本发明的方法的第十五实施方式中，提出了所述金属套管的壁和所述金属本体的壁是不同的材料。
[0031]在根据本发明的方法的第十六实施方式中，提出了所述金属管的壁和所述金属本体的壁是不同的材料。
[0032]在根据本发明的方法的第十七实施方式中，提出了所述金属套管的壁和所述金属管的壁是相同的材料，例如即在每种情况下该材料选自不锈钢、钛、钽、锆、钛合金、钽合金、错合金或镍基合金。
[0033]在根据本发明的方法的第十八实施方式中，提出了所述金属套管的壁由能通过金属结合，例如即能软钎焊或能硬钎焊和/或能焊接，与构成所述金属管的壁的材料连接的材料构成。
[0034]在根据本发明的方法的第十九实施方式中，提出了所述金属管的所述部分成形为圆柱形。
[0035]在根据本发明的方法的第二十实施方式中，提出了所述金属套管的轴向长度小于所述通路的轴向长度。
[0036]在根据本发明的方法的第二十一实施方式中，提出了所述金属套管的轴向长度小于所述金属管的轴向长度。
[0037]在根据本发明的方法的第二十二实施方式中，提出了所述金属管的轴向长度大于所述通路的轴向长度。
[0038]在根据本发明的方法的实施方式的第二十三实施方式中，提出了在所述通路的内表面中形成有纵向凹槽。
[0039]在根据本发明的方法的第二十四实施方式中，提出了在所述通路的内表面中形成有环形凹槽。
[0040]在根据本发明的方法的第二十五实施方式中，提出了在所述通路的内表面中形成有内螺纹。
[0041]在根据本发明的方法的第二十六实施方式中，提出了在所述金属套管的外表面中形成有外螺纹。
[0042]在根据本发明的方法的第一进一步展开中，这种方法还包括使所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分弹性变形，以用于产生足以使至少所述金属套管塑性变形的变形力，例如径向作用的和/或即在通路的内表面的方向上作用的变形力的步骤。
[0043]在本发明的方法第二进一步展开中，这种方法包括使置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属管塑性变形，例如冷变形，以便形成所述力互锁的步骤。
[0044]在本发明的方法的第三进一步展开中，这种方法还包括使所述金属本体塑性变形，例如冷变形，以用于形成所述力互锁的步骤。
[0045]在本发明的方法的第四进一步展开中，这种方法还包括将滚压工具引入到置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属管的内腔中的步骤。
[0046]在本发明的方法的第五进一步展开中，这种方法还包括使所述金属本体塑性变形，以产生足以使至少所述金属套管塑性变形的变形力，例如径向作用的和/或在所述金属套管的外表面的方向上作用的变形力的步骤。
[0047]在本发明的方法的第六进一步展开中，这种方法还包括将按压工具设定在所述金属本体的外表面上。
[0048]在金属管、金属套管与金属本体复合系统的一个实施方式中，提出了所述金属管的所述部分邻接在所述金属管的延伸到所述套管的内腔外部，并由此延伸到所述通路外部的部分上，其例如具有至少局部圆弧形状。
[0049]在本发明的测量换能器的一个实施方式中，提出了所述至少一个金属管还适于供流体流动通过，并且在此期间引起振动，例如以所述金属管执行关于与其关联的静止位置的、适于引起取决于质量流量的流动流体科氏力的机械震荡的方式引起振动，和/或以所述金属管执行关于与其关联的静止位置的适于、引起取决于流体的粘度的流动流体摩擦力的机械震荡的方式引起振动，和/或以所述金属管执行关于与其关联的静止位置的、适于引起取决于流体的密度的流动流体惯性力的机械震荡的方式引起振动。
[0050]本发明的基本思想在于，补偿例如由于壁厚太小或口径壁厚比太大而导致的实际不适用于基于冷变形建立足以用于金属管与金属本体之间的基于力互锁的保持力的金属管的尺寸，其中，这种补偿提供在金属管的一部分上，首先推动金属套管，随后将金属管和金属套管彼此牢固地机械连接，例如焊接或者软钎焊或硬钎焊，以通过使金属套管和金属管复合系统的总壁厚或口径壁厚比具有适用于形成力互锁的尺寸，即，例如仅需要相对较短的变形范围的尺寸的方式形成金属套管和金属管复合系统。然后，所形成的金属套管和金属管复合系统，并由此，牢固地锚固在其中的金属管，可通过传统的且良好证明过的设备和方法而以有利的方式固定至金属本体，即，通过应用所建立的内部滚压和/或按压方法以及通过应用已适于这种方法的设备。
【附图说明】
[0051]现将基于附图中呈现的实施方式的实例更详细地解释本发明及其其他有利实施方式。在附图中的相同部分具有相同的附图标记；当需要简化或以其他合乎情理的方式出现时，在后面附图中省略了已经出现过的附图标记。其他有利的实施方式或进一步展开，特别是其组合，首先仅独立地解释本发明结果的各方面，此外形成附图的图片以及从属权利要求本身。附图中的图片示出如下:
[0052]图la、图1b以不同的局部截面侧视图示出了金属管、金属套管、金属本体复合系统、特别是适于在振动式测量换能器中应用的复合系统的实施方式的实例；
[0053]图2a、图2b以不同的局部截面侧视图示出了通过图la、图1b中的金属管、金属套管、金属本体复合系统形成的电子振动式测量装置；
[0054]图3以方框图的方式示意性地示出了具有振动式测量换能器的电子振动式测量装置以及与其电连接的测量装置电子器件的实施方式的实例；
[0055]图4a至图4d示意性地示出了将金属管固定至金属本体的方法的步骤，以分别用于形成图1a和图1b中的金属管、金属套管、金属本体复合系统；
[0056]图5a、图5b示意性地示出了在图4a至图4d中所示的方法的变型；以及
[0057]图6a、图6b示意性地示出了在图4a至图4d中所示的方法的另一变型。
【具体实施方式】
[0058]图1a和图1b示意性地示出了通过金属管10，特别是至少分段圆柱形的金属管10——即具有由金属壁包围的内腔的管10、通过金属本体20以及通过金属套管30——即具有由金属壁包围的内腔的套管——形成的金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20的不同的局部截面图。
[0059]根据本发明的一个实施方式，金属管10特别地适于在其内腔中引导流体，特别是至少偶尔流动的流体，例如气体、液体或可流动分散物形式的流体。金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20因此，诸如从图2a、图2b和图3的组合中显而易见，例如为测量换能器MA的部件，在该复合系统的情况下，金属管用作供流体流动通过的测量管以及通过这种测量换能器形成的测量装置，例如，可插入到管线的路线中的内嵌测量装置。考虑到，根据本发明的一个实施方式的金属管的壁由用于应用在这种测量换能器中的测量管的类型的材料，例如即为这样的材料，诸如钛、钽、锆、钛合金、不锈钢、钽合金、锆合金或镍基合金，构成。在本发明的另一实施方式中，还提出金属套管的壁由能通过与构成金属管的壁的材料金属结合，特别是即为可软钎焊或可硬钎焊和/或可焊接而连接的材料构成。据此，金属套管的壁也可例如为与金属管的壁相同的材料。
[0060]在本发明的另一实施方式中，金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20是振动式测量换能器，即，测量换能器MA的部件，其中，可用作测量管的金属管还适于供流体流动通过并且在此期间引起振动。这具体地以金属管，诸如在图3中示出，执行关于与其关联的静止位置的机械震荡的方式进行，该机械震荡适于引起取决于质量流量m的流动流体科氏力和/或取决于流体粘度η的摩擦力和/或取决于流体密度P的惯性力。测量换能器MA例如可具有包围金属管的换能器壳体100并且此外通过待插入到管线的线路中的连接凸缘
13、14而被嵌入，以通过金属管10，诸如图3中示出，与管线连通以形成穿流路径的方式供应和排放流体。
[0061]通过测量换能器ΜΑ，并由此通过包含于其中的金属本体、金属套管及金属管复合系统10/20/30，另外可形成电子振动式测量装置，例如科氏质量流测量装置、密度测量装置或粘度测量装置，以用于确定流体的至少一个测量变量，例如，质量流量、密度和/或粘度，以及用于产生对应的测量值X。为了这个目的，电子振动式测量装置还包括测量和操作电子器件ΜΕ，例如通过微处理器形成的测量和操作电子器件，诸如从图2a或图2b的组合中可见的微处理器被容纳在电子壳体200中并且与测量换能器电连接，即一一也如图3中所示一一与测量换能器的用于激发并维持金属管的机械震荡的至少一个震荡激发器41电连接并且与用于记录金属管的机械震荡且产生表示金属管的机械振荡的震荡测量信号81的至少一个震荡传感器51电连接。
[0062]特别对于金属管10用作振动式的测量换能器的测量管或与其形成的振动式测量装置的上述情况而言，如从图1a中直接可见，金属套管30的轴向长度小于金属管10的轴向长度，或金属管的轴向长度大于通路的轴向长度。此外，根据本发明的一实施方式的金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20还体现为金属管的壁具有小于2mm且特别是小于1.5mm的壁厚s1Q，或金属管具有的口径壁厚比d1Q/s1Q，其定义为金属管的口径d1Q与壁厚S10的比，大于20且特别是大于24。
[0063]如从图1a和图1b的组合中可见，在本发明的金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20的情况下，金属管以金属套管包围金属管的方式在金属套管的内腔中定位有一部分一一在此是终端的或圆柱形的部分，并且金属管的外表面与金属套管的内表面至少部分地彼此接触。此外，金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20的金属本体包括通路，在该通路中，金属套管30与金属管10—起以金属套管的外表面与通路的内表面至少部分地彼此接触的方式定位。
[0064]本发明的金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20的金属管10例如可为横贯地笔直、中空的圆柱形管。然而，其例如可以是弯曲的，其中，金属管的定位在金属套管内且定位在通路内的一部分是圆柱形中空的且邻接在金属管的延伸到套管的内腔外部、因此延伸到通路外部的部分上，该外部部分是至少部分弯曲的，特别是成圆弧形状。此外，对于金属管用作振动式测量换能器的测量管的上述情况尤其有利的是，将金属套管和通路的尺寸确定成使金属套管的轴向长度小于通路的轴向长度。
[0065]对于金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20的制造而言，由此对于将金属管固定至金属本体而言，诸如在图4a中示意性示出的，首先，金属管的一部分置于金属套管30的内腔中使得金属管的外表面与金属套管的内表面至少部分地彼此接触，以便随后将金属套管固定至金属管的置于金属套管的内腔中的一部分，从而形成金属管和金属套管复合系统10/30(图4b)。根据本发明的一实施方式，通过在金属套管与引入到其内腔中的金属管10之间形成金属结合连接，例如也从图4b中所示的，即通过焊接连接或者软钎焊或硬钎焊连接，而发生将金属套管固定至金属管的置于金属套管的内腔中的一部分。由此，诸如从图4c中示意性地示出的，例如通过软钎焊、硬钎焊或焊接金属套管和金属管所形成的金属管和金属套管复合系统10/30随后以金属套管的外表面与通路的内表面至少部分地彼此接触的方式置于金属本体20的通路中。根据本发明，在金属管和金属套管复合系统10/30定位在金属本体的通路内之后并且如在图4d中通过箭头表示的所示，至少置于通路中的金属管和金属套管复合系统10/30的金属套管以形成通路的内表面与金属套管的外表面之间的基于力互锁，由此产生金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30的方式被塑性变形。在这种情况下，所引入的金属套管30的塑性变形被限于金属套管30的预定的或保留的变形范围，其轴向延伸，即，在金属套管的假想纵轴线的方向上或在与其最后形成的具有于预定范围长度L3Q的金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20的方向上延伸。在图4d中所示的金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20的情况下，该范围长度L3q为了实际目的对应于金属套管的总长度。基于这些考虑，尤其是对于金属套管的轴向长度小于通路的轴向长度的这种情况，该变形范围可例如在整个金属套管30上延伸。
[0066]该塑性变形例如可使用冷变形发生，S卩，在金属套管的壁的金属的再结晶温度以下，特别是也即在室温的变形。以这种方式能够使用一方面与金属管或金属套管的壁的相应材料不同的材料的金属本体，然而此外，不必需地需要可与金属套管的壁的材料软钎焊、硬钎焊或焊接。因此，金属本体然后例如可以为成本有效的钢，在给出的情况中也为不锈钢，即使金属管或金属套管的壁由钛、钽及其合金中的一种构成。
[0067]—方面，为了确保金属套管30能充分塑性变形以用于持久的且特别是耐疲劳的基于力的互锁，然而另一方面，为了根据本发明的另一实施方式的金属管10仅经受尽可能小的或理想地不经受塑性变形，金属套管30的壁的初始壁厚S3Q，，S卩，可在金属套管的塑性变形之前测量的金属套管30的壁的壁厚s3Q，被选择为大于Imm且特别地大于2mm，也从图4a和图4b中所示，在每种情况下，初始壁厚S3Q，被选择成使其大于金属管的壁的壁厚S1Q;这特别地以这样一种方式发生:金属套管具有的初始外径D3Q，，S卩，可在其塑性变形之前测量的外径D3Q，比金属管的口径D1大至少4mm且特别地大5mm。在本发明的另一实施方式中，为了通过基于力互锁获得足够高的保持力的目的，金属管、金属套管复合系统10/30/20包括的总壁厚skvso，大于2mm且特别地大于3mm，并且金属管和金属套管复合系统10/30/20的口径壁厚比d1Q/s1Q/3()，小于30且特别地小于25。在这种情况下，总壁厚s1Q/3()，对应于金属管的壁的壁厚SlO与金属套管的壁的初始壁厚s3Q，，8卩，可在其塑性变形之前测量的壁厚的和，而口径壁厚比d1Q/S1Q/3()，对应于金属管的口径d1Q与金属管和金属套管复合系统的总壁厚SW30，的比。特别是对于本发明的金属管、金属套管及金属本体复合系统10/30/20用作振动式测量换能器的部件，由此，金属管用作测量管这种情况而言，为了通过金属套管的塑性变形额外增加所形成的保持力的目的，还补充地额外有利于所形成的基于力互锁，而且额外有利于包括例如通过在上述US-A 2006/0083941中提供的作用在轴向方向上的基于形状互锁，其在通路的内表面中包括环形凹槽或内螺纹，和/或通过在金属套管的外表面中形成外螺纹。可替换地或补充地，与金属管和金属套管复合系统相对于金属本体的扭转相反的形状互锁可例如通过在上述US-A 2005/0172731中提出的、在金属本体的通路的内表面中形成纵向凹槽来实施。
[0068]为了产生用于至少使金属套管30充分塑性变形的变形力一一例如在通路的内表面的方向上径向作用的力——金属管和金属套管复合系统10/30可例如通过使金属管的置于金属套管10的内腔中的部分对应地弹性变形而被径向加宽;这例如在导致与影响金属管和金属套管复合系统10/30的加宽关联的径向回复力的弹性变形之前，金属本体获得整体上对于基于力互锁所期望的保持力。因此，根据本发明的另一实施方式，提出了发生至少金属套管的塑性变形，其中，金属管的置于金属套管的内腔中的部分被弹性变形，并且其中，置于通路中的金属管和金属套管复合系统10/30被径向加宽，并由此在通路的内表面的方向上被径向加宽。诸如在图5a中所示，例如通过设置在置于通路中的金属管和金属套管复合系统的金属管的内腔中的滚压工具的应用可发生金属管和金属套管复合系统10/30的所述加宽。诸如通过图5b中的箭头表示的用于影响至少金属套管30的部分弹性变形的滚压工具被保持压靠壁的内表面，并且在此期间例如沿着在金属管1的一部分内延伸的圆形的或螺纹形状的滚压轨道而引导。因此，为了固定定位在金属本体的通路中的金属管和金属套管复合系统，例如，还可应用可与在上述US-A 5，610，342、2006/0083941或US-A 2005/0172731中所示的内部滚压方法相比较的方法，在给定的情况中，也通过应用已经为了这种内部滚压方法建立的操作设备。在一方面，为了能够定位或操纵金属管的内腔中的上述滚压工具，然而另一方面也为了能够产生本发明另一实施方式的用于加宽的足够高的变形力，提出了金属管所具有的口径d1大于5mm，特别地大于8mm。尤其考虑保持力，在这种情况下，也可获得用于这种情况的非常好的结果，其中，上述的金属管和金属套管复合系统的口径壁厚比d1/s1/3() ‘被选择为大于10，然而至少大于5。
[0069]对于上述金属管和金属套管复合系统的加宽可替换地或补充地，除此之外，存在通过在金属管和金属套管复合系统置于通路中之后使金属本体塑性变形，例如，通过冷变形用于产生足以发生金属套管30的塑性变形的另一机会。这例如可通过应用在上述US-A6，047，457或US-A 2006/0083941中所示的按压方法以用于使置于通路中的金属管和金属套管复合系统10/30的金属套管30与诸如在图6a中示意性示出的金属本体20塑性变形的这种方式发生，首先，按压工具置于金属本体的外表面上，此后通过该按压工具在置于通路中的金属管和金属套管复合系统的金属套管的外表面的方向上按压金属本体，并且因此直到实际上金属本体与金属管和金属套管复合系统10/30—起被按压为止，并且在这种情况中，至少金属套管30也经受对应的塑性变形；因此，这例如以这样的方式进行:金属套管30和/或金属管10经受形成回复力，S卩，保持金属管和金属套管复合系统压靠金属本体的回复力的对应弹性变形，以便形成力互锁。
【主权项】
1.一种用于将金属管(10)固定至具有通路的金属本体(20)的方法，所述金属管特别是至少分段圆柱形管，即具有由金属壁包围的内腔的管，所述金属壁特别是不锈钢、钛、锆、钽、钛合金、钽合金、锆合金或镍基合金的金属壁，所述金属本体特别是钢的金属本体，所述方法包括: -以所述金属管的外表面与金属套管(30)的内表面至少部分地彼此接触的方式，将所述金属管的一部分，特别是终端的和/或圆柱形的部分，放置在所述金属套管的内腔中，所述金属套管即为具有包围所述内腔的金属壁的套管，特别是圆柱形套管，所述金属套管的金属壁特别是不锈钢、钛、锆、钽、钛合金、钽合金、锆合金或镍基合金的金属壁； -将所述金属套管固定在所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的一部分上，以形成金属管和金属套管复合系统(10/30)； -以所述金属套管的外表面与所述通路的内表面至少部分地彼此接触的方式，将所述金属管和金属套管复合系统(10/30)放置在所述金属本体的所述通路中；以及 -使置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的至少所述金属套管塑性变形，特别是即为冷变形，以在所述通路的内表面与所述金属套管的外表面之间形成力互锁。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述金属套管固定至所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分的步骤包括在所述金属套管与所述金属管之间形成材料结合连接，特别是即为焊接连接，或者软钎焊或硬钎焊连接的步骤。3.根据前述权利要求中的一项所述的方法， -其中，将所述金属套管固定至所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分的步骤包括软钎焊或硬钎焊金属套管和金属管的步骤;和/或 -其中，将所述金属套管固定至所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分的步骤包括焊接金属套管和金属管的步骤。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括使所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分弹性变形，以产生足以使至少所述金属套管塑性变形的变形力，特别是径向作用的和/或即在所述通路的内表面的方向上作用的变形力。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括也使置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属管塑性变形，特别是即为冷变形，以便形成所述力互锁。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括也使所述金属本体塑性变形，特别是即为冷变形，以用于形成所述力互锁。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括使所述金属管的置于所述金属套管的内腔中的部分弹性变形。8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括对置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统进行加宽，特别是径向加宽的步骤。9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括使用设置在置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属管的内腔中的滚压工具，以便在所述通路的内表面的方向上加宽所述金属管和金属套管复合系统的步骤。10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括将滚压工具引入到置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属管的内腔中。11.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括使所述金属本体塑性变形，以产生足以使至少所述金属套管塑性变形的变形力，特别是径向作用的和/或在所述金属套管的外表面的方向上作用的变形力。12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括将按压工具应用在所述金属本体的外表面上。13.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，使至少所述金属套管塑性变形的步骤包括使用置于所述金属本体的外表面上的按压工具以在置于所述通路中的所述金属管和金属套管复合系统的所述金属套管的外表面的方向上按压所述金属本体。14.根据前述权利要求中的一项所述的方法， -其中，所述金属管的壁具有小于2_，特别地小于1.5_的壁厚(S1Q);和/或-其中，所述金属管具有大于5_，特别地大于8mm的口径(d1);和/或-其中，所述金属管具有大于20，特别地大于24的口径壁厚比(d1Q/S1Q)，所述口径壁厚比定义为所述金属管的口径(d1Q)与所述金属管的壁的壁厚(S1O)之比。15.根据前述权利要求中的一项所述的方法， -其中，所述金属套管(30)的壁具有初始壁厚(s30，)， —所述初始壁厚大于1mm，特别地大于2mm，和/或 一所述初始壁厚大于所述金属管的壁的壁厚(s1Q);和/或 -其中，所述金属管具有比所述金属管的口径(d1)大至少4mm，特别地大多于5mm的初始外径(D3Q，)，即在塑性变形之前能测量的外径(D30，)。16.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述金属管和金属套管复合系统(10/30)具有大于2mm，特别地大于3mm的总壁厚(S1o/3o，)，所述总壁厚被定义为所述金属管的壁的壁厚(S1Q)与所述金属套管的壁的初始壁厚(S30，)之和。17.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述金属管和金属套管复合系统(10/30)具有小于30，特别地小于25的口径壁厚比(d1Q/S1Q/3()，)，所述口径厚度比被定义为所述金属管的口径(d1Q)与所述金属管和金属套管复合系统(10/30)的总壁厚(S1Q/3()，)之比。18.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述金属管和金属套管复合系统具有大于5，特别地大于10的口径壁厚比(d1Q/s1Q/3()，)。19.根据前述权利要求中的一项所述的方法， -其中，所述金属本体由钢，特别是不锈钢构成;和/或 -其中，所述金属套管的壁和所述金属本体的壁是不同的材料;和/或 -其中，所述金属管的壁和所述金属本体的壁是不同的材料。20.根据前述权利要求中的一项所述的方法， -其中，所述金属套管的壁和所述金属管的壁是相同的材料，特别是即在每种情况下选自不锈钢、钛、钽、错、钛合金、钽合金、错合金或镍基合金;和/或 -其中，所述金属套管的壁由能通过金属结合，特别是即能软钎焊或能硬钎焊和/或能焊接，与构成所述金属管的壁的材料连接的材料构成。21.根据前述权利要求中的一项所述的方法， -其中，所述金属管的所述部分成形为圆柱形;和/或 -其中，所述金属套管具有小于所述通路的轴向长度的轴向长度;和/或 -其中，所述金属套管具有小于所述金属管的轴向长度的轴向长度;和/或 -其中，所述金属管具有大于所述通路的轴向长度的轴向长度。22.根据前述权利要求中的一项所述的方法， -其中，在所述通路的内表面中形成有纵向凹槽;和/或 -其中，在所述通路的内表面中形成有环形凹槽;和/或 -其中，在所述通路的内表面中形成有内螺纹;和/或 -其中，在所述金属套管的外表面中形成有外螺纹。23.—种金属管、金属套管与金属本体复合系统(10/30/20)，包括: -金属管(10)，特别是圆柱形管，即具有由金属壁包围的内腔的管； -具有通路的金属本体(20);以及 -金属套管(30)，即具有包围所述金属套管的内腔的金属壁的套管； -其中，所述金属管通过根据前述权利要求中任一项所述的方法固定至所述金属本体。24.根据前一权利要求所述的金属管、金属套管与金属本体复合系统，其中，所述金属管的所述部分邻接在所述金属管的延伸到所述套管的内腔外部以及所述通路的外部的部分，特别是至少局部圆弧形部分上。25.—种测量换能器，特别是振动式测量换能器，包括根据权利要求23至24中所述的金属管、金属套管与金属本体复合系统，其中，所述金属管适于在所述金属管的内腔中引导流体，特别是气体、液体或能流动的分散物，特别是至少偶尔流动的流体。26.根据前一权利要求所述的测量换能器，其中，所述至少一个金属管还适于供流体流动通过，并且在此期间引起振动，特别是以所述金属管执行关于与所述金属管关联的静止位置的、适于引起取决于质量流量m的流动流体科氏力的机械震荡的方式引起振动，和/或以所述金属管执行关于与所述金属管关联的静止位置的、适于引起取决于流体的粘度η的流动流体摩擦力的机械震荡的方式引起振动，和/或以所述金属管执行关于与所述金属管关联的静止位置的、适于引起取决于流体的密度P的流动流体惯性力的机械震荡的方式引起振动。27.—种用于测量至少一个测量变量的电子振动式测量装置，特别是科氏质量流测量装置、密度测量装置和/或粘度测量装置，所述至少一个测量变量特别是流动流体的质量流量、密度和/或粘度，所述流动流体特别是气体、液体或能流动的分散物，特别是在连接管线中流动的流体，所述测量装置包括: -根据权利要求25至26中的一项所述的测量换能器，用于引导流体；以及-测量和操作电子器件(ME)，特别是通过微处理器形成的测量和操作电子器件，所述测量和操作电子器件与所述测量换能器电连接。
【文档编号】G01F1/84GK105829839SQ201480069713
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年11月17日
【发明人】克里斯蒂安·许策, 马塞尔·布朗, 迪尔克·布茨巴赫, 雷纳·洛伦茨
【申请人】恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司