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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät mit einer Membran, welche derart an einem der beiden Endbereiche eines rohrförmigen Gehäuses angebracht ist, dass sie das Gehäuse an dem Endbereich verschließt, mit einer an der dem Gehäuse abgewandten Seite der Membran angebrachten schwingfähigen Einheit, mit einer Antriebs-/Empfangseinheit, welche aus mehreren in einem Stapel angeordneten piezoelektrischen Elementen besteht, wobei die Antriebs-/Empfangseinheit über eine Druckschraube derart in dem Gehäuse angebracht ist, dass sie entlang der Längsachse des Gehäuses zwischen der Membran und der Druckschraube Schwingungen ausführt, wodurch sie die schwingfähige Einheit über die Membran zu Schwingungen anregt, mit einer Regel-/Auswerteeinheit, welche die Amplitude, Frequenz und/oder Phase der Schwingungen der schwingfähigen Einheit auswertet und mit einem Temperatursensor zur Bestimmung der Mediumstemperatur. Die schwingfähige Einheit ist beispielsweise eine Schwinggabel.
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Zur Bestimmung des Erreichens eines vorbestimmten Füllstands oder zur Überwachung eines minimalen oder maximalen Füllstands von Flüssigkeiten oder Schüttgütern in einem Behälter sind unter anderem vibronische Messgeräte bekannt. Zur Bestimmung, ob ein bestimmter Grenzfüllstand erreicht ist, wird das vibronische Messgerät in der entsprechenden Höhe im Behälter angebracht.
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Vibronische Messgeräte weisen in der Regel zwei gabelartig angeordnete Stäbe auf, welche über eine Membran von einer Antriebseinheit zu gegenphasigen Schwingungen in der Resonanzfrequenz angeregt werden. Der Antrieb erfolgt hierbei über piezoelektrische Elemente. Ist das Schwingsystem mit dem Messmedium bedeckt, so wird die Schwingung gedämpft, wobei bei Schüttgütern im Wesentlichen die Amplitudenänderung und bei Flüssigkeiten im Wesentlichen die Frequenzänderung ausgewertet wird. Solche vibronischen Messgeräte werden von der Anmelderin unter dem Namen Liquiphant (für Flüssigkeiten) und Soliphant (für Schüttgüter) entwickelt und vertrieben. Der Aufbau eines Liquiphanten ist beispielsweise in der Schrift
EP 1261437 B1 beschrieben.
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Mit derartigen vibronischen Messgeräten ist auch die Bestimmung der Dichte des Messmediums möglich. Je höher die Dichte einer Flüssigkeit ist, desto geringer ist die Resonanzfrequenz. Die Resonanzfrequenz weist jedoch eine Temperaturabhängigkeit auf, sodass für eine genaue Dichtebestimmung auch die Mediumstemperatur bestimmt werden muss. Darüber hinaus sind verschiedenartige Anwendungen bekannt, bei welchen neben dem Füllstand auch die Prozesstemperatur bestimmt werden muss.
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Bislang ist eine Temperaturmessung beispielsweise möglich, indem ein zusätzlicher Temperatursensor extern, d. h. außerhalb des Füllstands- oder Dichtemessgeräts über einen separaten Prozessanschluss in den Behälter eingebracht wird. Für eine Temperaturkompensierte Dichtemessung wird der Temperatursensor zusammen mit dem Dichtemessgerät an den Auswertecomputer angeschlossen. Der Nachteil bei der Verwendung zweier separater Messgeräte ist, dass jeder zusätzliche Prozessanschluss neben der Verursachung von Kosten auch ein zusätzliches Risiko bezüglich Dichtheit und Hygiene des Prozesses darstellt.
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Ein Anbringen des Temperatursensors direkt an der Membran oder an der Schwinggabel ist aus mechanischen Gründen nicht möglich, da das Schwingsystem hierdurch in seiner Funktionsfähigkeit negativ beeinträchtigt wird. Eine Integration des Temperatursensors in das Gehäuse des Füllstandsmessgeräts ist auf Grund der Art der Anbringung der piezoelektrischen Antriebs-/Empfangseinheit schwierig. Diese wird von der Seite des Gehäuses her, die der schwingfähigen Einheit abgewandt ist, mit einer Druckschraube eingeschraubt. Ist der Temperatursensor an der Gehäusewand befestigt, so stellt er beim Einschrauben einen Widerstand dar.
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Aus der Schrift
DE 10 2006 007 199 A1 ist eine Vibrationsgrenzschalteranordnung bekannt, bei welcher eine Temperaturbestimmungseinheit beispielsweise im Bereich zwischen der schwingungsfähigen Einheit und der Sende-/Empfangseinheit angebracht ist. Es wird nicht dargestellt, wie die Kopplung zwischen Sende-/Empfangseinheit und schwingungsfähiger Einheit über den Temperatursensor hinweg erfolgt, sodass nicht gewährleistet ist, dass die Übertragung der mechanischen Schwingungen an die schwingungsfähige Einheit unbeeinträchtigt erfolgt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vibronisches Füllstandsmessgerät bereitzustellen, mit welchem zudem die Temperatur des Messmediums bestimmt werden kann, ohne das Schwingsystem zu beeinträchtigen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Temperatursensor in ein Teilelement des Füllstandsmessgeräts integriert ist, welches über die Membran oder das Gehäuse in thermischem Kontakt mit dem Medium steht, wobei das Teilelement so gewählt ist, dass die schwingfähige Einheit durch den Temperatursensor unbeeinträchtigt schwingt.
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Dadurch, dass der Temperatursensor in ein bestehendes Teilelement des Füllstandsmessgeräts integriert ist, stellt er kein komplettes zusätzliches Bauteil dar. Daher unterscheidet sich der Aufbau eines Füllstandsmessgeräts mit Temperatursensor nur dadurch vom Aufbau eines Füllstandsmessgeräts ohne Temperatursensor, dass ein bestimmtes Teilelement durch ein ähnliches Teilelement mit Temperatursensor ausgetauscht ist und zusätzliche Anschlussleitungen zur elektrischen Kontaktierung des Temperatursensors vorhanden sind. Dies erleichtert die Fertigung und bietet den weiteren Vorteil, dass im Füllstandsmessgerät kein zusätzlicher Platz für den Temperatursensor benötigt wird. Das Teilelement, in welches der Temperatursensor integriert ist, befindet sich bevorzugt im Nahbereich der Antriebs-/Empfangseinheit, wobei der Nahbereich den Bereich des Messgeräts umfasst, welcher zwischen der schwingfähigen Einheit und der Druckschraube liegt. Die Druckschraube ist hierbei in den Nahbereich mit eingeschlossen. Prinzipiell ist jedes bestehende Teilelement des Füllstandsmessgeräts zur Aufnahme des Temperatursensors geeignet, dessen Temperatur sich an die des Mediums angleicht. Geringe Abweichungen zwischen Mediumstemperatur und Temperatur am Ort des Temperatursensors können bei bekanntem Abweichverhalten bei der Bestimmung der Mediumstemperatur berücksichtigt werden. Durch Korrektur der gemessenen Temperaturwerte mit einer dem Abweichverhalten entsprechenden Formel werden bestehende Temperaturdifferenzen ausgeglichen, sodass die Mediumstemperatur im Rahmen der gewünschten Genauigkeit bestimmbar ist.
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Eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung beinhaltet, dass die piezoelektrischen Elemente der Antriebs-/Empfangseinheit über einen Bolzen miteinander verbunden sind, dass der Bolzen zur Übertragung der Schwingungen ein Kontaktstück mit einer Kontaktfläche zur Membran aufweist, dass der Bolzen im Bereich zwischen der Antriebs-/Empfangseinheit und der Kontaktfläche zur Membran mit einer seitlich zur Längsachse ausgeführten Bohrung versehen ist und dass der Temperatursensor in die Bohrung eingebracht ist.
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Die Integration des Temperatursensors in den Bolzen ist besonders vorteilhaft, da dieser in direktem Kontakt mit dem Messmedium steht und sich dadurch die Temperatur am Ort des Temperatursensors schnell an die des Messmediums anpasst.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Bohrung in das flächige Element des Bolzens zwischen der Antriebs-/Empfangseinheit und der Kontaktfläche zur Membran seitlich und orthogonal zur Längsachse ausgeführt.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung ist die Bohrung in den Bolzen in das stabförmige Element oder in das stabförmige Element und das flächige Element zwischen der Antriebs-/Empfangseinheit und der Membran eingebracht und entlang der Längsachse ausgeführt.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Leitungen zur Kontaktierung des Temperatursensors durch das stabförmige Element hindurch und durch eine sich an das stabförmige Element anschließende Bohrung in der Druckschraube zu der Gehäuseseite geführt werden können, in welcher sich die Elektronikeinheit befindet. Auf diese Weise muss nicht auf eine Isolierung gegenüber der Leitungen der piezoelektrischen Elemente geachtet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Bolzen aus einem Metall oder Keramik gefertigt. Bevorzugt handelt es sich bei dem Metall um Edelstahl.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräts ist der Temperatursensor in den Bolzen eingesintert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich zwischen der Antriebs-/Empfangseinheit und der Membran ein Keramikelement und ein Kontaktstück mit einer Kontaktfläche zur Membran zur Übertragung der Schwingungen an die Membran vorgesehen und der Temperatursensor ist in das Keramikelement eingebracht.
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In dieser Ausgestaltung ist kein Bolzen vorhanden, welcher die piezoelektrischen Elemente der Antriebs-/Empfangseinheit durchstößt. Der Zusammenhalt der gestapelten piezoelektrischen Elemente wird beispielsweise dadurch gewährleistet, dass sie miteinander verklebt sind oder dass sie in einer Hülse angeordnet sind. Zudem wirkt durch die Druckschraube entlang deren Längsachse eine Kraft auf die piezoelektrischen Elemente, wodurch sie zu einem Stapel zusammen gehalten werden.
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An Stelle des flächigen Elements des Bolzens bei einer aus ringförmigen piezoelektrischen Elementen bestehenden Antriebs-/Empfangseinheit ist bei scheibenförmigen piezoelektrischen Elementen ohne Bolzen ein Keramikelement zur elektrischen Isolierung zwischen den piezoelektrischen Elementen und der Membran bzw. dem Kontaktstück vorgesehen. Das Keramikelement weist bevorzugt die gleiche Form wie das flächige Element des Bolzens auf.
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Temperatursensor in das Keramikelement eingesintert.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Keramikelement aus einem Halbleiterwerkstoff gefertigt ist, dass das Keramikelement auf der zur Membran zeigenden sowie der zum ersten piezoelektrischen Element zeigenden Seitenfläche mit einer metallischen Beschichtung versehen ist und dass das beschichtete Keramikelement den Temperatursensor bildet.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die piezoelektrischen Elemente der Antriebs-/Empfangseinheit Anschlussleitungen aufweisen, dass der Temperatursensor ebenfalls Anschlussleitungen aufweist, dass die Druckschraube Aussparungen aufweist, und dass die Aussparungen in der Druckschraube zur Durchführung der Anschlussleitungen der piezoelektrischen Elemente und der Anschlussleitungen des Temperatursensors dienen.
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Beispielsweise sind die Anschlussleitungen als Leiterbahnen auf einer flexiblen Leiterplatte ausgestaltet und über Lötfahnen mit den piezoelektrischen Elementen sowie dem Temperatursensor verbunden. Zur Durchführung auf die andere Seite der Druckschraube, auf welcher sich die Elektronik befindet, sind Ausnehmungen in die Druckschraube eingebracht, durch welche die nun als Drahtleiter ausgestalteten Anschlussleitungen hindurchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Temperatursensor in die Druckschraube eingebracht.
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Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Bereich des Füllstandsmessgeräts, welcher die Antriebs-/Empfangseinheit enthält, unverändert bleibt. Ist der Temperatursensor beispielsweise von der die Elektronik beherbergenden Seite des Gehäuses her in die Druckschraube eingebracht, so ist nur eine Bohrung in der Druckschraube notwendig, um den Temperatursensor einzubringen. Eine Durchführung für die Anschlussleitungen ist nicht erforderlich. Da das Gehäuse bevorzugt aus Metall gefertigt ist, und das Gehäuse auf der die schwingfähige Einheit aufweisenden Seite in Kontakt mit dem Medium steht, dessen Temperatur zu bestimmen ist, ist über das Gehäuse ein thermischer Kontakt zwischen dem Medium und dem Temperatursensor hergestellt.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräts sieht vor, dass es sich bei dem Füllstandsmessgerät um ein Messgerät zur Bestimmung eines vorbestimmten Füllstands und der Dichte eines Mediums mit einer an der Membran angebrachten Schwinggabel handelt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein Füllstandsmessgerät aus dem Stand der Technik;
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2a eine Detailansicht einer ersten Ausgestaltung der Antriebs-/Empfangseinheit und einer ersten Anordnung des Temperatursensors;
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2b eine Detailansicht einer ersten Ausgestaltung der Antriebs-/Empfangseinheit und einer zweiten Anordnung des Temperatursensors;
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3a eine Detailansicht einer zweiten Ausgestaltung der Antriebs-/Empfangseinheit und einer dritten Anordnung des Temperatursensors;
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3b eine Detailansicht einer zweiten Ausgestaltung der Antriebs-/Empfangseinheit und einer speziellen Ausgestaltung des Temperatursensors;
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4 eine Detailansicht einer alternativen Anordnung des Temperatursensors.
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In 1 ist der Schnitt durch ein vibronisches Füllstandsmessgerät 1 aus dem Stand der Technik dargestellt; ein Temperatursensor ist an dem Füllstandsmessgerät 1 daher nicht angebracht. Anhand der Abbildung soll der Aufbau eines vibronischen Füllstandsmessgeräts 1 erläutert werden.
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Das Gehäuse 3 weist einen Gehäuseeinsatz 30 auf, welcher in einen der beiden Endbereiche des rohrförmigen Gehäuses 3 eingebracht ist. Dieser Endbereich ist durch die Membran 2 verschlossen, an welcher die schwingfähige Einheit, welche in diesem Beispiel als Schwinggabel 14 ausgestaltet ist, befestigt ist. In dem Gehäuseeinsatz 30 befindet sich die Antriebs-/Empfangseinheit 4, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Stapelantrieb ausgestaltet ist, welcher aus in einem Stapel angeordneten und miteinander verklebten piezoelektrischen Elementen 5 besteht. Die Antriebs-/Empfangseinheit 4 ist derart zwischen der Druckschraube 6 und der Membran 2 eingespannt, dass durch die Druckschraube 6 eine Vorspannung der Membran 2 erfolgt und dass die Membran 2 durch die Antriebs-/Empfangseinheit 4 zu Schwingungen entlang der Längsachse 7 des Gehäuses 3 angeregt wird, welche an die Schwinggabel 14 übertragen werden. Zwischen der Druckschraube 6 und der Antriebs-/Empfangseinheit 4 ist ein Stempel 60 zur Druckübertragung angeordnet.
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Die Antriebs-/Empfangseinheit 4 ist über ein Kontaktstück 10a mit der Membran 2 verbunden. Das Kontaktstück 10a ist aus einem isolierenden Material gefertigt, beispielsweise aus Keramik, und weist bevorzugt eine halbkugelähnliche Form auf, sodass die Kontaktfläche 10b mit der Membran 2 groß genug ist, um die Schwingungen der Antriebs-/Empfangseinheit 4 derart an die Membran 2 zu übertragen, dass diese nicht beschädigt wird.
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Die von der schwingfähigen Einheit 14 ausgeführten Schwingungen werden von der Antriebs-/Empfangseinheit 4 empfangen und an eine hier nicht dargestellte Regel-/Auswerteeinheit weitergegeben, welche sich beispielsweise in einem am der Membran 2 entgegen gesetzten Endbereich des Gehäuses 3 angebrachten Gehäusekopfs befindet. Die Regel-/Auswerteeinheit wertet die Schwingungen bezüglich ihrer Frequenz, Amplitude und/oder Phase aus und ermittelt daraus das Erreichen eines vorbestimmten Füllstands oder die Dichte des Messmediums.
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2a und 2b offenbaren eine erste mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräts 1 mit ringförmigen piezoelektrischen Elementen 5 und einem Temperatursensor 8.
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Die Antriebs-/Empfangseinheit 4 ist hierbei aus mehreren auf einem Bolzen 9 gestapelten ringförmigen piezoelektrischen Elementen 5 aufgebaut, deren Abschluss der Stempel 60 bildet, welcher den Druck der Druckschraube 6 auf die Antriebs-/Empfangseinheit 4 überträgt. Die Druckschraube 6 schließt den Gehäuseeinsatz 30, in welchen die Antriebs-/Empfangseinheit 4 eingebracht und der Bolzen 9 eingeschraubt ist, dichtend ab.
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Der Bolzen 9 ist aus Metall oder aus einer zur Übertragung von Schwingungen geeigneten Keramik gefertigt. Der Bolzen 9 weist neben dem stabförmigen Element 91, welches zum Zusammenhalt der piezoelektrischen Elemente 5 bei der Montage dient, ein flächiges Element 90 und ein Kontaktstück 10a auf. Bevorzugt sind stabförmiges Element 91, flächiges Element 90 und Kontaktstück 10a aus einem Stück gegossen. In einer alternativen Ausgestaltung sind die den Bolzen 9 bildenden Elemente einzeln gefertigt und nachträglich zusammengefügt. Ist der Bolzen 9 aus Keramik gefertigt, so ist er beispielsweise in CIM-Technik (ceramic injection molding) hergestellt. Handelt es sich bei dem Bolzen 9 um einen Metallbolzen, so ist dieser von einer Keramikhülse umschlossen, um einen Kurzschluss zwischen den piezoelektrischen Elementen 5 zu vermeiden. Das bevorzugt halbkugelartig geformte Kontaktstück 10a dient der Übertragung der Schwingungen der Antriebs-/Empfangseinheit 4 an die Membran 2. Die abgerundete Form des Kontaktstücks 10a und das Einstellen einer Vorspannung der Membran 2 über die Druckschraube 6 gewährleisten, dass stets ein Kontakt zwischen der Membran 2 und dem Kontaktstück 10a besteht, sodass die Übertragung der Schwingungen der Antriebs-/Empfangseinheit 4 an die Membran 2 jederzeit sicher gestellt ist.
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In 2a ist eine seitliche Einbringung des Temperatursensors 8 in den Bolzen 9 dargestellt. Das flächige Element 90 bildet die Auflagefläche des Stapels piezoelektrischer Elemente 5. In dem flächigen Element 90 des Bolzens 9 ist eine seitliche Bohrung 11 eingebracht, in welcher der Temperatursensor 8 angeordnet ist. Ist der Bolzen 9 aus Metall gefertigt, so ist der Temperatursensor 8 zur elektrischen Isolierung beispielsweise in ein Keramikgehäuse eingebracht. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Temperatursensor 8 in die Bohrung 11 eingesintert, d. h. die Bohrung 11 ist durch einen Keramikpfropfen, welcher nach dem Aufbringen auf dem Bolzen 9 einem Sinterprozess unterzogen wurde, verschlossen.
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Die piezoelektrischen Elemente 5 weisen Anschlussleitungen 13a auf, die zu deren Spannungsversorgung dienen. Die Anschlussleitungen 13a werden durch Aussparungen in der Druckschraube 6 von den piezoelektrischen Elementen 5 zur Regel-/Auswerteeinheit geführt. Der Temperatursensor 8 ist bevorzugt ein metallischer Widerstandssensor, der im Wesentlichen aus einer mäanderförmig auf einem Substrat aufgebrachten Metallschicht besteht, deren Widerstand temperaturabhängig ist. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen Platinmäander. Der Temperatursensor 8 weist ebenfalls Anschlussleitungen 13b auf. Diese werden auf die gleiche Weise wie die Anschlussleitungen 13a der piezoelektrischen Elemente 5 durch die Druckschraube 6 hindurch geführt. Entweder geschieht dies durch dieselben Aussparungen, durch welche auch die Anschlussleitungen 13a der piezoelektrischen Elemente 5 durchgeführt werden, oder es sind separate Aussparungen für die Anschlussleitungen 13b des Temperatursensors 8 in die Druckschraube 6 eingebracht.
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In 2b ist ein zweites Ausführungsbeispiel für die Anordnung des Temperatursensors 8 im Bolzen 9 dargestellt. Hierbei ist die Bohrung nicht seitlich in das flächige Element 90 des Bolzens 9 eingebracht. Stattdessen ist das stabförmige Element 91 mittig entlang seiner Längsachse durchgängig mit einer Bohrung versehen, die sich in das flächige Element 90 fortsetzt. Auf diese Weise steht der in die Bohrung eingebrachte Temperatursensor 8 in direktem Kontakt mit dem Kontaktstück 10a, sodass eine optimale Wärmekopplung an die schwingfähige Einheit 14 gewährleistet ist. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung ist, dass die Anschlussleitungen 13b des Temperatursensors 8 von den Anschlussleitungen 13a der piezoelektrischen Elemente 5 getrennt durch eine Bohrung in der Druckschraube 6, welche sich an die Bohrung im Bolzen 9 anschließt, hindurchgeführt werden können.
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Die Montage eines vibronischen Füllstandsmessgeräts 1 mit Temperatursensor 8 erfordert gegenüber der Montage ohne Temperatursensor 8 lediglich den Austausch eines Bolzens 9 ohne Temperatursensor gegen einen Bolzen 9 mit integriertem Temperatursensor 8 und das Modifizieren der Aussparungen der Druckschraube 6.
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Das Einbringen des Temperatursensors 8 in den Bolzen 9 bietet den Vorteil, dass der Temperatursensor 8 in ein bestehendes Bauteil integriert wird und somit bis auf den Temperatursensor 8 selbst keine zusätzlichen Bauteile nötig sind. Dies spart zum einen Kosten und zum anderen sind keine zusätzlichen oder sich von den herkömmlichen unterscheidende Fertigungsschritte bei der Montage der Bauteile notwendig.
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3a und 3b zeigen eine zweite Ausgestaltung des vibronischen Füllstandsmessgeräts 1 mit einer als Stapelantrieb ohne Bolzen ausgestalteten Antriebs-/Empfangseinheit 4 und einem Temperatursensor 8. Während die in 2 beschriebenen piezoelektrischen Elemente 5 auf einem Bolzen 9 gestapelt sind, sind die piezoelektrischen Elemente 5 der Antriebs-/Empfangseinheit 4 in diesen Ausführungsbeispielen zur Montage beispielsweise durch Klebeverbindungen oder eine Hülse zusammengehalten.
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Ist das Füllstandsmessgerät 1 komplett montiert, gewährleistet die Druckschraube 6 den Zusammenhalt.
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Der Einbau der Antriebs-/Empfangseinheit 4 erfolgt über einen Gehäuseeinsatz 30, der in denjenigen Endbereich des rohrförmigen Gehäuses 3 eingebracht wird, welcher durch die Membran 2 verschlossen ist. In den Boden des becherförmigen Gehäuseeinsatzes 30 ist das metallische Kontaktstück 10a zur Übertragung der Schwingungen der Antriebs-/Empfangseinheit an die Membran 2 angebracht. Beispielsweise ist es in den Boden eingeschraubt. Zwischen dem Kontaktstück 10a und den piezoelektrischen Elementen 5 ist ein Keramikelement 12 zur elektrischen Isolierung angebracht, welches mit dem Kontaktstück 10a und dem untersten piezoelektrischen Element 5 verklebt ist.
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Die Druckschraube 6 übt über den Stempel 60 Druck auf die Antriebs-/Empfangseinheit 4 aus und stellt so eine feste Einbaulage derselben im Gehäuse 3 mit Vorspannung der Membran 2 sicher. Zudem dichtet die Druckschraube 6 den Gehäuseeinsatz 30 an dessen offener Seite gegenüber dem Gehäuse 3 ab.
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Der Temperatursensor 8 ist in dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel in das Keramikelement 12 integriert, wobei er bevorzugt in eine seitliche Bohrung eingebracht ist. Beispielsweise ist der Temperatursensor 8 in das Keramikelement 12 eingesintert, d. h. die Bohrung ist durch einen Keramikpfropfen, welcher nach dem Aufbringen auf dem Keramikelement 12 einem Sinterprozess unterzogen wurde, verschlossen. In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Integration des Temperatursensors 8 beim Herstellen des Keramikelements 12 in Form des Aufbringens einer Zwischenschicht, beispielsweise aus Platin. Das Keramikelement 12 ist nur durch das Kontaktstück 10a von der Membran 2 getrennt. Da es sich um ein metallisches Kontaktstück 10a handelt, ist die thermische Kopplung des Keramikelements 12 mit dem Medium über die Membran 2 sichergestellt.
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Das Keramikelement 12 ist fester Bestandteil eines vibronischen Füllstandsmessgeräts 1 mit geklebtem Stapelantrieb, sodass der Temperatursensor 8 Platz sparend in ein bestehendes Bauteil integriert wird. Es ist kein Gehäuse für den Temperatursensor 8 notwendig, da das Keramikelement, in welches er integriert ist, bereits elektrisch isolierend ist.
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In einer in 3b gezeigten alternativen Ausgestaltung wird der Temperatursensor 8 von dem Keramikelement 12 selbst gebildet, indem ein Halbleitermaterial mit in das Keramikmaterial eingebracht ist und das Keramikelement 12 auf der zur Membran 2 zeigenden Seitenfläche sowie auf der zur den piezoelektrischen Elementen 5 der Antriebs-/Empfangseinheit zeigenden Seitenfläche mit einem Metall beschichtet ist. An Stelle von Anschlussleitungen 13b ist es denkbar, dass die Metallschichten mit Lötfahnen versehen sind, über welche sie mit Leiterbahnen auf einer Leiterplatte verbunden sind, wobei auf der Leiterplatte ebenfalls Leiterbahnen für die piezoelektrischen Elemente 5 vorgesehen sind.
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In 4 ist ein weiteres Anordnungsbeispiel des Temperatursensors 8 dargestellt, welches sowohl in Verbindung mit dem beispielsweise geklebten Stapelantrieb ohne Bolzen 9 als auch in Verbindung mit den auf dem Bolzen 9 gestapelten ringförmigen piezoelektrischen Elementen 5 möglich ist. Der Temperatursensor 8 ist hierbei in die Druckschraube 6 integriert. Der thermische Kontakt zum Medium, dessen Temperatur bestimmt wird, ist über das metallische Gehäuse 3 hergestellt, sodass der Temperatursensor 8 trotz der im Vergleich zu den anderen Ausführungsbeispielen größeren Distanz zum Medium dessen Temperatur relativ genau bestimmt. Relativ genau bedeutet hierbei, dass die Abweichungen zwischen tatsächlicher Mediumstemperatur und bestimmter Mediumstemperatur innerhalb der üblichen Spezifikationen liegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllstandsmessgerät
- 2
- Membran
- 3
- Gehäuse
- 4
- Antriebs-/Empfangseinheit
- 5
- Piezoelektrische Elemente
- 6
- Druckschraube
- 7
- Längsachse
- 8
- Temperatursensor
- 9
- Bolzen
- 10a
- Kontaktstück
- 10b
- Kontaktfläche
- 11
- Bohrung
- 12
- Keramikelement
- 13a
- Anschlussleitungen der Piezoelemente
- 13b
- Anschlussleitungen des Temperatursensors
- 14
- Schwingfähige Einheit/Schwinggabel
- 30
- Gehäuseeinsatz
- 60
- Stempel
- 90
- Flächiges Element
- 91
- Stabförmiges Element
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1261437 B1 [0003]
- DE 102006007199 A1 [0007]