DE102014110163A1 - Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums, wobei die Vorrichtung in einem Prozess der Automatisierungstechnik einsetzbar ist und einen ersten Teilbereich (5) und zumindest einen zweiten Teilbereich (4) aufweist, wobei beide Teilbereiche (4, 5) miteinander in thermischem Kontakt stehen, wobei einer der beiden Teilbereiche (4) sich aufgrund seiner Anordnung zum Prozess oder zur Umgebung und/oder aufgrund eines Wärmeausdehnungskoeffizienten, der sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des anderen Teilbereichs (5) unterscheidet, eine vorgegebene Porosität aufweist, die so bemessen ist, dass bei Auftreten einer sprunghaften Änderung der Temperatur im Prozess und/oder in der Umgebung die zeitliche Temperaturänderung in beiden Teilbereichen (4, 5) näherungsweise gleich ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Feldgerät zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums.
  • Zur Erfassung von Prozessvariablen in der Automatisierungstechnik dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, Analysemessgeräte, usw. integriert sind. Die Geräte erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, Analysedaten, wie pH-Wert, Trübung oder Leitfähigkeit. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt oder der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Sensoren und Aktoren werden allgemein als Feldgeräte bezeichnet. Als Feldgeräte werden in Verbindung mit der Erfindung jedoch alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten.
  • Sensoren ebenso wie Aktoren werden in der Automatisierungstechnik häufig in Prozessen eingesetzt, deren Temperatur deutlich über oder unter der Umgebungstemperatur von ca. 20–30°C liegt. Um die Funktionstüchtigkeit der Feldgeräte auch unter extremen äußeren Randbedingungen aufrecht zu erhalten, sind die Feldgeräte so ausgelegt, dass sie insbesondre hohen Temperaturen und Drucken standhalten. Hierbei wird das Hauptaugenmerk auf die stabile Messperformance des Feldgeräts im eingeschwungenen Gleichgewichtszustand gelegt. Kritsch sind Nichtgleichgewichtszustände, wie sie insbesondere in Folge einer sprunghaften Änderung der Temperatur, eines sog. Temperaturschocks, auftreten. Entsprechende Nichtgleichgewichtszustände erscheinen z.B. beim Befüllen eines Behälters mit einem heißen Medium, beim Anfahren eines Prozesses oder bei der Durchführung von Reinigungs- oder Sterilisationsprozessen, also von sog. SIP- oder CIP-Prozessen. Da Feldgeräte üblicherweise aus unterschiedlichen Materialkompositionen aufgebaut sind, wobei jedes Material durch eine eigene thermische Leitfähigkeit charakterisiert ist, können sprunghafte Änderungen der Temperatur im Prozess oder in der Umgebung zu extremen Temperaturgradienten innerhalb des Sensors oder des Aktors führen. Da sich die Komponenten in Reaktion auf den Temperatursprung unterschiedlich schnell ausdehnen, kann es während der Phase des Nichtgleichgewichtszustands zu einer Spaltbildung zwischen einzelnen Komponenten des Feldgeräts kommen. Im schlimmsten Fall kann auch eine Rissbildung oder einen Bruch auftreten. Um einen zeitweisen Ausfall oder sogar einen Totalausfall des Feldgeräts zu vermeiden, ist es daher notwendig, gradientenempfindliche Sensor- oder Aktorbereiche thermisch weitgehend vom Prozess und/oder der Umgebung zu entkoppeln. Alternativ muss der Wärmefluss so harmonisiert werden, dass extreme Temperaturunterschiede innerhalb des Sensors bzw. des Aktors verhindert werden. Dies kann in der Praxis über unterschiedliche Maßnahmen erreicht werden.
  • In der Automatisierungstechnik werden hohe mechanische und elektrische Anforderungen an ein Feldgerät gestellt. Daher muss sich ein Teilbereich bzw. eine Komponente, die eine temperatursensitive Komponente thermisch vom Prozess oder der Umgebung entkoppeln soll, durch eine hohe Druckfestigkeit und eine gute elektrische Leitfähigkeit auszeichnen. Folglich besteht der Teilbereich oder die Komponente üblicherweise aus einem metallischen Material. Da Metalle üblicherweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, lässt sich ein hoher thermischer Widerstand des thermische entkoppelnden Bereichs oder der Komponente insbesondere dadurch erreichen, dass die geometrischen Abmessungen geeignet angepasst werden. Beispielsweise werden/wird eine Querschnittsreduktion und/oder eine Vergrößerung der Länge des Entkopplungsbereichs bzw. der Entkopplungskomponente gewählt. In vielen Fällen ist jedoch eine Vergrößerung des Feldgeräts nicht erwünscht.
  • Aus dem Stand der Technik sind zur Reduktion von innerhalb eines Feldgeräts auftretenden thermischen Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen der Teilbereiche doppelwandige Konstruktionen mit einem dazwischen angeordneten thermisch isolierenden spaltförmigen Luftraum bekannt geworden. Entsprechende Konstruktionen sind ausreichend unempfindlich gegenüber sog. Temperaturschocks, also sprunghaften Änderungen der Temperatur. Funktionsstörungen des Feldgeräts können ausgeschlossen werden.
  • So ist aus der DE 10 129 556 A1 ein Vibrationsdetektor für den Einsatz im Hochtemperaturbereich bekannt geworden, der auch beim Auftreten von sprunghaften Änderungen der Temperatur zuverlässig arbeitet. Der Vibrationsdetektor ist entweder als Grenzstanddetektor ausgebildet und signalisiert das Erreichen eines vorbestimmten Grenzstands eines Mediums in einem Behälter, oder der Vibrationsdetektor ist so ausgestaltet, dass er die Dichte eines Mediums in einem Behälter bestimmt oder überwacht.
  • Der Vibrationsdetektor besteht aus einem Gehäuse, einer Membran, die eine Stirnseite des Gehäuses verschließt, einer schwingfähigen Einheit, die an der Membran befestigt ist, einer Antriebs-/Empfangseinheit, die als Stapelantrieb ausgebildet ist und aus zumindest zwei piezoelektrischen Keramikscheiben besteht, und einer Regel-/Auswerteeinheit. Die Antriebs-/Empfangseinheit ist im Innern des Gehäuses so angeordnet, dass sie die Membran und die schwingfähige Einheit zu Schwingungen anregt bzw. die Schwingungen detektiert. Die Regel-/Auswerteeinheit erkennt anhand der detektierten Schwingungen insbesondere, ob ein vorbestimmter Füllstand bzw. Grenzstand erreicht ist. Um zu vermeiden, dass es in Folge eines Temperaturschocks zu einer zeitweiligen Ablösung der Antriebs-/Empfangseinheit von der Membran kommt – da sich der Piezostapel langsamer erwärmt oder abkühlt als das Metallgehäuse – ist im Gehäuse ein rohrförmiges Innenteil vorgesehen. Das rohrförmige Innenteil ist mit dem Gehäuse oder mit der Membran fest verbunden und so dimensioniert, dass es als Temperaturkompensationselement zwischen der Gehäusewand und der Antriebs-/Empfangseinheit positioniert ist. Nachteilig bei dem bekannten Aufbau des Grenzstand- oder Dichtedetektors mit doppelwandiger Struktur ist, dass die Fertigung relativ aufwändig ist, was sich in höheren Fertigungskosten niederschlägt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der Automatisierungstechnik vorzuschlagen, die auch bei sprunghaften Änderungen der Temperatur uneingeschränkt funktionstüchtig ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung bzw. ein Feldgerät zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums, wobei die Vorrichtung bzw. das Feldgerät einen ersten Teilbereich und zumindest einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei beide Teilbereiche miteinander in Kontakt stehen, wobei einer der beiden Teilbereiche sich aufgrund seiner Anordnung zum Prozess oder zur Umgebung und/oder aufgrund eines Wärmeausdehnungskoeffizienten, der sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des anderen Teilbereichs unterscheidet, eine vorgegebene Porosität aufweist, die so bemessen ist, dass bei Auftreten einer sprunghaften Änderung der Temperatur im Prozess und/oder in der Umgebung die zeitliche Temperaturänderung in beiden Teilbereichen näherungsweise gleich ist. Erfindungsgemäß wird eine gute thermische Entkopplung zwischen dem Prozess oder der Umgebung und einem temperaturempfindlichen oder temperaturgradientenempfindlichen Sensorbereich erreicht. Gleichzeitig zeichnet sich das erfindungsgemäße Feldgerät durch eine kompakte und damit kostengünstige Bauform aus.
  • Im Zusammenhang mit der Erfindung wird die übliche Definition von Porosität herangezogen. Porosität definiert somit das Verhältnis von Hohlraumvolumen (üblicherweise Lufteinschlüssen) zum Gesamtvolumen des porösen Stoffes oder Stoffgemisches. Stehen die Hohlräume untereinander und mit der Umgebung in Verbindung, so spricht man von offener Porosität des Materials bzw. von offenporigem Material. Stehen die Hohlräume weder untereinander noch mit der Umgebung in Verbindung, so spricht man von geschlossener Porosität des Materials bzw. von geschlossen porigem Material.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Teilbereich mit der vorgegebenen Porosität aus einem geschlossen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum. Eine alternative Ausgestaltung schlägt vor, dass der Teilbereich mit der vorgegebenen Porosität aus einem offen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum besteht, und dass ein der Umgebung oder dem Prozess zugewandter Oberflächenbereich des Teilbereichs mit einer Schutzschicht aus einem Metall, einem Glas oder einer Keramik versehen ist. In einer Variante besteht die Schutzschicht aus einem geschlossen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum.
  • Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein Messgerät zur Erkennung des Erreichens eines vorgegebenen Grenzstandes des Mediums in einem Behälter. In diesem konkreten Fall handelt es sich bei dem ersten Teilbereich um zumindest einen elektromechanischen Antrieb, der zumindest ein piezokeramisches Element zur Anregung einer schwingfähigen Einheit aufweist; bei dem zweiten Teilbereich handelt es sich um eine mechanische Befestigungskomponente aus Metall, die so ausgestaltet ist, dass der elektromechanische Antrieb mit einer definierten Andrückkraft in Kontakt mit einer Membran steht, an der die schwingfähige Einheit befestigt ist. Entsprechende mechanische Befestigungskomponenten sind bei bekannten Grenzstanddetektoren bereits realisiert. Ein konkretes Beispiel mit einer Druckschraube als Befestigungskomponente ist z.B. in 2 gezeigt.
  • Weiterhin ist im Zusammenhang mit der Erfindung vorgesehen, dass die Porosität des zumindest einen Teilbereichs so bemessen ist, dass die physikalischen und chemischen Anforderungen an den Teilbereich erhalten bleiben. Insbesondere ist der Teilbereich so ausgestaltet, dass die mechanische Stabilität, insbesondere die Druckfestigkeit, weiterhin den Anforderungen des Prozesses genügt. Entsprechendes gilt für die elektrische Leitfähigkeit, die thermische Beständigkeit und/oder die chemische Beständigkeit des Teilbereichs.
  • Durch die Verwendung eines geschäumten Materials lässt sich beispeilsweise die thermische Leitfähigkeit eines Metalls in dem gewünschten Maße reduzieren, ohne dass die weiteren Eigenschaften des Materials wesentlich bzw. signifikant geändert werden.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
  • 1: eine schematische Darstellung eines bekannten Vibrationsdetektors
    • a) im Gleichgewichtszustand
    • b) im Nichtgleichgewichtszustand nach einem Temperaturschock,
  • 2: eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Vibrationsdetektors und
  • 3: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung.
  • 1 zeigt die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Teilbereiche 4, 5 eines bekannten Vibrationsdetektors 1 in schematischer Darstellung. In 1a ist der Gleichgewichtszustand und in 1b der Nichtgleichgewichtszustand nach einem Temperaturschock zu sehen.
  • Eine der beiden Stirnseiten des Gehäuses 2 ist durch eine Membran 3 verschlossen, an der Membran 3 ist eine schwingfähige Einheit 7 befestigt. Bei der schwingfähigen Einheit 7 kann es sich um einen Zinken eines Einstabs oder um zwei Zinken einer Stimmgabel handeln. Bekannt geworden sind jedoch auch sog. Membranschwinger, bei denen die Membran als solche die schwingfähige Einheit bildet.
  • Zur Erregung und Detektion der Schwingung der Membran 3 mit schwingfähiger Einheit 7 wird bei Vibrationsdetektoren 1 üblicherweise ein elektromechanischer Antrieb 4 verwendet. Im gezeigten Fall handelt es sich um einen sog. Stapelantrieb 4, bei dem mehrere piezoelektrische scheibenförmige Elemente im Zentralbereich der Membran 3 angeordnet sind. Beispielsweise sind die piezoelektrischen Elemente auf einem Stehbolzen aufgestapelt. Üblicherweise bestehen die piezoelektrischen Elemente aus Keramikscheiben. Wird ein elektrisches Wechselspannungssignal an ein piezoelektrisches Element angelegt, so ändert es seine Abmessungen periodisch: entlang einer Polarisationsrichtung vergrößert und verkleinert sich die Dicke der Keramikscheibe mit der Frequenz der Erregerspannung.
  • Über eine Befestigungskomponente, hier die Druckschraube 5, wird der Stapelantrieb 4 gegen die Membran 3 gedrückt, so dass sich die mechanischen Schwingungen der piezoelektrischen Elemente auf die Membran 3 übertragen können. Bevorzugt wird die Andrückkraft über eine punktförmige Auflagefläche ausgeübt. Gehäuse 2 und Druckschraube 5 bestehen üblicherweise aus einem Metall, bevorzugt sind sie aus Edelstahl gefertigt.
  • Wird der Vibrationsdetektor einem Temperaturschock ausgesetzt – im gezeigten Fall steigt die Temperatur in der Umgebung des Detektors von Raumtemperatur RT schlagartig auf 300ºC – erwärmen sich die Teilbereiche, die aus Metall bestehen – also insbesondere das Gehäuse 2 und die Druckschraube 5 sowie der ggf. vorhandene und in den Figuren nicht gesondert dargestellte Stehbolzen zur Halterung der Keramikscheiben aufgrund der ausgezeichneten thermischen Leitfähigkeit von Metall entsprechend schnell, während sich die piezoelektrischen Keramikscheiben aufgrund ihrer geringeren thermischen Leitfähigkeit und der kleinen Kontaktfläche zur Druckschraube langsamer erwärmen. Folglich dehnen sich die Teilbereiche 2, 5 aus Metall aufgrund der höheren Temperatur gegenüber den keramischen Teilbereichen 4 stärker aus, Als Folge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung tritt eine Spaltbildung 8 zwischen der Befestigungskomponente 5 und der Antriebseinheit 4 auf. Die Spaltbildung 8 verschwindet erst, wenn nachfolgend wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Während des Nichtgleichgewichtszustands ist der Vibrationsdetektor 1 nicht oder nicht voll funktionstüchtig. Zieht man in Betracht, dass Vibrationsdetektoren oftmals in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden, kann selbst ein zeitweiser Ausfall in Folge eines Temperaturschocks nicht toleriert werden.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Vibrationsdetektors 1, wie er bereits in der Beschreibungseinleitung vorgestellt wurde. Bei dieser Ausgestaltung übernimmt das Innenrohr 6 die Aufgabe eines thermischen Entkopplungselements zwischen dem Gehäuse 2, der Befestigungskomponente 5 und dem Antriebsstapel 4. Das Innenrohr 6 hat eine dünne Wandung, die einen relativ großen thermischen Widerstand darstellt. Da somit die Befestigungskomponente 5 gleichfalls langsamer erhitzt oder abgekühlt wird als bei der in 1 gezeigten Lösung, bleibt der Antriebsstapel 4 auch im Falle einer sprunghaften Temperaturerhöhung in stetem Kontakt mit der Membran 3. Somit arbeitet der Vibrationsdetektor 1 auch bei Auftreten eines Temperaturschocks zuverlässig. Wie bereits zuvor erwähnt, ist die Fertigung eines Vibrationsdetektors 1 mit Innenrohr 6 natürlich komplexer und damit teurer als die eines Vibrationsdetektors, bei dem auf das Innenrohr 6 verzichtet werden kann.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Im Wesentlichen entspricht die Konstruktion der erfindungsgemäßen Lösung dem in 1 gezeigten Vibrationsdetektor 1. Allerdings gibt es einen gravierenden Unterschied. Zumindest das Gehäuse 2, oder auch die Befestigungskomponente 5, die auch in diesem Fall als Druckschraube ausgestaltet ist, um den Antriebsstapel 4 mit einer definierten Andrückkraft an die Membran 3 anzudrücken, bestehen aus einem Material, üblicherweise einem Metall, mit einer vorgegebenen Porosität. Durch die Porosität des Materials des Gehäuses 2 und/oder der Druckschraube 5 lässt sich die thermische Leitfähigkeit des Materials erheblich reduzieren. Aufgrund der reduzierten thermischen Leitfähigkeit von Gehäuse 2 und/oder der Druckschraube 5 führen sprunghafte Änderungen der Temperatur nicht zu einem hohen Temperaturgradienten zwischen den Teilbereichen 4, 5 und damit nicht zu einer Änderung der voreingestellten Andrückkraft zwischen dem Antriebsstapel 4 und der Membran 3. Die Funktionstüchtigkeit des Vibrationsdetektors 1 ist auch beim Auftreten von sprunghaften Änderungen der Temperatur in der Umgebung oder im Prozess, in dem der Vibrationsdetektor 1 eingesetzt ist, jederzeit sichergestellt.
  • Konkret dargestellt ist hier der Fall, dass thermisch miteinander in Kontakt stehende Materialien sich auch in ihrem thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden. Wie aus Anspruch 1 ersichtlich ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung begrenzt. Die erfindungs-gemäße Lösung kommt auch zum Tragen, wenn ein erster Teilbereich bezüglich eines zweiten Teilbereichs bei vergleichbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten eine abweichende Anordnung zum Prozess oder zur Umgebung. Prinzipiell kann das Gehäuse 2 und/oder der Teilbereich 5 mit der vorgegebenen Porosität aus einem geschlossen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum bestehen.
  • Weiterhin kann das Gehäuse 2 und/oder der Teilbereich 5 mit der vorgegebenen Porosität aus einem offen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum besteht. Soll ein Eindringen eines Mediums in das offenporige Material vermieden werden, so ist zumindest ein der Umgebung oder dem Prozess zugewandter Oberflächenbereich des Gehäuses 2 und/oder des Teilbereichs 5 mit einer Schutzschicht 10 aus einem diffusionsdichten Metall, einem Glas oder einer Keramik versehen. Alternativ kann die Schutzschicht 10 auch aus einem geschlossen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum bestehen.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung im Bereich der Prozessautomatisierung vielfältig einsetzbar ist – und zwar immer dann, wenn thermische Spannungen und/oder eine Spaltbildung 8 zwischen Teilbereichen während des Auftretens eines Temperaturschocks verhindert werden sollen/soll.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vibrationsdetektor
    2
    Gehäuse
    3
    Membran
    4
    erster Teilbereich / Stapelantrieb
    5
    zweiter Teilbereich / Druckschraube
    6
    Innenrohr
    7
    schwingfähige Einheit
    8
    Spaltbildung
    9
    Kugelsegment
    10
    Schutzschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10129556 A1 [0006]

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums, wobei die Vorrichtung in einem Prozess der Automatisierungstechnik einsetzbar ist und zumindest einen ersten Teilbereich (5) und zumindest einen zweiten Teilbereich (4) aufweist, wobei beide Teilbereiche (4, 5) miteinander in thermischem Kontakt stehen, wobei einer der beiden Teilbereiche (4) sich aufgrund seiner Anordnung zum Prozess oder zur Umgebung und/oder aufgrund eines Wärmeausdehnungskoeffizienten, der sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des anderen Teilbereichs (5) unterscheidet, eine vorgegebene Porosität aufweist, die so bemessen ist, dass bei Auftreten einer sprunghaften Änderung der Temperatur im Prozess und/oder in der Umgebung die zeitliche Temperaturänderung in beiden Teilbereichen (4, 5) näherungsweise gleich ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Teilbereich (5) mit der vorgegebenen Porosität aus einem geschlossen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum besteht.
  3. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1–5, wobei der zweite Teilbereich (5) mit der vorgegebenen Porosität aus einem offen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum besteht, und wobei ein der Umgebung oder dem Prozess zugewandter Oberflächenbereich des zweiten Teilbereichs (5) mit einer Schutzschicht aus einem Metall, einem Glas oder einer Keramik versehen ist, und/oder wobei die Schutzschicht aus einem geschlossen porigen Metall-, Glas- oder Keramikschaum besteht.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–3, wobei es sich bei der Vorrichtung um ein Messgerät zur Erkennung des Erreichens eines vorgegebenen Grenzstandes des Mediums in einem Behälter handelt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem ersten Teilbereich (4) um zumindest einen elektromechanischen Antrieb handelt, der zumindest ein piezokeramisches Element zur Anregung einer schwingfähigen Einheit (7) aufweist, und wobei es sich bei dem zweiten Teilbereich um eine Befestigungskomponente aus Metall handelt, die so ausgestaltet ist, dass der elektromechanische Antrieb (4) in Kontakt mit einer Membran (3) steht, an der eine schwingfähige Einheit (7) befestigt ist.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, wobei die Porosität des zweiten Teilbereichs (5) so bemessen ist, dass die physikalischen und chemischen Anforderungen an den zweiten Teilbereich (5) gewährleistet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei es sich bei den Anforderungen insbesondere um die Druckfestigkeit, die elektrische Leitfähigkeit, die thermische Beständigkeit und/oder die chemische Beständigkeit des Teilbereichs handelt.
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3376438A (en) * 1965-06-21 1968-04-02 Magnaflux Corp Piezoelectric ultrasonic transducer
DE2537788C3 (de) * 1975-08-25 1980-04-10 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Ultraschallwandler
JPH01190098A (ja) * 1988-01-25 1989-07-31 Murata Mfg Co Ltd 空中超音波トランスジューサ
DE19538678A1 (de) * 1995-10-17 1997-04-24 Endress Hauser Gmbh Co Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE19623035C1 (de) * 1996-06-08 1997-05-07 Stn Atlas Elektronik Gmbh Elektroakustischer Wandler
DE19718965A1 (de) * 1997-05-05 1998-11-12 Endress Hauser Gmbh Co Verfahren und Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter
EP0844678B1 (de) * 1996-11-25 2002-08-14 CeramTec AG Innovative Ceramic Engineering Aussenelektrode für einen monolithischen Vielschichtaktor
DE10129556A1 (de) 2001-06-19 2003-01-09 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter
DE102006004284A1 (de) * 2006-01-31 2007-08-02 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102007010500A1 (de) * 2007-03-05 2008-09-11 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler mit direkt eingebettetem Piezo
DE102008055116A1 (de) * 2008-12-23 2010-07-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers
DE102008055123B3 (de) * 2008-12-23 2010-07-22 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium
DE102013102712A1 (de) * 2013-03-18 2014-09-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102013109331A1 (de) * 2013-08-28 2015-03-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße der Automatisierungstechnik

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3376438A (en) * 1965-06-21 1968-04-02 Magnaflux Corp Piezoelectric ultrasonic transducer
DE2537788C3 (de) * 1975-08-25 1980-04-10 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Ultraschallwandler
JPH01190098A (ja) * 1988-01-25 1989-07-31 Murata Mfg Co Ltd 空中超音波トランスジューサ
DE19538678A1 (de) * 1995-10-17 1997-04-24 Endress Hauser Gmbh Co Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE19623035C1 (de) * 1996-06-08 1997-05-07 Stn Atlas Elektronik Gmbh Elektroakustischer Wandler
EP0844678B1 (de) * 1996-11-25 2002-08-14 CeramTec AG Innovative Ceramic Engineering Aussenelektrode für einen monolithischen Vielschichtaktor
DE19718965A1 (de) * 1997-05-05 1998-11-12 Endress Hauser Gmbh Co Verfahren und Anordnung zur Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter
DE10129556A1 (de) 2001-06-19 2003-01-09 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter
DE102006004284A1 (de) * 2006-01-31 2007-08-02 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102007010500A1 (de) * 2007-03-05 2008-09-11 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler mit direkt eingebettetem Piezo
DE102008055116A1 (de) * 2008-12-23 2010-07-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers
DE102008055123B3 (de) * 2008-12-23 2010-07-22 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium
DE102013102712A1 (de) * 2013-03-18 2014-09-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102013109331A1 (de) * 2013-08-28 2015-03-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße der Automatisierungstechnik

Non-Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Koos van Helden, Toralf Dietz, Volker Herrmann: Impact Of Regulator Noise On Ultrasonic Flow Meters In Natural Gas, 7th South East Asia Hydrocarbon Flow Measurement Workshop 5th - 7th March 2008http://www.sick.com/group/EN/home/products/product_news/flow_solutions/Documents/Conference_papers/2008-2011/FLOWSIC600_ConferencePaper_HCSEA2008_RegulatorNoise_and_USMs_en_2008-03.pdf [rech. 11.5.2015] *
Koos van Helden, Toralf Dietz, Volker Herrmann: Impact Of Regulator Noise On Ultrasonic Flow Meters In Natural Gas, 7th South East Asia Hydrocarbon Flow Measurement Workshop 5th – 7th March 2008http://www.sick.com/group/EN/home/products/product_news/flow_solutions/Documents/Conference_papers/2008-2011/FLOWSIC600_ConferencePaper_HCSEA2008_RegulatorNoise_and_USMs_en_2008-03.pdf [rech. 11.5.2015]
Louis-Philippe Lefebvre, John Banhart, David C. Dunand: Porous Metals and Metallic Foams: Current Status and Recent Developments Advanced Engineering Materials 10(9), 775-787 (2008) http://www.helmholtz-berlin.de/media/media/spezial/people/banhart/html/A-Journals/open/postprint/a122_lefebvre2008.pdf [rech. 11.5.2015] *
Louis-Philippe Lefebvre, John Banhart, David C. Dunand: Porous Metals and Metallic Foams: Current Status and Recent Developments Advanced Engineering Materials 10(9), 775–787 (2008) http://www.helmholtz-berlin.de/media/media/spezial/people/banhart/html/A-Journals/open/postprint/a122_lefebvre2008.pdf [rech. 11.5.2015]
Metal foam From Wikipedia, the free encyclopedia 14 July 2014 http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Metal_foam&oldid=616870041
Metal foam From Wikipedia, the free encyclopedia 14 July 2014 http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Metal_foam&oldid=616870041 *
Nihad Dukhan, Muntadher A. Al-Rammahi, Ahmed S. Suleiman, Thermal Convection Measurements inside Aluminum Foam and Comparison to Existing Analytical Solutions, Procedia Materials Science, Volume 4, 2014, Pages 341-346, ISSN 2211-8128, http://dx.doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.569.(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211812814009341) *
Reutter, O., Sauerhering, J., Fend, T., Pitz-Paal, R. and Angel, S. (2008), Characterization of Heat and Momentum Transfer in Sintered Metal Foams. Adv. Eng. Mater., 10: 812-815. doi: 10.1002/adem.200800095 http://elib.dlr.de/53082/1/Metfoam07_paper_reutter_228.pdf *
Reutter, O., Sauerhering, J., Fend, T., Pitz-Paal, R. and Angel, S. (2008), Characterization of Heat and Momentum Transfer in Sintered Metal Foams. Adv. Eng. Mater., 10: 812–815. doi: 10.1002/adem.200800095 http://elib.dlr.de/53082/1/Metfoam07_paper_reutter_228.pdf
Stellenausschreibung Endress+Hauser Entwicklungsingenieur.pdf [rech. 12.5.2015] *
T.W Clyne , I.O Golosnoy , J.C Tan , A.E Markaki: Porous materials for thermal management under extreme conditions, The Royal Society Philosophical Transactions A, DOI: 10.1098/rsta.2005.1682 . 15 January 2006
T.W Clyne , I.O Golosnoy , J.C Tan , A.E Markaki: Porous materials for thermal management under extreme conditions, The Royal Society Philosophical Transactions A, DOI: 10.1098/rsta.2005.1682 . 15 January 2006 *
Technische Information Liquiphant M FTL51C Grenzschalter für Flüssigkeiten jeder Art mit hochkorrosionsbeständiger Beschichtung https://portal.endress.com/wa001/dla/5000000/1447/000/01/TI347FDE_0510.pdf 19.5.2010 [rech. 12.5.2015]
Technische Information Liquiphant M FTL51C Grenzschalter für Flüssigkeiten jeder Art mit hochkorrosionsbeständiger Beschichtung https://portal.endress.com/wa001/dla/5000000/1447/000/01/TI347FDE_0510.pdf 19.5.2010 [rech. 12.5.2015] *

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