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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallzähler zur Bestimmung der Durchflussmenge eines strömenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Druckschriftlicher Stand der Technik
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Ein Ultraschallzähler gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus der
WO 2011/141167 A2 bekannt. Bei diesem bekannten Ultraschallzähler ist davon ausgegangen, dass der vom Ultraschallwandler erzeugte Ultraschallburst durch eine dünne, regelmäßig aus Kunststoff bestehende Gehäusewand hindurch in das Medium eintritt. Ein Ultraschallwandlerkörper ist über erste und zweite, vorzugsweise flächige Kontaktmittel elektrisch kontaktierbar. Die ersten Kontaktmittel des Ultraschallwandlerkörpers sind in das Gehäuse oder in einen Gehäuseeinsatz eingelegt oder dort festgelegt. Als erstes Kontaktmittel kann sowohl eine lose Elektrode als auch eine auf das Gehäuse, ein Gehäuseteil oder den Gehäuseeinsatz aufgebrachte Kontaktschicht vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist als erstes Kontaktmittel eine Kontaktschicht vorgesehen, die entlang einer schräg verlaufenden Fläche seitlich neben dem Wandlerkörper verläuft. Dort kann eine elektrische Kontaktierung durch eine äußere Feder, zum Beispiel eine Spiralfeder, erfolgen, welche den Ultraschallwandlerkörper außenseitig umgreift.
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Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass die Bereitstellung der Kontaktierung nur in aufwendiger Handarbeit erfolgen kann. Die Kontaktierung mittels der Spiralfeder erlaubt keine stabile Anordnung.
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In der
DE 10 2009 046 148 A1 wird ein Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium vorgeschlagen, der einen Wandlerkern mit einem elektrischakustischen Wandlerelement umfasst. Die von dem fluiden Medium abgewandte Rückseite des Wandlerelements ist zugänglich und über Bonding-Drähte mit auf Gehäuseabsätzen angeordneten Kontaktierungsflächen verbunden.
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Die
EP 2 562 517 A1 offenbart einen Ultraschalldurchflussmesser mit Ultraschallwandlern, deren dem zu messenden Medium zugewandte Elektrode mit Hilfe eines leitfähigen Klebers an der Gehäusewand des Durchflusskanals befestigt ist.
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Weiterer Stand der Technik
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Eine andere Lösung, ein Piezoelement in einem Ultraschallwandler zu kontaktieren, beinhaltet, dass das Piezoelement in einem metallischen Topf sitzt, welcher die elektrische Anbindung zur Vorderseite gewährleistet. Dadurch ist das Piezoelement aber nicht mehr galvanisch von dem Medium getrennt, dessen Durchflussmenge bestimmt werden soll, was sich nachteilig auf die Qualität des Messergebnisses auswirkt. Zudem sind Metallgehäuse nur sehr aufwendig herstellbar.
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Ferner ist es bekannt, zum Zwecke einer Umkontaktierung der zum Boden einer topfförmigen Aufnahme für das Piezoelement weisenden Elektrode eine besondere Elektrodenstruktur am Piezoelement bereitzustellen, wobei selbige mit einer Feder oder einem Lötdraht kontaktiert wird. Ein solches Piezoelement ist aber nur sehr aufwendig herzustellen und muss insbesondere einen relativ großen Durchmesser aufweisen. Auch die physikalischen Eigenschaften des Piezoelements sind nicht ideal.
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Eine bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der Firma Kamstrup mit der Bezeichnung „Kamstrup Multical 302“ ausgeführte Lösung beinhaltet, dass auf der zum Boden der Wandler-Vertiefung weisenden Seite ein Blech angeordnet ist, welches größer als das Piezoelement ist. Das Blech ragt seitlich hervor und kann dort mit einem Federkontakt kontaktiert werden. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht in dem hohen Platzbedarf und der instabilen Lagerung des Piezoelements, da nicht dieses bündig zur Innenwand des Zählergehäuses angebracht werden kann, sondern ein Freiraum für den Federkontakt oberhalb des Bleches vorgesehen sein muss. Dadurch bildet sich ferner im Fluidraum auch eine Tasche, in welcher sich Luft ansammeln kann, die das Ultraschallsignal nachteilig beeinflusst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen neuartigen Ultraschallzähler zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Kontaktierung des Piezoelements auf einfache, die Montage erleichternde Weise erfolgen kann.
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Lösung der Aufgabe
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Die vorstehende Aufgabe wird durch einen Ultraschallzähler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ultraschallzählers werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
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Dadurch, dass in einem von dem Boden der taschenförmigen Aufnahme beabstandeten weiteren (zweiten) Bereich jeder ersten Elektrode ein Sitz für ein Kontaktierungselement zum elektrischen Anschließen der ersten Elektrode ausgebildet ist, kann sich ein solches Kontaktierungselement (beispielsweise eine Kontaktierungsfeder, etwa eine Spiralfeder) stabil auf der Elektrode selbst abstützen. Die mechanische Stabilität fördert auch eine zuverlässige elektrische Kontaktierung. Durch die Beabstandung des weiteren Bereichs vom Boden kann das Piezoelement ebenfalls fest in der taschenförmigen Aufnahme sitzen. Dadurch wird eine bessere Abdichtung der gesamten Anordnung erleichtert, die so im Betrieb besser vor Umwelteinflüssen schützbar ist. Auch ist eine höhere Integration von Elektronikbauteilen möglich.
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Der Sitz kann insbesondere durch eine Stufe in der ersten Elektrode bereitgestellt sein.
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Zum Zwecke einer sehr stabilen Abstützung des Kontaktierungselements ist der weitere Bereich der ersten Elektrode auf einem neben dem Piezoelement angeordneten Absatz in dem Gehäuse angeordnet, sodass sich eine solche Stufe auf einfache Weise ergeben kann.
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Weil die Unterseite des Piezoelements und/oder der Boden der taschenförmigen Aufnahme im Wesentlichen eben ist und sich zudem der Absatz im Wesentlichen in einer zu dieser Unterseite oder dem Boden parallelen Ebene erstreckt, ist eine Kontaktierung des Piezoelements von der Oberseite her möglich, insbesondere eine Kontaktierung sowohl der ersten Elektrode in dem Bereich auf dem Absatz, wo der Sitz ausgebildet ist, als auch der vorzugsweise auf der Oberseite des Piezoelements angeordneten zweiten Elektrode.
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Es ist möglich, dass der Ultraschallzähler zwei gesonderte Gehäuse, jeweils für einen Ultraschallzähler umfasst. Bevorzugt ist aber vorgesehen, dass in einem einzigen Gehäuse zwei taschenförmige Aufnahmen bereitgestellt sind, in die ein Paar von Ultraschallwandlern einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß ist der Absatz, wo der Sitz ausgebildet ist, auf einer Höhe oberhalb der Oberseite des Piezoelements vorgesehen, damit der Absatz als Bestandteil einer die taschenförmige Aufnahme umgebenden Umrandung vorgesehen sein kann. Diese Umrandung muss nicht perfekt ringförmig sein, sondern die taschenförmige Aufnahme kann gegenüber der Außenkontur der Umrandung einen Versatz aufweisen und zum Beispiel bei einer kreisförmigen Außenkontur von der konzentrischen Anordnung abweichen. Ein solcher Versatz oder das Umsetzen einer ähnlichen Maßnahme kann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, die taschenförmigen Aufnahmen mit den zugehörigen Absätzen so anzuordnen, dass die den Sitz ausbildenden weiteren Bereiche der ersten Elektroden einen kürzeren Abstand voneinander haben als der Abstand beträgt, den die Piezoelemente zueinander haben. Mit anderen Worten kann das Paar von Piezoelementen einen bestimmten, für die Durchflussmessung notwendigen (Mindest-)Abstand auch bei einem kleineren, insbesondere weniger lang ausgebildeten Gehäuse aufweisen und es kann zugleich die Erfindung verwirklicht sein.
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Die Erfindung ermöglicht eine zweckmäßige Ausgestaltung, bei der als Kontaktierungselement für die erste Elektrode eine Kontaktierungsfeder vorgesehen ist und auch die zweite Elektrode mit einer Kontaktierungsfeder kontaktiert wird, und wobei diese Kontaktierungsfedern an einer Platine festgehalten sind, wobei es sich bevorzugt um eine flexible Leiterplatte zur Bildung der gesamten Platine handelt. Auf der Platine bzw. der Leiterplatte ist insbesondere zweckmäßigerweise die gesamte Messelektronik angeordnet oder es sind auch nur Teile der Messschaltung untergebracht.
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Mit besonderem Vorteil kann die Platine an dem Gehäuse abgestützt sein. Die Abstützung kann auf zwei oder mehr Stützelementen erfolgen. Es ist bevorzugt aber in dem Gehäuse eine wannenförmige Struktur vorgesehen, in welche die Platine eingelegt ist. Die Platine bzw. die Leiterplatte kann dann die den Piezoelementen abgewandte Oberfläche des Gehäuses abschließen, insbesondere bündig abschließen, oder es kann auch ein Deckel aufgesetzt werden.
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Einzelne Komponenten der Ultraschallwandlereinheit können durch ein Vergussmaterial fixiert sein, insbesondere bei der Ausführungsform mit einem Gehäuse für ein Ultraschallwandlerpaar. So kann die Platine bzw. Leiterplatte durch ein Vergussmaterial in dem Gehäuse gehalten sein. Erfolgt das Vergießen derart, dass die taschenförmigen Aufnahmen nach oben weisen, steigt Luft in selbige, sodass sich Hohlräume an den Piezoelementen bilden und diese nicht rückwärtig durch das Vergussmaterial im Betrieb gedämpft werden. Auch der gegebenenfalls vorhandene Deckel kann aus einem Elastomer gefertigt sein oder kann eine Dichtung umfassen, sodass während des Vergießens kein Vergussmaterial hindurch fließen kann. Ein Deckel ist bei der Ausführungsform mit zwei Gehäusen für je einen Ultraschallwandler jeweils an den einzelnen Gehäusen bevorzugt vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist die erste Elektrode als loses Einsatzteil, insbesondere aus Metall, bereitgestellt. In diesem Falle kann für eine akustische Kopplung zwischen dem Piezoelement und der ersten Elektrode einerseits und der ersten Elektrode und dem Wandlergehäuse andererseits entweder durch eine Paste oder durch eine elastische Klebeverbindung gesorgt werden. Der elektrische Kontakt zum Piezoelement erfolgt bevorzugt (etwa in Folge eines Anpressens der Bauteile) über einen Spalt von weniger als 40 µm hinweg.
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Alternativ ist die erste Elektrode durch eine elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Kontaktierungsschicht bereitgestellt, welche mit dem Gehäuse integral ist. Es kann sich hierbei um eine Teil-Metallisierung oder um eine VollMetallisierung des Gehäuses handeln, die dann selbst die Elektrode als Einzelteil ersetzt. In vorteilhafter Weise werden beide ersten Elektroden zugleich durch dieselbe Kontaktschicht in den jeweiligen taschenförmigen Aufnahmen und an den bevorzugt vorgesehenen Absätzen ausgebildet.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Temperaturmesselement vorgesehen, das zumindest neben einem der Piezoelemente angeordnet ist. Mittels eines solchen Temperaturmesselements kann die Temperatur der Ultraschallwandlereinheit gemessen werden, welche hauptsächlich durch das Medium bestimmt ist, dessen Durchflussmenge ermittelt werden soll. Auf diese Weise kann die Temperatur als weiterer Parameter des Mediums ermittelt werden, sodass bei der Auswertung der Messsignale auch die von der ermittelten Temperatur abhängige Schallgeschwindigkeit für Ultraschall präzise ermittelt und herangezogen werden kann.
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Zweckmäßigerweise ist das Temperaturmesselement in einer weiteren taschenförmigen Aufnahme angeordnet. Da herkömmliche Piezoelemente für Ultraschallzähler größer sind als die typischerweise verwendeten Temperaturmesselemente, kann die weitere taschenförmige Aufnahme auf der Höhe des Sitzes beginnen, d.h. ihr Boden ist bevorzugt im Wesentlichen auf dieser Höhe des Sitzes angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Zylinder oder Teilzylinder, der innen hohl ist, auf den Absatz aufgesetzt werden.
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Durch die Komplexität der Form des Gehäuses bedingt, ist dieses am zweckmäßigsten aus Kunststoff herzustellen, vorzugsweise durch Spritzguss.
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In diesem Falle sind die taschenförmigen Aufnahmen zweckmäßigerweise jeweils durch eine topfförmige Ausbuchtung des Gehäuses bereitgestellt. Der Boden der topfförmigen Ausbuchtung sollte hierbei so dünn sein, dass Ultraschall durch ihn in das Medium hindurchtreten kann.
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Ferner sind an oder in dem Gehäuse bevorzugt Führungsaufnahmen zum Führen von Draht- und/oder Kabelverbindungen in dem Ultraschallzähler vorgesehen. Eine solche Führungsaufnahme dient dazu, eine Draht- oder Kabelverbindung definiert anzuordnen und zugleich festzuhalten, und es wird eine Kabelzugentlastung ermöglicht.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen gemäß den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer Ultraschallwandlereinheit gemäß einer Ausführungsvariante, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallzähler eingesetzt wird;
- 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse der Ultraschallwandlereinheit gemäß 1;
- 3 eine perspektivische Unteransicht dieses Gehäuses der Ultraschallwandlereinheit gemäß 1;
- 4 eine perspektivische, offen geschnittene Ansicht der Ultraschallwandlereinheit aus 1 zur Veranschaulichung der Lage eines Ultraschallwandlers und der kontaktierenden Kontaktfedern im Gehäuse;
- 5a eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung des Details aus 4 im Schnitt gemäß Va-Va;
- 5b eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung des Details aus 4 im Schnitt gemäß Vb;
- 6 eine vergrößerte Draufsicht auf den in den 4, 5a und 5b nicht gezeigten Teil des Gehäuses aus 2 an seiner anderen Seite;
- 7 eine perspektivische Ansicht des Teils des Gehäuses gemäß 6 von schräg oben;
- 8 eine der 4 entsprechende Darstellung des Teils des Gehäuses an seiner anderen Seite; und
- 9 eine weitere Ausführungsform einer Ultraschallwandlereinheit in perspektivischer Ansicht von schräg oben und teilweise geöffnet,
- 10a und 10b im Schnitt beziehungsweise in Draufsicht einen erfindungsgemäßen Ultraschallzähler gemäß einer ersten Ausführungsform im Ganzen.
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Die Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Ausführungsform einer Ultraschallwandlereinheit in ihrer Gesamtheit, wie sie in dem erfindungsgemäßen Ultraschallzähler eingesetzt werden kann. Ein Ultraschallzähler dient der Bestimmung der Durchflussmenge eines strömenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases. Dafür wird in der in 1 gezeigten Ultraschallwandlereinheit 1 ein Paar von Ultraschallwandlern 3 und 4 bereitgestellt. Die Messung der Durchflussmenge erfolgt zum Beispiel nach dem sogenannten Differenzlaufzeitverfahren. Hierzu werden von den Ultraschallwandlern 3, 4 jeweils im Wechsel Ultraschallsignale ausgesendet und empfangen. Es wird die Laufzeitdifferenz festgestellt und daraus die Fließgeschwindigkeit des strömenden Mediums sowie das Durchflussvolumen ermittelt.
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Die Ultraschallwandlereinheit 1 umfasst zu diesem Zweck ein Gehäuse 2, welches bevorzugt aus Kunststoff spritzgegossen ist. In dem Gehäuse 2 ist jeweils eine topfförmige Aufnahme 5 für den Ultraschallwandler 3 und eine topfförmige Aufnahme 7 für den Ultraschallwandler 4 vorgesehen. Die topfförmige Aufnahme 5 ist dadurch bereitgestellt, dass an dem Gehäuse 2 eine Ausbuchtung 6 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen ist, siehe auch 3. Entsprechend ist für den Ultraschallwandler 4 die topfförmige Aufnahme 7 durch eine Ausbuchtung 8 an dem Gehäuse 2 bereitgestellt, siehe weiter in 3.
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Das Gehäuse 2 ist insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff (etwa PPS mit insbesondere hohem Glasfaser- oder Kohlefaseranteil) hergestellt und weist so eine hohe mechanische Festigkeit auf. Die Ausbuchtungen 6 und 8 haben eine solche Wandstärke im Bodenbereich unterhalb der Ultraschallwandler 3 und 4, dass der Ultraschall trotz der hohen mechanischen Festigkeit durch die Wandung in das strömende Medium, dessen Fließgeschwindigkeit ermittelt werden soll, eingetragen wird. Es ist vorliegend also das Prinzip verwirklicht, dass die Ultraschallwandler von dem strömenden Medium getrennt sind.
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Die Ultraschallwandler 3 und 4 müssen hierzu am jeweiligen Boden der topfförmigen Aufnahme 5 bzw. 7 mechanisch angekoppelt sein. Dort muss zugleich eine Elektrode für die elektrische Kontaktierung des Ultraschallwandlers bereitgestellt sein. Dabei kommt es darauf an, dass die Anordnung mechanisch stabil, elektrisch gut kontaktiert und dennoch leicht zu montieren ist.
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Zu diesem Zweck umfasst das Gehäuse 2 einen Absatz 20 neben der topfförmigen Aufnahme 5 und einen Absatz 21 neben der topfförmigen Aufnahme 7. Wie anhand der Draufsicht in 2 zu erkennen und in der halboffenen Darstellung gemäß 4 im Detail ersichtlich, wird der Absatz 20 dadurch bereitgestellt, dass sich die topfförmige Aufnahme 5 nach oben (auf der dem strömenden Medium abgewandten Seite) zu einer Aufnahme erweitert, die wie die topfförmige Aufnahme 5 einen kreisförmigen Durchmesser hat, wobei dieser Durchmesser allerdings vergrößert ist. Die topfförmige Aufnahme 5 befindet sich hierbei nicht konzentrisch zu der weiter oben vorgesehenen Aufnahme mit kreisförmigem Querschnitt. Dadurch weicht eine zum ebenen Boden 11 der topfförmigen Aufnahme sich parallel erstreckende Oberfläche 22 von der Ringform ab. Der Absatz 20 ist durch eine kleine Stufe 23 geringfügig zu dieser oberen Ebene 22 versetzt in einer weiteren Ebene angeordnet.
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Der Absatz 20 dient als Sitz für ein Kontaktierungselement in Form einer Spiralfeder 16. Auch auf der Oberseite des Ultraschallwandlers 4 kann sich eine entsprechende Spiralfeder 17 abstützen. Beide Spiralfedern 16 und 17 gewährleisten einen elektrischen Kontakt zu einer Platine 24, wie sie in der 1 zu sehen ist. Die Platine 24 sitzt in einer wannenförmigen Aufnahme 25 des Gehäuses 2. Das Gehäuse 2 ist ferner durch einen Deckel 29 verschlossen.
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Die anhand der 1 und 4 ersichtliche Möglichkeit der Kontaktierung durch die Spiralfedern 16 und 17 ist aufgrund einer speziellen Ausgestaltung einer ersten Elektrode 12 des Ultraschallwandlers 3 gegeben. Die erste Elektrode 12 weist einen ersten Bereich 14 auf, der sich unmittelbar unter einem Piezoelement 9 des Ultraschallwandlers 3 befindet und zum Beispiel über eine Paste oder auch eine elastische Klebeverbindung mit dem Piezoelement 9 verbunden ist. Die Elektrode 12 erstreckt sich jedoch jenseits dieses ersten Bereichs 14 von dem Boden 11 der topfförmigen Aufnahme 5 weg und ist mit einem von dem Boden 11 der topfförmigen Aufnahme 5 beabstandeten weiteren, zweiten Bereich 15 auf dem Absatz 20 angeordnet, wodurch eine Stufe in der ersten Elektrode ausgebildet ist und ein Sitz bereitgestellt ist. Auf diese Weise ist die Kontaktierung durch die Spiralfeder 16 möglich (5a, 5b).
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Eine zweite Elektrode 13 des Ultraschallwandlers 3 befindet sich auf der im Wesentlichen ebenen Oberseite des Piezoelements 9, sodass sich die Spiralfeder 17 unmittelbar auf dieser zweiten Elektrode 13 abstützen kann.
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Die elektrische Kontaktierung des zweiten Ultraschallwandlers 4 erfolgt entsprechend, denn auch dieser weist ein Piezoelement 10 auf, an dem eine erste und eine zweite Elektrode bereitgestellt sind, wobei die erste Elektrode mit Hilfe einer Spiralfeder 18 auf dem Absatz 21 kontaktiert wird und die zweite Elektrode mit Hilfe der Spiralfeder 19 kontaktiert wird.
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Für die Durchflussmessung nach dem Differenzlaufzeitverfahren ist es wünschenswert, wenn die beiden Ultraschallwandler einen möglichst großen Abstand bei möglichst kleinem Ultraschallzähler aufweisen. Aus diesem Grund sind, wie aus 2 ersichtlich, die topfförmigen Aufnahmen 5 und 7 nicht konzentrisch mit der oberhalb der Ultraschallwandler 3 und 4 vorgesehenen Aufnahme mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen, sondern die Mittelpunkte der durch die topfförmigen Aufnahmen 5 und 7 definierten Kreise sind möglichst maximal voneinander beabstandet. Die Absätze 20 und 21 sind auf der jeweils der anderen topfförmigen Aufnahme 7, 5 zugewandten Seite oberhalb und neben den topfförmigen Aufnahmen 5 und 7 angeordnet.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich, ist im Bereich neben der topfförmigen Aufnahme 7 ein kleiner teilzylindrischer Körper 28 vorgesehen, vgl. auch die vergrößerte Darstellung aus 1 sowie die perspektivische Darstellung gemäß 7 von schräg oben. Der teilzylindrische Körper 28 ist an die Wandung 30 angesetzt und bildet so eine Aufnahme 27, in welcher ein Temperaturmesselement 26 angeordnet ist, wie es in 8 veranschaulicht ist. Das Temperaturmesselement 26 ist hierbei ebenfalls an der Platine 24 festgelegt.
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Zur Montage der Ultraschallwandlereinheit 1 wird an das spritzgegossene Gehäuse 2 zunächst die jeweilige erste Elektrode 12 für den Ultraschallwandler 3 und eine entsprechende erste Elektrode für den Ultraschallwandler 4 eingebracht. Es kann sich hierbei um eine lose erste Elektrode 12 handeln, die bereits eine passende Form hat, um in die topfförmige Aufnahme 5 eingesteckt zu werden und mit dem weiteren Bereich 15 auf dem Absatz 20 abgestützt zu werden. Alternativ kann die erste Elektrode 12 durch eine Teilmetallisierung oder eine Vollmetallisierung des Gehäuses 2 verwirklicht sein, die zum Beispiel aus der Gasphase abgeschieden wird.
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Nach den ersten Elektroden werden die Piezoelemente 9 und 10 eingebracht, welche bereits mit der jeweiligen zweiten Elektrode 13 versehen sind. Die Platine 24 wird zum Beispiel in Form einer flexiblen Leiterplatte bereitgestellt, die die Messelektronik oder Teile der Messschaltung umfasst. Zudem sind als Kontaktelemente die Spiralfedern 16, 17, 18 und 19 und auch das Temperaturmesselement 26 an ihr festgelegt. Die Platine 24 umfasst die Messelektronik oder Teile der Messschaltung. Sie kann dann einfach in die wannenförmige Aufnahme 25 an dem Gehäuse 2 eingesetzt werden. Sie sitzt auf Lagern 45 und wird beim Einsetzen von Rastnasen 46 hinter
griffen und so festgehalten. Die Spiralfeder 16 ist beim Einbringen der Platine 24 durch die Stufe 23 daran gehindert, die Sollposition zu verlassen.
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Das Gehäuse wird anschließend durch den Deckel 29 verschlossen. Sodann kann es über Kopf mit einem geeigneten Material, wie zum Beispiel einem Harz, vergossen werden. Beim Vergießen weisen somit die Ausbuchtungen 6 und 8 nach oben, sodass Luft in den topfförmigen Aufnahmen 6 und 7 verbleibt und die Ultraschallwandler 3 und 4 durch das Vergussmaterial so nicht in ihrer Wirkung beeinträchtigt werden.
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Der in den 10a und 10b dargestellte Ultraschallzähler 100 als Ganzes umfasst ein Rohr, durch das das Medium fließen soll, mit einer Wandung, die mit 32 bezeichnet ist und zwei Aussparungen 33 aufweist, in welche das Gehäuse 2 mit seinen Ausbuchtungen 6, 8 einsetzbar ist. An der Außenseite der Rohrwandung ist im Bereich jeder der Aussparungen 33 eine ringförmige Stufe 34 ausgebildet, die als Einsatz für eine Dichtung 35 in Form eines O-Ringes dient. Dort sind dann die Ausbuchtungen 6, 8 des Gehäuses 2 eingesetzt und von der Dichtung 35 abgedichtet, damit das Fluid nicht nach außen dringen kann. Der Ultraschallwandler 3 kann so durch die Wandung der Ausbuchtung Ultraschall in das Medium abgeben.
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Für die Reflexion des Ultraschalls im Inneren des Ultraschallzählers 100 sorgt ein Einsatz 36, der einen rohrförmigen Teil mit trapezförmigem Querschnitt aufweist, nämlich mit einer kürzeren unteren Wandung 37 und einer längeren oberen Wandung 38. Ansätze 39 und 40 an dem rohrförmigen Teil tragen Ultraschall reflektierende ebene Oberflächen 42 und 43. Der Einsatz 36 wird vor dem Einbringen der Ultraschallwandlereinheit 1 in das Rohr mit der Wandung 32 eingeschoben. Beim Einbringen der Ultraschallwandlereinheit 1 verklemmen die Ausbuchtungen 6, 8 (z.B. die eine Ausbuchtung mit ihrer Stelle 41) die längere obere Wandung 37, sodass der Einsatz 36 als solcher fest gehalten ist und die ebenen Oberflächen 42 und 43 im Winkel von 45 Grad zur Abstrahlrichtung der Ultraschallwandler 3,4 verlaufen. Daher reflektieren sie den Ultraschall um 90 Grad und lenken ihn über die jeweils andere Oberfläche 43, 42 zu dem jeweils anderen Ultraschallwandler 4,3.
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Eine Anordnung mit einer Ultraschallzählereinheit mit zwei Gehäusen, die jeweils einen Ultraschallwandler aufweisen, ist vergleichbar aufgebaut, siehe die 5a, 5b und 9. Die bei dieser Ausführungsform außerhalb des Zählergehäuses verlaufende Platine 24 verbindet die beiden Gehäuse miteinander. Auf der Platine 24 ist, wie in 9 gezeigt, ein Aufsatz 44 angeordnet, an dem Führungsaufnahmen 31 bereitgestellt sind, mittels derer Kabel und Drähte zur elektrischen Kontaktierung festgehalten werden, sodass sie bei der Montage nicht stören und es zu einer Kabelzugentlastung kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ultraschallwandlereinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Ultraschallwandler
- 4
- Ultraschallwandler
- 5
- topfförmige Aufnahme
- 6
- Ausbuchtung
- 7
- topfförmige Aufnahme
- 8
- Ausbuchtung
- 9
- Piezoelement
- 10
- Piezoelement
- 11
- Boden
- 12
- erste Elektrode
- 13
- zweite Elektrode
- 14
- erster Bereich der ersten Elektrode 12
- 15
- zweiter Bereich der ersten Elektrode 12
- 16
- Kontaktierungsfeder
- 17
- Kontaktierungsfeder
- 18
- Kontaktierungsfeder
- 19
- Kontaktierungsfeder
- 20
- Absatz im Gehäuse 2
- 21
- Absatz im Gehäuse 2
- 22
- obere Ebene
- 23
- Stufe
- 24
- Platine
- 25
- wannenförmige Struktur
- 26
- Temperaturmesselement
- 27
- topfförmige Aufnahme
- 28
- teilzylindrischer Körper
- 29
- Deckel
- 30
- Wandung
- 31
- Führungsaufnahmen
- 32
- Wandung des Ultraschallzählers 100
- 33
- Aussparung
- 34
- ringförmige Stufe
- 35
- Dichtung
- 36
- Einsatz
- 37
- untere Wandung
- 38
- obere Wandung
- 39
- Ansatz
- 40
- Ansatz
- 41
- Stelle an Ausbuchtung des Gehäuses 2
- 42
- ebene Oberfläche
- 43
- ebene Oberfläche
- 44
- Aufsatz
- 45
- Lager
- 46
- Rastnase
- 100
- Ultraschallzähler
