DE4126399C2

DE4126399C2 -

Info

Publication number: DE4126399C2
Application number: DE19914126399
Authority: DE
Inventors: Fritz 7230 Schramberg De Lenk
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-05-19
Also published as: DE4126399A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Wandler mit einer Membran gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an ultrasonic transducer a membrane according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Ultraschall-Wandler ist aus dem DE- GM 86 25 990 bekannt. Dort ist die Membran durch mitti ge Dickenverringerung einer Platte gebildet, so daß die Membran integral mit dem äußeren, den Befestigungs flansch bildenden Plattenrand verbunden ist. Ober den Befestigungsflansch ist der Ultraschall-Wandler an ei nen gegenüberliegenden Befestigungsflansch ange schraubt, der mit einem hinsichtlich seines Füllstands zu überwachenden Behälter fest verbunden ist. Es hat sich allerdings gezeigt, daß beim bekannten Ultra schall-Wandler bei der Füllstandsüberwachung in manchen Fällen Probleme durch Ultraschall-Störsignale auftreten können, die von der Ultraschall-Wandler-Membran empfan gen werden und das eigentlich auszuwertende Nutzsignal überlagern. Auch ist die Herstellung der Membran und des umgebenden Flansches problematisch, da einerseits bei der Plattenbearbeitung zur Herstellung der Membran sehr genau gearbeitet werden muß, damit der die Membran bildende Ausnehmungsboden definierte Dicke besitzt. Zu dem müssen für unterschiedliche Membranendurchmesser oder -stärken entsprechend dimensionierte Platten in bearbeiteter oder unbearbeiteter Form bereitgehalten werden, wodurch sich - bei bearbeiteten Platten mit be reits eingearbeiteter Membran - die Lagerhaltungskosten erhöhen bzw. - bei noch unbearbeiteten Platten - die Fertigungs- und Lieferzeiten entsprechend erhöhen.Such an ultrasonic transducer is known from DE GM 86 25 990 known. There is the membrane through mitti ge thickness reduction of a plate formed so that the Membrane integral with the outer, the fastening flange-forming plate edge is connected. About the The mounting flange is the ultrasonic transducer on an egg an opposite mounting flange screws with a level container to be monitored is firmly connected. It has it has been shown, however, that the known Ultra sound converter for level monitoring in some If problems occur due to ultrasonic interference signals can be received by the ultrasonic transducer membrane and the useful signal that is actually to be evaluated overlay. Also the manufacture of the membrane and the surrounding flange is problematic because on the one hand in plate processing to manufacture the membrane must be worked very precisely so that the membrane forming recess bottom has a defined thickness. To that need for different membrane diameters or thicknesses of appropriately dimensioned plates in processed or unprocessed form become, whereby - with processed plates with be already incorporated membrane - the storage costs increase or - in the case of still unprocessed panels - the Increase manufacturing and delivery times accordingly.

Weiterhin ist es aus dem DE-GM 86 30 763 bekannt, eine topfförmig nach unten vorkragende Membran einzusetzen, die über ihre Seitenränder direkt am Flansch ange schraubt ist. Durch die vorkragende Membran-Ausgestal tung ragt diese allerdings bei Füllstandsüberwachung in den zu überwachenden Behälter hinein und verringert folglich dessen maximales Füllvolumen, da ein bestimm ter Mindestabstand zwischen Ultraschall-Wandler-Membran und maximaler Füllstandsoberfläche nicht unterschritten werden darf. Zudem können auch hier Ultraschall-Echo probleme auftreten. Auch ist die Herstellung der topf förmigen Membran etwas aufwendiger.Furthermore, it is known from DE-GM 86 30 763, a insert a cantilevered membrane protruding downwards, which are attached directly to the flange via their side edges is screwed. Thanks to the protruding membrane design However, this protrudes into the level monitoring the container to be monitored and reduced consequently its maximum filling volume, as a certain The minimum distance between the ultrasonic transducer membrane and the maximum fill surface is not undercut may be. In addition, ultrasonic echo can also be used here problems occur. Also the pot is made shaped membrane somewhat more complex.

Aus der WO 90/05 358 A1 ist ein Ultraschall-Wandler mit einer plattenförmigen Membran bekannt, die mit einem Piezoschwinger gekoppelt ist, um Schwingungen aussenden und empfangen zu können. Die Membran ist mit einer signalverstärkenden, perforierten Platte verbunden, die ihrerseits mit dem Gehäuse des Ultraschall-Wandlers verbunden ist. Wahlweise kann entweder die Verbindungsstelle zwischen der Membran und der perforierten Platte oder der perforierten Platte und dem Gehäuse eine Ringdichtung angebracht sein. Das Gehäuse weist eine Öffnung auf, durch welche das Ultraschall-Signal hindurchtreten kann. Nachteilig bei diesem Ultraschall-Wandler ist, daß der Piezoschwinger einschließlich der an ihm befestigten Membran und der signalverstärkenden perforierten Platte fest im Gehäuse des Ultraschall-Wandlers eingegossen sind. Ein Austausch der Membran, beispielsweise zu Reparaturzwecken oder zur Anpassung des Signal-Übertragungsverhaltens ist nicht möglich. Auch gestaltet sich der Zusammenbau des Ultraschall-Wandlers relativ kompliziert, da sämtliche Teile des Ultraschall-Wandlers von oben in das Gehäuse eingeführt und bis zum Aushärten der Vergußmasse exakt fixiert werden müssen.From WO 90/05 358 A1 an ultrasound transducer is included known a plate-shaped membrane with a piezo oscillator is coupled to emit vibrations and to be able to receive. The membrane has a signal-enhancing, perforated plate connected, which in turn is connected to the housing of the ultrasonic transducer. Either the connection between the Membrane and the perforated plate or the perforated Plate and the housing a ring seal may be attached. The housing has an opening through which the ultrasonic signal can step through. A disadvantage of this Ultrasonic transducer is that including the piezo oscillator the membrane attached to it and the signal-enhancing perforated plate firmly in the housing of the ultrasonic transducer are cast in. An exchange of the membrane, for example for repair purposes or to adapt the Signal transmission behavior is not possible. Also designed the assembly of the ultrasonic transducer relative complicated because all parts of the ultrasonic transducer inserted into the housing from above and until the Potting compound must be fixed exactly.

Aus der DE-OS 14 87 304 ist ein elektromechanischer akustischer Übertrager bekannt, der insbesondere zum Gebrauch als Mikrophon und/oder Lautsprecher unter Wasser bestimmt ist. Er weist eine laminare Übertragungseinheit in Form einer mehrschichtig aufgebauten Membran auf, die in einem Gehäuse von einem Haltering klemmend gehalten wird. Die laminare Übertragungseinheit wird von einer flexiblen Dichtungsscheibe hermetisch abgedichtet. Zur Verbesserung des Signal-Übertragungsverhaltens sind zwischen dem starr eingespannten Randabschnitt und dem als Schwingungsfläche dienenden Mittenbereich des laminaren Übertragungselements von beiden Seiten ringförmige Ausnehmungen vorgesehen, so daß sich zwischen beiden Bereichen ein Abschnitt verringernden Querschnitts ergibt, der nach Art eines Gelenks die Bewegung des Mittenbereichs relativ wenig behindert. Besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Störsignalen infolge von Körperschallübertragung sind nicht vorgesehen.From DE-OS 14 87 304 is an electromechanical acoustic Known transmitter, which in particular for use as Microphone and / or speaker under water is determined. It has a laminar transmission unit in the form of a multi-layer membrane on the one housing is held clamped by a retaining ring. The laminar Transmission unit is made of a flexible sealing washer hermetically sealed. To improve the signal transmission behavior are between the rigidly clamped Edge section and the central area serving as a vibration surface of the laminar transmission element of both Sides annular recesses are provided so that a section reducing cross-section between the two areas results in the articulation of the movement of the Middle area relatively little hindered. Special measures to avoid interference signals due to structure-borne noise transmission are not provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultra schall-Wandler zu schaffen, der einfach herstellbar ist und sich durch verhältnismäßig gute Betriebseigenschaf ten, insbesondere hinsichtlich Reduzierung der Abstrah lung von störendem Ultraschall, auszeichnet.The invention has for its object an Ultra to create sound transducers that are easy to manufacture and by relatively good company property ten, especially with regard to the reduction of the radiation disruptive ultrasound.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genann ten Merkmalen gelöst. This task is called with the in claim 1 characteristics solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Be festigung einer Membran eines Ultraschall-Wandlers auf gezeigt, das sich durch einfache Durchführbarkeit und geringen Aufwand auszeichnet. Diese Zielsetzung wird mit den im Patentanspruch 7 angegebenen Maßnahmen er reicht.Furthermore, the invention provides a method for loading consolidation of a membrane of an ultrasonic transducer shown that is easy to implement and low effort. This goal will with the measures specified in claim 7 he enough.

Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschall-Wandler ist die Membran somit als flache Platte ausgebildet, die unter Zwischenlage einer Dichtung am Flansch des Gehäuses des Ultraschall-Wandlers anliegt. Die Einfügung einer Dichtung zwischen Membran und Flansch bewirkt eine gute akustische Entkopplung zwischen der Membran und dem Flansch, so daß die Ultraschallwellen sich nicht oder nur in stark gedämpftem Ausmaß von der Membran zum Flansch fortpflanzen können. Dies bringt den Vorteil, daß kaum mehr Störsignale gesendet und demzufolge auch keine Störechos empfangen werden. Beim Stand der Technik findet nämlich eine direkte Körper schall-Leitung von der Membran über das Gehäuse des Ul traschall-Wandlers und den Flansch zur Wand des zu überwachenden Behälters statt, so daß die Behälterwand als Sender wirkt. Die von dort abgestrahlten Ultra schallimpulse bewirken ihrerseits ein Ultraschallecho, das sich dem Nutzecho überlagert und dieses verzerrt. Aufgrund der identischen Frequenzlage sind diese Stör echos aber kaum mit vertretbarem Aufwand zuverlässig zu eliminieren, so daß die Meßgenauigkeit leidet.In the ultrasonic transducer according to the invention Membrane thus formed as a flat plate, the under A gasket is placed on the flange of the housing of the ultrasonic transducer. The Insert a seal between the membrane and flange causes a good acoustic decoupling between the Membrane and the flange so that the ultrasonic waves not or only to a very subdued extent from the Can propagate membrane to the flange. This brings the advantage that hardly any interference signals are sent and consequently no false echoes are received. At the State of the art namely finds a direct body sound line from the membrane over the housing of the ul transducer and the flange to the wall of the monitoring container instead, so that the container wall acts as a transmitter. The Ultra radiated from there sound impulses in turn cause an ultrasonic echo, that overlaps the useful echo and distorts it. Because of the identical frequency position, these are disturbances echoes but hardly reliable with reasonable effort eliminate so that the measuring accuracy suffers.

Dieser Effekt wird bei der Erfindung durch die flexible Dichtung vermieden, die die Ultraschallfortpflanzung von der Membran zum Flansch weitgehend unterbindet.This effect is in the invention by the flexible Avoid seal that the ultrasound propagation largely prevented from the membrane to the flange.

Hierzu trägt auch die Ausbildung der Membran als flache Platte bei, die in definierter Weise auf der flexiblen Dichtung aufliegt und zudem auch nur gezielt in eine einzige Richtung abstrahlt, so daß die Abstrahlung in Seitenrichtung, quer zur Hauptsenderichtung, äußerst vernachlässigbar ist. Hierdurch wird somit keine in un erwünschter Richtung verlaufende Ultraschallenergie ausgesandt, die nach gegebenenfalls mehrfachen Refle xionen dann doch als störendes, das Meßergebnis verfäl schendes Echosignal empfangen werden könnte.The formation of the membrane as a flat surface also contributes to this Plate in a defined manner on the flexible Seal rests and also only specifically in one emits only direction, so that the radiation in Lateral direction, transverse to the main transmission direction, extreme is negligible. As a result, none in un directional ultrasound energy sent out, which after multiple refle xions then as disturbing, falsify the measurement result transmitting echo signal could be received.

Die Ausbildung der Membran als flache Platte hat zugleich auch weitere Vorteile. Beispielsweise ragt die Platte und damit der Ultraschall-Wandler nicht in den Behälter hinein, so daß das Füllungsvolumen des Behäl ters maximal ausgenutzt werden kann, ohne daß der er forderliche Mindestabstand zwischen Membran und Füll standsoberfläche unterschritten zu werden braucht. Auf grund der äußerst einfachen Gestaltung können die Mem branen aus jedem geeigneten Material bestehen, so daß neben Stahl und VA auch Kunststoffmembranen, z. B. aus PVDF, PTFE usw. eingesetzt werden können. Trotz der un terschiedlichen Membranmaterialien bleibt der mechani sche Aufbau jeweils gleich, so daß keine konstruktiven Änderungen der Halterungselemente oder dgl. erforder lich sind. Auch der Austausch einer Membran kann äu ßerst rasch bei sehr einfacher Handhabung erfolgen. Die Membranen sind zudem äußerst kostengünstig herstellbar, beispielsweise durch einfaches Heraustrennen aus Plat ten geeigneten Materials und geeigneter Stärke. Es ist weder ein Spritzguß noch eine entsprechende Form erfor derlich. Die Fertigung kann in äußerst einfacher Weise beispielsweise durch Ausstanzen aus handelsüblichen Platten bewerkstelligt werden.Has the formation of the membrane as a flat plate at the same time also other advantages. For example, the Plate and thus the ultrasonic transducer not in the Container so that the filling volume of the container ters can be used to the maximum without the he required minimum distance between membrane and fill stand surface needs to be undershot. On due to the extremely simple design, the mem Branches are made of any suitable material so that in addition to steel and VA also plastic membranes, e.g. B. from PVDF, PTFE etc. can be used. Despite the un Different membrane materials remain the mechani cal structure the same, so that no constructive Changes to the bracket elements or the like. Required are. The exchange of a membrane can also Very quick with very easy handling. The Membranes are also extremely inexpensive to manufacture, for example by simply removing it from plat suitable material and strength. It is neither an injection molding nor a corresponding shape is required such. Manufacturing can be extremely simple for example by punching out commercially available ones Plates are accomplished.

Aufgrund der plattenförmigen Membrangestaltung kann die Membran auch sehr einfach geeignet beschichtet werden, beispielsweise mit modifiziertem Epoxydharz oder dem Kunststoff "ECTFE", z. B. um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen oder Hygienebestimmungen zu erfüllen. Bei entsprechender Dimensionierung des Dichtebereiches sind mit VA-Membranen bestückte Ultraschall-Wandler auch in explosionsgefährdeten Bereichen zuverlässig einsetzbar, d. h. Ex-geschützt.Due to the plate-shaped membrane design, the Membrane can also be coated very easily, for example with modified epoxy resin or Plastic "ECTFE", e.g. B. corrosion resistance increase or meet hygiene requirements. At appropriate dimensioning of the density range Ultrasonic transducers equipped with VA membranes also in explosive areas can be used reliably, d. H. Ex-protected.

Die glatte Membranoberfläche erlaubt nun auch den Ein satz des erfindungsgemäßen Ultraschall-Wandlers im Le bensmittelbereich, bei dem besonders hohe Anforderungen an die Reinhaltung bestehen.The smooth membrane surface now also allows the on sentence of the ultrasonic transducer according to the invention in Le food sector, where particularly high requirements insist on keeping it clean.

Um die Membran am Flansch halten zu können, insbeson dere in vormontiertem Zustand, bei dem die Membran noch nicht zwischen dem Flansch und einem Gegenlagerflansch eingespannt ist, ist die Membran in bevorzugter Weise mit Gewindebolzen ausgestattet, die eine Verschraubung mit dem Flansch gestatten. Die Montage des Ultraschall- Wandlers am Einsatzort, beispielsweise einem zu überwa chenden Behälter, erfolgt in bevorzugter Ausgestaltung über eine weitere flexible Dichtung, die zwischen der Membran und der dieser zugewandten Befestigungsfläche angeordnet ist. Diese zusätzliche Membran bringt wei tere Vorteile dahingehend, daß eine direkte Ultra schallkopplung zum aufnehmenden Behälter oder dgl. un terdrückt wird. Zugleich ergibt sich aber auch der überraschend günstige Effekt, daß die flexible Dichtung zwischen Membran und Flansch und auch, sofern vorhan den, die Dichtung zwischen Membran und Befestigungsflä che beim Anziehen der Verbindungsbolzen etwas zusammen gedrückt werden. Hierdurch verringert sich der Abstand zwischen der Membran und dem Flansch geringfügig. Dabei heben die mit den Gewindebolzen der Membran in Eingriff stehenden Muttern oder Schrauben geringfügig von der bisherigen Anlagefläche am Flansch ab. Durch dieses Ab heben wird auch diese restliche Schallbrücke zwischen Membran und Flansch weitestgehend unterbrochen, so daß beim nachfolgenden Betrieb eine Fortpflanzung des Ul traschalls von der Membran zum Flansch und über diesen sowie die Verbindungsbolzen zur Befestigungsfläche und dem hiermit verbundenen Gerät im wesentlichen vollstän dig unterdrückt ist. Eine unerwünschte Ultraschallab strahlung durch andere Komponenten als die Membran wird folglich selbsttätig wirksam unterdrückt. Dieser posi tive Effekt resultiert automatisch bei Anschrauben des Ultraschall-Wandlers an der diesen tragenden Komponen te. Die beidseitig federnde Einspannung der Membran schützt diese neben effektiver Ultraschall-Entkopplung auch gegenüber Beschädigungen, da Fremdeinwirkungen, Temperaturspannungen oder dgl. von den flexiblen Dich tungen zumindest in gewissem Umfang aufgenommen werden können. Dieser Effekt ist optimal, wenn sich die beiden Dichtungen gegenüberliegen, da dann die Kraftbeanspru chung der Membran hinsichtlich Scherkräften und dgl. minimiert ist.In particular, to be able to hold the membrane on the flange another in the pre-assembled state, in which the membrane is still not between the flange and a counter bearing flange is clamped, the membrane is preferably equipped with threaded bolts that have a screw connection allow with the flange. The assembly of the ultrasound Transducer on site, for example one to be monitored appropriate container, takes place in a preferred embodiment via another flexible seal that is between the Membrane and the mounting surface facing this is arranged. This additional membrane brings white Other advantages in that a direct Ultra sound coupling to the receiving container or the like. un is suppressed. At the same time, there is also the surprisingly favorable effect that the flexible seal between membrane and flange and also, if existing the, the seal between the membrane and fastening surface together slightly when tightening the connecting bolts be pressed. This reduces the distance slightly between the membrane and the flange. Here lift them up with the threaded bolts of the membrane standing nuts or bolts slightly from the previous contact surface on the flange. By this Ab this remaining sound bridge will also lift between Diaphragm and flange largely interrupted, so that in the subsequent operation a reproduction of the ul traschalls from the membrane to the flange and over it and the connecting bolts to the mounting surface and the device connected to it is essentially complete dig is suppressed. An unwanted ultrasound radiation from components other than the membrane consequently suppressed automatically. This posi tive effect results automatically when the Ultrasound transducer on the components carrying this te. The membrane is spring-loaded on both sides protects them in addition to effective ultrasonic decoupling also against damage due to external influences, Temperature tensions or the like from the flexible you at least to a certain extent can. This effect is optimal if the two Seals face each other, since then the stress Chung the membrane with respect to shear forces and the like. is minimized.

In bevorzugter Ausgestaltung beträgt die Dicke der Dichtung bzw. Dichtungen maximal 2 mm, so daß der Ver schiebungsweg der Membran beim Anschrauben des Ultra schall-Wandlers an den externen Träger begrenzt bleibt und zugleich eine ausreichende Erhöhung der mechani schen Festigkeit der Dichtung bzw. Dichtungen aufgrund ihrer Kompression erreicht wird. Wenn die Dichtungen zudem noch eine Dichtungsbreite von minimal 20 mm be sitzen, wird hierdurch weiter erreicht, daß der Wandler Ex-tauglich ist und damit auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden kann.In a preferred embodiment, the thickness is Seal or seals a maximum of 2 mm, so that the Ver displacement of the membrane when screwing on the Ultra sound converter remains limited to the external carrier and at the same time a sufficient increase in mechani the strength of the seal or seals due to their compression is achieved. If the seals also a minimum seal width of 20 mm sit, it is further achieved that the converter Is explosion-proof and therefore also in potentially explosive atmospheres Areas can be used.

Die vorstehend beschriebenen Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere hinsicht lich der selbsttätigen Verlagerung der Membran aus der vormontierten Position in eine äußerst stark uner wünschte Ultraschall-Fortpflanzungen unterdrückende Stellung beim Montieren des Wandlers am Einsatzort.The advantages described above also apply to the method according to the invention, in particular with regard Lich the automatic displacement of the membrane from the pre-assembled position in an extremely strong un wished to suppress ultrasound reproductions Position when mounting the converter on site.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Ultraschall-Wandlers dargestellt ist.The invention is described below with reference to an embodiment approximately example with reference to the drawing described in which an embodiment of the inventions is shown ultrasonic transducer according to the invention.

Das in der Zeichnung gezeigte, mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ultraschall-Wandlers weist einen Flansch 2 in Form ei ner Platte auf, die eine mittige Durchgangsöffnung 3 besitzt. In dieser Durchgangsöffnung 3 ist ein Pie zoschwinger 4 untergebracht, der über Stege 5 auf einer Membran 6 aufsitzt. Zwischen dem Piezoschwinger 4 und der Membran 6 ist ein Füllmaterial 7 zur Impedanzanpas sung vorhanden.The shown in the drawing, designated by the reference numeral 1 embodiment of the ultrasonic transducer according to the invention has a flange 2 in the form of egg ner plate, which has a central through opening 3 . In this through opening 3 , a piezo oscillator 4 is accommodated, which sits on webs 5 on a membrane 6 . Between the piezo oscillator 4 and the membrane 6 , a filling material 7 for impedance matching is available.

Die Membran 6 ist als dünne, vorzugsweise runde Platte aus Stahl, VA, geeignetem Kunststoff oder anderem Mate rial ausgebildet. Auf der Membran 6 ist ein Thermofühler 8 angebracht, der zur Temperaturerfassung dient und entsprechende Signale an eine nicht gezeigte Steuer schaltung abgibt, anhand der diese eine Kompensation temperaturbedingter Laufzeitveränderungen der Ultra schallwellen durchführen kann. Dies ist insbesondere bei Einsatz des Ultraschall-Wandlers bei der Füll standsüberwachung von Interesse. Der Ultraschall-Wandler kann aber auch auf jedem anderen Einsatzgebiet ver wendet werden.The membrane 6 is formed as a thin, preferably round plate made of steel, VA, suitable plastic or other mate rial. On the membrane 6 , a thermal sensor 8 is attached, which is used for temperature detection and emits corresponding signals to a control circuit, not shown, by means of which this can compensate for temperature-related changes in transit time of the ultrasonic waves. This is of particular interest when using the ultrasonic transducer for level monitoring. The ultrasonic transducer can also be used in any other application.

Zwischen der Membran 6 und dem Flansch 2 ist eine Dich tung 9 angeordnet, die als umlaufende Ringdichtung aus gebildet ist und aus weichem, flexiblem Material be steht, d. h. eine Weichdichtung bildet.Between the membrane 6 and the flange 2 a device 9 is arranged, which is formed as a circumferential ring seal and is made of soft, flexible material, ie forms a soft seal.

Der Piezoschwinger 4 ist parallel zur Membran 6 und da mit so angeordnet, daß er im wesentlichen seine gesamte Energie nach unten zur Membran 6 und über diese weiter nach unten in den Behälter abstrahlt, so daß ein hoher Wirkungsgrad mit guter Bündelungscharakteristik der Ul traschallwellen erzielt wird.The piezo oscillator 4 is parallel to the diaphragm 6 and there so arranged that it radiates essentially all of its energy downwards to the diaphragm 6 and further down into the container, so that high efficiency with good bundling characteristics of the ultrasonic waves is achieved .

Um die Membran 6 auch im vormontierten Zustand, bei dem der Ultraschall-Wandler noch nicht auf den hinsichtlich seines Füllstands zu überwachenden Behälter oder ein anderes, mit Ultraschallwellen zu speisendes Gerät auf gesetzt ist, zuverlässig am Flansch zu halten, sind an der Membran Gewindebolzen 10 fest angebracht, von denen in der Zeichnung nur ein einziger dargestellt ist. Um symmetrische Verhältnisse zu erreichen, sind mehrere Gewindebolzen, beispielsweise acht, symmetrisch in gleichen Umfangsabständen an der Membran 6 angebracht. Die Gewindebolzen 10 sind als Innengewindebolzen ausge bildet, die mit geringfügigem Spiel in entsprechende unterseitige Ausnehmungen des Flansches 2 eingreifen. Von der anderen Seite des Flansches 2 sind Schrauben 11 in die Gewindebolzen 10 eingeschraubt, deren Schraub köpfe am Boden entsprechender, von der der Membran 6 gegenüberliegenden Flanschseite eingebrachter Sacklö cher 12 anliegen. Alternativ können die Gewindebolzen 10 auch als Außengewindebolzen ausgestaltet sein, deren Länge so groß bemessen ist, daß sie den gesamten Flansch 2 durchsetzen und auf der anderen Flanschseite nach außen vorstehen. Auf das vorstehende Gewindeende können dann Muttern, beispielsweise Hutmuttern aufge schraubt werden, um die Membran 6 mit dem Flansch 2 zu verspannen.To the membrane 6 also in which the ultrasonic transducers are not left to in terms of its filling level to be monitored container or another, is set with ultrasonic waves to be powered forming apparatus to reliably on the flange in the pre-assembled condition, are on the diaphragm threaded bolt 10 firmly attached, of which only one is shown in the drawing. In order to achieve symmetrical relationships, a plurality of threaded bolts, for example eight, are attached symmetrically to the membrane 6 at the same circumferential distances. The threaded bolts 10 are formed as internal threaded bolts, which engage with slight play in corresponding underside recesses in the flange 2 . From the other side of the flange 2 , screws 11 are screwed into the threaded bolts 10 , the screw heads of which correspond to the bottom of the bottom of the membrane 6 opposite the flanged side Sacklö cher 12 . Alternatively, the threaded bolts 10 can also be designed as externally threaded bolts, the length of which is dimensioned so large that they penetrate the entire flange 2 and project outwards on the other flange side. Nuts, for example cap nuts, can then be screwed onto the protruding thread end in order to clamp the membrane 6 with the flange 2 .

Die Gewindebolzen 10 werden bei einer Stahl- oder VA- Membran 6 nach einem Bolzenschweißverfahren unter Ein satz von in einem Kondensator gespeicherter Energie aufgeschweißt, während sie bei einer Kunststoffmembran durch Hochfrequenzschweißen fest mit der Membran 6 ver bunden werden. Solche Befestigungsverfahren sind ein fach bei geringem Aufwand und hoher Zuverlässigkeit be herrschbar. The threaded bolts 10 are welded to a steel or VA membrane 6 by a stud welding process using an energy stored in a capacitor, while in a plastic membrane they are firmly connected to the membrane 6 by high-frequency welding. Such fastening methods are easy to control with little effort and high reliability.

Für den Durchtritt der Gewindebolzen 11 weist die Dich tung 9 entsprechende Durchgangsöffnungen auf, deren Durchmesser dem der Gewindebolzen 11 angepaßt ist.For the passage of the threaded bolt 11 , the device 9 has corresponding through openings, the diameter of which is adapted to that of the threaded bolt 11 .

Auf dem Flansch 2 ist ein Deckel 13 angeordnet, der als Platte mit innerer Durchgangsöffnung ausgebildet und über Schrauben 14 mit dem Flansch 2 verschraubt ist. Obwohl in der Zeichnung nur eine einzige Schraube 14 gezeigt ist, sind in gleichen Umfangsabständen mehrere Schrauben 14 vorhanden. Zwischen dem Flansch 2 und dem Deckel 13 ist eine schmale Ringdichtung 15 angebracht. Auf dem Deckel 13 ist ein weiterer topfförmiger Deckel 16 angeordnet, der über Schrauben 17 mit dem Deckel 13 verschraubt ist. Zwischen den Deckeln 13 und 16 befin det sich ebenfalls eine Ringdichtung 18. Der Deckel 16 weist eine mittige Durchgangsbohrung 19 für den Durch tritt von elektrischen Leitungen 20 auf, über die die elektrischen Signale zum Piezoschwinger 4 und Thermo element 8 geführt bzw. von diesen zu einer nicht ge zeigten Steuerschaltung geleitet werden.On the flange 2 , a cover 13 is arranged, which is designed as a plate with an inner through opening and is screwed to the flange 2 by means of screws 14 . Although only a single screw 14 is shown in the drawing, a plurality of screws 14 are present at the same circumferential intervals. A narrow ring seal 15 is attached between the flange 2 and the cover 13 . On the lid 13, a further pot-shaped cover 16 is arranged which is screwed by screws 17 to the lid. 13 Between the covers 13 and 16 there is also an annular seal 18 . The cover 16 has a central through-hole 19 for the passage of electrical lines 20 , via which the electrical signals to the piezoelectric oscillator 4 and thermocouple 8 are guided or passed by these to a control circuit (not shown).

Der Ultraschall-Wandler 1 ist über mehrere Verbindungs bolzen 21, von denen in der Zeichnung nur einer darge stellt ist, mit einem Befestigungsflansch 22 ver schraubt, der einen Bestandteil eines Traggestells oder einer Behälterwand bildet.The ultrasonic transducer 1 is a plurality of connecting bolts 21 , of which only one is shown in the drawing, with a mounting flange 22 screws, which forms part of a support frame or a container wall.

Um die Ultraschallenergie in das zu überwachende oder mit Ultraschallenergie zu versorgende Objekt einkoppeln zu können, umgibt der Befestigungsflansch 22 eine ring förmige Durchgangsöffnung 23, deren Durchmesser gering fügig größer als der der Durchgangsöffnung 3 ist.In order to be able to couple the ultrasonic energy into the object to be monitored or supplied with ultrasonic energy, the fastening flange 22 surrounds an annular passage opening 23 , the diameter of which is slightly larger than that of the passage opening 3 .

Zwischen dem Befestigungsflansch 22 und der Membran 6 ist eine Dichtung 24 eingefügt, die als Ringdichtung aus flexiblem Material, d. h. als Weichdichtung ausge bildet ist. Die Dichtung 24 ist so angeordnet, daß sie der Dichtung 9 auf der anderen Membranseite gegenüber liegt. Beim Anziehen der Gewindebolzen 21 werden die Ringdichtungen 9 und 24 etwas zusammengepreßt, so daß die Schraubenköpfe der Schrauben 11 vom Boden der Sack bohrungen abheben, so daß hierdurch keine Ultraschall brücken gebildet werden. Die flexible Einspannung der Membran 6 bewirkt auch nach allen anderen Seiten eine gute Unterdrückung der unerwünschten Weiterleitung von Ultraschallschwingungen zu anderen Geräteteilen. Die flexiblen Dichtungen 9 und 24 bewirken gleichfalls keine nennenswerte Ultraschall-Weiterleitung, da sie aus weichem Material bestehen, das Ultraschall nicht gut leiten kann.Between the mounting flange 22 and the membrane 6 , a seal 24 is inserted, which is formed as a ring seal made of flexible material, ie as a soft seal. The seal 24 is arranged so that it faces the seal 9 on the other side of the membrane. When tightening the threaded bolts 21 , the ring seals 9 and 24 are pressed together somewhat, so that the screw heads of the screws 11 bores lift off from the bottom of the bag, so that no ultrasound bridges are formed as a result. The flexible clamping of the membrane 6 also effectively suppresses the undesired transmission of ultrasonic vibrations to other device parts on all other sides. The flexible seals 9 and 24 likewise do not cause any appreciable ultrasound transmission, since they consist of soft material which cannot conduct ultrasound well.

Die flexible Dichtung 24 kann vor der Montage des Ul traschall-Wandlers 1 auf den Befestigungsflansch 22 aufgelegt oder aber schon zuvor, beispielsweise mittels Kleben, an der Membran 6 angebracht werden.The flexible seal 24 can be placed on the mounting flange 22 prior to the assembly of the ultrasonic transducer 1 or else previously, for example by means of adhesive, attached to the membrane 6 .

Claims

1. Ultrasonic transducer with a membrane, which is coupled to a piezoelectric oscillator in order to emit and / or receive vibrations, and which is further connected to a flange of the ultrasonic transducer, characterized in that the membrane ( 6 ) as a flat Plate is formed, which rests with the interposition of a flexible seal ( 9 ) on the flange ( 2 ) of the housing ( 13 ) of the ultrasonic transducer and that between a support surface ( 22 ) designed in the manner of a counter flange and the membrane ( 6 ) a flexible seal ( 24 ) is arranged.

2. Ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that on the membrane ( 6 ) threaded bolts ( 10 ) are attached, via which the membrane ( 6 ) with inter mediate position of the seal ( 9 ) with the flange ( 2 ) is screw-connectable .

3. Ultrasonic transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the flange ( 2 ) via connecting bolts ( 21 ) is connected to the bearing surface ( 22 ).

4. Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the seals ( 9 , 24 ) on the two diaphragm sides lie opposite one another.

5. Ultrasonic transducer according to one of the preceding Claims, characterized in that the thickness of the Seal (s) is a maximum of 2 mm.

6. Ultrasonic transducer according to one of the preceding Claims, characterized in that the width of the Seal (s) is at least 20 mm.

7. A method for attaching a membrane of an ultrasound transducer, characterized in that the membrane ( 6 ) designed as a flat plate is initially formed by means of mounting bolts ( 10 , 11 ) on a flange ( 2 ) of the housing ( 13 ) of the ultrasound transducer The intermediate layer of a flexible seal ( 9 ) is preassembled and then attached via a further flexible seal ( 24 ) resting on its other surface to a support surface ( 22 ) designed in the manner of a counter flange by means of connecting bolts ( 21 ) engaging the flange ( 2 ).