DE9406896U1

DE9406896U1 - Schallsensor

Info

Publication number: DE9406896U1
Application number: DE9406896U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2004-04-26

Description

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Beschreibung
Schallsensor

Die Neuerung bezieht sich auf einen Schallsensor, insbesondere als Bestandteil eines Durchflußmessers für hohe Drücke (40 bar) und hohe Temperaturen (150 ⁰C). Für derartige Schallsensoren wird eine hohe Standfestigkeit gegenüber Druckwechselbelastung gefordert. Sie kommen in eichfähigen Geräten mit einer Eichgültigkeitsdauer von mehr als 5 Jahren zum Einsatz.

Um die erforderliche Druckfestigkeit zu erhalten, ist zwar eine dicke Metallmembran von Vorteil, die jedoch andererseits eine hohe Signaldämpfung mit sich bringt. Dünne Metallmembranen, die eine hohe Signalqualität gewährleisten, wurden bisher nur mit einem aufwendigen Stützverguß erreicht. Dieser ist mit einigen Nachteilen, wie hohen Kosten, geringer Alterungsbeständigkeit und begrenzter Temperaturbeständigkeit 0 verbunden.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallsensor, insbesondere als Bestandteil eines Durchflußmessers für hohe Drücke (bis zu 40 bar) und hohe Temperaturen (150 ⁰C) zu schaffen, der standfest gegenüber Druckwechselbelastungen ist und mit einer dünnen Membran ausgeführt werden kann.

Dies wird neuerungsgemäß mit einem Schallsensor gemäß den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht Dieser Schallsensor weist 0 ein elektrisch leitendes Gehäuseteil auf. Ein Piezoschwinger liegt am Boden des Gehäuseteils und kontaktiert diesen großflächig. Auf der dem Boden gegenüberliegenden Seite ist der Piezoschwinger großflächig mit einer Kontaktfolie kontaktiert. Ein Andruckteil drückt aufgrund einer Anpreßkraft über die Kontaktfolie den Piezoschwinger auf den Boden.

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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Schallsensors ist gegeben, wenn das Andruckteil zur Druckübertragung auf den Piezoschwinger mehrere Vorsprünge mit Auflageflächen aufweist, die auf der Fläche der Kontaktfolie gleichmäßig verteilt aufliegen. Auf diese Weise wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktfolie und dem Piezoschwinger gewährleistet, ohne dabei das Schwingverhalten des Piezoschwingers in unzulässiger Weise zu beeinträchtigen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn drei Vorsprünge vorgesehen sind.

Eine hinsichtlich des Schwingverhaltens günstige Lösung ist gegeben, wenn das Andruckteil mittels einer Tellerfeder, längs der Ultraschall-Abstrahlrichtung des Piezoschwingers, schwingungsfähig gelagert ist.

Die elektrische Verbindung zum Piezoschwinger wird auf einfache Weise erreicht, wenn das Andruckteil metallisch ausgeführt ist und einen Anschlußpunkt zum Anschluß an eine dem Schallsensor von außen zuführbare elektrische Leitung aufweist.

Die für den Schallsensor erforderliche Druckfestigkeit wird mit wenig Aufwand erreicht, wenn eine Ansät&zgr;schraube mit einem Gewinde vorgesehen ist, womit der Abstand der Ansät&zgr;-schraube zum Boden verstellbar ist, und wenn die Ansatzschraube über eine Isolierscheibe, die auf der Tellerfeder aufliegt, die Anpreßkraft an das Andruckteil weitergibt.

Ist die Ansatzschraube mit einer Kappe abgedeckt, die eine Öffnung mit einer Dichtlippe zur Durchführung der Leitung aufweist, so wird hiermit auf einfache Weise eine Abdichtung des Innenraums des Schallsensors erzielt.

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Zur Positionierung und zum Andruck des Andruckteils an definierter Stelle auf der Kontaktfolie hat es sich bewährt, wenn der Piezoschwinger und das Andruckteil in dem Gehäuseteil zentriert liegen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Gemäß der Zeichnung besteht der Schallsensor 1 im wesentliehen aus einem topfförmigen Gehäuseteil 2, einem Piezoschwinger 3, einer Kontaktfolie 4, einem Zentrierteil 5, einem Andruckteil 6, einer Tellerfeder 7, einer Isolierscheibe 8, einer Ansatzschraube 9 und einer Kappe 10.

Das topfförmige Gehäuseteil 2 ist ein elektrisch leitendes, hier vorzugsweise metallisches Drehteil mit einem Hohlraum, der z.B. durch eine Bohrung mit dem Durchmesser D gebildet ist. Die Wandung des Hohlraums ist nach außenhin mit einem Gewinde 11 versehen. Am Boden 12 des Gehäuseteils 2 ist der Piezoschwinger 3 elektrisch leitend verklebt. Der Piezoschwinger 3 ist durch das hülsenförmige, in seinen Außenabmessungen an den Durchmesser D angepaßte Zentrierteil 5 zentriert. Der Boden 12 wirkt hier als Metallmembran für den Piezoschwinger 3. Die Dicke des Bodens 12 ist entsprechend den Anforderungen an die Signalqualität leicht anpaßbar. Für hohe Signalqualität, wie im vorliegenden Fall, wird eine dünne Membran benötigt, wofür Dicken des Bodens 12 kleiner als 1 mm hergestellt werden. Die dem Boden 12 abgewandte Fläche des Piezoschwingers 3 ist vollkommen mit der Kontaktfolie 4 kontaktiert. Darüberliegend und ebenfalls durch das Zentrierteil 5 zentriert ist das zylindrisch geformte Andruckteil 6 angeordnet, das mehrere Vorsprünge 13 mit Andruckflächen 14 aufweist. In der vorliegenden Ausführung gemäß der Zeichnung sind es drei über die Kontaktfolie 4 gleichmäßig verteilte Vorsprünge 13, über deren Andruckflächen 14 eine Anpreßkraft auf die Kontaktfolie

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4 ausgeübt wird. Hierdurch wird ein guter elektrischer Kontakt gewährleistet, ohne das Schwingverhalten des Piezoschwingers 3 in unzulässigem Maße zu beeinflussen.

Das Andruckteil 6 weist auf der den Vorsprüngen 13 gegenüberliegenden Seite, mittig liegend, einen stiftförmigen Fortsatz 15 auf, dessen Ende zum Anschluß einer elektrischen Leitung 16 dient. Auf derselben Seite ist das Andruckteil 6 mit einem zylinderförmigen Absatz 17 versehen, durch den die herumliegende Tellerfeder 7 zentriert ist. Dabei ist die Höhe des Absatzes 17 auf die Dicke der Tellerfeder 7 im zusammengepreßten Zustand in der nachfolgend beschriebenen Weise angepaßt. Auf der anderen Seite der Tellerfeder 7 liegt die mit einer mittigen Bohrung 18 versehene Isolierscheibe 8 auf. Im Anschluß daran ist die Ansät&zgr;schraube 9 angeordnet. Sie ist mit einem Außengewinde 19 versehen, das in das Gewinde 11 des Gehäuseteils 2 greift. Hierüber ist der Abstand der Ansatzschraube 9 zum Boden 12 hin stetig verstellbar, wobei im zusammenmontierten Zustand durch Anlage der Ansatzschraube 9 an der Isolierscheibe 8 und den sich daran anschließenden Teilen, d.h. der Tellerfeder 7 und dem Andruckteil 6 die Kraft der Tellerfeder 7 als Anpreßkraft gleichmäßig verteilt auf die Kontaktfolie 4 und den folgenden Piezoschwinger 3 übertragen wird.

Der zylinderförmige Absatz 17 muß demzufolge derart niedrig sein, daß eine ausreichende Anpreßkraft über die Tellerfeder 7 aufgebaut werden kann, bevor die Isolierscheibe 8 auf dem Absatz 17 aufliegt. Die auf diese Weise bewirkte mechanische Abstützung mit Federausgleich ermöglicht die Schwingfähigkeit des Piezoschwingers 3 in Verbindung mit dem Andruckteil 6. Über das Andruckteil 6, die Isolierscheibe 8 und die Ansatzschraube 9 wird die erforderliche Druckfestigkeit des Schallsensors 1 hergestellt.

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Bei eingeschraubter Ansatzschraube 9 ist der Hohlraum des topfförmigen Gehäuseteils 2 nur noch über eine Mittenbohrung 20 der Ansät&zgr;schraube 9 zugänglich. Der erwähnte stiftförmige Fortsatz 15 zum Anschluß der elektrischen Leitung 16 ist durch die Bohrung 18 der Isolierscheibe 8 und die Mittenbohrung 20 der Ansatzschraube 9 geführt. Anstelle des stiftförmigen Fortsatzes 15, der einstückig zum Andruckteil 6 gehört, kann auch ein getrennter Stift mit der Andruckteil 6 verbunden sein. Voraussetzung ist in jedem Falle, daß vom Ende des Stiftes als elektrischen Anschlußpunkt 23 für die Leitung 16 eine elektrisch leitende Verbindung zum Piezoschwinger 3 besteht.

Die Ansät&zgr;schraube 9 ist durch· die .Kappe 10, z.B. aus Gummi, abgedeckt, in der zur dichten Durchführung der Leitung 16 eine Öffnung 21 mit Dichtlippe 22 ist.

Die beidseitig großflächige Kontaktierung des Piezoschwingers 3 durch den als Membran wirkenden Boden 12 und die Kontaktfolie 4 gewährleisten, daß dieser selbst bei Bruch funktionsfähig bleibt.

Claims

94G31 98 Schut zansprüche

1. Schallsensor (1) mit folgenden Merkmalen:

a) Der Schallsensor weist ein elektrisch leitendes Gehäuseteil (2) auf,

b) ein Piezoschwinger (3) liegt am Boden des Gehäuseteils (2) und kontaktiert diesen großflächig,

c) auf der dem Boden (12) gegenüberliegenden Seite ist der Piezoschwinger (3) großflächig mit einer Kontaktfolie (4) kontaktiert, und

d) ein Andruckteil (6) drückt aufgrund einer Anpreßkraft über die Kontaktfolie (4) den Piezoschwinger (3) auf den Boden (12).

2. Schallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Andruckteil (6) zur Druckübertragung auf den Piezoschwinger (3) mehrere Vorsprünge (13) mit Andruckflächen (14) aufweist, die auf der 0 Fläche der Kontaktfolie (4) gleichmäßig verteilt aufliegen.

3. Schallsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß drei Vorsprünge (13) vorgesehen sind.

4. Schallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (6) mittels einer Tellerfeder (7), längs der Ultraschall-Abstrahlrichtung des Piezoschwingers (3), 0 schwxngungsfähig gelagert ist.

5. Schallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckteil (6) metallisch ausgeführt ist und einen Anschlußpunkt (23) zum Anschluß an eine dem Schallsensor (1) von außen zuführbare elektrische Leitung (16) aufweist.

6. Schallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansatzschraube (9) mit einem Gewinde (11) vorgesehen ist, womit der Abstand der Ansatzschraube (9) zum Boden (12) verstellbar ist, und daß die Ansät &zgr; schraube (9) über eine Isolierscheibe (8), die auf der Tellerfeder (7) aufliegt, die Anpreßkraft an das Andruckteil (6) weitergibt.

7. Schallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzschraube (9) mit einer Kappe (10) abgedeckt ist, die eine Öffnung (21) mit einer Dichtlippe (22) zur Durchführung der Leitung (16) aufweist.

8. Schallsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoschwinger (3) und das Andruckteil (6) in dem Gehäuseteil (2) zentriert liegen.