Verfahren und Vorrichtung zum Modifizieren der schwingfähigen Elemente eines Vibrationsdetektors Method and device for modifying the vibratable elements of a vibration detector
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modifizieren der schwingfähigen Elemente eines Vibrationsdetektors. Vorzugsweise sind die schwingfähigen Elemente in Form einer Schwinggabel an einer Membran befestigt. Bei dem Modifizieren handelt es sich bevorzugt um ein Auseinanderbiegen der freien Endbereiche der schwingfähigen Elemente. Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Vibrationsdetektors.The invention relates to a method and a device for modifying the vibratable elements of a vibration detector. The oscillatable elements are preferably attached to a membrane in the form of an oscillating fork. The modification is preferably a bending apart of the free end regions of the vibratable elements. Furthermore, the invention relates to a particularly advantageous embodiment of a vibration detector.
Von der Anmelderin werden unter den Bezeichnung LIQUIPHANTThe applicant will use the name LIQUIPHANT
Vibrationsdetektoren angeboten und vertrieben, die für die Bestimmung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter ebenso geeignet sind wie für die Bestimmung der Dichte oder der Viskosität des zu überwachenden Mediums.Vibration detectors are offered and sold that are just as suitable for determining and monitoring the level of a medium in a container as for determining the density or viscosity of the medium to be monitored.
Als Füllstandsgrenzschalter ausgebildete Vibrationsdetektoren nutzen den Effekt aus, daß die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude einer schwingfähigen Einheit abhängig sind von dem jeweiligen Bedeckungsgrad der schwingfähigen Einheit: Während die schwingfähige Einheit in Luft frei und ungedämpft seine Schwingungen ausführen kann, erfährt sie eine Frequenz- und Amplitudenänderung, sobald sie teilweise oder vollständig in das Medium eintaucht. Anhand einer vorbestimmten Frequenzänderung (üblicherweise wird die Frequenz gemessen) läßt sich folglich ein eindeutiger Rückschluß auf das Erreichen des vorbestimmten Füllstandes des Mediums in dem Behälter ziehen.Vibration detectors designed as level limit switches take advantage of the effect that the oscillation frequency and the oscillation amplitude of an oscillatable unit depend on the respective degree of coverage of the oscillatable unit: while the oscillatable unit can carry out its oscillations freely and undamped in air, it experiences a change in frequency and amplitude, as soon as it is partially or completely immersed in the medium. On the basis of a predetermined change in frequency (usually the frequency is measured), it is consequently possible to draw a clear conclusion that the predetermined fill level of the medium in the container has been reached.
Darüber hinaus wird die Dämpfung der Schwingung einer schwingfähigen Einheit auch von der jeweiligen Dichte und er Viskosität des Mediums beeinflußt. Daher besteht bei konstantem Bedeckungsgrad eine funktionale Beziehung zur Dichte bzw. zur Viskosität des Mediums, so daß Vibrationsdetektoren sowohl für die Füllstands- als auch für die Dichte- und Viskositätsbestimmung bestens geeignet sind. In der Praxis werden zwecks
Überwachung und Erkennung des Füllstandes bzw. der Dichte des Mediums in dem Behälter die Schwingungen der Membran aufgenommen und mittels zumindest eines Piezoelements in elektrische Empfangssignale umgewandelt.In addition, the damping of the vibration of an oscillatable unit is also influenced by the density and viscosity of the medium. Therefore, with a constant degree of coverage, there is a functional relationship to the density or to the viscosity of the medium, so that vibration detectors are ideally suited for determining the fill level as well as for density and viscosity. In practice, the purpose is Monitoring and detection of the fill level or the density of the medium in the container, the vibrations of the membrane are recorded and converted into electrical reception signals by means of at least one piezo element.
Die elektrischen Empfangssignale werden anschließend von einer Auswerte- Elektronik ausgewertet. Im Falle der Füllstandsbestimmung überwacht die Auswerte-Elektronik die Schwingungsfrequenz und/oder die Schwingungsamplitude des schwingfähigen Elements und signalisiert den Zustand 'Sensor bedeckt' bzw. 'Sensor unbedeckt', sobald die Meßwerte einen vorgegebenen Referenzwert unter- oder überschreiten. Eine entsprechende Meldung an das Bedienpersonal kann auf optischem und/oder auf akustischem Weg erfolgen. Alternativ bzw. zusätzlich wird ein Schaltvorgang ausgelöst; so wird etwa ein Zu- oder Ablaufventil an dem Behälter geöffnet oder geschlossen.The electrical received signals are then evaluated by evaluation electronics. In the case of level determination, the evaluation electronics monitor the oscillation frequency and / or the oscillation amplitude of the oscillatable element and signals the status 'sensor covered' or 'sensor uncovered' as soon as the measured values fall below or exceed a predetermined reference value. A corresponding message to the operating personnel can take place optically and / or acoustically. Alternatively or additionally, a switching process is triggered; for example, an inlet or outlet valve on the container is opened or closed.
LIQUIPHANTEN werden zur Bestimmung der gewünschten Prozeßgröße in flüssigen Medien eingesetzt. Der Trend geht in die Richtung, die Abmessungen der Vibrationsdetektoren zu minimieren. Als Folge der Miniaturisierung treten mitunter Probleme auf, wenn die Vibrationsdetektoren zur Überwachung von viskosen Medien eingesetzt werden, die einen hohem Feststoff- anteil aufweisen. Als Beispiel sei der Einsatz eines Vibrationsdetektors zur Füllstandsüberwachung bei der Fruchtzubereitung genannt. Konkret kann es sich bei dem Medium um Joghurt oder Konfitüre mit Fruchtstücken handeln. Da die schwingfähigen Elemente der Schwinggabel relativ dicht beisammen stehen, besteht hier verstärkt die Gefahr, daß sich Fruchstücke zwischen den beiden schwingfähigen Elementen verklemmen, so daß der Vibrationsdetektor nachfolgend nur noch das fehlerhafte Signal "Sensor bedeckt" ausgibt. Eine Lösung dieses Problems wäre die komplette Neukonstruktion eines Vibrationsdetektors mit entsprechend weit auseinanderstehenden schwingfähigen Elementen. Es versteht sich von selbst, daß eine derartige Lösung mit einem hohen Aufwand verbunden ist.LIQUIPHANTS are used to determine the desired process size in liquid media. The trend is towards minimizing the dimensions of the vibration detectors. As a result of miniaturization, problems sometimes arise when the vibration detectors are used to monitor viscous media which have a high solids content. One example is the use of a vibration detector for filling level monitoring in fruit preparation. Specifically, the medium can be yogurt or jam with pieces of fruit. Since the vibratable elements of the tuning fork are relatively close together, there is an increased risk that fruit pieces get stuck between the two vibratable elements, so that the vibration detector then only outputs the faulty signal "sensor covered". One solution to this problem would be to completely redesign a vibration detector with correspondingly widely spaced vibratable elements. It goes without saying that such a solution is associated with a high outlay.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es erlauben, bei einem Vibrationsdetektor die Standard- Gabelgeometrie nachträglich mechanisch zu verändern, ohne dessen Funktionstüchtigkeit zu beeinflussen. Weiterhin liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Vibrationsdetektor vorzuschlagen, der in hochviskosen Medien mit hohem Feststoffanteil eingesetzt werden kann.The invention is based on the object of proposing a method and a device which make it possible to subsequently mechanically change the standard fork geometry in a vibration detector without influencing its functionality. Furthermore, the invention is the The task is to propose a vibration detector that can be used in highly viscous media with a high solids content.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt die beiden schwingfähigen Elemente in bzw. an oder auf einem Führungsteils positioniert werden; in einem zweiten Schritt wird das erste zu biegende schwingfähige Element in seinem der Membran zugewandten Endbereich fixiert; in einem dritten Schritt wird auf den der Membran abgewandten Endbereich des fixierten schwingfähigen Elements eine Kraft aufgebracht, wodurch dieser Endbereich verbogen wird; anschließend werden die Schritte 1 bis 3 für das zweite schwingfähige Element ausgeführt.With regard to the method, the object is achieved in that, in a first step, the two oscillatable elements are positioned in or on or on a guide part; in a second step, the first vibratable element to be bent is fixed in its end region facing the membrane; in a third step, a force is applied to the end region of the fixed oscillatable element facing away from the membrane, as a result of which this end region is bent; then steps 1 to 3 are carried out for the second vibratable element.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf den der Membran abgewandten Endbereich eine Kraft aufgebracht, die zu einem definierten Verbiegen des Endbereiches führt. Ein definiertes Verbiegen ist von großer Wichtigkeit, damit die Symmetrie der Schwinggabel nicht zerstört wird. Eine symmetrisch aufgebaute Schwinggabel und das Anregen von Moden mit gegensinnigen Schwingungen hat den Vorteil, daß sich die von jedem schwingfähigen Element auf die Membran übertragenen Kräfte gegenseitig aufheben. Durch diese Kompensation wird die mechanische Beanspruchung der Einspannung der Membran minimiert, so daß näherungsweise keine Schwingungsenergie auf das Gehäuse oder auf das Befestigungsteil des Vibrationsdetektors übertragen wird. Letztlich wird hierdurch effektiv verhindert, daß das Befestigungsteil des Vibrations- detektors zu Resonanzschwingungen angeregt werden, die wiederum mit den Schwingungen der schwingfähigen Einheit interferieren und so die Meßgenauigkeit herabsetzen können.According to an advantageous development of the method according to the invention, a force is applied to the end region facing away from the membrane, which leads to a defined bending of the end region. Defined bending is very important so that the symmetry of the tuning fork is not destroyed. A symmetrically constructed tuning fork and the excitation of modes with opposite vibrations has the advantage that the forces transmitted from each vibratable element to the membrane cancel each other out. This compensation minimizes the mechanical stress on the clamping of the membrane, so that approximately no vibration energy is transmitted to the housing or to the fastening part of the vibration detector. Ultimately, this effectively prevents the fastening part of the vibration detector from being excited to resonate vibrations, which in turn interfere with the vibrations of the oscillatable unit and can thus reduce the measuring accuracy.
Die beiden von der Membran abgewandten Endbereiche der schwingfähigen Elemente werden vorteilhafterweise maximal so weit auseinandergebogen, daß der Abstand der Außenflächen der beiden schwingfähigen Elemente kleiner ist als der Innendurchmesser einer Öffnung in einem Behälter, in der der Vibrationsdetektor befestigt ist. Eine alternative Ausgestaltung schlägt vor, daß der zuvor definierte Abstand kleiner ist als der Außendurchmesser des Befestigungsteils des Vibrationsdetektors. Durch diese Maßnahme wird ein
problemloser Ein- und Ausbau des Vibrationsdetektors in einer Behälteröffnung ermöglicht.The two end regions of the oscillatable elements facing away from the membrane are advantageously maximally bent apart so far that the distance between the outer surfaces of the two oscillatable elements is smaller than the inner diameter of an opening in a container in which the vibration detector is fastened. An alternative embodiment suggests that the previously defined distance is smaller than the outer diameter of the fastening part of the vibration detector. This measure will allows easy installation and removal of the vibration detector in a container opening.
Anhand von Meßreihen hat sich herausgestellt, daß die Wassererripfind- lichkeit von erfindungsgemäß modifizierten schwingfähigen Elementen im Gegensatz zu entsprechenden unmodifizierten schwingfähigen Elementen eines Vibrationsdetektors geringfügig herabgesetzt ist. Dies ist insofern unkritisch, als ein erfindungsgemäßes Verbiegen der schwingfähigen Elemente eines Vibrationsdetektors beim Einsatz in wässrigen Lösungen gerade überflüssig ist. Die Meßreihen zeigen weiterhin, daß eine Änderung der Sensorempfindlichkeit bzw. der Sensordynamik eines Vibrationsdetektors mit erfindungsgemäß modifizierten schwingfähigen Elementen beim Einsatz in hochviskosen Medien nicht meßbar ist. Folglich können für erfindungsgemäß modifizierte Vibrationsdetektoren völlig analog gehandhabt werden wie die nicht-modifizierten Vibrationsdetektoren.On the basis of series of measurements, it has been found that the sensitivity to water of vibratable elements modified according to the invention is slightly reduced in contrast to corresponding unmodified vibratable elements of a vibration detector. This is not critical insofar as a bending of the vibratable elements of a vibration detector according to the invention is just superfluous when used in aqueous solutions. The series of measurements further show that a change in the sensor sensitivity or the sensor dynamics of a vibration detector with oscillatable elements modified according to the invention cannot be measured when used in highly viscous media. Consequently, vibration detectors modified according to the invention can be handled in a completely analogous manner to the non-modified vibration detectors.
Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Fixierungsteil und ein Führungsteil vorgesehen sind, zwischen denen der der Membran zugewandte Endbereich von einem schwingfähigen Element fixiert wird. Weiterhin ist ein beweglicher Stempel vorgesehen, der in einer Halterung geführt ist und der bezüglich des fixierten schwingfähigen Elements derart angeordnet ist, daß er durch Vortrieb eine Biegekraft auf den der Membran abgewandten Endbereich des schwingfähigen Elements ausübt. Mit der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung ist es z. B. möglich, den Abstand der schwingfähigen Elemente der Schwinggabel im empfindlichen Bereich der Gabelspitzen von 10mm auf 22mm zu erhöhen, ohne daß eine wie auch immer geartete Belastung der Membran oder des Piezoantriebs auftritt.With regard to the device according to the invention, the object is achieved in that a fixing part and a guide part are provided, between which the end region facing the membrane is fixed by an oscillatable element. Furthermore, a movable stamp is provided which is guided in a holder and which is arranged with respect to the fixed oscillatable element in such a way that it exerts a bending force on the end region of the oscillatable element facing away from the membrane. With the bending device according to the invention it is, for. B. possible to increase the distance of the vibratable elements of the tuning fork in the sensitive area of the fork tips from 10mm to 22mm without any kind of stress on the membrane or the piezo drive.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren universell einsetzbar. Es ist möglich, die Modifikation, insbesondere das definierte Auseinanderbiegen der schwingfähigen Elemente, ohne Änderung der Sensorkenndaten sowohl am Ende des Herstellungsprozesses des Vibrationsdetektors als auch bei Bedarf am aktuellen Einsatzort durchzuführen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der er indungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Längsachse des Führungsteils und die Längsachse des Stempels bzw. der Halterung für den Stempel in einem Winkel zueinander angeordnet sind, der größer ist als 90°.In addition, the device according to the invention and the method according to the invention can be used universally. It is possible to carry out the modification, in particular the defined spreading of the vibratable elements, without changing the sensor characteristics, both at the end of the manufacturing process of the vibration detector and, if necessary, at the current place of use. An advantageous development of the device according to the invention provides that the longitudinal axis of the guide part and the longitudinal axis of the stamp or the holder for the stamp are arranged at an angle to one another which is greater than 90 °.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß dem Vortrieb des Stempels ein einstellbarer Anschlag zugeordnet ist. Hierdurch wird ein definiertes Verbiegen des schwingfähigen Elements ermöglicht. Bei dem Stempel handelt es sich bevorzugt um eine Schraube, die in einer Bohrung einer Halterung drehbar gelagert ist. Bevorzugt ist der Stempel aus einem Material gefertigt, das weicher ist als das Material aus dem die schwingfähigen Elemente bzw. die Beschichtung der schwingfähigen Elemente bestehen bzw. besteht. Beispielsweise ist der Stempel aus Messing gefertigt. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch das Verbiegen von schwingfähigen Elementen mit einer relativ empfindlichen Oberfläche durchzuführen. Erwähnt seien in diesem Zusammenhang Vibrationsdetektoren mit schwingfähigen Elementen, die hochglanzpoliert sind.A preferred embodiment of the device according to the invention provides that an adjustable stop is assigned to the advance of the stamp. This enables a defined bending of the vibratable element. The stamp is preferably a screw which is rotatably mounted in a bore in a holder. The stamp is preferably made of a material that is softer than the material from which the vibratable elements or the coating of the vibratable elements consist or consists. For example, the stamp is made of brass. This configuration makes it possible to use the device according to the invention to also bend vibratable elements with a relatively sensitive surface. In this context, vibration detectors with vibrating elements that are highly polished are worth mentioning.
In einigen Anwendungsfällen ist es erforderlich, die mit dem Medium in Kontakt kommenden schwingfähigen Elemente des Vibrationsdetektors mit einer Sonder-Beschichtung zu versehen. Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine Emaille-Beschichtung handeln. Eine derartige Emaille- Beschichtung muß vor dem erfindungsgemäßen Verbiegen/Modifizieren der schwingfähigen Elemente aufgebracht werden, da durch einen nachfolgenden Biegeprozeß die Emaille-Beschichtung brechen würde. Soll ein Verbiegen/Modifizieren der schwingfähigen Elemente nach der Beschichtung erfolgen, so muß anstelle der Emaille-Beschichtung eine Kunststoffbeschichtung gewählt werden. Als Beschichtungsmaterialien können beispielsweise ECTFE oder PFA zum Einsatz kommen.In some applications it is necessary to provide the vibrating elements of the vibration detector that come into contact with the medium with a special coating. The coating can be an enamel coating, for example. Such an enamel coating must be applied prior to the bending / modification of the oscillatable elements according to the invention, since the enamel coating would break through a subsequent bending process. If the vibratable elements are to be bent / modified after coating, a plastic coating must be selected instead of the enamel coating. For example, ECTFE or PFA can be used as coating materials.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung handelt es sich bei dem Anschlag um eine Kontermutter oder eine Rändelschraube. Selbstverständlich kann auch jede anderweitige, einer fachlich qualifizierten Person geläufige
Ausgestaltung eines Anschlags in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden.According to an advantageous development, the stop is a lock nut or a knurled screw. Of course, any other person who is familiar with a professionally qualified person can also do so Design of a stop can be used in connection with the device according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Vibrationsdetektor sind die schwingfähigen Elemente der Schwinggabel aufgebogen. Bevorzugt ist der maximale Abstand der Außenflächen der beiden aufgebogenen schwingfähigen Elemente der Schwinggabel kleiner als der Innendurchmesser einer Öffnung in dem Behälter, in der der Vibrationsdetektor befestigt ist. Hierdurch kann die Montage analog wie bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Vibrationsdetektor durchgeführt werden.In the vibration detector according to the invention, the vibratable elements of the tuning fork are bent up. The maximum distance between the outer surfaces of the two bent-up oscillatable elements of the tuning fork is preferably smaller than the inner diameter of an opening in the container in which the vibration detector is fastened. As a result, the assembly can be carried out analogously to a vibration detector known from the prior art.
Der erfindungsgemäße Vibrationsdetektor hat den Vorteil, daß er auch in hochviskosen Medien mit hohem Feststoffanteil noch zuverlässig arbeitet. Infolge des sich in Richtung der Gabelspitze ständig vergrößernden Abstandes der schwingfähigen Elemente wird der Gefahr, daß sich Feststoffteile zwischen den schwingfähigen Elementen verklemmen, erheblich eingeschränkt.The vibration detector according to the invention has the advantage that it still works reliably even in highly viscous media with a high solids content. As a result of the constantly increasing distance between the vibratable elements in the direction of the fork tip, the risk of solid parts jamming between the vibratable elements is considerably reduced.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die mit dem Medium in Kontakt kommenden schwingfähigen Elemente mit einer inerten und korrosionsbeständigen Beschichtung versehen. Wird diese Beschichtung vor dem Modifikations- bzw. Biegevorgang auf die schwingfähigen Elemente aufgebracht, so muß sie aus einem flexiblen Material bestehen, damit sie beim Verbiegen nicht bricht. Bevorzugt findet in diesem Zusammenhang eine Beschichtung aus Kunststoff Verwendung. Wird die Beschichtung auf die modifizierten bzw. bereits gebogenen schwingfähigen Elemente aufgebracht, so kann sie beispielsweise auch aus Emaille bestehen.According to an advantageous development of the device according to the invention, the vibratable elements which come into contact with the medium are provided with an inert and corrosion-resistant coating. If this coating is applied to the vibratable elements before the modification or bending process, it must consist of a flexible material so that it does not break when bent. A plastic coating is preferably used in this context. If the coating is applied to the modified or already curved vibratable elements, it can also consist of enamel, for example.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated by the following drawings. It shows:
Fig. 1 : eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zu bearbeitendem Vibrationsdetektor,1: a plan view of a preferred embodiment of the device according to the invention with a vibration detector to be processed,
Fig. 2: eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Vibrationsdetektor,
Fig. 3: einen Querschnitt gemäß der Kennzeichnung A-A in Fig. 1 ,2: a top view of the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 1 without vibration detector, 3: a cross section according to the identification AA in Fig. 1,
Fig. 4: eine Seitenansicht gemäß der Kennzeichnung B in Fig. 1 ,4: a side view according to the marking B in Fig. 1,
Fig. 5: eine Seitenansicht gemäß der Kennzeichnung C in Fig. 1 ,5: a side view according to the marking C in Fig. 1,
Fig. 6: eine Seitenansicht eines nicht-modifizierten Vibrationsdetektors und6 is a side view of an unmodified vibration detector and
Fig. 7: eine Seitenansicht einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Vibrationsdetektors.7: a side view of an embodiment of a vibration detector according to the invention.
Eine Ausführungsform eines nicht-modifizierten Vibrationsdetektors 1 ist in Fig. 6 in Seitenansicht dargestellt. Der Vibrationsdetektor 1 dient zurAn embodiment of a non-modified vibration detector 1 is shown in side view in FIG. 6. The vibration detector 1 is used for
Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter. Das Medium ist in Fig. 6 nicht gesondert dargestellt. Neben der Füllstandserkennung kann der Vibrationsdetektor 1 auch zur Bestimmung der Dichte oder der Viskosität des in dem Behälter befindlichen Mediums herangezogen werden. Während im Fall der Füllstandserkennung die schwingfähigen Elemente 2, 3 nur bei Erreichen des detektierten Grenzfüllstandes in das Medium (- Überfüllschutz) bzw. nicht in das Medium (- Trockenlaufschutz) eintauchen, müssen sie zwecks Überwachung bzw. zwecks Bestimmung der Dichte oder der Viskosität kontinuierlich bis zu einer vorbestimmten Eintauchtiefe in Kontakt mit dem Medium sein. Bei demDetection and / or monitoring of the level of a medium in a container. The medium is not shown separately in FIG. 6. In addition to the level detection, the vibration detector 1 can also be used to determine the density or the viscosity of the medium in the container. While in the case of level detection the vibratable elements 2, 3 are immersed in the medium (- overfill protection) or not in the medium (- dry running protection) only when the detected limit fill level is reached, they have to be continuously used for monitoring or for determining the density or viscosity be in contact with the medium up to a predetermined immersion depth. In which
Behälter kann es sich beispielsweise um einen Tank aber auch um ein Rohr handeln, das von dem Medium durchflössen wird.The container can be, for example, a tank, but also a pipe through which the medium flows.
Der Vibrationsdetektor 1 weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 28 auf. An der Mantelfläche des Gehäuses 28 ist ein Gewinde 17 vorgesehen. Das Gewinde 17 dient zur Befestigung des Vibrationsdetektors 1 in einer entsprechenden Öffnung 27 eines Behälters 26. Es versteht sich von selbst, daß andere Arten der Befestigung, z.B. mittels eines Flansches, das Verschrauben ersetzen können.
Das Gehäuse 28 des Vibrationsdetektors 1 ist an seinem in den Behälter 26 hineinragenden Endbereich von der Membran 5 abgeschlossen, wobei die Membran 5 in ihrem Randbereich in das Gehäuse eingespannt ist. An der Membran 5 sind zwei schwingfähige Elemente 2, 3 in Form einer Schwing- gabel 4 befestigt.The vibration detector 1 has an essentially cylindrical housing 28. A thread 17 is provided on the lateral surface of the housing 28. The thread 17 is used to fasten the vibration detector 1 in a corresponding opening 27 in a container 26. It goes without saying that other types of fastening, for example by means of a flange, can replace screwing. The housing 28 of the vibration detector 1 is closed off by the membrane 5 at its end region projecting into the container 26, the membrane 5 being clamped into the housing in its edge region. Two oscillatable elements 2, 3 in the form of an oscillating fork 4 are attached to the membrane 5.
Die Membran 5 wird von einer Antriebs-. Empfangseinheit 16 in Schwingungen mit einer vorgegebenen Erregerfrequenz versetzt. Bei dem Antriebs- /Empfangseinheit 16 handelt es sich - wie in Fig. 6 skizziert - um einen Stapelantrieb oder um einen Bimorphantrieb. Beide Arten von piezoelektrischen Antriebs-/Empfangseinheiten 16 sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so daß an dieser Stelle auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet werden kann.The membrane 5 is driven by a. Receiver unit 16 set in vibrations with a predetermined excitation frequency. The drive / receiver unit 16 is - as sketched in FIG. 6 - a stack drive or a bimorph drive. Both types of piezoelectric drive / reception units 16 are sufficiently known from the prior art, so that a corresponding description can be dispensed with here.
Aufgrund der Schwingungen der Membran 5 führt auch die Schwinggabel 4 Schwingungen aus, wobei die Schwingfrequenzen unterschiedlich sind, wenn die Schwinggabel 4 mit dem Medium in Kontakt ist und eine Ankopplung an die Masse des Mediums besteht, oder wenn die Schwinggabel 4 frei und ohne Kontakt mit dem Medium schwingen kann. Der Datenaustausch zwischen dem Vibrationsdetektor 1 und einer in der Fig. 6 nicht gesondert dargestellten Auswerte-.Anzeigeeinheit erfolgt über die Datenleitungen 21 , 22.Due to the vibrations of the membrane 5, the vibrating fork 4 also carries out vibrations, the vibrating frequencies being different when the vibrating fork 4 is in contact with the medium and is coupled to the mass of the medium, or when the vibrating fork 4 is free and without contact with can swing the medium. The data exchange between the vibration detector 1 and an evaluation and display unit (not shown separately in FIG. 6) takes place via the data lines 21, 22.
Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, geht der Trend in Richtung einer Miniaturisierung der Vibrationsdetektoren 1. Neben Material- und Kosteneinsparungsgründen spielt hierbei auch eine Ausdehnung der Einsatzmöglichkeiten eine Rolle.As already mentioned above, the trend is towards miniaturization of the vibration detectors 1. In addition to material and cost saving reasons, an expansion of the possible uses also plays a role here.
Werden Standard-Vibrationsdetektoren 1 mit relativ dicht zusammenstehenden schwingfähigen Elementen 2, 3 in hochviskosen Medien mit hohem Feststoffanteil eingesetzt, besteht die Gefahr, daß sich Feststoffteile zwischen den schwingfähigen Elementen 2, 3 verklemmen; damit funktioniert der Vibrationsdetektor 1 üblicherweise nicht mehr bzw. nicht mehr korrekt.If standard vibration detectors 1 with relatively close together oscillatable elements 2, 3 are used in highly viscous media with a high solids content, there is a risk that solid parts get jammed between the oscillatable elements 2, 3; the vibration detector 1 therefore usually no longer functions or no longer functions correctly.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenso wie der erfindungsgemäße Vibrationsdetektor 1 liefern Lösungen für dieses Problem. In den Figuren Fig. 1 bis Fig. 5 sind unterschiedliche
Ansichten einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen.The method according to the invention and the device according to the invention as well as the vibration detector 1 according to the invention provide solutions to this problem. 1 to 5 are different To see views of an advantageous embodiment of the device according to the invention.
Die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Biege- bzw. Modifikationseinheit sind: - ein Führungsteil 6 mit einer Erhebung 20:The essential parts of the bending or modification unit according to the invention are: a guide part 6 with an elevation 20:
- ein Fixierungsteil 7, dessen Längsachse 23 im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse 10 des Führungsteils 6 angeordnet ist;a fixing part 7, the longitudinal axis 23 of which is arranged essentially at right angles to the longitudinal axis 10 of the guide part 6;
- ein beweglicher Stempel 8, der in der Bohrung 14 einer Halterung 9 angeordnet ist, wobei die Längsachse 11 des Stempels 8 bzw. der Halterung 9 und die Längsachse des Führungsteils 6 einen Winkel größer als 90° bilden. Bevorzugt sind die einzelnen Komponenten integrale oder aufgesetzte Teile einer Grundplatte 25.- A movable stamp 8, which is arranged in the bore 14 of a holder 9, the longitudinal axis 11 of the stamp 8 or the holder 9 and the longitudinal axis of the guide part 6 forming an angle greater than 90 °. The individual components are preferably integral or attached parts of a base plate 25.
Der Vibrationsdetektor 1 wird -wie in Fig. 1 dargestellt- in der erfindungsgemäßen Biegeeinheit positioniert. Die Erhebung 20 auf dem Führungsteil 6 ist an die Form der Schwinggabel 4 angepaßt und so ausgestaltet, daß die beiden schwingfähigen Elemente 2, 3 zu beiden Seiten der Erhebung 20 positioniert werden können.As shown in FIG. 1, the vibration detector 1 is positioned in the bending unit according to the invention. The elevation 20 on the guide part 6 is adapted to the shape of the tuning fork 4 and is designed such that the two vibratable elements 2, 3 can be positioned on both sides of the elevation 20.
Nach der Positionierung des Vibrationsdetektors 1 wird eines der beiden schwingfähigen Elemente - im gezeigten Fall das schwingfähige Element 3 - im Bereich der Wurzel mittels des Fixierungsteils 7 fixiert. Bei dem Fixierungsteil 7 handelt es sich um eine Schraube 18, die in der Bohrung 19 der Halterung 24 geführt ist. Durch die Fixierung des schwingfähigen Elements 3 im Bereich der Wurzel wird sichergestellt, daß beim Aufbiegen der schwingfähigen Elemente 2, 3 keine Kräfte auf die Membran 5 und den Piezoantrieb 16 einwirken.After the vibration detector 1 has been positioned, one of the two vibratable elements - in the case shown the vibratable element 3 - is fixed in the region of the root by means of the fixing part 7. The fixing part 7 is a screw 18 which is guided in the bore 19 of the holder 24. Fixing the vibratable element 3 in the region of the root ensures that no forces act on the membrane 5 and the piezo drive 16 when the vibratable elements 2, 3 are bent open.
Das Aufbiegen des schwingfähigen Elements 3 erfolgt durch den Vortrieb des bewegbaren Stempels 8. Der Stempel 8 ist in der Bohrung 14 der Halterung 9 geführt. Bezüglich des freien Endbereichs des schwingfähigen Elements 3 ist die Spitze des Stempels 8 derart ausgerichtet, daß eine Kraft F auf den der Membran 5 abgewandten Endbereich des schwingfähigen Elements 3 derart aufgebracht wird, daß dieser nach außen verbogen wird. Bei dem in Fig. 1
dargestellten Vibrationsdetektor 1 ist das schwingfähige Element 2 bereits aufgebogen.The vibratable element 3 is bent open by the propulsion of the movable stamp 8. The stamp 8 is guided in the bore 14 of the holder 9. With regard to the free end region of the oscillatable element 3, the tip of the plunger 8 is oriented such that a force F is applied to the end region of the oscillatable element 3 facing away from the membrane 5 such that it is bent outwards. In the case of FIG. 1 shown vibration detector 1, the vibratable element 2 is already bent.
Damit das Aufbiegen der schwingfähigen Elemente 2, 3 definiert erfolgen kann, läßt sich die Schraube 13 nur bis zu dem Anschlag 12 in die Bohrung 14 hineindrehen. Bei dem Anschlag 12 handelt es sich im gezeigten Fall um eine Kontermutter. Bevorzugt ist der Anschlag 12 einstellbar, wodurch das definierte Aufbiegen der schwingfähigen Elemente 2, 3 an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden kann.So that the bending of the oscillatable elements 2, 3 can take place in a defined manner, the screw 13 can only be screwed into the bore 14 up to the stop 12. In the case shown, the stop 12 is a lock nut. The stop 12 is preferably adjustable, as a result of which the defined bending of the oscillatable elements 2, 3 can be adapted to the respective application.
In Fig. 6 ist ein Standard-Vibrationsdetektor zu sehen. Hier sind die schwingfähigen Elemente 2, 3 im wesentlichen (d.h. mit Ausnahme des Bereichs der Gabelwurzel) parallel zueinander ausgerichtet. Ist der Durchmesser der in einem Medium enthaltenen Feststoffteile vergleichbar mit dem Abstand der Innenflächen der beiden schwingfähigen Elemente 2, 3, so besteht die Gefahr, daß sich die Feststoffteile zwischen den Elementen 2, 3 verklemmen. Dies führt dazu, daß der Vibrationsdetektor 1 permanent den Zustand "Sensor in Kontakt mit dem Medium" ausgibt, womit der Vibrationsdetektors 1 nicht mehr korrekt funktioniert.A standard vibration detector can be seen in FIG. Here, the oscillatable elements 2, 3 are aligned essentially parallel to one another (i.e. with the exception of the area of the fork root). If the diameter of the solid parts contained in a medium is comparable to the distance between the inner surfaces of the two vibratable elements 2, 3, there is a risk that the solid parts get jammed between the elements 2, 3. As a result, the vibration detector 1 permanently outputs the status "sensor in contact with the medium", with which the vibration detector 1 no longer functions correctly.
Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vibrationsdetektors 1. Durch die erfindungsgemäße Struktur der Schwinggabel 4 wird eine Fehlfunktion des Vibrationsdetektors 1 , die auf zwischen den schwingfähigen Elementen 2, 3 eingeklemmte Feststoffteile zurückzuführen ist, verläßlich ausgeschlossen. Die beiden schwingfähigen Elemente 2, 3 sind erfindungsgemäß so weit aufgebogen sind, daß der Abstand ihrer Innenflächen zumindest außerhalb des Bereichs der Gabelwurzel größer ist als der maximale Durchmesser der Feststoffteile. Beachtet werden sollte, daß die modifizierte Schwinggabel 4 in hohem Maße symmetrisch aufgebaut ist. Nur so kann eine Belastung der Membran 5 und des Piezoantriebs 16 wirkungsvoll vermieden werden. Dies ist bereits an vorhergehender Stelle ausführlich beschrieben.7 shows a preferred embodiment of the vibration detector 1 according to the invention. The structure of the vibration fork 4 according to the invention reliably prevents a malfunction of the vibration detector 1 which is attributable to solid parts clamped between the vibratable elements 2, 3. According to the invention, the two oscillatable elements 2, 3 are bent so far that the distance between their inner surfaces, at least outside the region of the fork root, is greater than the maximum diameter of the solid parts. It should be noted that the modified tuning fork 4 is constructed to a high degree symmetrically. This is the only way to effectively avoid stress on the membrane 5 and the piezo drive 16. This has already been described in detail in the previous section.
Es versteht sich von selbst, daß das Fertigen, Modifizieren oder Aufbiegen der schwingfähigen Elemente entweder bei der Hersteilung der schwingfähigen Elemente 2, 3, oder vor oder nach der Montage des Vibrationsdetektors 1
erfolgen kann. Erfolgt die Modifikation, bevor die schwingfähgien Elemente 2, 3 an der Membran 5 befestigt sind, so kann die Herstellung in jeder beliebigen Art und Weise erfolgen. Erfolgt das Verbiegen bzw. Modifizieren nach der Befestigung an der Membran, so muß darauf geachtet werden, daß die Membran bzw. der Piezoantrieb durch die notwendigen Manipulationen nicht beschädigt wird. Erfolgt das Verbiegen der schwingfähigen Elemente 2, 3 am montierten Vibrationsdetektor 1 , so kommt übrigens bevorzugt das bereits zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz, da durch das sukzessive Modifizieren der beiden schwingfähigen Elemente 2, 3 die Membran 5 überhaupt nicht belastet wird.
It goes without saying that the manufacture, modification or bending of the vibratable elements either during the manufacture of the vibratable elements 2, 3, or before or after the installation of the vibration detector 1 can be done. If the modification is carried out before the vibratable elements 2, 3 are attached to the membrane 5, then they can be produced in any manner. If the bending or modification takes place after attachment to the membrane, care must be taken that the membrane or the piezo drive is not damaged by the necessary manipulations. If the vibratable elements 2, 3 are bent on the mounted vibration detector 1, the method according to the invention already described is preferably used, since the membrane 5 is not stressed at all by the successive modification of the two vibratable elements 2, 3.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Vibrationsdetekor Schwingfähiges ElementVibration detector Vibratable element
Schwingfähiges ElementVibratory element
Schwinggabeltuning fork
Membranmembrane
Führungsteilguide part
Fixierungsteilfixing part
Stempelstamp
Halterungbracket
Längsachse des FührungsteilsLongitudinal axis of the guide part
Längsachse des Stempels bzw. der HalterungLongitudinal axis of the stamp or the holder
Anschlag/KontermutterStop / locknut
Schraubescrew
Bohrungdrilling
Beschichtungcoating
Piezoantrieb bzw. Antriebs-/EmpfangseinheitPiezo drive or drive / receiver unit
Befestigungsteilattachment portion
Schraubescrew
Bohrungdrilling
Erhebungsurvey
Signalleitungsignal line
Signalleitungsignal line
Längsachse des FixierungsteilsLongitudinal axis of the fixation part
Halterungbracket
Grundplattebaseplate
Behältercontainer
Öffnungopening
Gehäuse
casing