DE4203715A1

DE4203715A1 - System for establishing or monitoring predetermined filling level in container - has two vibration elements arranged coaxially to each other which project in container contg. filling medium to be monitored one of which is fitted to diaphragm

Info

Publication number: DE4203715A1
Application number: DE19924203715
Authority: DE
Inventors: Karl Benz
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 1992-02-08
Filing date: 1992-02-08
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2012-02-09
Also published as: DE4203715C2

Abstract

Two coaxial vibrating elements project into the medium in a container, one of which is connected to a diaphragm. The diaphragm (3) is periodically deformable by a piezo-element system (16). The piezo-element system engages a tilt plate (10) reacting on the diaphragm. The plate (10) is held by a bolt located in its axis of rotation across. The bolt runs parallel pref. coaxially, to the centre axis of the vibration elements (4, 5). The bolt (11) is screwed in to an intermediate piece (2) secured to the system housing (1). The tilt plate (10) is coupled to the diaphragm (3), across at least one bolt (6) fixed to the diaphragm pref. by welding. ADVANTAGE - With simple construction and simple interchangeability of driving elements, produces high degree of efficiency.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwa chung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter, mit zwei koaxial zueinander angeordneten Schwingungselementen, die in den das hinsichtlich seines Füllstands zu überwachende Füllmittel enthaltenden Behälter hinein ragen und von denen eines an einer Membran angebracht ist, die durch eine Piezoelementanordnung periodisch verformbar ist.The invention relates to a device for detection and / or monitoring a predetermined level in a container, with two coaxial mutually arranged vibration elements, which in terms of Containers containing fillers to be monitored protrude and one of which is attached to a membrane through a Piezo element arrangement is periodically deformable.

Eine derartige Vorrichtung ist aus DE 30 11 603 C2 bekannt. Diese Vor richtung hat den Vorteil, daß das äußere Schwingungselement das innere Schwingungselement vollständig umfassen kann, so daß eine das Schwin gungsverhalten verfälschende Ablagerung von Füllmittel, Staubteilchen oder dergleichen zwischen den Schwingungselementen unterbunden werden kann. Weiterhin kann das nicht an der Membran angebrachte innere Schwingungs element gegenphasige Ausgleichsschwingungen zum äußeren Schwingungs element ausführen, so daß die Rückkopplung von Schwingungsenergie auf den Füllmittelbehälter minimiert ist. Bei der bekannten Vorrichtung wird die seitliche Auslenkung des äußeren, rohrförmigen Schwingungselements durch konvexe/konkave Verformung der Membran mit Hilfe von auf die Membran aufgeklebten, sich radial ausdehnenden Piezoscheiben erreicht. Such a device is known from DE 30 11 603 C2. This before direction has the advantage that the outer vibration element, the inner Vibration element can completely include, so that the Schwin depositing filler, dust particles or the like can be prevented between the vibration elements. Furthermore, the internal vibration not attached to the membrane can element antiphase compensating vibrations to the external vibration run element so that the feedback of vibrational energy the filler container is minimized. In the known device lateral deflection of the outer, tubular vibration element by convex / concave deformation of the membrane with the help of the membrane glued, radially expanding piezo disks reached.

Die Funktion und der erzielbare Wirkungsgrad hängen hierbei aber in erster Linie von der Scherkraftübertragung des Klebers ab. Der maximal erzielbare Wirkungsgrad ist hierdurch begrenzt, außerdem ist eine durch einschlägige Vorschriften erforderliche Potentialfreiheit nicht gegeben.The function and the achievable efficiency depend on it first Line from the shear transfer of the adhesive. The maximum achievable Efficiency is limited by this; The required freedom from potential is not given.

Weiterhin ist aus der DE 33 36 991 C2 eine Vorrichtung zur Grenzstand erfassung bekannt, die mit zwei im wesentlichen parallelen, beabstandeten paddelförmigen Schwingungselementen arbeitet, die in den Behälter eintau chen. Hierbei besteht allerdings die Gefahr, daß sich Teilchen wie etwa Füllmittel zwischen den Schwingungselementen ablagern können und deren Schwingungsverhalten verfälschen, so daß die Meßgenauigkeit leidet. Der Antrieb erfolgt über eine Piezoelementanordnung, die direkt an einer die Schwingungselemente starr tragenden Membran angreift und auf ihrer ande ren Seite über ein brückenförmiges Joch abgestützt ist. Die hierbei geoffen barte Antriebsart der Krafteinleitung im Zentrum der Membran ist konstruktiv bedingt bei Füllstands-Detektions-Vorrichtungen mit zwei koaxial zueinander angeordneten Schwingungselementen nicht anwendbar.Furthermore, DE 33 36 991 C2 describes a device for the limit level detection known, with two substantially parallel, spaced paddle-shaped vibrating elements works that dew into the container chen. However, there is a risk that particles such as Can deposit filler between the vibration elements and their Falsify vibration behavior, so that the measurement accuracy suffers. The Drive takes place via a piezo element arrangement, which is directly connected to the Vibrating elements attack rigid membrane and on their other ren side is supported by a bridge-shaped yoke. The opened here Beard type of force transmission in the center of the membrane is constructive due to level detection devices with two coaxial to each other arranged vibration elements not applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter zu schaffen, die sich durch guten Wirkungsgrad auszeichnet.The invention has for its object a device for detection and / or monitoring a predetermined fill level in a container create, which is characterized by good efficiency.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features mentioned in claim 1 solved.

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

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Piezoelementanordnung somit nicht direkt an der Membran angebracht, sondern wirkt vielmehr indirekt über eine Wippe auf die Membran ein. Die Piezoelementanordnung muß somit nicht mit der Membran verklebt werden, was hinsichtlich des erforderlichen Be arbeitungsaufwandes und des Fortfalls von Scherbeanspruchsverlusten in der Klebeschicht vorteilhaft ist. Ferner kann die Antriebskraft für die Membran erregung nun senkrecht zur Membranebene auf die Membran eingeleitet werden, so daß sich - im Vergleich zu radial wirkenden, auf die Membran aufgeklebten Piezoelementen - höhere Kräfte aufbringen lassen. Über die Wippenanordnung kann zugleich auch noch eine Hebelarmübersetzung in einfacher Weise erzielt werden, so daß der Hub der Piezoelementanordnung in einen entsprechend vergrößerten Membranbewegungshub umsetzbar ist. Die Piezoelementanordnung muß sich ferner nicht länger in direkter mechani scher Berührung mit der Membran befinden, so daß die Piezoelementanord nung - abgesehen von der Kopplung über die Wippe - nicht in direktem Schwingungskontakt mit der Membran steht.In the device according to the invention, the piezo element arrangement is thus not attached directly to the membrane, but rather acts indirectly a rocker on the membrane. The piezo element arrangement therefore does not have to be glued to the membrane, which with regard to the required loading workload and the loss of shear stress loss in the Adhesive layer is advantageous. Furthermore, the driving force for the membrane Excitation is now introduced onto the membrane perpendicular to the membrane plane be so that - compared to radial acting, on the membrane glued-on piezo elements - higher forces can be applied. About the The rocker arrangement can also have a lever arm translation at the same time can be achieved in a simple manner, so that the stroke of the piezo element arrangement can be implemented in a correspondingly enlarged diaphragm movement stroke. The piezo element arrangement also no longer has to be in direct mechani shear contact with the membrane, so that the Piezoelementanord apart from the coupling via the rocker - not in direct There is vibration contact with the membrane.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat weiterhin die Vorteile, daß ein potenti alfreier Aufbau möglich ist und das Antriebselement, das heißt die Piezoele mentanordnung, in einfacher Weise auswechselbar ist. Weiterhin ist kein Klebvorgang erforderlich, sondern die Membranerregung kann durch unter Preßkraft gehaltene Piezoelemente eingeleitet werden. Dadurch ist die erfin dungsgemäße Vorrichtung unempfindlich gegen Beschädigung von Piezoele menten infolge mechanische Belastung des Stabes beziehungsweise des äußeren Schwingungselementes. Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch verbesserten Wirkungsgrad aus, so daß mit kleineren Antriebsspannungen gearbeitet werden kann. Die Leistungsaufnahme ist ent sprechend gering.The device according to the invention also has the advantages that a potenti Al free construction is possible and the drive element, that is, the piezoelectric ment arrangement is exchangeable in a simple manner. Furthermore, there is no Gluing process required, but the membrane excitation can by under Pressing force held piezo elements are initiated. This is how she is invented device according to the invention insensitive to damage to piezoelectric elements ment due to mechanical stress on the rod or outer vibration element. Furthermore, the invention is distinguished Device characterized by improved efficiency, so that with smaller Drive voltages can be worked. The power consumption is ent speaking small.

Vorzugsweise wird die Wippe in ihrer Drehachse über einen Bolzen gehalten, so daß sie definierte Schwenkbewegungen ausführt und auch höheren Be anspruchungen zuverlässig standhalten kann. Wenn dieser Bolzen achspar allel, vorzugsweise koaxial, zur Schwingungselementachse montiert ist, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß der Einbau der Wippe in axialer Richtung erfolgen kann und keine Querbohrungen oder seitlichen Halterungen für die Wippenachse erforderlich sind. Der Halterungsbolzen verläuft in diesem Fall in der Wippen-Schwenkebene. Eine zuverlässige Halterung und stabile Einleitung der auf die Wippe wirkenden Kräfte in das Vorrichtungsgehäuse läßt sich durch Einschraubung des Bolzens in ein gehäusefestes Zwischenstück erzie len, wobei sich der zusätzliche Vorteil einfacher Montage ergibt.The rocker is preferably held in its axis of rotation by a bolt, so that it performs defined pivoting movements and also higher loading can withstand stress reliably. If this bolt axially allel, preferably coaxial, is mounted to the vibration element axis there is the additional advantage that the installation of the rocker in the axial direction can be done and no cross holes or side brackets for the Rocker axis are required. In this case, the mounting bolt runs in the rocker swivel plane. A reliable bracket and stable initiation the forces acting on the rocker can be in the device housing by screwing the bolt into an intermediate piece fixed to the housing len, with the additional advantage of simple assembly.

Vorzugsweise ist die Wippe über zumindest einen Bolzen mit der Membran gekoppelt, der die bei der Wippenbewegung auftretenden Zugkräfte stabil und ohne Kraftverlust auf die Membran einleiten kann. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Bolzen direkt an der Membran befestigt ist, da dann unterbre chungsfreier Kraftschluß zwischen Bolzen und Membran gewährleistet wird und auch sichergestellt ist, daß sich die Position des Bolzens auf der Membran nicht verschieben kann, was zu geänderten Hebelübersetzungen und damit zu veränderten Schwingungsamplituden führen könnte. Vorzugsweise wird der zumindest eine Bolzen angeschweißt und bildet somit eine einheitlich mit der Membran handhabbare Einheit.The rocker is preferably connected to the membrane via at least one bolt coupled, the tensile forces occurring during the rocker movement stable and can initiate without loss of force on the membrane. It is an advantage here if the bolt is attached directly to the membrane, because then interrupt non-frictional connection between the bolt and the membrane is guaranteed and it is also ensured that the position of the bolt on the membrane cannot postpone, resulting in changed lever ratios and thus could result in changed vibration amplitudes. Preferably the welded at least one bolt and thus forms a uniform with the Membrane manageable unit.

Sehr günstige Übertragungsverhältnisse ergeben sich, wenn das oder die Kraftübertragungselemente zwischen Wippe und Membran in einem zwischen der gehäusefestgehaltenen Membranaußenseite und der mit dem äußeren Schwingungselement verbundenen radial innenliegenden Membranseite befindlichen Membranabschnitt angreifen. Hierdurch ergibt sich zusätzlich zu der über die Wippe erzielbaren Übersetzung eine weitere Übersetzung, so daß der relativ geringe Hub der Piezoelementanordnung in einen verhältnismäßig großen Schwingungshub übersetzbar ist. Very good transfer ratios arise if that or that Power transmission elements between rocker and membrane in one between the housing-fixed membrane outside and the one with the outer Vibrating element connected radially inner side of the membrane attack the membrane section. This also results in the translation achievable via the rocker another translation, so that the relatively small stroke of the piezo element arrangement in a relatively large vibration stroke is translatable.

Vorzugsweise sind die Bolzen als Gewindebolzen ausgebildet, so daß eine sehr einfache, stabile Montage der Vorrichtung durch Verbindung der Bolzen mit Befestigungsschrauben und/oder Befestigungsmuttern stattfinden kann. Über die Schrauben und/oder Muttern kann dabei zugleich auch die Vorspan nung der Piezoelementanordnung und/oder der Membran eingestellt werden.The bolts are preferably designed as threaded bolts, so that a very simple, stable assembly of the device by connecting the bolts can take place with fastening screws and / or fastening nuts. At the same time, the preload can also be tightened using the screws and / or nuts voltage of the piezo element arrangement and / or the membrane.

Von Vorteil ist es, in der Wippe Durchgangsbohrungen für die Bolzen vor zusehen, deren Durchmesser deutlich größer als der Bolzendurchmesser ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Innenseiten der Durchgangsbohrungen der Wippe bei ihren betriebsmäßigen Kippbewegungen nicht in Berührung mit den Bolzen gelangen, so daß die Kippbewegungen nicht behindert werden. Hier durch werden Reibungsverluste verhindert, wodurch sich der Wirkungsgrad noch weiter verbessert.It is advantageous to have through holes in the rocker for the bolts watch whose diameter is significantly larger than the bolt diameter. This ensures that the inside of the through holes During their operational tilting movements, do not touch the Bolts arrive so that the tilting movements are not hindered. Here through friction losses are prevented, which increases the efficiency improved even further.

Die Ausgestaltung der Piezoelementanordnung als (zumindest eine) Piezosäule erlaubt die Stapelung mehrerer Piezoelemente und somit die Erzielung ver größerten Hubs und vergrößerter Kräfte. Die achsparallele Anordnung zwi schen der Wippen-Drehachse und dem mit der Membran gekoppelten Wippen abschnitt ermöglicht die Erzielung einer Hub-Übersetzung, so daß die in axialer Richtung erfolgenden Schwingungen der Piezosäule zu einer entsprechend vergrößerten Auslenkung der Membran führen.The configuration of the piezo element arrangement as (at least one) piezo column allows the stacking of several piezo elements and thus the achievement ver larger hubs and increased forces. The axially parallel arrangement between the rocker axis of rotation and the rocker coupled to the membrane section enables the achievement of a stroke translation, so that the axial Directional vibrations of the piezo column to a corresponding lead to increased deflection of the membrane.

Die zumindest eine Piezosäule liegt dabei mit einem Ende an einem gehäusefe sten Zwischenstück an, das vorzugsweise so stabil ausgelegt ist, daß die Schwingungen der Piezosäule weitaus überwiegend auf die Membran ange koppelt werden. Hierdurch kann ein direkter Kontakt der Piezoelementanord nung mit der Membran vermieden werden, so daß in der Membran weder Ausnehmungen für die Aufnahme der Piezosäule oder sonstige Sicherungen gegenüber einem Verrutschen der Piezosäule ergriffen werden müssen. The at least one piezo column lies at one end on a housing Most intermediate piece, which is preferably designed so stable that the Vibrations of the piezo column are mostly on the membrane be coupled. This allows direct contact of the piezo element voltage with the membrane can be avoided, so that neither in the membrane Recesses for receiving the piezo column or other fuses must be taken to prevent the piezo column from slipping.

Über die vorzugsweise aus Metall bestehenden Endstücke der Piezosäule läßt sich der Flächendruck gezielt verteilen, wobei durch die oberseitige Abrun dung auch eine definierte Auflage an den die Piezosäule bzw. Piezosäulen einspannenden Elementen sichergestellt ist.About the preferably made of metal end pieces of the piezo column the surface pressure is distributed in a targeted manner, with the abrasion on the top also a defined support on which the piezo column or piezo columns clamping elements is ensured.

Durch die Einfügung von Isolierscheiben zwischen den Endstücken und den Piezoelementen läßt sich eine elektrische Isolation erreichen, so daß die Piezosäulen nach außen hin potentialfrei sind. Damit muß weder über das Zwischenstück noch über die Wippe elektrisches Potential geführt werden, wodurch einschlägige Vorschriften hinsichtlich Potentialfreiheit erfüllt werden.By inserting insulating washers between the end pieces and the Piezo elements can be electrically isolated so that the Piezo columns are potential free to the outside. So neither has to Intermediate piece can still be carried over the rocker electrical potential, whereby relevant regulations regarding freedom from potential are fulfilled.

Vorzugsweise sind die Wippe und das Zwischenstück mit Vertiefungen für die Aufnahme der zumindest einen Piezosäule versehen, so daß diese definiert gehalten ist und sich auch bei Kippbewegungen der Wippe nicht verlagern kann. So ist es bei eventuell gewünschter Verringerung der Vorspannung der Piezosäule folglich gleichwohl sichergestellt, daß die Piezosäule beziehungs weise Piezosäulen nicht aus ihrer Soll-Lage herauswandern können.Preferably, the rocker and the intermediate piece with recesses for the Recording the at least one piezo column provided so that it defines is held and does not shift even when the rocker is tilting can. So it is with a desired reduction in the preload Piezo column consequently nevertheless ensures that the piezo column is related wise piezo columns can not move out of their target position.

Um den Platzbedarf und den konstruktiven Aufwand zu verringern, kann die Wippe als einarmige Wippe ausgebildet werden, die dann nur an einer Stelle auf die Membran einwirkt.To reduce the space requirement and the design effort, the Rocker can be designed as a one-armed seesaw, which then only in one place acts on the membrane.

Höhere Schwingungsamplituden lassen sich dadurch erreichen, daß die Wippe als zweiarmige Wippe ausgebildet wird, die durch zwei Piezosäulen im Wech seltakt beaufschlagt wird. In diesem Fall kann eine der Piezosäulen vollständig für den Antrieb dienen und damit einen größeren und kräftigen Hub bewirken, während die andere Piezosäule mit zumindest einem Detektorpiezoelement für die Erfassung der Schwingungsamplituden ausgestattet sein kann. Higher vibration amplitudes can be achieved by the rocker is designed as a two-armed rocker, which is alternated by two piezo columns is acted upon. In this case, one of the piezo columns can be completely serve for the drive and thus cause a larger and more powerful stroke, while the other piezo column with at least one detector piezo element for the detection of the vibration amplitudes can be equipped.

Bei Einsatz der zweiarmigen Wippe hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die beiden bolzenförmigen Kraftübertragungselemente zwischen der Wippe und der Membran diametral an der Membran anzubringen, so daß diese eine möglichst reine, großhubige Kippbewegung ausübt.When using the two-armed rocker, it has proven to be advantageous the two bolt-shaped power transmission elements between the rocker and to attach the membrane diametrically to the membrane so that this one as pure, large-stroke tilting movement.

Um möglichst reine Membran-Kippschwingungen zu erreichen und zu ver meiden, daß die Membran durch die an ihr angreifenden Bolzen insgesamt nach oben gezogen wird, kann die Membran vorzugsweise durch Abstützun gen gesichert sein, die entlang einer quer zur Wippenlängsachse verlaufenden Linie an der Membran angreifen. Die Abstützungen definieren somit eine im wesentlichen stationäre Membran-Kippachse.In order to achieve and ver ver pure membrane tilting vibrations avoid that the membrane as a whole by the bolts acting on it pulled upwards, the membrane can preferably be supported be secured, which along a transverse to the longitudinal axis of the rocker Attack the line on the membrane. The supports therefore define an im essential stationary membrane tilt axis.

Die Abstützungen können vorzugsweise durch Stützschrauben gebildet sein, die in das gehäusefeste Zwischenstück eingeschraubt sind. Damit läßt sich die Membran von innen abstützen, so daß keinerlei äußere Halterungen erforderlich sind. Über die Stützschrauben läßt sich die Membranvorspannung gegebenenfalls auch einstellen. Eine sehr effektive Abstützung ergibt sich bei Einwirkung auf den radial innen liegenden Rand der Membran, da hierbei zugleich auch das vorzugsweise mit diesem Rand fluchtende äußere Schwin gungselement indirekt abgestützt wird, das heißt dessen Drehachse gleichfalls definiert festgelegt wird.The supports can preferably be formed by support screws, which are screwed into the housing-fixed intermediate piece. With that you can support the membrane from the inside, so that no external brackets required are. The diaphragm preload can be adjusted using the support screws adjust if necessary. A very effective support results from Influence on the radially inner edge of the membrane as this at the same time also the outer swine, which is preferably aligned with this edge supply element is indirectly supported, that is, its axis of rotation also is defined.

Um die Wippenbewegung möglichst wenig zu beeinflussen und Reibungsver luste zu miminieren, ist es vorteilhaft, die Wippe mit Befestigungslaschen zu versehen, über die sie mit den Kraftübertragungselementen beziehungsweise dem Halterungsbolzen verbindbar ist. Diese Befestigungslaschen sind vorzugs weise über Stege mit der Wippe verbunden, das heißt sie befinden sich im gewissen Abstand zur Wippe. Die Stege können durch entsprechende Defor mation die aus den Wippen-Kippbewegungen resultierenden Verschiebungen der axialen Positionen der äußeren Komponenten kompensieren. Insbesonde re, wenn die Stege verhältnismäßig dünn ausgebildet sind, ist der Verfor mungswiderstand der Stege bei Wippenverkippungen relativ gering, während die Kraftübertragung in axialer Richtung der an der Membran angreifenden Bolzen aber dennoch ungeschmälert sichergestellt ist.In order to influence the rocker movement as little as possible and friction ver To minimize losses, it is advantageous to close the seesaw with fastening tabs provided over which they with the power transmission elements respectively the mounting bolt is connectable. These mounting tabs are preferred connected to the seesaw by means of webs, i.e. they are in the a certain distance from the seesaw. The webs can be replaced by Defor mation the shifts resulting from the rocker-tilt movements compensate for the axial positions of the outer components. In particular re, if the webs are relatively thin, the Verfor Resistance of the webs with rocker tilting relatively low, while the power transmission in the axial direction of the attacking the membrane Bolt is still undiminished ensured.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described below using exemplary embodiments Described in more detail with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 shows a cross section of a first embodiment of the device OF INVENTION to the invention,

Fig. 2 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, Fig. 2 shows a modified embodiment of the apparatus,

Fig. 3 einen Längsquerschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 entlang einer Ebene, die um 90° gegenüber der Schnittebene gemäß Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 versetzt ist, und Fig. 3 is a longitudinal cross-section through the embodiment according to Fig. 1 and Fig. 2 is displaced along a plane offset by 90 ° relative to the section plane of FIG. 1 and FIG. 2, and

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung eine bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbare Piezoelementanordnung. Fig. 4 shows an enlarged usable in the inventive apparatus piezoelectric element array.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands gezeigt, das als Koaxialschwinger zur Grenzstanderfassung ausgebildet ist. Das Aus führungsbeispiel umfaßt ein rohrförmiges Gehäuse l, an dessen Unterseite ein zylindrisches Zwischenstück 2 aus Vollmaterial angebracht, vorzugsweise angeschweißt ist. Die Außenflächen des Gehäuses 1 und des Zwischenstücks 2 fluchten miteinander. An der Unterseite des Zwischenstücks 2 ist eine Membran 3 mit ihrem äußeren umlaufenden, hochstehenden Rand befestigt. In Fig. 1, an embodiment of the inventive apparatus for determining and / or monitoring a predetermined fill level is shown that is constructed as Koaxialschwinger for level detection. From the exemplary embodiment comprises a tubular housing l, on the underside of which a cylindrical intermediate piece 2 made of solid material is attached, preferably welded on. The outer surfaces of the housing 1 and the intermediate piece 2 are aligned with one another. On the underside of the intermediate piece 2 , a membrane 3 is attached with its outer circumferential, upstanding edge.

Der senkrecht zur Mittelachse des Gehäuses 1 und des Zwischenstücks 2 verlaufende Abschnitt der Membran 3 bildet die Schwingungsmembran. An ihrer radial innen liegenden Seite geht die Membran 3 in einen koaxial nach unten verlaufenden Stutzen über, an dem, vorzugsweise fluchtend, ein äuße res Schwingungselement 4 befestigt ist. Das äußere Schwingungselement 4 umfaßt ein koaxial hierzu angeordnetes, am Zwischenstück 2 befestigtes inneres Schwingungselement 5. Das äußere, rohrförmige Schwingungsele ment 4 umfaßt das innere, gleichfalls rohrförmige Schwingungselement 5 in dessen unterem Bereich vorzugsweise vollständig, so daß das Eindringen von Füllmittel oder anderen Materialien in den Bereich zwischen den Schwingungs elementen oder in das Innere des inneren Schwingungselements 5 vermieden ist. Das äußere Schwingungselement 4 kann an seiner Unterseite paddelför mig ausgebildet sein, um verbessertes Ansprechen auf das Füllmittel zu erreichen.The section of the diaphragm 3 that runs perpendicular to the central axis of the housing 1 and the intermediate piece 2 forms the vibration diaphragm. On its radially inner side, the membrane 3 merges into a coaxial downward connection, on which, preferably in alignment, an outer vibration element 4 is fastened. The outer vibration element 4 comprises an inner vibration element 5 arranged coaxially thereto and fastened to the intermediate piece 2 . The outer, tubular Schwingungsele element 4 comprises the inner, also tubular vibration element 5 in its lower region preferably completely, so that the penetration of filler or other materials in the area between the vibration elements or in the interior of the inner vibration element 5 is avoided. The outer vibration element 4 can be formed on its underside paddelför mig to achieve improved response to the filler.

An einander diametral gegenüberliegenden Stellen der rotationssymmetrischen Membran 3 sind an ihrer dem Zwischenstück 2 zugewandten Innenseite Bolzen 6 angeschweißt. Die Bolzen 6 durchsetzen Durchgangsbohrungen 7 im Zwischenstück 2, deren Durchmesser deutlich größer als der Bolzendurch messer ist, zum Beispiel 0,2-0,5mal so groß. Der Freiraum zwischen der Innenwand der Durchgangsbohrungen 7 und der Bolzenaußenseite ist so groß, daß die Bolzen selbst bei Schwingbewegungen der Membran und dement sprechenden Durchbiegungen der Bolzen nicht in Berührung mit der Durch gangsbohrungswandung gelangen.At diametrically opposite points of the rotationally symmetrical membrane 3 , bolts 6 are welded to their inner side facing the intermediate piece 2 . The bolts 6 pass through bores 7 in the intermediate piece 2 , the diameter of which is significantly larger than the bolt diameter, for example 0.2-0.5 times as large. The free space between the inner wall of the through holes 7 and the outside of the bolt is so large that the bolts do not come into contact with the through-hole wall even when the diaphragm vibrates and the deflections of the bolts are speaking.

Die Bolzen 6 verlaufen parallel zur Mittelachse der Vorrichtung und ragen bis in das Gehäuse 1 hinein. In ihrem oberen Abschnitt sind die Bolzen 6 mit einem Gewindeabschnitt versehen, auf den Muttern 8 aufschraubbar sind. Alternativ können die Bolzen 6 auch als Innengewindebolzen ausgebildet sein, in die entsprechende Befestigungsschrauben einschraubbar sind. The bolts 6 run parallel to the central axis of the device and protrude into the housing 1 . In its upper section, the bolts 6 are provided with a threaded section on which the nuts 8 can be screwed. Alternatively, the bolts 6 can also be designed as internally threaded bolts into which corresponding fastening screws can be screwed.

Mit ihrem oberen Abschnitt verlaufen die Bolzen 6 durch Durchgangsöff nungen 9 in einer quer zur Mittelachse des Gehäuses 1 orientierten Wippe 10. Die Durchgangsbohrungen 9 besitzen ähnlich wie die Durchgangsbohrungen 7 größeren Durchmesser als die Bolzen 6, so daß bei Wippen-Kippbewegun gen keine Gefahr einer körperlichen Berührung zwischen der Innenwandung der Durchgangsbohrungen 9 und den Bolzen 6 besteht. Die Wippe 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als zweiarmige Wippe ausgebildet und wird in ihrer Wippen-Drehachse durch einen koaxial zur Mittelachse des Gehäuses 1 und der Schwingungselemente 4, 5 verlaufenden Bolzen 11 gehalten, der in eine entsprechende, zentrische Gewindebohrung 12 des Zwischenstücks 2 eingeschraubt ist. Der Schraubbolzen 11 durchsetzt eine Durchgangsbohrung 13 in der Wippe 11, deren Durchmesser so groß ist, daß der Bolzen 11 selbst bei Wippen-Kippbewegungen nicht in Anlage mit der Wandung der Durch gangsbohrung 13 gelangt. Aufgrund des größeren Durchmessers der Durch gangsbohrungen 7, 9 und 13 werden Reibungsverluste minimiert.With its upper portion, the bolts 6 run through openings 9 in a rocker 10 oriented transversely to the central axis of the housing 1 . The through holes 9 have similar to the through holes 7 larger diameter than the bolts 6 , so that there is no risk of physical contact between the inner wall of the through holes 9 and the bolts 6 in rocker-tilt movements. The rocker 10 is designed in this embodiment as a two-armed rocker and is held in its rocker axis of rotation by a coaxial to the central axis of the housing 1 and the vibrating elements 4 , 5 bolt 11 which is screwed into a corresponding, central threaded bore 12 of the intermediate piece 2 . The bolt 11 passes through a through hole 13 in the rocker 11, whose diameter is so great that the bolt 11 does not reach even when tilting rocker into engagement with the wall of the through hole. 13 Due to the larger diameter of the through holes 7 , 9 and 13 , friction losses are minimized.

Um die Reibungsverluste noch weiter zu verringern, liegen die Muttern 8 beziehungsweise der Kopf des Schraubbolzens 11 auf Befestigungslaschen 14 auf, die über Stege 15 mit der Wippe 10 verbunden sind. Wie aus Fig. 1 anhand des teilweise ausgebrochen dargestellten linken Bolzens 6 ersichtlich ist, ist die Breite der Stege 15 kleiner als der Durchmesser der Bolzen 6, 11, so daß sich die Stege 15 bei Kipp-Bewegungen in ausreichendem Maß rever sibel kippend deformieren können, ohne allzu hohen Verformungswiderstand entgegenzusetzen.In order to reduce the friction losses even further, the nuts 8 or the head of the screw bolt 11 rest on fastening tabs 14 which are connected to the rocker 10 via webs 15 . As can be seen from Fig. 1 with reference to the partially broken-out left bolt 6 , the width of the webs 15 is smaller than the diameter of the bolts 6 , 11 , so that the webs 15 can be deformed to a sufficient extent by tilting movements when tilting without opposing excessive resistance to deformation.

Der Antrieb der Wippe 10 erfolgt über zwei Piezosäulen 16, die zusammen eine Piezoelementanordnung bilden und jeweils auf entgegengesetzten Seiten der Wippen-Drehachse, das heißt des mittleren Bolzens 11, zwischen der Wippe 10 und dem Zwischenstück 2 eingespannt sind. Die beiden Piezosäu len 16 sind so beschaltet, daß sie wechselweise eine Hubbewegung aus führen. Durch die hierdurch hervorgerufene Wipp-Bewegung der Wippe 10 wird die Membran 3 konkav/konvex ausgelenkt, wie dies in Fig. 1 durch die gekrümmt verlaufenden gestrichelten Linien veranschaulicht ist.The drive of the rocker 10 by means of two piezo columns 16, which together form a piezoelectric element array and respectively on opposite sides of the rocker axis of rotation, that is, the central bolt 11, between the rocker 10 and the intermediate piece 2 are clamped. The two Piezosäu len 16 are connected so that they alternately perform a lifting movement. The rocking movement of the rocker 10 caused thereby causes the membrane 3 to be deflected concavely / convexly, as is illustrated in FIG. 1 by the dashed lines running in a curved manner.

Die Piezosäulen 16 sind achsparallel zur Mittelachse des Gehäuses 1 angeord net und ober- und unterseitig mit Endstücken 17 in Form von Metalldruck scheiben (siehe insbesondere Fig. 4) versehen. Die Endstücke 17 sind an ihren Außenseiten bogenförmig abgerundet. Im Anlagebereich der Piezosäulen 16 an der Wippe 10 und dem Zwischenstück 2 sind in letzteren entsprechend geformte Ausnehmungen 18 vorgesehen, in denen die Endstücke 17 aufge nommen sind. Hierdurch werden die Piezosäulen 16 lagestabil gehalten.The piezo columns 16 are axially parallel to the central axis of the housing 1 angeord and top and bottom with end pieces 17 in the form of metal pressure discs (see in particular Fig. 4). The end pieces 17 are rounded in an arc shape on their outer sides. In the contact area of the piezo columns 16 on the rocker 10 and the intermediate piece 2 , correspondingly shaped recesses 18 are provided in the latter, in which the end pieces 17 are taken up. As a result, the piezo columns 16 are held in a stable position.

Die Vorspannung der Piezosäulen 16 kann über die Muttern 8 eingestellt werden.The bias of the piezo columns 16 can be adjusted via the nuts 8 .

Durch die gezeigte Ausführung der Wippe 10 ist es möglich, ein für den Antrieb günstiges Übersetzungsverhältnis zu erzielen. Da über den Piezoeffekt einerseits nur geringer Hub erzielbar ist, andererseits aber ausreichende Hubkraft zur Verfügung gestellt werden kann, kommt dem erreichbaren Übersetzungsverhältnis besondere Bedeutung zu. Von Wichtigkeit sind ins besondere die Abstände von der Mittelachse 19 der Piezosäulen 16 und der Achsen 20 der Bolzen 6, jeweils bezogen auf die Mittelachse 21 des Bolzens 11 (beziehungsweise des Gehäuses 1), und die hierdurch definierten Hebel armverhältnisse. Bei der beschriebenen Ausführungsform des Wippenantriebs ist der Bolzenabstand zum Wippendrehpunkt immer größer als der Abstand der Säulen 16 zum Wippendrehpunkt. Damit ergibt sich eine Übersetzung. Das Übersetzungsverhältnis kann entsprechend dem zur Verfügung stehenden Platz durch Veränderung der Abstände auf einen gewünschten Wert einge stellt werden. The design of the rocker 10 shown makes it possible to achieve a gear ratio that is favorable for the drive. Since on the one hand only a small stroke can be achieved via the piezo effect, but on the other hand sufficient lifting force can be made available, the achievable transmission ratio is of particular importance. Of particular importance are the distances from the central axis 19 of the piezo columns 16 and the axes 20 of the bolts 6 , each based on the central axis 21 of the bolt 11 (or the housing 1 ), and the lever arm ratios defined thereby. In the described embodiment of the rocker drive, the distance between the bolts and the rocker pivot is always greater than the distance between the columns 16 and the rocker pivot. This results in a translation. The gear ratio can be set to a desired value according to the space available by changing the distances.

Eine weitere Übersetzung ergibt sich im Membranbereich. Die Übersetzungs verhältnisse werden dort durch den Abstand der Bolzenachse 20 zu Membran- Drehpunkten 22 und 23 (Fig. 1) bestimmt. Ein kleinerer Abstand zwischen Bolzenachse 20 und Membrandrehpunkt 22 zu größerem Abstand zwischen Bolzenachse 20 und Membrandrehpunkt 23 ergibt eine zusätzliche Über setzung, die sich zur erstgenannten Übersetzung hinzuaddiert.Another ratio is in the membrane area. The translation ratios are determined there by the distance of the pin axis 20 to membrane pivot points 22 and 23 ( Fig. 1). A smaller distance between the pin axis 20 and the membrane pivot point 22 to a larger distance between the pin axis 20 and the membrane pivot point 23 results in an additional translation which is added to the first-mentioned translation.

In Fig. 2 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem anstelle einer zweiarmigen Wippe (Fig. 1) eine einarmige Wippe eingesetzt wird. Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 dahingehend, daß der rechte Arm der Wippe 10 gemäß Fig. 1 sowie der rechte Bolzen 6 und die rechte Piezosäule 16 entfallen sind. Auch die rechte Durchgangsbohrung 7 im Zwischenstück 2 ist nicht vorhanden. Hiervon abgesehen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 demje nigen nach Fig. 1, so daß insoweit auf die vorstehende Beschreibung ver wiesen wird.In FIG. 2 a modified embodiment is shown, a one-armed rocker is used in the place of a two-armed rocker (Fig. 1). The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that the right arm of the rocker 10 according to FIG. 1 and the right bolt 6 and the right piezo column 16 have been omitted. The right through hole 7 in the intermediate piece 2 is also not present. Apart from this, the embodiment according to FIG. 2 corresponds to that according to FIG. 1, so that in this respect reference is made to the above description.

Die einfache Wippe gemäß Fig. 2 hat den Vorteil verringerten Platzbedarfes und Aufwands und ist stets dann einsetzbar, wenn keine allzugroßen Schwin gungsamplituden gefordert sind. Falls gewünscht, kann der Halterungsbolzen 11 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 auch aus der Mittelachse nach rechts - unter entsprechender Verlängerung des Wippenarms - verlagert werden. Wenn dann auch noch der Angriffspunkt der Piezosäule 16 an der einarmigen Wippe 10 nach rechts verlagert ist, läßt sich ein entsprechend vergrößertes Hub-Übersetzungsverhältnis erzielen, so daß dennoch verhältnis mäßig hohe Schwingungsamplituden erreichbar sind. Beim Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2 befindet sich in der einzigen Piezosäule 16 zumindest ein Detektor-Piezoelement zur Gewinnung von schwingungsamplitudenrepräsen tativen Signalen. The simple rocker shown in FIG. 2 has the advantage of reduced space and effort and can always be used when no excessive vibration amplitudes are required. If desired, the mounting bolt 11 in the exemplary embodiment according to FIG. 2 can also be shifted from the central axis to the right - with a corresponding extension of the rocker arm. If the point of application of the piezo column 16 on the one-armed rocker 10 is then also shifted to the right, a correspondingly increased stroke transmission ratio can be achieved, so that relatively high vibration amplitudes can nevertheless be achieved. When Ausführungsbei Fig game according. 2 is located in the single piezo column 16 at least one detector piezo element for obtaining schwingungsamplitudenrepräsen tative signals.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 oder 2 gezeigt, der in einer Ebene senkrecht zur Schnittebene gemäß Fig. 1 oder 2 liegt. Wie ersichtlich, sind im Zwischenstück 2 Abstützungen in Form von Stützschrauben 24 vorhanden, die vom Zwischenstück 2 nach unten bis zur Innenseite der Membran 3 vorstehen und direkt an dieser anliegen. Die Abstützungen 24 stabilisieren hierdurch die Membran 3 entlang der Linie ihrer Auflage, wodurch die Membran gezwungen wird, eine Art Wippbewegung um die durch die Abstützungen 24 definierte Wipp-Achse auszuführen. Hierdurch wird das äußere Schwingungselement 4 zu definierten seitlichen Auslenkun gen gezwungen. Durch die Stützschrauben 24 wird zugleich erreicht, daß die Membran 3 nicht durch die Zug-Bolzen 6 nach innen beziehungsweise nach oben gezogen werden kann. Die Membran wird somit lagestabilisiert. Die Stützschrauben 24 liegen am radial inneren Abschnitt der Membran 3 in demjenigen Bereich auf, der dem fluchtend in das äußere Schwingungsele ment 5 übergehenden Membranabschnitt innenseitig gegenüberliegt. Die Stützschrauben 24 verlaufen achsparallel zur Mittelachse der Vorrichtung mit gleichem Abstand zu dieser. FIG. 3 shows a cross section through the exemplary embodiment according to FIG. 1 or 2, which lies in a plane perpendicular to the sectional plane according to FIG. 1 or 2. As can be seen, in the intermediate piece 2 supports in the form of the support screws 24 is provided, which protrude downward to the inside of the diaphragm 3 from the intermediate part 2 and bear directly against the latter. The supports 24 hereby stabilize the membrane 3 along the line of its support, whereby the membrane is forced to perform a kind of rocking movement about the rocking axis defined by the supports 24 . As a result, the outer vibration element 4 is forced to defined lateral Auslenkun conditions. The support screws 24 also ensure that the membrane 3 cannot be pulled inwards or upwards by the pull bolts 6 . The membrane is thus stabilized. The support screws 24 rest on the radially inner portion of the membrane 3 in that area which is opposite to the flush in the outer Schwingungsele element 5 transition membrane section on the inside. The support screws 24 run axially parallel to the central axis of the device at the same distance from this.

Anstelle von Stützschrauben 24 können auch anders geartete Abstützungen, beispielsweise in Form von Vorsprüngen oder Bolzen, eingesetzt werden. Die Stützschrauben 24 besitzen aber den Vorteil, daß sie bei Bedarf nach- und einstellbar sind.Instead of support screws 24 , other types of supports, for example in the form of projections or bolts, can also be used. But the support screws 24 have the advantage that they can be adjusted and adjusted if necessary.

In Fig. 4 ist eine der Piezosäulen 16 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Die Piezosäule 16 umfaßt an beiden Enden metallische Endstücke 17 mit kreisbo genförmig abgerundeten Außenseiten. Die Endstücke 17 dienen als Druck stücke zur Verteilung des Flächendrucks. Die innenliegende Seite der End stücke 17 ist flach und liegt jeweils an einer Isolierscheibe 25 an, die vorzugs weise aus Keramik besteht und zur Erreichung der Potentialfreiheit der Metall druckstücke und damit der mit diesen in Verbindung stehenden Elementen dient. Zwischen den Isolierscheiben 25 befinden sich mehrere Piezoscheiben 26, die der Polarität entsprechend gepaart sind und über nach außen vor stehende Anschlußelektroden 27 kontaktiert werden. Die beiden Piezosäulen 16 gemäß Fig. 1 sind so beschaltet, daß sie wechselweise eine Hubbewe gung ausführen.In FIG. 4 one of the piezo columns is shown in an enlarged representation 16. The piezo column 16 comprises at both ends metallic end pieces 17 with circular arc-shaped outer sides. The end pieces 17 serve as pressure pieces for the distribution of the surface pressure. The inner side of the end pieces 17 is flat and is in each case against an insulating washer 25 , which preferably consists of ceramic and to achieve the freedom from potential of the metal pressure pieces and thus the elements associated with them. Between the insulating disks 25 there are a plurality of piezo disks 26 , which are paired in accordance with the polarity and are contacted via connection electrodes 27 projecting outwards. The two piezo columns 16 shown in FIG. 1 are wired so that they alternately perform a stroke movement.

Claims

1. A device for detecting and / or monitoring a predetermined fill level in a container, with two coaxially arranged angeord Neten vibration elements ( 4 , 5 ) which protrude into the container containing the filler to be monitored in terms of its level and one of which at one Membrane ( 3 ) is attached, which is periodically deformable by a piezo element arrangement ( 16 ), characterized in that the piezo element arrangement ( 16 ) acts on a rocker ( 10 ) acting on the membrane ( 3 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the rocker ( 10 ) is held in its axis of rotation via a bolt ( 11 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the bolt ( 11 ) runs parallel, preferably coaxially, to the central axis of the vibration elements ( 4 , 5 ).

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the bolt ( 11 ) is screwed into a fixed piece with the device housing ( 1 ) intermediate piece ( 2 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rocker ( 10 ) via at least one bolt ( 6 ) is coupled to the membrane ( 3 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that the at least one bolt ( 6 ) on the membrane ( 3 ) attached, preferably welded.

7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the membrane ( 3 ) on its outside with a rocker ( 10 ) comprise the housing ( 1 ) directly or via an intermediate element ( 2 ) is connected ver and the at least one Bolt ( 6 ) engages on an area between the membrane outside and the connecting section between the membrane ( 3 ) and the outer vibration element ( 4 ) on the membrane ( 3 ).

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the bolts ( 6 , 11 ) are designed as threaded bolts.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the rocker ( 10 ) has through bores ( 9 , 13 ) for the bolts ( 6 , 11 ), the diameter of which is larger than the bolt diameter.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo element arrangement ( 16 ) has at least one piezo column, which is arranged axially parallel to the vibration elements ( 4 , 5 ) and between the rocker axis of rotation and the coupled to the membrane ( 3 ) portion of the rocker (3) engages the rocker (3).

11. The device according to claim 10, characterized in that the at least one piezo column ( 16 ) with its end facing away from the rockers abuts against an intermediate piece ( 2 ) connected to a housing ( 1 ) comprising the rocker ( 10 ).

12. The apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the at least one piezo column ( 16 ) has rounded top pieces ( 17 ), preferably made of metal.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that between the end pieces ( 17 ) and the piezo elements ( 26 ) insulating washers ( 25 ) are arranged.

14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that in the rocker ( 10 ) and / or on the intermediate piece ( 2 ) Ver recesses ( 18 ) are provided, in which the at least one piezo column ( 16 ) engages.

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rocker ( 10 ) is designed as a one-armed rocker.

16. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the rocker ( 10 ) is designed as a two-armed rocker and the piezo element arrangement ( 16 ) comprises two piezo columns, one of which acts on one of the rocker arms and which can be controlled in the opposite phase are.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that at least one detector piezo element is arranged in only one of the piezo columns ( 16 ), the output signals of which are fed to an evaluation circuit for vibration amplitude detection.

18. The apparatus of claim 16 or 17, characterized in that the two rocker arms act on the membrane ( 3 ) via two bolts ( 6 ), which are attached diametrically to the membrane ( 3 ), preferably welded.

19. Device according to one of the preceding claims, characterized by net supports ( 24 ) which engage along a line extending transversely to the longitudinal axis of the rocker on the membrane ( 3 ).

20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the supports ( 24 ) are formed by support screws which are screwed into an intermediate piece ( 2 ) fixed to the housing.

21. The apparatus according to claim 19 or 20, characterized in that the supports ( 24 ) on the radially inner edge of the membrane ( 3 ) attack.

22. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rocker ( 10 ) is provided with fastening tabs ( 14 ), by means of which it rests on nuts ( 8 ) and / or screws screwed to the bolts ( 6 , 11 ).

23. The device according to claim 22, characterized in that the fastening tabs ( 14 ) are connected to the rocker ( 10 ) by means of upstanding webs ( 15 ).

24. The device according to claim 23, characterized in that the webs ( 15 ) have a width which is smaller than the bolt diameter.

25. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bolt ( 6 ) is provided at the upper part with a thread, via which the bias on the piezo element arrangement ( 16 ) can be adjusted by means of a nut ( 8 ).