DE4203715A1 - Vorrichtung zur feststellung und/oder ueberwachung eines vorbestimmten fuellstands in einem behaelter - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,

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. 4 in vergrößerter Darstellung eine bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbare Piezoelementanordnung.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Vorspannung der Piezosäulen 16 kann über die Muttern 8 eingestellt werden.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (25)

1. Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimm­ ten Füllstands in einem Behälter, mit zwei koaxial zueinander angeord­ neten Schwingungselementen (4, 5), die in den das hinsichtlich seines Füllstands zu überwachende Füllmittel enthaltenden Behälter hinein­ ragen und von denen eines an einer Membran (3) angebracht ist, die durch eine Piezoelementanordnung (16) periodisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelementanordnung (16) an einer auf die Membran (3) einwirkenden Wippe (10) angreift.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (10) in ihrer Drehachse über einen Bolzen (11) gehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (11) parallel, vorzugsweise koaxial, zur Mittelachse der Schwingungs­ elemente (4, 5) verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (11) in ein fest mit dem Vorrichtungsgehäuse (1) verbundenes Zwischenstück (2) eingeschraubt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (10) über zumindest einen Bolzen (6) mit der Membran (3) gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zu­ mindest eine Bolzen (6) an der Membran (3) befestigt, vorzugsweise angeschweißt, ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) an ihrer Außenseite mit einem die Wippe (10) umfassen­ den Gehäuse (1) direkt oder über ein Zwischenelement (2) fest ver­ bunden ist und der zumindest eine Bolzen (6) an einem zwischen der Membranaußenseite und dem Verbindungsabschnitt zwischen der Membran (3) und dem äußeren Schwingungselement (4) liegenden Bereich an der Membran (3) angreift.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bolzen (6, 11) als Gewindebolzen ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wippe (10) Durchgangsbohrungen (9, 13) für die Bolzen (6, 11) aufweist, deren Durchmesser größer als der Bolzendurchmesser ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezoelementanordnung (16) zumindest eine Piezosäule aufweist, die achsparallel zu den Schwingungselementen (4, 5) angeordnet ist und zwischen der Wippen-Drehachse und dem mit der Membran (3) gekoppelten Abschnitt der Wippe (3) an der Wippe (3) angreift.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Piezosäule (16) mit ihrem der Wippen abgewandten Ende an einem fest mit einem die Wippe (10) umfassenden Gehäuse (1) verbundenen Zwischenstück (2) anliegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Piezosäule (16) oberseitig abgerundete Endstücke (17), vorzugsweise aus Metall, aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Endstücken (17) und den Piezoelementen (26) Isolierscheiben (25) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Wippe (10) und/oder am Zwischenstück (2) Ver­ tiefungen (18) vorgesehen sind, in die die zumindest eine Piezosäule (16) eingreift.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (10) als einarmige Wippe ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wippe (10) als zweiarmige Wippe ausgebildet ist und die Piezoelementanordnung (16) zwei Piezosäulen umfaßt, von denen jeweils eine auf einen der Wippenarme einwirkt und die in Gegenphase ansteuerbar sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß nur in einer der Piezosäulen (16) zumindest ein Detektor-Piezoelement an­ geordnet ist, dessen Ausgangssignale einer Auswerteschaltung zur Schwingungsamplitudenerfassung zugeführt werden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wippenarme über zwei Bolzen (6) auf die Membran (3) einwirken, die diametral an der Membran (3) angebracht, vorzugsweise angeschweißt sind.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch Abstützungen (24), die entlang einer quer zur Wippenlängs­ achse verlaufenden Linie an der Membran (3) angreifen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungen (24) durch Stützschrauben gebildet sind, die in ein gehäusefest angebrachtes Zwischenstück (2) eingeschraubt sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungen (24) am radial innenliegenden Rand der Membran (3) angreifen.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (10) mit Befestigungslaschen (14) versehen ist, über die sie an mit den Bolzen (6, 11) verschraubten Muttern (8) und/oder Schrauben anliegt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungslaschen (14) über hochstehende Stege (15) mit der Wippe (10) verbunden sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (15) eine Breite besitzen, die kleiner als der Bolzendurchmesser ist.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (6) am oberen Teil mit einem Gewinde versehen ist, über welches mittels einer Mutter (8) die Vorspannung auf die Piezoelementanordnung (16) eingestellt werden kann.