WO2025011940A1

WO2025011940A1 - Vibration sensor

Info

Publication number: WO2025011940A1
Application number: PCT/EP2024/067722
Authority: WO
Inventors: Harald Bauer; Laura MIGNANELLI; Peter Wimberger; Ira Uppenkamp; Michael Dötsch
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2023-07-10
Filing date: 2024-06-25
Publication date: 2025-01-16
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: DE102023118133A1

Abstract

The invention relates to a modular system for producing vibration sensors comprising a mechanically vibrating unit (1) and a transducer device (2). The transducer device (2) has a sleeve (9) and multiple components (3, 11) arranged in the sleeve (9). The components (3, 11) are either active components (3) or passive components (11) and have the same base area and the same height. A specifiable number of components (3, 11) can be introduced into the sleeve (9) to form a stack. The invention additionally relates to a vibration sensor.

Description

Vibrationssensor vibration sensor

Die Erfindung betrifft einen Vibrationssensor. Der Vibrationssensor dient beispielsweise der Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums. Die Prozessgröße ist beispielsweise der Füllstand und das Medium ist beispielweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Schüttgut. The invention relates to a vibration sensor. The vibration sensor is used, for example, to determine and/or monitor a process variable of a medium. The process variable is, for example, the fill level and the medium is, for example, a liquid, a gas or a bulk material.

Im Stand der Technik sind Vibrationssensoren bekannt, die z. B. als Schwinggabeln oder Einstäbe ausgeführt sind. Solche Sensoren verfügen über eine mechanisch schwingfähige Einheit, die von einer Antriebs-ZEmpfangseinheit zu mechanischen Schwingungen angeregt wird. Die sich durch die Wechselwirkung mit einem zu vermessenden oder zu überwachenden Medium einstellenden Schwingungen werden von der Antriebs-ZEmpfangseinheit empfangen und einer Auswertung zugeführt. Für eine Messung wird beispielsweise ausgenutzt, dass sich die Schwingungsfrequenz oder die Amplitude ändert, wenn die mechanisch schwingfähige Einheit von einem unbedeckten zu einem durch das Medium bedeckten Zustand übergeht. Dies erlaubt z. B. die Überwachung des Füllstands des Mediums in einem Behälter. Vibration sensors are known in the state of the art, which are designed as, for example, vibrating forks or single rods. Such sensors have a mechanically oscillating unit that is excited to mechanical vibrations by a drive/receiver unit. The vibrations that arise through the interaction with a medium to be measured or monitored are received by the drive/receiver unit and sent for evaluation. For example, a measurement takes advantage of the fact that the vibration frequency or amplitude changes when the mechanically oscillating unit changes from an uncovered state to a state covered by the medium. This allows, for example, the level of the medium in a container to be monitored.

In der Antriebs-ZEmpfangseinheit ist üblicherweise eine Wandlervorrichtung vorhanden, die zwischen elektrischen Signalen und mechanischen Schwingungen wandelt. Verwendet werden dafür oft piezoelektrische Elemente, die über eine polarisierte Keramik und über zumindest eine auf einer Stirnseite aufgebrachte Elektrode für die elektrische Kontaktierung verfügen. Elektrische Verbindungen der Elektroden zeigt z. B. die US 3,495,102 A. Soll die zu erzeugende mechanische Kraft erhöht werden, so ist es bekannt, mehrere piezoelektrische Elemente in einem Stapel übereinander anzuordnen, siehe z. B. die EP 0 875 741 A1 . Dabei dient ein Teil der piezoelektrischen Elemente als Antriebs- und ein anderer Teil als Empfangseinheit. Es ist jedoch auch bekannt, dass die piezoelektrischen Elemente sowohl dem Antrieb als auch dem Empfangen von Schwingungen dienen. Es ist auch bekannt, solche Stapel in Hülsen anzuordnen, siehe z. B. WO 01/66269 A1 , US 2010/0327700 A1 , DE102019120685, EP 1 134 038 A1 oder DE 44 29 236 A1 . The drive/receiver unit usually contains a converter device that converts between electrical signals and mechanical vibrations. Piezoelectric elements are often used for this purpose, which have a polarized ceramic and at least one electrode attached to one end face for electrical contact. Electrical connections of the electrodes are shown, for example, in US 3,495,102 A. If the mechanical force to be generated is to be increased, it is known to arrange several piezoelectric elements on top of each other in a stack, see, for example, EP 0 875 741 A1. One part of the piezoelectric elements serves as a drive unit and another part as a receiver unit. However, it is also known that the piezoelectric elements serve both to drive and to receive vibrations. It is also known to arrange such stacks in sleeves, see e.g. WO 01/66269 A1 , US 2010/0327700 A1 , DE102019120685, EP 1 134 038 A1 or DE 44 29 236 A1 .

Es lassen sich somit Vibrationssensoren mit unterschiedlichen Spezifikationen in Bezug auf die Leistungsfähigkeit und in Bezug auf den inneren Aufbau mit jeweiligen Besonderheiten erzeugen. Diese Variantenvielfalt führt zu unterschiedlichen Fertigungsabläufen und macht die Vorratshaltung von unterschiedlichen Komponenten erforderlich. This makes it possible to produce vibration sensors with different specifications in terms of performance and internal structure with their own special features. This variety of variants leads to different production processes and makes it necessary to keep stocks of different components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fertigung von unterschiedlichen Arten von Vibrationssensor zu vereinfachen. The invention is based on the object of simplifying the production of different types of vibration sensors.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein modulares System zum Erzeugen von Vibrationssensoren, wobei jeder Vibrationssensor eine mechanisch schwingfähige Einheit und eine Wandlervorrichtung aufweist, wobei die Wandlervorrichtung die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt und/oder mechanische Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit empfängt, wobei die Wandlervorrichtung mindestens eine Hülse und mehrere Komponenten aufweist, wobei die Komponenten entweder aktive Komponenten oder passive Komponenten sind, wobei es sich bei den aktiven Komponenten um Piezoelemente handelt, wobei es sich bei den passiven Komponenten um Isolationsscheiben oder um elektrisch leitfähige Zwischenelemente handelt, wobei die Komponenten in der Hülse angeordnet sind, wobei die Komponenten eine gemeinsame Grundfläche und eine gemeinsame Höhe aufweisen, und wobei die Hülse derartig ausgestaltet ist, dass eine vorgebbare Anzahl von Komponenten in der Hülse zu einem Stapel einbringbar ist. The object is achieved by a modular system for producing vibration sensors, wherein each vibration sensor has a mechanically oscillatable unit and a transducer device, wherein the transducer device excites the mechanically oscillatable unit to mechanical vibrations and/or receives mechanical vibrations from the mechanically oscillatable unit, wherein the transducer device has at least one sleeve and a plurality of components, wherein the components are either active components or passive components, wherein the active components are piezo elements, wherein the passive components are insulation disks or electrically conductive intermediate elements, wherein the components are arranged in the sleeve, wherein the components have a common base area and a common height, and wherein the sleeve is designed such that a predeterminable number of components can be introduced into the sleeve to form a stack.

Die Aufgabe wird somit durch ein modulares System (eine alternative Bezeichnung ist: Baukasten) gelöst, durch welches unterschiedliche Vibrationssensoren erzeugt werden können. Die Vibrationssensor verfügen dabei jeweils über eine mechanisch schwingfähige Einheit und eine Wandlervorrichtung. Die mechanisch schwingfähige Einheit ist beispielsweise eine Schwinggabel, ein Einstab oder eine Membrane. Die Wandlervorrichtung dient dazu, die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anzuregen und/oder mechanische Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit zu empfangen. Die Wandlervorrichtung wandelt vorzugsweise elektrische Signale in mechanische Schwingungen und/oder mechanische Schwingungen in elektrische Signale um. Die Wandlervorrichtung verfügt mindestens über eine Hülse und mehrere Komponenten, die in der Hülse angeordnet sind. Die Komponenten sind dabei dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gemeinsame Grundfläche und eine gemeinsame Höhe (alternative Bezeichnung: Dicke) aufweisen. Die Komponenten haben also im Wesentlichen die gleiche Grundfläche und die gleiche Höhe. Daher sind die Komponenten in Bezug auf ihre Geometrie beliebig austauschbar. In Bezug auf ihre Beschaffenheit und/oder Funktion gehören die Komponenten vorzugsweise zu unterschiedlichen Gruppen. Die Hülse erlaubt es, eine vorgebbare Anzahl von Komponenten in ihr zu einem Stapel an Komponenten einzubringen. The task is thus solved by a modular system (an alternative name is: construction kit), through which different vibration sensors can be produced. The vibration sensors each have a mechanically oscillating unit and a transducer device. The mechanically oscillating unit is, for example, a tuning fork, a single rod or a membrane. The transducer device serves to convert the mechanically to excite an oscillatable unit to mechanical oscillations and/or to receive mechanical oscillations from the mechanically oscillatable unit. The converter device preferably converts electrical signals into mechanical oscillations and/or mechanical oscillations into electrical signals. The converter device has at least one sleeve and a plurality of components which are arranged in the sleeve. The components are characterized in that they have a common base area and a common height (alternative term: thickness). The components therefore have essentially the same base area and the same height. The components are therefore freely interchangeable in terms of their geometry. In terms of their nature and/or function, the components preferably belong to different groups. The sleeve allows a predeterminable number of components to be introduced into it to form a stack of components.

Es werden zwei unterschiedliche Gruppen von Komponenten verwendet. Die Unterscheidung in aktiv und passiv bezieht sich dabei auf die Hauptaufgabe der Wandlervorrichtung, also auf das Erzeugen bzw. Empfangen von mechanischen Schwingungen. Aktive Komponenten sind dabei die bekannten Piezoelemente und die passiven Komponenten sind Isolationsscheiben. Weitere passive Komponenten sind z. B. elektrisch leitfähige Zwischenelemente. Da die Komponenten jeweils die gleichen Außenabmessungen haben, können unterschiedliche Stapel an Komponenten in den Hülsen erzeugt werden. Die elektrisch leitfähigen Zwischenelemente sorgen für die elektrische Verbindung zwischen den Piezoelementen. Two different groups of components are used. The distinction between active and passive refers to the main task of the transducer device, i.e. the generation or reception of mechanical vibrations. Active components are the well-known piezo elements and the passive components are insulation disks. Other passive components are, for example, electrically conductive intermediate elements. Since the components each have the same external dimensions, different stacks of components can be created in the sleeves. The electrically conductive intermediate elements ensure the electrical connection between the piezo elements.

Die Komponenten sind vorzugsweise als kreisförmige Scheiben ausgestaltet. The components are preferably designed as circular disks.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mehrere Piezoelemente vorhanden sind, dass mindestens eine Isolationsscheibe in dem Stapel zwischen zwei Piezoelementen angeordnet ist, und dass jeweils eine Isolationsscheibe den Stapel oben und unten begrenzt. In dieser Ausgestaltung werden die Piezoelemente in dem Stapel von einer Isolationsscheibe elektrisch und damit funktional voneinander getrennt. Daher dient ein Teil der Piezoelemente als Anrege-Vorrichtung und dient der andere Teil als Empfangs-Vorrichtung. Eine alternative Ausgestaltung besteht darin, dass mehrere Piezoelemente vorhanden sind, dass in dem Stapel nur bei zwei Piezoelementen seitlich benachbart Isolationsscheiben angeordnet sind und dass jeweils eine Isolationsscheibe den Stapel oben und unten begrenzt. In dieser Ausgestaltung ergibt sich ein Stapel an Komponenten, der jeweils von zwei Isolationsscheiben begrenzt wird. Innerhalb des Stapels befinden sich keine Isolationsscheiben. Die Pizoelemente sind daher alle miteinander gekoppelt, sodass sie auch beide Funktionen der Wandlervorrichtung: Anregung und Empfang von mechanischen Schwingungen ausführen. One embodiment provides that several piezo elements are present, that at least one insulation disk is arranged in the stack between two piezo elements, and that an insulation disk delimits the stack at the top and bottom. In this embodiment, the piezo elements in the stack are electrically and thus functionally separated from one another by an insulation disk. Therefore, one part of the piezo elements serves as an excitation device and the other part serves as a receiving device. An alternative design consists in having several piezo elements, in that only two piezo elements have insulating disks arranged next to each other in the stack, and in that one insulating disk borders the stack at the top and bottom. This design results in a stack of components, each bordered by two insulating disks. There are no insulating disks inside the stack. The pizo elements are therefore all coupled together, so that they also carry out both functions of the transducer device: excitation and reception of mechanical vibrations.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Wandlervorrichtung mindestens eine Kontaktierungselektrode aufweist, dass die Hülse mindestens ein Fenster aufweist, dass die Kontaktierungselektrode mit mindestens einem Piezoelement elektrisch leitend kontaktiert ist, und dass die Kontaktierungselektrode über das Fenster aus der Hülse herausgeführt ist. In dieser Ausgestaltung verfügt die Hülse über mindestens eine Aussparung in Fensterform an ihrem Mantel, um die elektrische Kontaktierung nach außen zu ermöglichen. One embodiment provides that the converter device has at least one contacting electrode, that the sleeve has at least one window, that the contacting electrode is electrically conductively contacted with at least one piezo element, and that the contacting electrode is led out of the sleeve via the window. In this embodiment, the sleeve has at least one window-shaped recess on its casing to enable electrical contact to the outside.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Hülse thermisch isolierend ausgestaltet ist. Beispielweise bei Hochtemperaturanwendungen ist es wichtig, dass die Piezoelemente vor den hohen Temperaturen geschützt werden, sodass der Verlust der Polarisation oberhalb der Curie-Temperatur vermieden wird. One design is that the sleeve is designed to be thermally insulating. For example, in high-temperature applications it is important that the piezo elements are protected from the high temperatures so that the loss of polarization above the Curie temperature is avoided.

Alternativ oder ergänzend ist die Hülse mehrteilig ausgestaltet. Dies vereinfacht auch die Fertigung, da insbesondere das Einbringen des Komponenten-Stapels in die Hülse vereinfacht wird. Alternatively or additionally, the sleeve is designed in several parts. This also simplifies production, as it makes it easier to insert the component stack into the sleeve.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Wandlervorrichtung eine Druckschraube und ein Kopplungselement aufweist, dass der Stapel zwischen der Druckschraube und dem Kopplungselement angeordnet ist, und dass die Hülse - vorzugsweise reversibel - mit der Druckschraube und/oder dem Kopplungselement verbunden ist. Die Druckschraube dient der ausreichend engen mechanischen und in einer Ausgestaltung auch elektrischen Kopplung zwischen den einzelnen Komponenten. Für die ausreichende Kontaktierung ist es in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Komponenten in der Hülse durch eine mechanische Kraft aufeinandergepresst werden. Es ist somit z. B. keine Lot- oder Klebeverbindung erforderlich. Damit wird u. a. der Nachteil von Klebeverbindungen vermieden, der darin besteht, dass Setzeffekte auftreten können, welche zu einer Reduktion der Vorspannung bzw. der Vorspannkraft führen und dadurch die Steifigkeit des Gesamtsystems ändern können. One embodiment provides that the converter device has a pressure screw and a coupling element, that the stack is arranged between the pressure screw and the coupling element, and that the sleeve is connected - preferably reversibly - to the pressure screw and/or the coupling element. The pressure screw serves to provide a sufficiently close mechanical and, in one embodiment, electrical coupling between the individual components. To ensure adequate contact, one design provides that the components in the sleeve are pressed together by a mechanical force. This means that no solder or adhesive connection is required, for example. This avoids the disadvantage of adhesive connections, which is that settling effects can occur, which can lead to a reduction in the preload or preload force and thus change the rigidity of the overall system.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Komponenten über eine Aussparung und eine Rastnase drehfest in der Hülse angeordnet sind. Diese Ausgestaltung realisiert eine Verdrehsicherung, die vor allem auf einer einfachen Fertigbarkeit setzt. Die Aussparung ist in einer Ausgestaltung in den Komponenten vorhanden und die Hülse verfügt über die Rastnase. In einer alternativen Ausgestaltung befindet sich in der Hülse die Aussparungen und die Piezoelemente tragen jeweils eine Rastnase. One design consists in the components being arranged in the sleeve in a rotationally fixed manner via a recess and a locking lug. This design provides an anti-twisting device that is primarily based on ease of manufacture. In one design, the recess is present in the components and the sleeve has the locking lug. In an alternative design, the recesses are in the sleeve and the piezo elements each have a locking lug.

Gemäß einer Ausgestaltung verfügt die Hülse endseitig über mindestens eine radial nach innen ragende Auflage. Die Auflage, die auch als Absatz bezeichnet werden kann, dient dabei als Schutz dagegen, dass das Piezoelement oder andere in dem Stapel angeordnete Komponenten z. B. bei der Montage aus der Hülse herausfallen. According to one embodiment, the sleeve has at least one support that projects radially inwards at the end. The support, which can also be referred to as a shoulder, serves as protection against the piezo element or other components arranged in the stack falling out of the sleeve, for example during assembly.

In einer Ausgestaltung besteht die umfänglich unterbrochene Auflage aus mehreren umfänglich verteilten Rastarmen. In one embodiment, the circumferentially interrupted support consists of several circumferentially distributed locking arms.

Auf der gegenüberliegenden Endseite der Hülse befindet sich in einer Ausgestaltung ein Absatz, der ebenfalls den Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des Innenraums der Hülse verengt. Auf dieser Endseite befindet sich in einer Ausgestaltung das Kopplungselement, welches über ein kugelförmig zulaufendes Ende und damit umgekehrt über einen nach innen größer werdenden Außendurchmesser verfügt. Damit ragt das Kugelende aus der Hülse heraus, wobei gleichzeitig das Kopplungselement als Ganzes durch den Absatz der Hülse gegen ein Herausfallen gehalten wird. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Piezoelement zwei Stirnseiten und einen Außenmantel aufweist, dass auf jeder Stirnseite eine Elektrode aufgebracht ist, und dass jede Elektrode von einer Stirnseite der zwei Stirnseiten über den Außenmantel zu der jeweils anderen Stirnseite der zwei Stirnseiten geführt ist. In dieser Ausgestaltung verfügen mindestens ein Piezoelement über eine doppelte Umkontaktierung. Es wird somit jede Elektrode auf einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite geführt. Daher könnten beide Elektroden über jeweils eine der beiden Stirnseiten elektrisch kontaktiert werden. On the opposite end of the sleeve, there is a shoulder in one embodiment, which also narrows the diameter compared to the diameter of the interior of the sleeve. On this end, there is the coupling element in one embodiment, which has a spherically tapered end and thus, conversely, an outer diameter that increases inwards. The ball end thus protrudes from the sleeve, while at the same time the coupling element as a whole is held against falling out by the shoulder of the sleeve. One embodiment provides that at least one piezo element has two end faces and an outer casing, that an electrode is applied to each end face, and that each electrode is guided from one end face of the two end faces via the outer casing to the other end face of the two end faces. In this embodiment, at least one piezo element has a double contact. Each electrode on one end face is thus guided to the other end face. Both electrodes could therefore be electrically contacted via one of the two end faces.

Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einem Vibrationssensor, der mit dem System gemäß der vorangehenden oder folgenden Ausgestaltungen hergestellt worden ist. Die Ausgestaltungen und Erläuterungen gelten entsprechend auch für den Vibrationssensor, sodass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird. Furthermore, the invention solves the problem with a vibration sensor that has been produced with the system according to the preceding or following embodiments. The embodiments and explanations also apply accordingly to the vibration sensor, so that a repetition is omitted here.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to the following figures.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Vibrationssensors, Fig. 1 shows schematically the structure of a vibration sensor,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Wandlervorrichtung, Fig. 2 shows a section through a converter device,

Fig. 3 zeigt eine räumliche Darstellung der Wandlervorrichtung der Fig. 2, Fig. 3 shows a spatial representation of the converter device of Fig. 2,

Fig. 4 zeigt einen Stapel von Piezoelementen, Fig. 4 shows a stack of piezo elements,

Fig. 5 zeigt eine Stirnseite eines Piezoelements und Fig. 5 shows a front side of a piezo element and

Fig. 6 zeigt die andere Stirnseite des Piezoelements der Fig. 5. Fig. 6 shows the other end face of the piezo element of Fig. 5.

Die Fig. 1 zeigt eine sogenannte Schwinggabel als ein Beispiel für eine Ausgestaltung des Vibrationssensors. Fig. 1 shows a so-called tuning fork as an example of a design of the vibration sensor.

Die mechanisch schwingfähige Einheit 1 verfügt über zwei sog. Gabelzinken, die mit einer Membrane 5 verbunden sind. Auf der gegenüberliegenden Seite der Membrane 5 befindet sich in einem hier angedeuteten Gehäuse 4 eine Wandlervorrichtung 2, die in dem angedeuteten Beispiel über mehrere, in einem Stapel angeordnete scheibenartige Piezoelemente 3 verfügt. Die Piezoelemente 3 sind zwischen einer Druckschraube 6 und einem Kopplungselement 7 eingespannt. Das Kopplungselement 7 für die Einspannung gegenüber der Membrane 5 hat die Form einer Halbkugel. The mechanically oscillating unit 1 has two so-called fork tines, which are connected to a membrane 5. On the opposite side of the membrane 5, in a housing 4 indicated here, there is a converter device 2, which in the example indicated has several, in a stack of disk-like piezo elements 3. The piezo elements 3 are clamped between a pressure screw 6 and a coupling element 7. The coupling element 7 for clamping relative to the membrane 5 has the shape of a hemisphere.

Im Schnitt der Fig. 2 ist zu erkennen, dass sich in dem Ausführungsbeispiel mehrere Piezoelemente 3 und drei Isolationsscheiben 11 zwischen der Druckschraube 6 und dem Kopplungselement 7 befinden. Die Piezoelemente 3 sind von einer Hülse 9 umgeben. Aus einem Fenster 10 in der Hülse 9 ist eine Kontaktierungselektrode 8 herausgeführt, die mit einem Piezoelement 3 in dem Stapel kontaktiert ist. Die Hülse 9 ist beispielsweise über Schnapphaken an der Druckschraube 6 befestigt. In the section of Fig. 2 it can be seen that in the exemplary embodiment there are several piezo elements 3 and three insulation disks 11 between the pressure screw 6 and the coupling element 7. The piezo elements 3 are surrounded by a sleeve 9. A contacting electrode 8 is led out of a window 10 in the sleeve 9 and is in contact with a piezo element 3 in the stack. The sleeve 9 is attached to the pressure screw 6, for example, via snap hooks.

Die Fig. 3 zeigt, dass die Hülse 9 zweiteilig für eine einfache Montage ausgeführt ist. Dies ist an der vorderen Trennstelle zu erkennen. Die beiden Gehäusehälften zeigen an ihren oberen Enden jeweils eine Erhebung zur gegenseitigen Arretierung. Fig. 3 shows that the sleeve 9 is made in two parts for easy assembly. This can be seen at the front separation point. The two housing halves each have a raised portion at their upper ends for mutual locking.

Die Hülse 9 verfügt über mehrere Fenster 10 für die Kontaktierungselektroden 8 (eine alternative Bezeichnung ist Lötfahne). Auf der Oberseite zeigt sich eine Rastnase 12 in der Hülse 9, die in die passenden Aussparungen 35 der Piezoelemente 3 bzw. der Isolationsscheiben eingreift (siehe Fig. 4 - Fig. 6). The sleeve 9 has several windows 10 for the contact electrodes 8 (an alternative name is soldering lug). On the top side, there is a locking lug 12 in the sleeve 9, which engages in the matching recesses 35 of the piezo elements 3 or the insulation disks (see Fig. 4 - Fig. 6).

Am oberen Ende der Hülse 9 befindet sich ein nach innen ragender Absatz 13, der in der Ausgestaltung aus drei einzelnen Rastarmen besteht (vgl. Fig. 2). Der Absatz 13 sorgt dafür, dass die Stirnseite der Hülse 9 einen kleineren Durchmesser als der Innenbereich der Hülse 9 aufweist. Daher werden Bauteile, die sich in der Hülse 9 befinden, am Herausfallen gehindert. Dies vereinfacht die Fertigung. Auf der Unterseite der Hülse 9 - siehe Fig. 2 - befindet sich ebenfalls ein nach innen ragender Absatz, der dort das Kopplungselement 7 hält. At the upper end of the sleeve 9 there is an inwardly projecting shoulder 13, which in the design consists of three individual locking arms (see Fig. 2). The shoulder 13 ensures that the front side of the sleeve 9 has a smaller diameter than the inner area of the sleeve 9. Components located in the sleeve 9 are therefore prevented from falling out. This simplifies production. On the underside of the sleeve 9 - see Fig. 2 - there is also an inwardly projecting shoulder, which holds the coupling element 7 there.

Bei der Fertigung werden beispielsweise die einzelnen Bauteile in einer Gehäusehälfte eingelegt. Dann wird die andere Gehäusehälfte so aufgebracht, dass die Erhebungen zur gegenseitigen Arretierung ineinander einrasten. Bei der sich dadurch ergebenden bestückten Hülse 9 verhindern die Rastnasen 12 ein Verdrehen der Bauteile gegenüber und schützen die Auflagen 13 vor einem Herausfallen. During production, for example, the individual components are placed in one half of the housing. Then the other half of the housing is applied in such a way that the elevations snap into each other to lock them together. In the resulting assembled sleeve 9, the locking lugs 12 prevent Twisting of the components and protect the supports 13 from falling out.

In einer alternativen - nicht dargestellten - Ausgestaltung ist ein Scharnier, z. B. ein Filmscharnier vorhanden. Für die Montage wird bei dieser Variante die Hülse 9 aufgeklappt, um die Bauteile aufzunehmen. Dann wird die Hülse 9 wieder zugeklappt und ein Einrasten der z. B. vorher genannten Erhebungen sorgt für die Fixierung. In an alternative design (not shown), a hinge, e.g. a film hinge, is present. For assembly, in this variant, the sleeve 9 is opened up to accommodate the components. The sleeve 9 is then closed again and the previously mentioned elevations snap into place to ensure fixation.

In der Fig. 4 ist an den Außenmänteln 32 der Piezoelemente 3 zu erkennen, wie sich eine Elektrode 34 von unten nach oben durchgehend erstreckt und daher auch eine durchgehende elektrische Kontaktierung bewirkt. Durch die Isolationsscheiben 11 als oberer bzw. unterer Abschluss des Stapels sowie durch die Isolationsscheibe 11 im Stapel ergeben sich insgesamt zwei separate Stapel an Piezoelementen 3, die getrennt der Anregung bzw. dem Empfang der mechanischen Schwingungen dienen. Zu sehen ist, dass dafür nur vier Kontaktierungselektroden 8 ausreichend sind. Überdies befinden sich zwischen den Piezoelementen 3 keine weiteren elektrischen Verbindungsmittel. Auf der Rückseite ist die Aussparung 35 zu erkennen, die in die Rastnase 12 der Hülse 9 eingreift. In Fig. 4, it can be seen on the outer casings 32 of the piezo elements 3 how an electrode 34 extends continuously from bottom to top and therefore also creates a continuous electrical contact. The insulation disks 11 as the upper and lower ends of the stack and the insulation disk 11 in the stack result in a total of two separate stacks of piezo elements 3, which are used separately to excite and receive the mechanical vibrations. It can be seen that only four contact electrodes 8 are sufficient for this. Moreover, there are no other electrical connecting means between the piezo elements 3. The recess 35 can be seen on the back, which engages in the locking lug 12 of the sleeve 9.

Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen die beiden Stirnseiten 30, 31 eines Piezoelements 3. Auf den Stirnseiten 30, 31 befindet sich jeweils eine weitgehend kreisförmige Elektrode 33, 34. Jede Elektrode 33, 34 grenzt abschnittsweise an den Rand der Stirnseite 30, 31 an, um in diesem Bereich auf die gegenüberliegende Stirnseite 31 , 30 geführt zu werden. Dies geschieht über den Teil der Elektrode 33, 34, der sich entlang des Außenmantels 32 des Piezoelements 3 erstreckt. Auf der jeweils gegenüberliegenden Stirnseite 31 , 30 befindet sich eine jeweils deutlich kleinere Ausdehnung der Elektrode 33, 34. Die geringere Fläche ist möglich, da der Zweck der Umkontaktierung die elektrische Kontaktierung ist. Die Elektroden 33, 34 sind hier so ausgestaltet, dass sich auf jeder Stirnseite 30, 31 die zwei Abschnitte für das jeweilige Unkontaktieren von der einen auf die andere Stirnseite 31 , 30 einander gegenüberliegen. Bezugszeichenliste mechanisch schwingfähige EinheitFig. 5 and Fig. 6 show the two end faces 30, 31 of a piezo element 3. On each of the end faces 30, 31 there is a largely circular electrode 33, 34. Each electrode 33, 34 borders in sections on the edge of the end face 30, 31 in order to be guided in this area to the opposite end face 31, 30. This takes place via the part of the electrode 33, 34 that extends along the outer casing 32 of the piezo element 3. On the opposite end face 31, 30 there is a significantly smaller extension of the electrode 33, 34. The smaller area is possible because the purpose of the recontacting is electrical contact. The electrodes 33, 34 are designed here such that on each end face 30, 31 the two sections for the respective non-contacting from one end face 31, 30 to the other are opposite each other. List of reference symbols mechanically oscillating unit

Wandlervorrichtungconverter device

Piezoelement piezo element

Druckschraubepressure screw

Kopplungselementcoupling element

Kontaktierungselektrode contacting electrode

Hülse sleeve

Fenster Window

Isolationsscheibe insulation pane

Rastnase locking lug

Auflage edition

Stirnseite front side

Außenmantel outer shell

Elektrode electrode

Aussparung recess

Claims

patent claims

1 . Modular system for producing vibration sensors, each vibration sensor having a mechanically oscillatable unit (1) and a transducer device (2), the transducer device (2) exciting the mechanically oscillatable unit (1) to mechanical vibrations and/or receiving mechanical vibrations from the mechanically oscillatable unit (1), the transducer device (2) having at least one sleeve (9) and a plurality of components (3, 11), the components (3, 11) being either active components (3) or passive components (11), the active components being piezo elements (3), the passive components being insulation disks (11) or electrically conductive intermediate elements, the components (3, 11) being arranged in the sleeve (9), the components (3, 11) having a common base area and a common height, and the sleeve (9) being designed such that a predeterminable number of components (3, 11) can be inserted into the sleeve (9) to form a stack.

2. System according to claim 1, wherein the transducer device (2) has at least one contacting electrode

(8), wherein the sleeve (9) has at least one window (10), wherein the contacting electrode (8) is provided with at least one piezo element

(3) is electrically conductively contacted, and wherein the contacting electrode (8) protrudes from the sleeve via the window (10)

(9) is brought out.

3. System according to claim 1 or 2, wherein the sleeve (9) is designed to be thermally insulating.

4. System according to one of claims 1 to 3, wherein the sleeve (9) is designed in several parts.

5. System according to one of claims 1 to 4, wherein the transducer device (2) has a pressure screw (6) and a coupling element (7), wherein the stack is arranged between the pressure screw (6) and the coupling element (7), and wherein the sleeve (9) is connected - preferably reversibly - to the pressure screw (6) and/or the coupling element (7).

6. System according to one of claims 1 to 5, wherein the components (3, 11) are arranged in the sleeve (9) in a rotationally fixed manner via a recess (35) and a locking lug (12).

7. System according to one of claims 1 to 6, wherein the sleeve (9) has at least one radially inwardly projecting support (13) at its end.

8. System according to one of claims 1 to 7, wherein at least one piezo element (3) has two end faces (30, 31) and an outer casing (32), wherein an electrode (33, 34) is applied to each end face (30, 31), and wherein each electrode (33, 34) is guided from one end face (30, 31) of the two end faces (30, 31) via the outer casing (32) to the other end face (31, 30) of the two end faces (30, 31).

9. Vibration sensor manufactured with the system according to claims 1 to 8.