Halterungseinrichtung für Ultraschallwandler

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterungseinrichtung zur Halterung eines als Topfwandler ausgebildeten Ultraschall¬ wandlers mit einer Mantelfläche, einer Mantelhöhe, einem Außendurchmesser und einem der Ultraschall-Abstahlrichtung abgewandten Topfrand.

Eine derartige Halterungseinrichtung ist aus der DE 39 41 634 bekannt. Hier wird für die schallisolierte, exakt positionie¬ rende Halterung eines Ultraschallwandlers in einem Durchflu߬ messer ein O-Ring verwendet, der sich zwischen nach dem Prinzip der Drei-Punkt-Halterung verteilt angeordneten linienhaften Berührungen befindet, von denen eine in Form einer Nut den Wandler haltert.

Nähere Einzelheiten der dabei verwendeten Durchflußmeßein- richtung werden anhand der FIG 2 erläutert. Die hier darge¬ stellte Durchflußmeßeinrichtung zur Messung der Strömungs¬ geschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten besteht im wesentlichen aus einem Meßrohr, das den Strömungskanal für das hindurchströmende Medium bildet und rechteckigen Quer- schnitt aufweist. An einer der Seitenwände des Meßrohrs sind, in Strömungsrichtung versetzt, zwei Rohrstutzen schräg ange¬ formt, in denen zwei Ultraschallwandler gehaltert sind.

Beide Ultraschallwandler werden wechselweise nacheinander als Sende- und Empfangswandler betrieben. Der jeweils als Sende¬ wandler betriebene Ultraschallwandler sendet ein Ultraschall¬ signal in das Meßrohr aus, und der jeweilige Empfangswandler empfängt das vom Medium und der Geschwindigkeit des Mediums im Meßkanal modifizierte Signal nach Durchlaufen eines w- förmigen Ultraschallweges nach dreifacher Reflexion an den Innenwänden des Meßrohrs.

Ein spezielles Problem bei Ultraschall-Durchflußmeßeinrich¬ tungen stellt der akustische Kurzschluß zwischen den Ultra¬ schallwandlern dar. Das bedeutet, daß das Ultraschallsignal sich durch die Wand des Meßrohrs vom Sendewandler zum Empfangswandler ausbreitet und nicht vom Medium im Meßrohr beeinflußt wird. Wird dieses Signal vom Empfangswandler empfangen und von der angeschlossenen Elektronik ausgewertet, so ist keine Information über die Strömung enthalten. Falls sich dieses Signal mit dem "echten" Signal mischt, ist die Information über die Strömung stark gestört . Eine Lösung dieses Problems liegt in der Minimierung des Kurzschluß- Signals, indem der Kontakt zwischen Meßrohr und Wandler minimiert wird.

Ein weiteres Problem bei Ultraschall-Durchflußmeßeinrichtung besteht in der Abdichtung des Gasweges bzw. des S römungs- kanales um die Ultraschallwandler herum. In manchen Konstruk¬ tionen ist es notwendig, daß ein direkter Kontakt zwischen Medium und Ultraschallwandler besteht, wie es die FIG 2 zeigt. Die Abdichtung der Wandler gegen das Meßrohr kann eine weitere Aufgabe der Wandlerhalterung sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterungsein¬ richtung zur Halterung von Ultraschallwandlern in einem Meß- röhr derart zu verbessern, daß die oben genannten Probleme vermieden oder zumindest auf ein nicht störendes Maß verrin¬ gert werden. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem der Ultraschallwandler mit einem Elastomer-Formkörper derart um¬ hüllt ist, daß 25 % - 60 % der Mantelfläche des Ultraschall- wandlers ausgehend von dem Topfrand des Ultraschallwandlers mit dem Elastomer-Formkörper belegt ist.

Vorteilhafte Wei erbildungen der Erfindung sind den Unteran¬ sprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Halterungseinrichtung hat einen zur Abdichtung erforderlichen minimalen Kontakt mit dem Meßrohr. Der Kontakt der Halterung zum Ultraschallwandler findet über den Elastomer-Formkörper in einem akustisch ruhigen Gebiet statt. Auch die Form der Halterungseinrichtung ist so be¬ stimmt, daß kein Kontakt zwischen der Zylinderwand des Me߬ rohrs und der Seitenwand des Elastomer-Formkörpers über den gesamten Temperaturbereich auftritt.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Halterungseinrich¬ tung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläu¬ tert:

FIG 1 Die Halterung eines Ultraschallwandlers in einem Wanddurchbruch eines Meßrohrs,

FIG 2 die grundsätzliche Anordnung einer Durchflußmeßein¬ richtung in bekannter Art.

FIG 1 zeigt die erfindungsgemäße Halterungseinrichtung zur Halterung eines als Topfwandler ausgebildeten Ultraschall- wandlers 11,12 in einer Zylinderbohrung 13 eines Meßrohrs 14 oder eines an diesem angeformten Rohrstutzens, wie in FIG 2 dargestellt.

Der Ultraschallwandler besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Topfgehäuse 11 und einer Piezo-Keramikscheibe 12, die bodenseitig im Hohlraum des Topfgehäuses 11 liegt, sowie einem nach außen geführten, die Piezo-Keramikscheibe 12 kontaktierenden elektrischen Anschluß 15.

Die Mantelfläche 16 des Ultraschallwandlers 11,12 ist rück¬ seitig, d.h. in dem in der FIG 1 oben liegenden Bereich, von einem zylindrisch geformten Elastomer-Formkörper 17 eng um¬ hüllt, wobei sich dieser über den Topfrand 18 des Ultra- schallwandlers hinaus erstreckt und die Mantelfläche 16 rück¬ seitig nur bis zu einer Höhe im Bereich von 25 % - 60 % der

gesamten Mantelhöhe 19 belegt. Der Elastomer-Formkörper 17 ist parallel und ebenmäßig in einem Abstand von mindestens 10 % der Mantelhöhe 19 zum Topfrand 18 abgeschlossen und hier mit einem Halteflansch 20 verbunden.

Der Halteflansch 20 weist gegenüber dem Durchmesser der Zylinderbohrung 13 ein Übermaß auf und ist auf einem Absatz 21 an der Außenseite der Zylinderbohrung 13 abgestützt. Auf der anderen Seite liegt auf dem Halteflansch 20 eine scheibenförmige Halteplatte 22 mit einer zentralen Bohrung 23 auf, deren Durchmesser zumindest nicht kleiner als der Außen¬ durchmesser 26 des Topfgehäuses 11 sein sollte. Durch die zentrale Bohrung 23 ist der elektrische Anschluß 15 des Ultraschallwandlers 11,12 nach außen geführt.

Die der Ultraschall-Abstrahlrichtung zugewandte Seite, d.h. in FIG 1 nach unten gerichtete Fläche 24 des Elastomer-Form¬ körpers 17, ist am Außenrand abgerundet oder abgeschrägt in einem Winkel α = 45° ± 15°. Diese Abschrägung verhindert eine Ausbreitung einer möglichen Eigenschwingung der Ummantelung und damit die Übertragung dieser Schwingung an die Wand des Meßrohrs.

Der Durchmesser der Zylinderbohrung 13 des Meßrohrs 14 bzw. des Rohrstutzens gemäß FIG 2 am Meßrohr 14, in die der Ultra¬ schallwandler 11,12 hineinragt, ist so groß, daß eine Berüh¬ rung der Zylinderwand 27 durch den Elastomer-Formkörper 17 in jedem Betriebszustand, z.B. über den gesamten Betriebstem¬ peraturbereich sicher vermieden wird.

Das Elastomer des Formkörpers 17 hat einen Glasübergangspunkt von kleiner oder gleich 0 °C und eine Shore Härte von 25 - 70. Außerdem ist das Elastomer danach ausgewählt, daß es im Betriebsfrequenzbereich der Ultraschallwandler 11,12 akustisch dämpfend wirkt.