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DE102023110124B3 - Vibration level switch and cable for a vibration level switch - Google Patents

Vibration level switch and cable for a vibration level switch Download PDF

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DE102023110124B3
DE102023110124B3 DE102023110124.2A DE102023110124A DE102023110124B3 DE 102023110124 B3 DE102023110124 B3 DE 102023110124B3 DE 102023110124 A DE102023110124 A DE 102023110124A DE 102023110124 B3 DE102023110124 B3 DE 102023110124B3
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DE
Germany
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cable
piezo element
current
vibration
level switch
Prior art date
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DE102023110124.2A
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German (de)
Inventor
Maximilian Haas
Frank Becherer
Benjamin Schätzle
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Vega Grieshaber KG
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Vega Grieshaber KG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft Vibrationsgrenzstandschalter zur Füllstandsmessung eines Behälters mit einem Messmedium, wobei der Vibrationsgrenzstandschalter ein erstes Sensorgehäuse mit einer Elektronikeinheit, ein zweites Sensorgehäuse mit einem Piezoelement zum Erzeugen und Empfangen einer Schwingung und mindestens ein Kabel aufweist, das einen elektrischen Leiter zur stromleitenden Verbindung der Elektronikeinheit mit dem Piezoelement besitzt, wobei das zweite Sensorgehäuse zur Aufnahme des Kabels entlang eines Endabschnitts ausgebildet ist und das Piezoelement einen Stecker zur Aufnahme des Kabels aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kabel für einen solchen Vibrationsgrenzstandschalter, wobei das Kabel einen elektrischen Leiter aufweist, der zur stromleitenden Verbindung der Elektronikeinheit mit dem Piezoelement des Vibrationsgrenzstandschalters ausgebildet ist. Um einen Vibrationsgrenzstandschalter und ein Kabel für einen solchen Vibrationsgrenzstandschalter vorzuschlagen, der/das explosionsschutzkonform ausgebildet ist und somit den einschlägigen Vorgaben des Explosionsschutzes genügt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Kabel eine stromisolierende Ummantelung aufweist, die entlang eines Abschnitts zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorgehäuse und entlang eines ersten Teilbereichs des Endabschnitts eine explosionsschutzkonforme Manteldicke aufweist und entlang eines zweiten Teilbereichs des Endabschnitts eine verringerte Manteldicke aufweist, die eine stromleidende Steckverbindung zwischen dem Kabel und dem Stecker des Piezoelementes erlaubt.The invention relates to vibration limit switches for measuring the fill level of a container with a measuring medium, wherein the vibration limit switch has a first sensor housing with an electronic unit, a second sensor housing with a piezo element for generating and receiving a vibration and at least one cable which has an electrical conductor for the current-conducting connection of the electronic unit to the piezo element, wherein the second sensor housing is designed to accommodate the cable along an end section and the piezo element has a plug for receiving the cable. The invention further relates to a cable for such a vibration limit switch, wherein the cable has an electrical conductor which is designed to provide a current-conducting connection of the electronic unit to the piezo element of the vibration limit switch. In order to propose a vibration limit switch and a cable for such a vibration limit switch which is designed to comply with explosion protection and thus meets the relevant explosion protection requirements, it is proposed according to the invention that the cable has a current-insulating sheath which has an explosion-protection-compliant sheath thickness along a section between the first and second sensor housings and along a first partial region of the end section and has a reduced sheath thickness along a second partial region of the end section, which allows a current-carrying plug connection between the cable and the plug of the piezo element.

Description

Die Erfindung betrifft Vibrationsgrenzstandschalter zur Füllstandsmessung eines Behälters mit einem Messmedium, wobei der Vibrationsgrenzstandschalter ein erstes Sensorgehäuse mit einer Elektronikeinheit, ein zweites Sensorgehäuse mit einem Piezoelement zum Erzeugen und Empfangen einer Schwingung und mindestens ein Kabel aufweist, das einen elektrischen Leiter zur stromleitenden Verbindung der Elektronikeinheit mit dem Piezoelement besitzt, wobei das zweite Sensorgehäuse zur Aufnahme des Kabels entlang eines Endabschnitts ausgebildet ist und das Piezoelement einen Stecker zur Aufnahme des Kabels aufweist.The invention relates to vibration limit level switches for measuring the fill level of a container with a measuring medium, wherein the vibration limit level switch has a first sensor housing with an electronic unit, a second sensor housing with a piezo element for generating and receiving a vibration and at least one cable which has an electrical conductor for the current-conducting connection of the electronic unit to the piezo element, wherein the second sensor housing is designed to receive the cable along an end section and the piezo element has a plug for receiving the cable.

Ferner betrifft die Erfindung ein Kabel für einen solchen Vibrationsgrenzstandschalter, wobei das Kabel einen elektrischen Leiter aufweist, der zur stromleitenden Verbindung der Elektronikeinheit mit dem Piezoelement des Vibrationsgrenzstandschalters ausgebildet ist.Furthermore, the invention relates to a cable for such a vibration limit switch, wherein the cable has an electrical conductor which is designed for the current-conducting connection of the electronic unit with the piezo element of the vibration limit switch.

Vibrationsgrenzstandschalter der angesprochenen Art sind nach dem Stand der Technik bekannt und ausgebildet, um den Füllstand eines Behälters, wie beispielsweise eines Containers oder eines Silos, mit einem Messmedium, wie beispielsweise einer Flüssigkeit oder Schüttgut, zu bestimmen. Hierzu erzeugt das Piezoelement eine mechanische Schwingung, die auf einen mechanischen Schwinger übertragen wird. Der mechanische Schwinger wird hierdurch zur Schwingung mit seiner Eigenfrequenz angeregt, die insbesondere von der Eintauchtiefe des mechanischen Schwingers in das Messmedium abhängig ist. Die Eigenschwingung des mechanischen Schwingers überträgt sich in umgekehrter Richtung auf das Piezoelement, das ein frequenzabhängiges Signal an die Elektronikeinheit sendet. Das Piezoelement ist hierzu beispielsweise über einen Flexleiter mit der Elektronikeinheit verbunden, die als Abgleichprint ausgestaltet sein kann oder einen Abgleichprint aufweisen kann. Das frequenzabhängige Eingangssignal wird dort beispielsweise unter Berücksichtigung einer Kalibriermessung derart ausgewertet, dass der Füllstand des Behälters bestimmt wird.Vibration limit switches of the type mentioned are known in the art and are designed to determine the fill level of a container, such as a container or a silo, with a measuring medium, such as a liquid or bulk material. To do this, the piezo element generates a mechanical vibration that is transmitted to a mechanical oscillator. The mechanical oscillator is thereby excited to oscillate at its natural frequency, which depends in particular on the immersion depth of the mechanical oscillator in the measuring medium. The natural vibration of the mechanical oscillator is transmitted in the opposite direction to the piezo element, which sends a frequency-dependent signal to the electronic unit. For this purpose, the piezo element is connected to the electronic unit via a flexible conductor, for example, which can be designed as a calibration print or can have a calibration print. The frequency-dependent input signal is evaluated there, for example taking into account a calibration measurement, in such a way that the fill level of the container is determined.

Vibrationsgrenzstandschalter der vorbezeichneten Art sind beispielsweise aus EP 2 503860 A1 und EP 3 542 405 B1 bekannt.Vibration level switches of the type described above are made, for example, from EP 2 503860 A1 and EP 3 542 405 B1 known.

Die Verwendung des bekannten Vibrationsgrenzstandschalters in explosionsgefährdeten Bereichen ist nicht ohne Anpassungen der einzelnen Baugruppen möglich. Insbesondere das Kabel, das die Elektronikeinheit mit dem Piezoelement verbindet, muss eine stromisolierende Ummantelung aufweisen, die den einschlägigen Bedingungen/Richtlinien des Explosionsschutzes genügt und somit explosionsschutzkonform ausgebildet ist. Es ist stets ein Abstand von mindestens 0,5 mm zwischen dem stromführenden Leiter und dem Gehäuse des Vibrationsgrenzstandschalters einzuhalten. Die stromisolierende Ummantelung des Kabels wird in explosionsschutzkonformer Weise derart dimensioniert, dass stets ein Abstand zwischen dem stromführenden Leiter und dem Gehäuse des Vibrationsgrenzstandschalters von 0,5 mm eingehalten ist. Häufig wird ein Kabel verwendet, das durchgehend eine Isolation mit einer Ummantelung des stromführenden Leiters von mindestens 0,5 mm Dicke aufweist.The use of the known vibration limit switch in potentially explosive areas is not possible without adaptations to the individual components. In particular, the cable that connects the electronic unit to the piezo element must have a current-insulating sheath that satisfies the relevant conditions/guidelines for explosion protection and is therefore designed to comply with explosion protection. A distance of at least 0.5 mm must always be maintained between the current-carrying conductor and the housing of the vibration limit switch. The current-insulating sheath of the cable is dimensioned in a manner that complies with explosion protection requirements so that a distance of 0.5 mm is always maintained between the current-carrying conductor and the housing of the vibration limit switch. A cable is often used that has continuous insulation with a sheath of the current-carrying conductor that is at least 0.5 mm thick.

Bei einem Vibrationsgrenzstandschalter, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist, kann nicht ohne weiteres ein Kabel mit einer explosionsschutzkonformen Isolation verbaut werden, weil der Stecker am Piezoelement nicht zur stromleitenden Verbindung eines Kabels mit einer derart dicken Ummantelung ausgebildet ist. Durch eine etwaige Umgestaltung des Steckers, der zur Aufnahme eines solchen Kabels ausgelegt wäre, würde jedoch eine vergleichsweise große Masse, insbesondere eine Masse von mehr als 2,5 g, in das Piezoelement eingebracht werden, die sich aufgrund der Massenträgheit auf die Erzeugung und auf den Empfang der Schwingungen auswirkt. Insofern ergeben sich im Falle eines Kabels mit einer vergleichsweise dicken stromisolierenden Ummantelung Messfehler, die sich auch auf eine fehlerhafte Bestimmung der Füllhöhe des Behälters mit dem Messmedium auswirken.In a vibration level switch as is known from the state of the art, a cable with explosion-proof insulation cannot simply be installed because the plug on the piezo element is not designed to conduct electricity to a cable with such a thick sheath. However, any redesign of the plug, which would be designed to accommodate such a cable, would introduce a relatively large mass, in particular a mass of more than 2.5 g, into the piezo element, which would affect the generation and reception of the vibrations due to the mass inertia. In this respect, in the case of a cable with a relatively thick current-insulating sheath, measurement errors arise which also affect an incorrect determination of the filling level of the container with the measuring medium.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Vibrationsgrenzstandschalter und ein Kabel für einen solchen Vibrationsgrenzstandschalter vorzuschlagen, der/das explosionsschutzkonform ausgebildet ist und somit den einschlägigen Vorgaben des Explosionsschutzes genügt. Der Vibrationsgrenzstandschalter soll dabei kostenschonend ausgebildet sein und im Vergleich zu bekannten Vibrationsgrenzstandschaltern, die nicht explosionsschutzkonform ausgebildet sind, ein Minimum an baulichen Änderungen besitzen.It is therefore the object of the invention to propose a vibration limit switch and a cable for such a vibration limit switch which is designed to comply with explosion protection and thus meets the relevant explosion protection requirements. The vibration limit switch should be designed to be cost-effective and, in comparison to known vibration limit switches which are not designed to comply with explosion protection, have a minimum of structural changes.

Diese Aufgabe wird durch den Vibrationsgrenzstandschalter nach Anspruch 1 und das Kabel nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the vibration limit switch according to claim 1 and the cable according to claim 10.

Erfindungsgemäß weist das Kabel eine stromisolierende Ummantelung auf, die entlang eines Abschnitts zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorgehäuse und entlang eines ersten Teilbereichs des Endabschnitts eine explosionsschutzkonforme Manteldicke aufweist und entlang eines zweiten Teilbereichs des Endabschnitts eine verringerte Manteldicke aufweist, die eine stromleitende Steckverbindung zwischen dem Kabel und dem Stecker des Piezoelementes erlaubt. Mit anderen Worten, die Manteldicke der stromisolierenden Ummantelung wird innerhalb eines Endabschnitts des Kabels von einer explosionsschutzkonformen Manteldicke soweit reduziert, dass das Kabel einen Einführdurchmesser aufweist, der das Einführen des Kabels in den Stecker ermöglicht.According to the invention, the cable has a current-insulating sheath which has an explosion-proof sheath thickness along a section between the first and second sensor housings and along a first partial area of the end section and has a reduced sheath thickness along a second partial area of the end section, which allows a current-conducting plug connection between the cable and the plug of the piezo element. In other words, the sheath thickness of the current-insulating The sheathing is reduced within one end section of the cable from an explosion-proof sheathing thickness to such an extent that the cable has an insertion diameter that allows the cable to be inserted into the connector.

Durch die Verringerung der Manteldicke der stromisolierenden Ummantelung besitzt das Kabel an seinem Endabschnitt eine Geometrie, mit der eine Verbindung mit einem Stecker herstellbar ist, der bei gängigen Piezoelementen bekannter Vibrationsgrenzstandschalter verbaut ist. Es kann dadurch ein marktübliches Standardstecksystem verwendet werden, das aufgrund der hohen Stückzahlen in anderen Anwendungen kostengünstig erhältlich ist. Stecksysteme werden nämlich von Herstellern entwickelt und zertifiziert, sodass ein spezielles Stecksystem für in geringer Stückzahl nicht wirtschaftlich verbaut werden kann. Dabei wird der explosionsschutzkonforme Mindestabstand zwischen dem Stromleiter und dem Gehäuse lückenlos eingehalten. Im ersten Teilbereich des Endabschnitts mit der dort explosionsschutzkonform ausgestalteten Ummantelung stützt sich das Kabel am Gehäuse ab, weshalb der geforderte Mindestabstand nicht unterschritten werden kann. Im zweiten Teilbereich des Endabschnitts resultiert die Beabstandung aus der Aufnahme des Kabels in den Stecker des Piezoelementes, der in einer entsprechenden Beabstandung zum Gehäuse angeordnet ist. Insgesamt wird ein Unterschreiten des Mindestabstandes verhindert.By reducing the thickness of the current-insulating sheath, the cable has a geometry at its end section that allows a connection to be made with a plug that is installed in common piezo elements of well-known vibration limit switches. This means that a standard commercially available plug system can be used, which is inexpensive to obtain in other applications due to the high quantities. Plug systems are developed and certified by manufacturers, so that a special plug system cannot be installed economically in small quantities. The minimum distance between the current conductor and the housing that complies with explosion protection requirements is maintained without gaps. In the first part of the end section, with the sheath designed to comply with explosion protection, the cable rests on the housing, which is why the required minimum distance cannot be undercut. In the second part of the end section, the spacing results from the cable being inserted into the plug of the piezo element, which is arranged at a corresponding distance from the housing. Overall, the minimum distance is prevented from being undercut.

Ferner ist die Masse des Steckers durch die Verwendung des im Endabschnitt verjüngten Kabels hinreichend gering, sodass Messfehler aufgrund der Massenträgheit des Steckers beim Senden und Empfangen von Schwingungen wirksam vermieden werden.Furthermore, the mass of the connector is sufficiently low due to the use of the cable tapered in the end section, so that measurement errors due to the mass inertia of the connector when sending and receiving vibrations are effectively avoided.

Das erste Sensorgehäuse und das zweite Sensorgehäuse können durch ein Tragkabel oder ein Tragrohr miteinander mechanisch verbunden sein, oder ineinander übergehen und ein einheitliches kompaktes Gehäuse bilden.The first sensor housing and the second sensor housing can be mechanically connected to each other by a support cable or a support tube, or they can merge into each other and form a uniform, compact housing.

Insofern ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein explosionsschutzkonformer Vibrationsgrenzstandschalter, der im Vergleich zu bekannten Vibrationsgrenzstandschaltern ein Minimum an baulich bedingten Änderungen aufweist und daher auch kostenschonend herstellbar ist.In this respect, the design according to the invention results in an explosion-proof vibration limit switch which, compared to known vibration limit switches, has a minimum of structural changes and can therefore also be manufactured cost-effectively.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend und in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified below and in the subclaims.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die stromisolierende Ummantelung des Kabels in einem Abschnitt mit einer explosionsschutzkonformen Manteldicke eine Manteldicke von mindestens 0,5 mm aufweist. Bei einer solchen Manteldicke liegt ein hinreichender Abstand zwischen dem Leiter und dem (stromleitenden) Gehäuse vor, so dass dem Explosionsschutz entsprochen wird.Preferably, the current-insulating sheath of the cable has a sheath thickness of at least 0.5 mm in a section with a sheath thickness that complies with explosion protection requirements. With such a sheath thickness, there is a sufficient distance between the conductor and the (current-conducting) housing so that explosion protection is met.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die stromisolierende Ummantelung des Kabels entlang des zweiten Teilbereichs des Endabschnitts eine Manteldicke von weniger als 0,5 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 0,15 mm, aufweist. Bei einer solchen Manteldicke ist das Einführen des Kabels in herkömmliche Stecker möglich, insbesondere das Einführen des Kabels in herkömmliche Stecker mit einer Schneidklemmkontaktierung, wie sie üblicher Weise in Piezoelementen verbaut sind. Hierbei ist die stromisolierende Ummantelung nicht vollständig entfernt.According to an advantageous development, the current-insulating sheath of the cable along the second partial area of the end section has a sheath thickness of less than 0.5 mm, in particular from 0.1 mm to 0.15 mm. With such a sheath thickness, it is possible to insert the cable into conventional plugs, in particular to insert the cable into conventional plugs with an insulation displacement contact, as is usually installed in piezo elements. In this case, the current-insulating sheath is not completely removed.

Vorzugsweise ist die Länge des zweiten Teilbereichs größer, als die Tiefe des Steckers des Piezoelementes, so dass sich im montierten Zustand des Kabels in einem Abschnitt zwischen dem Piezoelement und dem ersten Teilbereich des Endabschnitts eine Beabstandung zwischen dem Kabel und dem zweiten Sensorgehäuse ergibt. In diesem Bereich bzw. entlang dieses Abschnitts entsteht zwischen dem Kabel und dem Gehäuse ein Luftspalt.Preferably, the length of the second partial area is greater than the depth of the plug of the piezo element, so that when the cable is mounted, a spacing between the cable and the second sensor housing occurs in a section between the piezo element and the first partial area of the end section. In this area or along this section, an air gap is created between the cable and the housing.

Das Sensorgehäuse weist vorzugsweise einen Resonator und eine Membran auf, die ausgebildet ist, um Schwingungen von dem Piezoelement zum Resonator und von dem Resonator zum Piezoelement zu übertragen. Das Piezoelement kann hierzu in bekannter Weise mit der Membran verschweißt oder formschlüssig verbunden sein.The sensor housing preferably has a resonator and a membrane which is designed to transmit vibrations from the piezo element to the resonator and from the resonator to the piezo element. For this purpose, the piezo element can be welded to the membrane in a known manner or connected in a form-fitting manner.

Beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Vibrationsgrenzstandschalters schwingt der Resonator mit seiner Eigenfrequenz, die abhängig von einer Eintauchtiefe des Resonators in das Messmedium ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Resonator als Schwinggabel ausgebildet ist. Unabhängig hiervon ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Membran stoffschlüssig mit dem Resonator verbunden ist, was eine nahezu verlustfreie Übertragung der Schwingungen begünstigt.When the vibration level switch is used as intended, the resonator oscillates at its natural frequency, which depends on the depth at which the resonator is immersed in the measuring medium. It is preferably provided that the resonator is designed as a tuning fork. Irrespective of this, it is preferably provided that the membrane is integrally connected to the resonator, which promotes a virtually loss-free transmission of the vibrations.

Zur Herstellung einer stromleitenden Verbindung zwischen dem Kabel und dem Stecker des Piezoelementes besitzt der Stecker vorzugsweise eine Schneidklemme mit mindestens einer Schneide, die die Ummantelung des Kabels im montierten Zustand durchgreift und den elektrischen Leiter kontaktiert. Die Schneidklemme ist vorzugsweise als lösbares Verbindungselement ausgestaltet. Bei der Erstmontage wird das Kabel in den Stecker eingeführt und die Schneidklemme geschlossen. Hierbei durchschneidet die Schneidklemme mit der mindestens einen Schneide die stromisolierende Ummantelung des Kabels und gelangt in stromleitenden Kontakt mit dem Leiter. Insofern ist die Reduktion der Manteldicke der stromisolierenden Ummantelung im Bereich des Steckers auch deshalb vorteilhaft, weil gängige Schneidklemmen nur dazu ausgebildet sind, Kabel mit einer vergleichsweise geringen Manteldicke der stromisolierenden Ummantelung zu durchtrennen. Die Manteldicke von explosionsschutzkonformen Kabeln mit einer durchgehenden Manteldicke von mindestens 0,5 mm ist zu groß und die Schneidklemme gelangt beim Durchschneiden der Ummantelung nicht bis zum Leiter, so dass kein stromleitender Kontakt entsteht.To create a current-conducting connection between the cable and the plug of the piezo element, the plug preferably has an insulation displacement clamp with at least one cutting edge that penetrates the cable sheathing in the assembled state and contacts the electrical conductor. The insulation displacement clamp is preferably designed as a detachable connecting element. During initial assembly, the cable is inserted into the plug and the insulation displacement clamp is closed. The insulation displacement clamp cuts through the current-insulating sheathing of the cable with the at least one cutting edge and comes into current-conducting contact with the conductor. In this respect, the reduction in the thickness of the current-insulating sheath in the area of the plug is also advantageous because common insulation displacement terminals are only designed to cut through cables with a comparatively small thickness of the current-insulating sheath. The sheath thickness of explosion-proof cables with a continuous sheath thickness of at least 0.5 mm is too large and the insulation displacement terminal does not reach the conductor when cutting through the sheath, so that no current-conducting contact is created.

Der elektrische Leiter des Kabels ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als Litze, als Volldraht oder als Bündel mehrerer Litzen ausgebildet ist. Derartige Leiter sind einfach aufgebaut und haben sich als störungsfreie Stromleiter bewährt.According to an advantageous development of the invention, the electrical conductor of the cable is designed as a stranded wire, as a solid wire or as a bundle of several strands. Such conductors are simply constructed and have proven to be interference-free current conductors.

Konkrete Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1a-c schematische Darstellungen eines Vibrationsgrenzstandschalters,
  • 2 eine Querschnittsdarstellung eines Kabels und
  • 3 eine Detailansicht der Einbaulage eines Kabels in einer schematischen Querschnittsansicht.
Specific embodiments of the invention are explained with reference to the figures. They show:
  • 1a -c schematic representations of a vibrating level switch,
  • 2 a cross-sectional view of a cable and
  • 3 a detailed view of the installation position of a cable in a schematic cross-sectional view.

1a zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung einen Vibrationsgrenzstandschalter 1, der zur Füllstandsmessung eines Behälters 2 mit einem Messmedium 3 ausgebildet ist, das im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Flüssigkeit 31 ist. Der Vibrationsgrenzstandschalter 1 weist ein erstes Sensorgehäuse 41 mit einer Elektronikeinheit 5, ein zweites Sensorgehäuse 42 mit einem Piezoelement 6 zum Erzeugen und Empfangen einer Schwingung und ein Kabel 7 auf, das die Elektronikeinheit 5 mit dem Piezoelement 6 stromleitenden verbindet, wozu das Piezoelement 6 einen Stecker 8 besitzt. Das Piezoelement 6 ist mit einer Membran 9 verklebt, die mit einem Resonator 10 in Form einer Schwinggabel 101 verbunden ist. Durch eine gerichtete oder ungerichtete Schwingung des Piezoelementes 6 überträgt sich die Schwingung über die Membran 9 auf den Resonator 10, der hierdurch zu einer Schwingung in seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Die Eigenfrequenz des Resonators 10 ist nicht nur von der Geometrie und der Beschaffenheit des Resonators 10 abhängig, sondern auch von der Eintauchtiefe TE des Resonators 10 in das Messmedium 3. Die Schwingung des Resonators 10 in seiner Eigenfrequenz wird auf das Piezoelement 6 übertragen, das ein frequenzabhängiges Signal erzeugt, dass der Elektronikeinheit 5 übermittelt wird. Dort wird unter Berücksichtigung der bekannten Einbaulage des zweiten Sensorgehäuses 42 bzw. des Resonator 10 und einer Kalibriermessung der Füllstand TF des Behälters 3 bestimmt. Das Kabel 7 des Vibrationsgrenzstandschalters 1 besitzt mehrere Abschnitte, nämlich einen Abschnitt 11, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorgehäuse 41, 42 erstreckt, und einen Endabschnitt 12, der vom zweiten Sensorgehäuse 42 aufgenommen wird. Der Endabschnitt 12 weist wiederum mehrere Bereiche auf, die mit Bezug auf die 2 und 3 genauer erläutert werden. 1a shows a schematic cross-sectional view of a vibration limit switch 1 which is designed to measure the fill level of a container 2 with a measuring medium 3, which in the embodiment shown is a liquid 31. The vibration limit switch 1 has a first sensor housing 41 with an electronics unit 5, a second sensor housing 42 with a piezo element 6 for generating and receiving a vibration and a cable 7 which connects the electronics unit 5 to the piezo element 6 in a current-conducting manner, for which purpose the piezo element 6 has a plug 8. The piezo element 6 is glued to a membrane 9 which is connected to a resonator 10 in the form of a tuning fork 101. Through a directed or undirected vibration of the piezo element 6, the vibration is transmitted via the membrane 9 to the resonator 10, which is thereby excited to vibrate at its natural frequency. The natural frequency of the resonator 10 depends not only on the geometry and the nature of the resonator 10, but also on the immersion depth T E of the resonator 10 in the measuring medium 3. The vibration of the resonator 10 in its natural frequency is transmitted to the piezo element 6, which generates a frequency-dependent signal that is transmitted to the electronic unit 5. There, the fill level T F of the container 3 is determined taking into account the known installation position of the second sensor housing 42 or the resonator 10 and a calibration measurement. The cable 7 of the vibration limit switch 1 has several sections, namely a section 11 that extends between the first and second sensor housings 41, 42, and an end section 12 that is received by the second sensor housing 42. The end section 12 in turn has several areas that are connected to the 2 and 3 be explained in more detail.

Bei dem Vibrationsgrenzstandschalter nach 1a ist das Kabel 7 als Tragkabel ausgebildet. Alternativ hierzu kann zwischen dem ersten Sensorgehäuse 41 und dem zweiten Sensorgehäuse 42 ein Tragrohr 19 angeordnet sein, in dem das Kabel 7 verläuft. Ferner ist nach 1c eine weitere alternative Ausführungsform vorgesehen, nach der das erste Sensorgehäuse 41 und das zweite Sensorgehäuse 42 derart miteinander verbunden sind, dass sie ein kompaktes Sensorgehäuse 43 bilden, das das Kabel 7 vollständig aufnimmt.The vibration level switch according to 1a the cable 7 is designed as a support cable. Alternatively, a support tube 19 can be arranged between the first sensor housing 41 and the second sensor housing 42, in which the cable 7 runs. Furthermore, according to 1c A further alternative embodiment is provided, according to which the first sensor housing 41 and the second sensor housing 42 are connected to one another in such a way that they form a compact sensor housing 43 which completely accommodates the cable 7.

Zur explosionsschutzkonformen Ausgestaltung des Vibrationsgrenzstandschalters 1 besitzt das Kabel 7 eine Geometrie, die detailliert in den 2 und 3 gezeigt ist.For the explosion protection compliant design of the vibration level switch 1, the cable 7 has a geometry which is described in detail in the 2 and 3 is shown.

Das Kabel 7 besitzt einen elektrischen Leiter 13 aus einem Bündel aus mehreren Litzen 131, die jeweils eine separate und eine gemeinsame stromisolierende Ummantelung 14 mit einer Manteldicke DM aufweisen. Die gemeinsame stromisolierende Ummantelung 14 weist in dem Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorgehäuse 41, 42 sowie entlang eines ersten Teilbereichs 15 des Endabschnitts 12 mit der Länge L1 eine explosionsschutzkonforme Manteldicke DM1 auf, so dass ein hinreichender Isolierabstand gegeben ist. Hierdurch ergibt sich insbesondere innerhalb des Endabschnitts 12 eine hinreichende Beabstandung zwischen den Litzen 131 und dem zweiten Sensorgehäuse 42. Das Kabel 7 weist entlang eines zweiten Teilbereichs 16 des Endabschnitts 12 mit der Länge L2 eine verringerte Manteldicke DM2 auf, sodass sich der Durchmesser des Kabels 7 auf einen Einführdurchmesser DE verringert, der eine Steckverbindung mit dem Stecker 8 erlaubt. Innerhalb des Steckers 8 wird das Kabel 7 von einer Schneidklemme 17 mit zwei Schneiden 171 fixiert, die die stromisolierende Ummantelung 14 des Kabels 7 lokal durchschneiden und die Litzen 131 stromleitenden kontaktieren. Zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich des Endabschnitts 15, 16 ist ein dritter Teilbereich 18 des Kabels mit der Länge L3 ausgebildet, bei dem sich die Manteldicke DM der stromisolierenden Ummantelung 14 von der Manteldicke DM1 bis zur Manteldicke DM2 konusförmig reduziert/verringert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge L2 des zweiten Teilbereichs größer als die Tiefe TS des Steckers 8 des Piezoelementes 6, sodass sich im montierten Zustand des Kabels 7 in den Teilbereichen 16, 18 zwischen dem Piezoelement und dem ersten Teilbereich 15 des Endabschnitts 12 eine Beanstandung zwischen dem Kabel 7 und dem zweiten Sensorgehäuse 42 ergibt. Die Länge dieses Bereiches kann durch die Wahl der jeweiligen Längen L2, L3 des zweiten und dritten Teilbereichs 16, 18 eingestellt werden. Der Bereich 16 mit der Länge L2 sollte nicht zu lang gewählt werden, damit die Einhaltung des Isolationsabstandes sichergestellt ist.The cable 7 has an electrical conductor 13 made up of a bundle of several strands 131, each of which has a separate and a common current-insulating sheath 14 with a sheath thickness D M. The common current-insulating sheath 14 has an explosion-proof sheath thickness D M1 in the section between the first and second sensor housings 41, 42 and along a first partial area 15 of the end section 12 with the length L 1 , so that a sufficient insulation distance is provided. This results in a sufficient spacing between the strands 131 and the second sensor housing 42, particularly within the end section 12. The cable 7 has a reduced sheath thickness D M2 along a second partial area 16 of the end section 12 with the length L 2 , so that the diameter of the cable 7 is reduced to an insertion diameter D E , which allows a plug connection to the connector 8. Within the plug 8, the cable 7 is fixed by an insulation displacement terminal 17 with two cutting edges 171, which locally cut through the current-insulating sheath 14 of the cable 7 and make current-conducting contact with the strands 131. Between the first and the second partial area of the end section 15, 16, a third partial area 18 of the cable with the length L 3 is formed, in which the sheath thickness D M of the current-insulating sheath 14 is reduced/decreased in a conical shape from the sheath thickness D M1 to the sheath thickness D M2 . In the embodiment shown, the Length L 2 of the second partial area is greater than the depth T S of the plug 8 of the piezo element 6, so that when the cable 7 is mounted, there is a gap between the cable 7 and the second sensor housing 42 in the partial areas 16, 18 between the piezo element and the first partial area 15 of the end section 12. The length of this area can be set by selecting the respective lengths L 2 , L 3 of the second and third partial areas 16, 18. The area 16 with the length L 2 should not be chosen to be too long in order to ensure that the insulation distance is maintained.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
VibrationsgrenzstandschalterVibration level switch
22
Behältercontainer
33
MessmediumMeasuring medium
3131
Flüssigkeitliquid
4141
erstes Sensorgehäusefirst sensor housing
4242
zweites Sensorgehäusesecond sensor housing
4343
kompaktes Sensorgehäusecompact sensor housing
55
ElektronikeinheitElectronic unit
66
PiezoelementPiezo element
77
KabelCable
88th
SteckerPlug
99
Membranmembrane
1010
ResonatorResonator
101101
SchwinggabelTuning fork
1111
Abschnitt zwischen erstem und zweitem SensorgehäuseSection between first and second sensor housing
1212
EndabschnittEnd section
1313
LeiterDirector
131131
LitzeStrand
1414
UmmantelungSheathing
1515
erster Teilbereich des Endabschnittsfirst part of the final section
1616
zweiter Teilbereich des Endabschnittssecond part of the final section
1717
SchneidklemmeInsulation clamp
171171
SchneideCutting
1818
dritter Teilbereich des Endabschnittsthird part of the final section
1919
TragrohrSupport tube
DEEN
EinführdurchmesserInsertion diameter
DMDM
ManteldickeSheath thickness
DM1DM1
explosionsschutzkonforme ManteldickeExplosion-proof jacket thickness
DM2DM2
verringerte Manteldickereduced jacket thickness
TETE
EintauchtiefeImmersion depth
TSTS
Tiefe des SteckersDepth of the plug
TFTFS
FüllstandFill level
L1, 2, 3L1, 2, 3
Längen der Teilbereiche des EndabschnittsLengths of the sections of the final section

Claims (10)

Vibrationsgrenzstandschalter (1) zur Füllstandsmessung eines Behälters (2) mit einem Messmedium (3, 31), wobei der Vibrationsgrenzstandschalter (1) ein erstes Sensorgehäuse (41) mit einer Elektronikeinheit (5), ein zweites Sensorgehäuse (42) mit einem Piezoelement (6) zum Erzeugen und Empfangen einer Schwingung und mindestens ein Kabel (7) aufweist, das einen elektrischen Leiter (13) zur stromleitenden Verbindung der Elektronikeinheit (5) mit dem Piezoelement (6) besitzt, wobei das zweite Sensorgehäuse (42) zur Aufnahme des Kabels (7) entlang eines Endabschnitts (12) ausgebildet ist und das Piezoelement (6) einen Stecker (8) zur Aufnahme des Kabels (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (7) eine stromisolierende Ummantelung (14) aufweist, die entlang eines Abschnitts (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorgehäuse (41, 42) und entlang eines ersten Teilbereichs (15) des Endabschnitts (12) eine explosionsschutzkonforme Manteldicke (DM1) aufweist und entlang eines zweiten Teilbereichs (16) des Endabschnitts (12) eine verringerte Manteldicke (DM2) aufweist, die eine stromleitende Steckverbindung zwischen dem Kabel (7) und dem Stecker (8) des Piezoelementes (6) erlaubt.Vibration limit switch (1) for measuring the fill level of a container (2) with a measuring medium (3, 31), wherein the vibration limit switch (1) has a first sensor housing (41) with an electronic unit (5), a second sensor housing (42) with a piezo element (6) for generating and receiving a vibration and at least one cable (7) which has an electrical conductor (13) for the electrically conductive connection of the electronic unit (5) to the piezo element (6), wherein the second sensor housing (42) is designed to accommodate the cable (7) along an end section (12) and the piezo element (6) has a plug (8) for receiving the cable (7), characterized in that the cable (7) has a current-insulating sheath (14) which has an explosion-proof insulation along a section (11) between the first and the second sensor housing (41, 42) and along a first partial area (15) of the end section (12). Sheath thickness (D M1 ) and along a second partial region (16) of the end section (12) has a reduced sheath thickness (D M2 ), which allows a current-conducting plug connection between the cable (7) and the plug (8) of the piezo element (6). Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stromisolierende Ummantelung (14) des Kabels (7) in einem Abschnitt (11, 15) mit der explosionsschutzkonformen Manteldicke (DM1) eine Manteldicke (DM) von mindestens 0,5 mm aufweist.Vibration level switch (1) according to Claim 1 , characterized in that the current-insulating sheath (14) of the cable (7) has a sheath thickness (D M ) of at least 0.5 mm in a section (11, 15) with the explosion-protection-compliant sheath thickness (D M1 ). Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stromisolierende Ummantelung (14) des Kabels (7) entlang des zweiten Teilbereichs (16) des Endabschnitts (12) eine Manteldicke (DM2) von weniger als 0,5 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 0,15 mm, aufweist.Vibration level switch (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the current-insulating sheath (14) of the cable (7) along the second partial region (16) of the end section (12) has a sheath thickness (D M2 ) of less than 0.5 mm, in particular from 0.1 mm to 0.15 mm. Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des zweiten Teilbereichs (16) größer ist als die Tiefe (TS) des Steckers (8) des Piezoelementes (6), so dass sich im montierten Zustand des Kabels (7) in einem Abschnitt zwischen dem Piezoelement (6) und dem ersten Teilbereich (15) des Endabschnitts (12) eine Beabstandung zwischen dem Kabel (7) und dem zweiten Sensorgehäuse (42) ergibt.Vibration level switch (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the length of the second partial area (16) is greater than the depth (T S ) of the plug (8) of the piezo element (6), so that in the assembled state of the cable (7) in a section between the piezo element (6) and the first partial region (15) of the end section (12) results in a spacing between the cable (7) and the second sensor housing (42). Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sensorgehäuse (42) einen Resonator (10) und eine Membran (9) aufweist, die ausgebildet ist, um Schwingungen von dem Piezoelement (6) zum Resonator (10) und von dem Resonator (10) zum Piezoelement (6) zu übertragen.Vibration level switch (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the second sensor housing (42) has a resonator (10) and a membrane (9) which is designed to transmit vibrations from the piezo element (6) to the resonator (10) and from the resonator (10) to the piezo element (6). Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (10) mit einer Eigenfrequenz schwingt, die abhängig von einer Eintauchtiefe (TE) des Resonators (10) in das Messmedium (3) ist.Vibration level switch (1) according to Claim 5 , characterized in that the resonator (10) oscillates at a natural frequency which is dependent on an immersion depth (T E ) of the resonator (10) in the measuring medium (3). Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (10) als Schwinggabel (101) ausgebildet ist.Vibration level switch (1) according to Claim 5 , characterized in that the resonator (10) is designed as a vibrating fork (101). Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (8) des Piezoelementes (6) zur stromleitenden Verbindung mit dem Kabel (7) eine Schneidklemme (17) mit mindestens einer Schneide (171) besitzt, die die Ummantelung (14) des Kabels (7) im montierten Zustand durchgreift und den elektrischen Leiter (13) kontaktiert.Vibration level switch (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the plug (8) of the piezo element (6) for the current-conducting connection to the cable (7) has an insulation displacement terminal (17) with at least one cutting edge (171) which penetrates the sheath (14) of the cable (7) in the assembled state and contacts the electrical conductor (13). Vibrationsgrenzstandschalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (13) des Kabels (7) als Litze (131), als Volldraht oder als Bündel mehrerer Litzen (131) ausgebildet ist.Vibration level switch (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the electrical conductor (13) of the cable (7) is designed as a stranded wire (131), as a solid wire or as a bundle of several strands (131). Kabel (7) für einen Vibrationsgrenzstandschalter (1), der nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestaltet ist, wobei ein Kabel (7) einen elektrischen Leiter (13) aufweist, der zur stromleitenden Verbindung einer Elektronikeinheit (5) mit einem Piezoelement (6) des Vibrationsgrenzstandschalters (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (7) eine stromisolierende Ummantelung (14) aufweist, die entlang eines Abschnitts (11) und entlang eines ersten Teilbereichs (15) eines des Endabschnitts (12) eine explosionsschutzkonforme Manteldicke (DM1) aufweist und entlang eines zweiten Teilbereichs (16) des Endabschnitts (12) eine verringerte Manteldicke (DM2) aufweist, die zur Herstellung einer stromleitenden Steckverbindung zwischen dem Kabel (7) und einem Stecker (8) des Piezoelementes (6) hergerichtet ist.Cable (7) for a vibration level switch (1) which is connected to one of the Claims 1 until 9 is designed, wherein a cable (7) has an electrical conductor (13) which is designed for the current-conducting connection of an electronic unit (5) to a piezo element (6) of the vibration limit level switch (1), characterized in that the cable (7) has a current-insulating sheath (14) which has an explosion-protection-compliant sheath thickness (D M1 ) along a section (11) and along a first partial region (15) of one of the end sections (12) and has a reduced sheath thickness (D M2 ) along a second partial region (16) of the end section (12), which is designed to produce a current-conducting plug connection between the cable (7) and a plug (8) of the piezo element (6).
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