CH646252A5 - Device for detecting a predetermined filling level in a container - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Feststellung eines bestimmten Füllstandes in einem Behälter mit einem zumindest ein in den Behälter hineinragendes als Schwingstab ausgebildetes Schwingungselement aufweisenden Schwingungsgebilde, dessen Schwingungen bei Berühren von in dem Behälter vorhandenen Füllgut gedämpft werden, und mit Einrichtungen zur Auslösung von Anzeige- und/oder Schaltvorgängen in Abhängigkeit der Amplitude der Schwingungen. The invention relates to a device for determining a certain fill level in a container with an at least one vibrating element projecting into the container as a vibrating element and having vibrations, the vibrations of which are damped when the contents in the container are touched, and with devices for triggering a display - And / or switching operations depending on the amplitude of the vibrations.

Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Es wird der Effekt ausgenutzt, dass Schwingungsenergie durch Impulsübertragung von dem Schwingungsgebilde auf das Füllgut übergeht, wodurch das zu Schwingungen angeregte Schwingungsgebilde eine Dämpfung erfährt. Devices of this type are known. The effect is exploited that vibrational energy is transferred from the vibrating structure to the filling material by pulse transmission, as a result of which the vibrating structure excited to vibration is damped.

Aus der DE-PS 582 760 und der GB-PS 1 013 186 sind Vorrichtungen bekannt, bei denen zumindest ein Schwingstab, der auf seiner Resonanzfrequenz zu Biegeschwingungen angeregt wird, in einen zu überwachenden Behälter hineinragt und dessen Schwingungen bei der Berührung mit dem Füllgut gedämpft werden, so dass durch diese Schwingungsänderung der Füllstand angezeigt werden kann. Diese DE-PS 582 760 and GB-PS 1 013 186 devices are known in which at least one vibrating rod, which is excited at its resonance frequency to bending vibrations, protrudes into a container to be monitored and its vibrations are damped when they come into contact with the filling material so that the level can be displayed by this vibration change. These

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bekannten Füllstandsmessvorrichtungen zeigen jedoch den Nachteil, dass der einzelne Schwingstab beträchtliche Wechselkräfte auf die Einspannvorrichtung und damit auf die Behälterwandung ausübt, so dass Schwingungsenergie vom Schwingstab auf die Behälterwandung übertragen wird. Die Leerlaufverluste des Schwingungsgebildes, das sind die Schwingungsenergieverluste, wenn das Schwingungsgebilde nicht in Füllgut eintaucht, sind entsprechend gross. Das Schwingungsantriebssystem muss deshalb leistungsstark ausgelegt sein, um Schwingungen in der Kontrollvorrichtung aufrechtzuerhalten. Das hat jedoch zur Folge, dass das Schwingungsgebilde beim Eintauchen in leichtere Schüttgüter, die ein geringes Dämpfungsvermögen haben, nicht mehr genügend gedämpft wird. Das bedeutet jedoch, dass leichtere Schüttgüter mit diesen Vorrichtungen nicht kontrollierbar sind. Known level measuring devices, however, have the disadvantage that the individual vibrating rod exerts considerable alternating forces on the clamping device and thus on the container wall, so that vibrational energy is transmitted from the vibrating rod to the container wall. The no-load losses of the vibrating structure, that is the vibrational energy losses, if the vibrating structure is not immersed in the product are correspondingly large. The vibration drive system must therefore be designed to be powerful in order to maintain vibrations in the control device. However, this means that the vibration structure is no longer adequately damped when it is immersed in lighter bulk materials that have a low damping capacity. However, this means that lighter bulk goods cannot be controlled with these devices.

Es wurde daher der Vorschlag unterbreitet, anstelle eines Schwingungsstabes zwei parallel nebeneinander angeordnete Schwingstäbe in den Behälter hineinragen zu lassen, die an der Einspannstelle über ein Joch miteinander verbunden sind und in gegensinnige Biegeschwingungen versetzt werden können (DE-AS 1 773 815). Neben dem erheblich grösseren konstruktiven Aufbau im Vergleich zu den Messvorrichtungen mit einem einzigen Schwingstab zeigt die als Stimmgabel ausgebildete Vorrichtung den Nachteil, dass zwischen den Schwingstäben pulverförmige oder faserige Füllgüter hängenbleiben bzw. sich Granulate verklemmen können, so dass eine Dämpfung des Schwingungsgebildes erfolgt, obwohl ein niedriger Füllstand vorhanden ist. The proposal was therefore made to have two vibration rods arranged parallel to one another protrude into the container instead of a vibration rod, which are connected to one another at the clamping point via a yoke and can be set into opposing bending vibrations (DE-AS 1 773 815). In addition to the considerably larger construction compared to the measuring devices with a single vibrating rod, the device designed as a tuning fork has the disadvantage that powdery or fibrous filling materials get stuck between the vibrating rods or granules can become jammed, so that the vibrating structure is damped even though a low level is present.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, ohne Übertragung von Schwingungsenergie zur Behälterwand eine überaus präzise Überwachung der Füllstandshöhe in einem Behälter zu ermöglichen, ohne dass eine aufwendige Konstruktion erforderlich ist. It is therefore an object of the present invention to provide a device of the type mentioned at the outset, which makes it possible to monitor the fill level in a container very precisely without transmitting vibrational energy to the container wall, without requiring a complex construction.

Gleichzeitig soll sichergestellt sein, dass das Schwingungsgebilde keine Fehlmessungen liefert, die zum Beispiel durch Hängenbleiben des Füllgutes an dem Gebilde verursacht werden können. At the same time, it should be ensured that the vibratory structure does not provide any incorrect measurements, which can be caused, for example, by the filling material getting caught on the structure.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Schwingungsgebilde zwei übereinander angeordnete Schwingungselemente aufweist, die als gleiche Resonanzfrequenz aufweisende Drehschwinger ausgebildet und zur Bestimmung des Füllstandes in Schwingungen von entgegengesetztem Drehsinn angeregt sind, wobei das Schwingungsgebilde von einem Antriebssystem in Schwingungen versetzbar ist und die Drehachsen der jeweiligen Drehschwinger übereinander angeordnet sind. The object is achieved according to the invention in that the vibrating structure has two vibration elements arranged one above the other, which are designed as rotary vibrators having the same resonance frequency and are excited to determine the fill level in vibrations of opposite directions of rotation, the vibrating structure being able to be vibrated by a drive system and the axes of rotation of the respective rotary vibrators are arranged one above the other.

Vorzugsweise sind die Schwingungselemente im Zentrum jeweils einer als Rückholfeder wirkenden Membran angeordnet, deren äussere Ränder über ein Rohrstück miteinander verbunden sind. Die von den Schwingungselementen verursachten Drehmomente, die auf das Rohr wirken, kompensieren sich auf diesem. Damit der Schwerpunkt des gesamten Schwingungsgebildes nicht schwingt, wodurch ebenfalls Schwingungsenergie verlorengehen könnte, liegt der Schwerpunkt eines jeden Schwingungselements jeweils im Zentrum der entsprechenden Membran und auf der Drehachse des Schwingungselements. Dadurch bildet das gesamte Rohr den Schwingungsknoten des Schwingungsgebildes. Mit einer Ringmembran wird das Schwingungsgebilde an diesem Rohr in ein Einschraubstück eingehängt, mit dem das gesamte Gerät in die Wandung des Behälters montiert wird, in dem der Füllstand kontrolliert werden soll. The vibration elements are preferably arranged in the center of a membrane acting as a return spring, the outer edges of which are connected to one another by means of a pipe section. The torques caused by the vibration elements, which act on the tube, are compensated for on this. So that the center of gravity of the entire vibratory structure does not vibrate, which could also cause vibration energy to be lost, the center of gravity of each vibration element lies in the center of the corresponding membrane and on the axis of rotation of the vibration element. As a result, the entire tube forms the vibration node of the vibration structure. With a ring membrane, the vibrating structure is hung on this tube in a screw-in piece, with which the entire device is installed in the wall of the container in which the fill level is to be checked.

Vorzugsweise besteht das Schwingungsgebilde aus nicht magnetisierbarem Material. The vibratory structure preferably consists of non-magnetizable material.

Um das Schwingungsgebilde in Schwingungen zu versetzen, kann beispielsweise ein elektromagnetisches Antreibssy- In order to set the vibrating structure in vibration, an electromagnetic drive system, for example,

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stem gewählt werden, welches aus einer vorzugsweise von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossenen, einen Anker umgebenden Spule, dem Anker und zwei magnetischen Polen besteht, von denen jeweils einer in einem der Schwingungselemente eingelassen ist. Dabei zeigt der Anker zwei auf die Schwingungselemente ausgerichtete parallele oder nahezu parallele Schenkel, deren freie Enden jeweils dem magnetischen Pol in einem der Schwingungselemente zugewandt sind. Das Abgreifen der Schwingung kann beispielsweise ebenfalls durch ein elektromagnetisches System erfolgen, das diametral zum Antriebssystem angeordnet ist und aus einem mit einem Schwingungselement verbundenen Stabmagnet und einer diesen teilweise umgebenden Spule besteht. Dabei wird bei Schwingungen des Schwingungsgebildes durch Bewegen des Stabmagneten in der Spule eine Spannung induziert, die über einen Verstärker als pulsierender Gleichstrom der Spule des Antriebssystems zuführbar ist. Um ein Messen und Kontrollieren des Füllstandes in einem Behälter zu ermöglichen, in dem die erfindungsgemässe Vorrichtung angeordnet ist, ist der Ausgang des Verstärkers mit einem Schwellwertdiskriminator verbunden. stem can be selected, which consists of a coil, preferably through which a pulsating direct current flows, surrounding an armature, the armature and two magnetic poles, one of which is embedded in one of the vibration elements. The armature shows two parallel or almost parallel legs aligned with the vibration elements, the free ends of which respectively face the magnetic pole in one of the vibration elements. The vibration can also be picked up, for example, by an electromagnetic system which is arranged diametrically to the drive system and consists of a bar magnet connected to a vibration element and a coil partially surrounding it. In the event of vibrations of the oscillation structure, a voltage is induced in the coil by moving the bar magnet, which voltage can be supplied to the coil of the drive system as an pulsating direct current via an amplifier. In order to make it possible to measure and control the fill level in a container in which the device according to the invention is arranged, the output of the amplifier is connected to a threshold discriminator.

Wird gefordert, dass die Messvorrichtungen zur Bestimmung eines Füllstandes in einem Behälter in kompakter Bauweise ausgeführt werden, um ein Anbringen an beliebigen Stellen in einer Behälterwandung zu ermöglichen, ohne dass die Genauigkeit der Überwachung verringert wird, so können Ausgestaltungen beziehungsweise Weiterbildungen der erfin-dungsgemässen Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe herangezogen werden. If it is required that the measuring devices for determining a fill level in a container are designed in a compact design in order to enable attachment to any location in a container wall without reducing the accuracy of the monitoring, then refinements or developments of the device according to the invention can be carried out can be used to solve this task.

Dies kann dadurch erzielt werden, dass die Schwingungselemente koaxial und zumindest teilweise sich im Abstand zueinander umfassend, angeordnet sind. Dadurch kann der Vorteil beibehalten werden, dass nur ein Schwingungselement benötigt wird, das in unmittelbaren Kontakt mit dem zu überwachenden Füllgut gelangt, ohne dass der Nachteil in Kauf genommen werden muss, dass beträchtliche Wechselkräfte auf die Einspannvorrichtung ausgeübt werden. Durch das teilweise Umfassen wird der weitere Vorteil erzielt, dass die Abmessung der Vorrichtung erheblich verringert werden kann. This can be achieved in that the vibration elements are arranged coaxially and at least partially spaced apart from one another. As a result, the advantage can be maintained that only one vibration element is required that comes into direct contact with the filling material to be monitored, without having to accept the disadvantage that considerable alternating forces are exerted on the clamping device. The partial embracing provides the further advantage that the size of the device can be reduced considerably.

In Ausgestaltung der Erfindung ragt das in den Behälter hineinragende (erste) Schwingungselement in eine in dem zweiten Schwingungselement vorhandene Ausnehmung hinein. Alternativ dazu kann die Aufgabe auch dadurch gelöst werden, dass das in den Behälter hineinragende (erste) Schwingungselement eine Ausnehmung aufweist, in die das zweite Schwingungselement hineinragt. In an embodiment of the invention, the (first) vibration element protruding into the container projects into a recess provided in the second vibration element. As an alternative to this, the object can also be achieved in that the (first) vibration element projecting into the container has a recess into which the second vibration element projects.

Vorzugsweise sind gleichfalls die als Drehschwinger ausgebildeten Schwingungselemente jeweils im Zentrum einer als Rückholfeder wirkenden Membran angeordnet, deren Ebene im Ruhezustand senkrecht zu der Achse verläuft, Preferably, the vibration elements designed as torsional vibrators are also each arranged in the center of a membrane acting as a return spring, the plane of which in the rest state runs perpendicular to the axis,

wobei die äusseren Ränder der Membranen über ein rohrför-miges Element starr miteinander verbunden sind. Dabei sind die Schwingungselemente derart ausgewählt, dass von diesen hervorgerufene Drehmomente, die auf das Rohr wirken, auf diesem kompensiert werden. whereby the outer edges of the membranes are rigidly connected to one another via a tubular element. The vibration elements are selected in such a way that the torques caused by them, which act on the tube, are compensated for on the tube.

Damit der Schwerpunkt des gesamten Schwingungsgebildes bei schwingendem System in Ruhe bleibt, liegt der Schwerpunkt eines jeden Schwingungselementes vorzugsweise im Zentrum der entsprechenden Membran auf der Drehachse des Schwingungselementes. Dadurch bildet das gesamte Rohr den Schwingungsknoten des Schwingungsgebildes. Vorzugsweise wird das aus den Schwingungselementen, den Membranen und dem rohrförmigen Element sich zusammensetzende Schwingungsgebilde mit einer Ringmembran in ein Einschraubstück eingehängt, mit dem die Vorrichtung in die Wandung des Behälters montiert wird, in dem der Füllstand kontrolliert werden soll. So that the center of gravity of the entire vibratory structure remains at rest when the system is vibrating, the center of gravity of each vibrating element is preferably in the center of the corresponding membrane on the axis of rotation of the vibrating element. As a result, the entire tube forms the vibration node of the vibration structure. Preferably, the vibration structure composed of the vibration elements, the membranes and the tubular element is suspended with a ring membrane in a screw-in piece with which the device is mounted in the wall of the container in which the fill level is to be checked.

Das erste Schwingungselement besteht vorzugsweise aus einem Vollzylinder, der starr mit einem Hohlzylinder verbunden ist, dessen freies (unteres) Ende zur Bildung eines Paddels flach gequetscht ist. Dieses Paddel gelangt mit dem zu überprüfenden Füllgut in Berührung, wodurch die Empfindlichkeit erhöht wird. The first vibration element preferably consists of a solid cylinder, which is rigidly connected to a hollow cylinder, the free (lower) end of which is squeezed flat to form a paddle. This paddle comes into contact with the product to be checked, which increases the sensitivity.

Das zweite koaxial zum ersten Schwingungselement angeordnete Schwingungselement besteht vorzugsweise aus zwei starr miteinander verbundenen - einem oberen und einem unteren - Zylindern, die eine durchgehende Bohrung zur Aufnahme des oberen Teils des Vollzylinders des ersten Schwingungselementes aufweisen. Die zwei Zylinder sind vorzugsweise im Zentrum der Membran über einen gegenüber den zwei Zylindern einen geringeren Durchmesser aufweisenden, gleichfalls mit der Bohrung versehenen dritten Zylinder starr miteinander verbunden. The second vibration element, which is arranged coaxially to the first vibration element, preferably consists of two rigidly connected cylinders - an upper and a lower one - which have a through bore for receiving the upper part of the full cylinder of the first vibration element. The two cylinders are preferably rigidly connected to one another in the center of the membrane via a third cylinder which is smaller in diameter than the two cylinders and also provided with the bore.

Als Schwingungsantriebssystem wird gleichfalls ein elektromagnetisches System bevorzugt. Zu diesem Zweck ist in dem oberen Zylinder des zweiten Schwingungselementes eine Spule eingelassen, die von einem einen magnetischen Anker darstellenden Rohr umgeben ist, welches gleichzeitig die Umfangsfläche des oberen Zylinders bildet. Da die Spule fest in dem oberen Schwingungselement eingebaut ist, bestimmt sie das Massenträgheitsmoment mit. Als Folge davon wird sowohl das Gewicht als auch der Raumbedarf des Schwingungsgebildes wesentlich verringert. Das die Spule umgebende Rohr besteht aus magnetisch weichem Material. Zwei Stifte aus magnetisch weichem Material bilden die Pole. Der in die Spule hineinragende Abschnitt des ersten Schwingungselementes, welches gleichfalls aus magnetisch weichem Material aufgebaut ist, bildet das Joch des magnetischen Kreises des Antriebssystems. An electromagnetic system is also preferred as the vibration drive system. For this purpose, a coil is embedded in the upper cylinder of the second vibration element, which is surrounded by a tube representing a magnetic armature, which at the same time forms the peripheral surface of the upper cylinder. Since the coil is permanently installed in the upper vibration element, it also determines the moment of inertia. As a result, both the weight and the space requirement of the vibratory structure are significantly reduced. The tube surrounding the coil is made of magnetically soft material. Two pins made of magnetically soft material form the poles. The section of the first vibration element which projects into the coil and which is likewise constructed from magnetically soft material forms the yoke of the magnetic circuit of the drive system.

Zum Betreiben des Schwingungsgebildes wird der Spule ein pulsierender Gleichstrom zugeführt. Als Schwingungsabgriffsystem dient vorzugsweise ein piezoelektrisches Element in Form eines Plättchens, welches auf der als Rückholfeder wirkenden Membran des ersten Schwingungselementes befestigt ist. Selbstverständlich kann das piezoelektrische Element durch einen bekannten Dehnungsmessstreifen, der gleichfalls auf der Membran angeordnet ist, ersetzt werden. Sowohl das piezoelektrische Element als auch der Dehnungsmessstreifen weisen die Vorteile auf, dass nur ein geringer Raum beansprucht wird, dass das Gewicht gering ist und sowohl elektrische als auch mechanische Robustheit gewährleistet ist. Das vom Schwingungsabgriffsystem erzeugte elektrische Signal wird in einem Verstärker in den pulsierenden Gleichstrom gewandelt, der - wie erwähnt - durch die Spule des Antriebssystems fliesst. Durch diese Massnahmen wird das Schwingungssystem auf seiner Resonanzfrequenz zu Schwingungen angeregt, wenn das in den Behälter hineinragende Schwingungselement nicht mit dem Füllgut in Berührung gelangt. Am Ausgang des Verstärkers ist ein Schwellwert-Diskrimina-tor angeschlossen, der den Schwingungszustand und damit den Füllstand anzeigt. A pulsating direct current is supplied to the coil to operate the vibratory structure. A piezoelectric element in the form of a plate, which is fastened on the membrane of the first vibration element acting as a return spring, preferably serves as the vibration pick-up system. Of course, the piezoelectric element can be replaced by a known strain gauge, which is also arranged on the membrane. Both the piezoelectric element and the strain gauge have the advantages that only a small space is required, that the weight is low and that both electrical and mechanical robustness is ensured. The electrical signal generated by the vibration tapping system is converted into the pulsating direct current in an amplifier, which - as mentioned - flows through the coil of the drive system. As a result of these measures, the vibration system is excited to vibrate at its resonance frequency if the vibration element projecting into the container does not come into contact with the filling material. A threshold discriminator is connected to the output of the amplifier, which indicates the state of vibration and thus the level.

Das erste Schwingungselement kann als Hohlzylinder ausgebildet sein, der mit seinem oberen Ende mit der Membran verbunden ist und dessen unteres Ende zur Bildung eines Paddels flach gequetscht ist, um gleiche Empfindlichkeiten zur Feststellung des Füllstandes zu erzielen. Das zweite Schwingungselement ist vorzugsweise ein Vollzylinder, dessen unteres Ende in den Hohlzylinder hineinragt. Vorzugsweise ist dabei der Vollzylinder im Bereich der oberen Hälfte mit der zugehörigen Membran in deren Zentrum verbunden. The first vibration element can be designed as a hollow cylinder, which is connected with its upper end to the membrane and the lower end of which is squeezed flat to form a paddle, in order to achieve the same sensitivities for determining the fill level. The second vibration element is preferably a solid cylinder, the lower end of which projects into the hollow cylinder. The solid cylinder in the region of the upper half is preferably connected to the associated membrane in the center thereof.

Auch bei dieser Ausführungsform können die Schwingungselemente hinsichtlich ihrer Massen derart aufgebaut sein, dass der Schwerpunkt eines jeden Drehschwingers im jeweiligen Drehpunkt, d.h. im Zentrum der zugehörigen Membran liegt, so dass der Schwerpunkt des Gesamtsystems In this embodiment, too, the masses of the vibrating elements can be constructed such that the center of gravity of each rotary vibrator at the respective pivot point, i.e. lies in the center of the associated membrane, making the center of gravity of the overall system

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beim Schwingungsvorgang in Ruhe bleibt, um zu verhindern, dass Schwingungsenergie der Behälterwandung übertragen wird. remains at rest during the vibration process in order to prevent vibrational energy from being transmitted to the container wall.

Bei der obgenannten Ausführungsform ist jedoch die Möglichkeit gegeben, dass die Schwerpunkte der beiden Drehschwinger auch ausserhalb des jeweiligen Drehpunktes liegen können. Durch die Verschiebung der Schwerpunkte wird vorteilhafterweise eine weitere Vereinfachung und Verkleinerung des Schwingungsgebildes geschaffen, ohne dass man Gefahr laufen muss, dass das Gesamtsystem hinsichtlich seines Schwerpunktes während des Schwingungsvorganges schwingt. Um diesen Vorteil zu erzielen, müssen die Auslenkungen der Schwerpunkte der jeweiligen Schwingungselemente aus deren Ruhelagen multipliziert mit den jeweils zugehörigen Massen gleich gross sein. Ausserdem müssen die beiden Einzelschwinger soweit ineinandergeschoben werden, dass die Schwerpunkte der beiden Drehschwingkörper in Ruhelage zusammenfallen. In the above-mentioned embodiment, however, there is the possibility that the centers of gravity of the two rotary oscillators can also lie outside the respective pivot point. By shifting the center of gravity, a further simplification and reduction of the vibratory structure is advantageously created without having to run the risk that the entire system vibrates with respect to its center of gravity during the oscillation process. In order to achieve this advantage, the deflections of the centers of gravity of the respective vibration elements from their rest positions multiplied by the respective associated masses must be the same. In addition, the two individual vibrators must be pushed into each other so far that the centers of gravity of the two torsional vibration bodies coincide in the rest position.

Durch eine geeignete Verteilung der Massen der Schwingungselemente vor und hinter der entsprechenden Membran lässt sich ohne Schwierigkeiten der Schwerpunkt der Drehschwingkörper so verschieben, dass die zuvor aufgezeigte Bedingung erfüllt wird. Selbstverständlich kann die Verschiebung der Schwerpunkte der Schwingungselemente ausserhalb der Ebene der Membran auch bei dem ersten Lösungsvorschlag erfolgen. By a suitable distribution of the masses of the vibrating elements in front of and behind the corresponding membrane, the center of gravity of the torsional vibrating body can be shifted so that the condition shown above is fulfilled. Of course, the center of gravity of the vibration elements can also be shifted outside the plane of the membrane when the first solution is proposed.

Als Schwingungsantriebssystem und als Schwingungsabgriffsystem eignen sich vorzugsweise piezoelektrische Systeme. Dazu kann das die äusseren Ränder der beiden Membranen verbindende Rohr quer zur Achse geteilt sein. Zwei piezoelektrische Elemente sind zwischen den Abschnitten in der Schwingungsebene liegend so zwischen die beiden Rohrstücke einzuklemmen, dass eines der beiden piezoelektrischen Elemente als Schwingungsantriebssystem und das andere als Schwingungsabgriffsystem dient. Piezoelectric systems are preferably suitable as the vibration drive system and as the vibration tapping system. For this purpose, the tube connecting the outer edges of the two membranes can be divided transversely to the axis. Two piezoelectric elements lying between the sections in the vibration plane are to be clamped between the two pipe sections such that one of the two piezoelectric elements serves as a vibration drive system and the other as a vibration pick-up system.

Ein zwischen den Systemen angeordneter Verstärker sorgt dafür, dass das System schwingt, wenn der in den Behälter ragende Stab vom Füllgut nicht bedeckt ist. Andererseits wird das System gedämpft, wenn der in den Behälter ragende Stab mit dem Füllgut in Berührung gelangt. Ein Schwellwert-Diskriminator am Ausgang des Verstärkers signalisiert den Schwingzustand und damit den Füllstand. An amplifier arranged between the systems ensures that the system vibrates when the rod protruding into the container is not covered by the filling material. On the other hand, the system is damped when the rod protruding into the container comes into contact with the filling material. A threshold discriminator at the output of the amplifier signals the oscillation state and thus the level.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung: Es zeigen: Further details and advantages of the invention result from the following description of the drawing:

Fig.l eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, 1 shows a sectional illustration of an exemplary embodiment of the device according to the invention,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Schwingungselements, welches in einen Behälter hineinragt, 2 shows a side view of a vibration element which projects into a container,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, 3 shows a sectional illustration of a further exemplary embodiment of the device according to the invention,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, 4 shows a sectional illustration of a third exemplary embodiment of the device according to the invention,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4, jedoch um 90° gedreht und Fig. 5 is a sectional view of the embodiment of FIG. 4, but rotated by 90 ° and

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung eines Schwingungssystems. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung enthält zwei übereinander angeordnete Schwingungselemente, von denen das untere in einen Behälter hineinragt und aus einer zylindrischen Masse und einem sich anschliessenden stabförmigen Teil 2 zusammengesetzt ist. Die zylindrische Masse 1 und der stab-förmige Teil 2, der, wie Fig. 2 zeigt, als Paddel ausgebildet sein kann, sind starr miteinander im Zentrum einer Membran 3 verbunden. Das in den Behälterraum ragende Ende des stabförmigen Teils 2 ist quer zur Schwingungsrichtung (durch Pfeile angedeutet) flach gequetscht, wodurch die Päddelform erzeugt wird. Gleichzeitig wird damit die wirksame Fläche, die mit dem zu überprüfenden Füllgut in Verbindung treten kann, vergrössert. Oberhalb des ersten als Drehschwingkörper ausgebildeten Schwingungselements 1,2 befindet sich das zweite ebenfalls als Drehschwingkörper ausgebildete Schwingungselement 4, 5. Das zweite Schwingungselement ist dabei vorzugsweise aus zwei zylindrischen Massen 4 und 5 gebildet, die starr miteinander im Zentrum einer Membran 6 mit dieser verbunden sind. Ebenfalls wie das erste Schwingungselement 1,2 ist auch der andere Drehschwingkörper in sich steif im Vergleich zu den mit diesen verbundenen Membranen 3 beziehungsweise 6. Demzufolge führt sowohl das Schwingungselement 1,2 als auch das Schwingungselement 4, 5 eine Drehschwingung um eine Drehachse Dl beziehungsweise D2 durch, die auf einem Durchmesser der entsprechenden Membran 3 beziehungsweise 6 liegt. Fig. 6 is a schematic diagram of a vibration system. The device shown in FIG. 1 contains two vibration elements arranged one above the other, the lower one of which protrudes into a container and is composed of a cylindrical mass and a subsequent rod-shaped part 2. The cylindrical mass 1 and the rod-shaped part 2, which, as shown in FIG. 2, can be designed as a paddle, are rigidly connected to one another in the center of a membrane 3. The end of the rod-shaped part 2 protruding into the container space is squeezed flat transversely to the direction of vibration (indicated by arrows), as a result of which the shape of the peddle is generated. At the same time, the effective area that can come into contact with the product to be checked is increased. Above the first vibrating element 1, 2, which is designed as a torsional vibrating body, is the second vibrating element 4, 5, also designed as a torsional vibrating body. The second vibrating element is preferably formed from two cylindrical masses 4 and 5, which are rigidly connected to one another in the center of a membrane 6 . Just like the first vibrating element 1, 2, the other torsional vibrating body is inherently stiff in comparison to the membranes 3 and 6 connected to it. Accordingly, both the vibrating element 1, 2 and the vibrating element 4, 5 carry out a torsional vibration about an axis of rotation D 1 or D2 through, which lies on a diameter of the corresponding membrane 3 or 6.

Wirken nun zum Beispiel in Richtung der eingezeichneten Pfeile Drehmomente auf die Schwingungselemente, so erfolgt eine Drehung aus der Ruhelage um die Drehachsen Dl beziehungsweise D2. Dabei werden die Membranen 3 beziehungsweise 6 elastisch deformiert und üben rückstellende Drehmomente auf die Drehschwingkörper aus. Werden nun die Schwingungselemente losgelassen, so beginnt eine Schwingung um die jeweilige Ruhelage. Dass die Schwingung eines jeden Schwingungselements als Drehschwingung bezeichnet werden darf, ergibt sich aus der Tatsache, dass jeder Punkt eines jeden Drehschwingkörpers von seiner Drehachse aus gesehen gleichzeitig um denselben Drehwinkel aus der Ruhelage ausgelenkt ist. If, for example, torques act on the vibration elements in the direction of the arrows, rotation takes place from the rest position about the axes of rotation D1 or D2. The membranes 3 and 6 are elastically deformed and exert restoring torques on the torsional vibrating bodies. If the vibration elements are now released, an oscillation around the respective rest position begins. The fact that the oscillation of each oscillation element may be referred to as torsional oscillation results from the fact that each point of each torsional oscillating body is simultaneously deflected from the rest position by the same rotational angle as seen from its axis of rotation.

Die Resonanzfrequenz der beiden Schwingungselemente lässt sich nach der Formel berechnen: The resonance frequency of the two vibration elements can be calculated using the formula:

f- /T (1) f- / T (1)

Dabei ist J das Massenträgheitsmoment des jeweiligen als Drehschwingkörper ausgebildeten Schwingungselements, bezogen auf die jeweilige Drehachse Dl beziehungsweise D2, und D* das Richtmoment der als Rückholfeder wirkenden Membran. Die Schwingungselemente sind nun so dimensioniert, dass sie gleiche Resonanzfrequenz haben, was auf einfache Weise durch geeignete Wahl der Abmessungen der jeweiligen Teile der Schwingungselemente und der dazugehörigen Membranen möglich wird. Here J is the mass moment of inertia of the respective vibration element designed as a torsional vibration body, based on the respective axis of rotation D1 or D2, and D * is the directional torque of the membrane acting as a return spring. The vibration elements are now dimensioned so that they have the same resonance frequency, which is easily possible by suitable choice of the dimensions of the respective parts of the vibration elements and the associated membranes.

Die äusseren Ränder der Membranen 3 und 6 sind je an einem Ende eines Rohres 7 mit diesem verbunden. Werden nun die beiden Schwingungselemente 1,2 beziehungsweise 4, 5 in einer gleichen Schwingungsebene in entgegengesetztem Drehsinn zu Schwingungen angeregt, so wirken die durch die elastischen Deformationen der Membranen 3 und 6 verursachten Drehmomente auf das Rohr und kompensieren sich. Wird die Massenverteilung der beiden Drehschwingkörper so gewählt, dass ihre Schwerpunkte auf ihrer Drehachse Dl beziehungsweise D2 liegen, so bewegen sich die beiden Schwerpunkte während des Schwingungsvorgangs nicht, so dass auch der Schwerpunkt des ganzen Systems in Ruhe bleibt. Das Rohr 7 bildet deshalb auf seiner gesamten Länge den Schwingungsknoten des Schwingungssystems. The outer edges of the membranes 3 and 6 are each connected to one end of a tube 7. If the two vibration elements 1, 2 and 4, 5 are excited to vibrate in the same direction in the opposite direction of rotation, the torques caused by the elastic deformations of the membranes 3 and 6 act on the tube and compensate each other. If the mass distribution of the two torsional vibrating bodies is chosen such that their centers of gravity lie on their axis of rotation D1 or D2, the two centers of gravity do not move during the oscillation process, so that the center of gravity of the entire system also remains at rest. The tube 7 therefore forms the vibration node of the vibration system over its entire length.

Mit einer Ringmembran 8 kann das Schwingungsgebilde an dem Rohr 7 in einem Einschraubstück 9 befestigt werden. Die schwingungstechnisch weiche Aufhängung mit der Ringmembran 8 soll verhindern, dass eine eventuell noch vorhandene Restschwingung auf dem Rohr 7 über das Einschraubstück 9 zur Behälterwandung 100 verlorengehen kann. With a ring membrane 8, the vibratory structure can be attached to the tube 7 in a screw 9. The vibration-technically soft suspension with the ring membrane 8 is intended to prevent any residual vibration that may still be present on the pipe 7 from being lost via the screw-in piece 9 to the container wall 100.

Als Schwingungsantriebssystem wird ein elektromagnetisches System vorgeschlagen. Dieses besteht aus einem magnetischen Anker 111, welcher in der Schwingungsebene seitlich an das Rohr 7 montiert ist. Das Rohr 7 wie die weiteren Elemente des Schwingungsgebildes, also die Schwingungsele- An electromagnetic system is proposed as the vibration drive system. This consists of a magnetic armature 111, which is mounted laterally on the tube 7 in the plane of vibration. The tube 7 as the other elements of the vibratory structure, that is, the vibratory elements

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15 15

20 20th

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30 30th

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mente 1,2 und 4, 5 bestehen aus magnetisch nicht leitfähigem Material. Der Anker 111 weist zwei, vorzugsweise parallel zueinander verlaufende Schenkel auf, die auf die einander angrenzenden Teile der Schwingungselemente 1,2 beziehungsweise 4, 5 gerichtet sind. Die freien Enden der Schenkel 5 werden dabei durch Bohrungen in der Wandung 7 hindurchgeführt und bis auf einen Abstand von 1 bis 2 mm zu den Massen 1 und 5 der Drehschwingkörper herangeführt. Wie erwähnt, sind auch die Schwingungselemente 1,2 beziehungsweise 4,5 aus magnetisch nicht leitfähigem Material herge- 10 stellt; dieses kann zum Beispiel Messing sein. Den freien Enden des Ankers 111 gegenüberliegend sind in den beiden Schwingungselement-Teilen 1 beziehungsweise 5 je ein magnetischer Pol 112 aus magnetisch weichem Material, zum Beispiel aus kohlenstoffarmem Stahl eingelassen. Der magne- 15 tische Anker 111 und die beiden magnetischen Pole 112 bilden zusammen einen magnetischen Kreis. elements 1,2 and 4, 5 consist of magnetically non-conductive material. The armature 111 has two legs, preferably running parallel to one another, which are directed at the mutually adjacent parts of the vibration elements 1, 2 or 4, 5. The free ends of the legs 5 are passed through bores in the wall 7 and brought up to a distance of 1 to 2 mm to the masses 1 and 5 of the torsional vibrating body. As mentioned, the vibrating elements 1, 2 or 4, 5 are also made of magnetically non-conductive material; this can be brass, for example. Opposite the free ends of the armature 111, a magnetic pole 112 made of magnetically soft material, for example made of low-carbon steel, is embedded in the two vibration element parts 1 and 5, respectively. The magnetic armature 111 and the two magnetic poles 112 together form a magnetic circuit.

Um den magnetischen Anker 111 liegt eine Spule 113. A coil 113 is located around the magnetic armature 111.

Fliesst durch diese Spule ein pulsierender Gleichstrom, so werden die beiden Pole 112 und damit die beiden Teile 1 und 20 5 der Schwingungselemente im Rhythmus der Stromschwankung zum Anker 111 hingezogen, das heisst die beiden Drehschwinger werden in einer gemeinsamen Schwingungsebene zu Drehschwingungen mit entgegengesetztem Drehsinn angeregt. Als Schwingungsabgriffsystem eignet sich ebenfalls ein 25 elektromagnetisches System besonders gut. Es wird auch in der Schwingungsebene liegend, wie das Antriebssystem, If a pulsating direct current flows through this coil, the two poles 112 and thus the two parts 1 and 20 5 of the vibration elements are drawn to the armature 111 in the rhythm of the current fluctuation, i.e. the two rotary vibrators are excited in a common vibration plane to torsional vibrations with the opposite direction of rotation . An electromagnetic system is also particularly suitable as a vibration detection system. It also lies in the vibration plane, like the drive system,

jedoch auf der gegenüberliegenden Seite an das Rohr 7 befestigt. Es besteht aus einem Stabmagneten 114, der an einem Ende am Drehschwingkörperteil 1 radial befestigt ist. Das 30 andere Ende des Stabmagneten ragt durch eine Bohrung 115 in dem Rohr 7 hindurch und taucht in eine Spule 116 ein. but attached to the tube 7 on the opposite side. It consists of a bar magnet 114, which is attached radially at one end to the torsion-vibrating body part 1. The other end of the bar magnet protrudes through a bore 115 in the tube 7 and dips into a coil 116.

Schwingen die Schwingungselemente 1,2 beziehungsweise 4, 5, so bewegt sich der Magnet 114 in der Spule 116 hin35 und her, so dass in dieser eine Wechselspannung induziert wird. Deren Frequenz ist gleich der Schwingungsfrequenz der Drehschwingkörper. Die Amplitude der Wechselspannung ist von der mechanischen Schwingungsamplitude des Schwingungselements 1,2 abhängig. Die in der Spule 116 induzierte 40 Wechselspannung wird in einem Verstärker 117 verstärkt und in einen pulsierenden Gleichstrom verwandelt, um der Spule 113 wieder zugeführt zu werden. Man erhält so ein rückgekoppeltes System. Ist die Frequenz dieses pulsierenden Stromes gleich der Resonanzfrequenz der beiden Drehschwing- 45 körper, so erhält man eine maximale Schwingungsamplitude und damit auch eine maximal induzierte Spannung in der Spule 116. Mit anderen Worten wird die grösste Ringverstärkung des rückgekoppelten Systems bei der Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingungssystems erzielt. 30 If the vibrating elements 1, 2 or 4, 5 vibrate, the magnet 114 moves back and forth in the coil 116, so that an AC voltage is induced therein. Their frequency is equal to the vibration frequency of the torsional vibrating body. The amplitude of the AC voltage depends on the mechanical vibration amplitude of the vibration element 1, 2. The 40 AC voltage induced in the coil 116 is amplified in an amplifier 117 and converted into a pulsating DC current in order to be fed back to the coil 113. This gives you a feedback system. If the frequency of this pulsating current is equal to the resonance frequency of the two torsional vibrating bodies, a maximum vibration amplitude and thus also a maximum induced voltage in the coil 116 are obtained. In other words, the greatest ring gain of the feedback system becomes at the resonance frequency of the mechanical vibration system achieved. 30th

Ist die Ringverstärkung grösser als 1, so beginnt das System wie jeder bekannte Oszillator von selbst anzuschwingen, und zwar auf der Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingungsgebildes. Begrenzt werden die Schwingungsamplituden dadurch, dass der Verstärker übersteuert wird. 55 If the ring gain is greater than 1, the system begins to oscillate automatically like any known oscillator, specifically at the resonance frequency of the mechanical oscillation structure. The vibration amplitudes are limited by the amplifier being overdriven. 55

Wird der in den Behälterraum hineinragende Stab 2 von Füllgut bedeckt, so wird die Schwingung durch Energieentzug gedämpft. Dadurch kann ein am Ausgang des Verstärkers 117 angeschlossener Schwellwert-Diskriminator 118 zum Ansprechen gebracht werden, wodurch wiederum ein Relais 60 119 umschaltbar ist. Wird der Stab 2 durch Absenken des Füllstandes wieder frei, so schwingt das System wieder an, und der Schwellwert-Diskriminator 118 schaltet das Relais 119 wieder zurück. Da das mechanische Schwingungsgebilde fast keine Schwingungsenergie verliert, wenn es nicht in Füll- d5 gut eintaucht, muss die Antriebsleistung durch den Verstärker nur sehr gering sein, um das System anschwingen zu lassen und am Schwingen zu erhalten. Dadurch kann das System jedoch schon durch eine sehr geringe Dämpfung, wie sie durch sehr leichte Schüttgüter entsteht, zum Anzeigen beziehungsweise Schalten gebracht werden. Das heisst, auch extrem leichte Schüttgüter können mit diesem Gerät kontrolliert werden. If the rod 2 protruding into the container space is covered with filling material, the vibration is damped by energy withdrawal. As a result, a threshold discriminator 118 connected to the output of the amplifier 117 can be activated, which in turn enables a relay 60 119 to be switched over. If the rod 2 becomes free again by lowering the fill level, the system swings again and the threshold discriminator 118 switches the relay 119 back again. Since the mechanical vibratory structure loses almost no vibrational energy if it is not well immersed in fill d5, the drive power through the amplifier only has to be very low in order to allow the system to vibrate and to keep vibrating. As a result, however, the system can be displayed or switched by means of a very low level of damping, such as that caused by very light bulk goods. This means that even extremely light bulk goods can be checked with this device.

Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass grundsätzlich Frequenzen von 50 Hz bis 1 kHz für die erfin-dungsgemässe Vorrichtung geeignet sind. Besonders günstig sind jedoch Frequenzen von einigen 100 Hz und Schwingungsamplituden am Ende des in den Behälter ragenden Schwingungsstabes von einigen Zehnteln mm. Experimental studies have shown that frequencies of 50 Hz to 1 kHz are generally suitable for the device according to the invention. However, frequencies of a few 100 Hz and vibration amplitudes at the end of the vibration rod projecting into the container of a few tenths of a millimeter are particularly favorable.

Das Gerät wird üblicherweise seitlich in der Höhe in die Behälterwandung montiert, in der der Füllstand kontrolliert werden soll. Es ist jedoch auch möglich, durch eine entsprechende Verlängerung von oben her das Gerät in den Behälter bis zu der Höhe hineinhängen zu lassen, in der der Füllstand kontrolliert werden soll. The device is usually mounted laterally at the height in the container wall in which the fill level is to be checked. However, it is also possible to let the device hang from the top of the container up to the level at which the fill level is to be checked.

Die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung in besonders kompakter Bauweise sind den Fig. 3 bis 6 zu entnehmen. The exemplary embodiments of the device according to the invention in a particularly compact design can be seen in FIGS. 3 to 6.

Der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung in kompakter Bauweise zu entnehmen. Diese besteht aus zwei Schwingungselementen 10 und 12, die koaxial zueinander und zumindest teilweise sich im Abstand zueinander umfassend angeordnet sind. Das Schwingungselement 10 setzt ich aus einem Vollzylinder 14 in Form eines Stabes und einem Hohlzylinder 16 in Form eines rohrförmigen Teiles zusammen. Dabei ist das rohrförmige Teil 16 dem Behälterinneren zugewandt und ragt in diesen hinein. Der Stab 14 und der rohrförmige Teil 16 sind im Zentrum einer Membran 18 starr miteinander verbunden. Das in den Behälterraum ragende Ende des rohrförmigen Teils 16 ist quer zur Schwingungsrichtung, die durch den Pfeil angedeutet ist, 3 shows an embodiment of the device according to the invention in a compact design. This consists of two vibration elements 10 and 12, which are arranged coaxially to one another and at least partially spaced apart from one another. The vibration element 10 is composed of a solid cylinder 14 in the form of a rod and a hollow cylinder 16 in the form of a tubular part. The tubular part 16 faces the interior of the container and projects into it. The rod 14 and the tubular part 16 are rigidly connected to one another in the center of a membrane 18. The end of the tubular part 16 projecting into the container space is transverse to the direction of vibration, which is indicated by the arrow,

flach gequetscht, wodurch die wirksame Fläche vergrössert und als Folge davon eine Empfindlichkeitssteigerung der erfindungsgemässen Vorrichtung erreicht wird. Durch die rohrförmige Ausgestaltung des unteren Abschnitts 16 des Schwingungselements 10 ist erkennbar das Flachquetschen erheblich erleichtert. Das Schwingungselement 10 ist im Vergleich zur Membran 18 in sich steif. Wirkt nun zum Beispiel auf das Schwingungselement 10 in Pfeilrichtung ein Drehmoment, so wird es um eine Drehachse Dl aus seiner Ruhelage bewegt. Das Schwingungselement 10 bleibt dabei in sich formstabil. Die Membran 18 wird elastisch deformiert und übt ein rückstellendes Drehmoment auf das Schwingungselement 10 in Form des Drehschwingkörpers aus. Wird das Schwingungselement 10 losgelassen, so beginnt es um seine Ruhelage zu schwingen. Da jeder Punkt des Schwingungselements 10 von der Drehachse Dl aus gesehen gleichzeitig um denselben Drehwinkel aus der Ruhelage ausgelenkt wird, handelt es sich - wie zuvor - um eine reine Drehschwingung um die Drehachse Dl, die auf einem Durchmesser der Membran 18 liegt. Das Schwingungselement 12 des zweiten Drehschwingers besteht aus den Zylindern 20 und 22, die über einen dritten gegenüber den Zylindern 20 und 22 einen geringeren Durchmesser aufweisenden Zylinder 24 starr miteinander verbunden sind, wobei letzterer im Zentrum einer Membran 26 angeordnet ist. squeezed flat, which increases the effective area and, as a result, increases the sensitivity of the device according to the invention. The tubular configuration of the lower section 16 of the vibrating element 10 makes it considerably easier to squeeze it flat. The vibration element 10 is inherently stiff compared to the membrane 18. If, for example, a torque acts on the vibration element 10 in the direction of the arrow, it is moved out of its rest position about an axis of rotation D1. The vibration element 10 remains inherently stable. The membrane 18 is elastically deformed and exerts a restoring torque on the vibrating element 10 in the form of the torsional vibrating body. If the vibration element 10 is released, it begins to vibrate around its rest position. Since each point of the oscillation element 10 is simultaneously deflected from the rest position from the axis of rotation Dl as seen from the axis of rotation, it is - as before - a pure torsional oscillation about the axis of rotation D1, which lies on a diameter of the membrane 18. The vibration element 12 of the second rotary oscillator consists of the cylinders 20 and 22, which are rigidly connected to one another via a third cylinder 24 with a smaller diameter than the cylinders 20 and 22, the latter being arranged in the center of a membrane 26.

Durch die Zylinder 20,22,24 führt eine axiale Ausnehmung in Form von vorzugsweise einer durchgehenden Bohrung, in die der stabförmige Abschnitt 14 des ersten Schwingungselementes 10 hineinragt. Auch das zweite Schwingungselement 12 ist im Vergleich zur Membran 26 in sich steif, so dass bei einer entsprechenden Anregung eine Drehschwingung um eine Drehachse D2 erfolgt, die auf einem Durchmesser der Membran 26 liegt. An axial recess in the form of preferably a continuous bore extends through the cylinders 20, 22, 24 and into which the rod-shaped section 14 of the first vibration element 10 projects. The second vibration element 12 is also inherently stiff in comparison to the membrane 26, so that, with a corresponding excitation, a torsional vibration occurs about an axis of rotation D2 which lies on a diameter of the membrane 26.

Die Resonanzfrequenzen der beiden Drehschwinger sind abhängig vom Massenträgheitsmoment des jeweiligen Dreh The resonance frequencies of the two rotary oscillators depend on the moment of inertia of the respective rotary

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schwingkörpers und vom Richtmoment der als Rückholfeder wirkenden dazugehörigen Membran. vibrating body and the directional torque of the associated membrane acting as a return spring.

Die Schwingungselemente sind so dimensioniert, dass sie die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Durch geeignete Wahl der Abmessungen der jeweiligen Schwingungselemente 10,12 und der dazugehörigen Membranen 18,26 ist dies ohne Schwierigkeiten zu bewerkstelligen. The vibration elements are dimensioned so that they have the same resonance frequency. By suitable selection of the dimensions of the respective vibration elements 10, 12 and the associated membranes 18, 26 this can be accomplished without difficulty.

Die äusseren Ränder der Membranen 18,26 sind je an einem Ende eines Rohres 28 mit diesem verbunden. Werden die beiden Schwingungselemente zu Schwingungen entgegen-gesetzen Drehsinns, jedoch in der gleichen Drehebene angeregt, so wirken die durch die elastische Deformation der Membranen 18,26 verursachten Drehmomente auf das Rohr 28 und kompensieren sich. Wird die Massenverteilung der beiden Drehschwingkörper so gewählt, dass ihre Schwerpunkte je auf ihrer Drehachse Dl bzw. D2 liegen, so bewegen sich die beiden Schwerpunkte während des Schwingungsvorganges nicht, so dass auch der Schwerpunkt des gesamten Systems nicht schwingt. Das Rohr 28 bildet deshalb auf seiner gesamten Länge den Schwingungsknoten des Schwingungssystems. Mit einer Ringmembran 30 wird das Schwingungssystem an dem Rohr 28 in einem Einschraubstück 32 befestigt. Die schwingungstechnisch weiche Aufhängung der Ringmembran 30 soll verhindern, dass eine eventuell noch vorhandene Restschwingung auf dem Rohr 28 über das Einschraubstück 32 zu einer Behälterwandung 34 verloren gehen kann. The outer edges of the membranes 18, 26 are each connected to one end of a tube 28. If the two oscillation elements are excited to oscillate in opposite directions of rotation, but in the same plane of rotation, the torques caused by the elastic deformation of the membranes 18, 26 act on the tube 28 and compensate each other. If the mass distribution of the two torsional vibrating bodies is chosen such that their centers of gravity are each on their axis of rotation D1 or D2, the two centers of gravity do not move during the oscillation process, so that the center of gravity of the entire system does not vibrate either. The tube 28 therefore forms the vibration node of the vibration system along its entire length. The vibration system is fastened to the tube 28 in a screw-in piece 32 with a ring membrane 30. The vibration-technically soft suspension of the ring membrane 30 is intended to prevent any residual vibration that may still be present on the pipe 28 from being lost via the screw-in piece 32 to a container wall 34.

Als besonders vorteilhaft hat sich gleichfalls als Schwingungsantriebssystem ein elektromagnetisches System gezeigt. Dazu ist eine Spule 34 in den oberen Zylinder 20 fest eingebaut. Die Spule 34 ist von einem Rohr 36 umgeben. Das Rohr 36 besteht aus magnetisch weichem Material und dient als magnetischer Anker. Als magnetische Pole dienen zwei Stifte 38 aus magnetisch weichem Material. Die Stifte 38 sind unter-und oberhalb der Spule 34 in der Schwingungsebene radial in dem Zylinder 20 eingelassen und reichen von dem äusseren Rohr 36 bis zur axialen Bohrung. Die Stifte 38 als magnetische Pole leiten das magnetische Feld der Spule 34 über einen Luftspalt zu dem Vollzylinder 14 des ersten Schwingungselementes 10, der zumindest im Bereich der Spule 34 als magnetisch weichem Material besteht. Das Rohr 36, die Pole 38 und der stabförmige Abschnitt 14 des ersten Schwingungselementes 10 bilden einen mgnetischen Kreis. Das Rohr 36, die Pole 38 und die Spule 34 stellen - wie erwähnt - ein Teil der Drehschwingmasse des oberen Zylinders 20 des zweiten Schwingungselementes 12 dar und tragen so mit ihrer Masse zum Massenträgheitsmoment bei und bilden gleichzeitig das Schwingungsantriebssystem. Durch dièse doppelte Funktion wird eine kompaktere Bauweise bei gleichzeitiger Verringerung des Gewichts der erfindungsgemässen Vorrichtung gewonnen. Die Anschlussdrähte für die Spule 34 werden nahe der Membran 26, d.h. am Schwingungsknoten herausgeführt, so dass das Schwingungssystem durch die Anschlussdrähte nicht gedämpft werden kann. An electromagnetic system has also proven to be particularly advantageous as a vibration drive system. For this purpose, a coil 34 is permanently installed in the upper cylinder 20. The coil 34 is surrounded by a tube 36. The tube 36 is made of magnetically soft material and serves as a magnetic armature. Two pins 38 made of magnetically soft material serve as magnetic poles. The pins 38 are embedded below and above the coil 34 in the plane of vibration radially in the cylinder 20 and extend from the outer tube 36 to the axial bore. The pins 38 as magnetic poles conduct the magnetic field of the coil 34 via an air gap to the solid cylinder 14 of the first vibration element 10, which consists at least in the area of the coil 34 as a magnetically soft material. The tube 36, the poles 38 and the rod-shaped section 14 of the first vibration element 10 form a magnetic circle. As mentioned, the tube 36, the poles 38 and the coil 34 form part of the torsional vibration mass of the upper cylinder 20 of the second vibration element 12 and thus contribute with their mass to the moment of inertia and at the same time form the vibration drive system. This double function results in a more compact design while reducing the weight of the device according to the invention. The lead wires for the coil 34 are near the membrane 26, i.e. led out at the vibration node so that the vibration system cannot be dampened by the connecting wires.

Fliesst durch die Spule 34 ein pulsierender Gleichstrom, so wird das Schwingungselement 10 im Rhythmus der Stromschwankungen zu den Polen 38 hingezogen, h.h. die beiden Schwingungselemente 10 und 12 in Form von Drehschwingern werden in einer gemeinsamen Schwingungsebene zu Drehschwingungen mit entgegengesetztem Drehsinn angeregt. Als Schwingungsabgriffsystem dient vorzugsweise ein piezoelektrisches Keramikplättchen 40, das in der Schwingungsebene auf der Membran 18 angeordnet, vorzugsweise aufgeklebt ist. Durch die periodische Deformation der Membran 18 beim Schwingungsvorgang wirken entsprechende Kräfte auf das piezoelektrische Plättchen 40, so dass dies ein Wechselspannungssignal abgibt, das in Amplitude und Frequenz der mechanischen Schwingungsamplitude des Schwingungssystems und dessen Frequenz entspricht. Die periodische Deformation der Membran 18 kann auch durch einen nicht dargestellten Dehnungsmessstreifen abgegriffen werden, der in bekannter Weise auf die Membran 18 befestigt sein kann. Man erhält dann eine periodische Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens, die elektronisch in ein . Wechselspannungssignal wandelbar ist. Beide Möglichkeiten für einen Schwingungsabgriff bieten den Vorteil, dass nur ein geringer Raum beansprucht wird, dass ihr Gewicht gering ist und dass sie sowohl elektrisch als auch mechanisch sehr robust und ausserdem preiswert sind. Das Schwingungsabgriffsystem wird - wie erwähnt - auf der Membran 18 montiert, also auf der Membran des Schwingungselementes 10, dessen unterer Teil 16 in den Behälterraum hineinragt und bei Berührung mit dem Füllgut gedämpft wird. Eine Dämpfung wirkt somit direkt auf das Schwingungsabgriffsystem und bewirkt dadurch eine besonders schnelle und sichere Dämpfung des gesamten Systems. If a pulsating direct current flows through the coil 34, the oscillating element 10 is drawn towards the poles 38 in the rhythm of the current fluctuations, i.e. the two vibration elements 10 and 12 in the form of torsional vibrators are excited in a common vibration plane to torsional vibrations with opposite directions of rotation. A piezoelectric ceramic plate 40, which is arranged in the plane of vibration on the membrane 18, is preferably glued on, serves as the vibration pick-up system. Due to the periodic deformation of the membrane 18 during the oscillation process, corresponding forces act on the piezoelectric plate 40, so that this emits an AC voltage signal which corresponds in amplitude and frequency to the mechanical oscillation amplitude of the oscillation system and its frequency. The periodic deformation of the membrane 18 can also be tapped by a strain gauge, not shown, which can be attached to the membrane 18 in a known manner. A periodic change in resistance of the strain gauge is then obtained, which changes electronically into a. AC signal is convertible. Both possibilities for a vibration pick-up offer the advantage that only a small space is used, that their weight is low and that they are very robust both electrically and mechanically and are also inexpensive. As mentioned, the vibration pick-up system is mounted on the membrane 18, that is to say on the membrane of the vibration element 10, the lower part 16 of which projects into the container space and is damped when it comes into contact with the filling material. Damping thus has a direct effect on the vibration pick-up system and thus results in particularly fast and reliable damping of the entire system.

Schwingt das Schwingungsgebilde, so wird von dem Schwingungsabgriffsystem 40 eine elektrisches Signal erzeugt, dessen Frequenz gleich der Schwingungsfrequenz des Drehschwingers 10 und dessen Amplitude proportional zu der mechanischen Schwingungsamplitude des Drehschwingers 10 ist. Dieses elektrische Signal wird einem Verstärker 42 zugeführt, in diesem verstärkt und in einen pulsierenden Gleichstrom gewandelt, der der Spule 34 zugeführt wird. Es liegt somit ein rückgekoppeltes System vor. Ist die Frequenz dieses pulsierenden Stromes gleich der Resonanzfrequenz der beiden Schwingungselemente 10,12, so wird eine maximale Schwingungsamplitude und damit eine maximale Amplitude des elektronischen Signals vom Schwingungsabgriffsystem 40 erhalten. In diesem Fall ist die grösste Ringverstärkung des rückgekoppelten Systems bei der Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingsystems erreicht. Ist die Ringverstärkung grösser als 1, so beginnt das System wie jeder bekannte Oszillator von selbst zu schwingen, und zwar auf der Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingungsgebildes. Begrenzt werden die Schwingungsamplituden dadurch, dass der Verstärker 42 übersteuert wird. Wird der in den Behälterraum hineinragende Abschnitt 16 des Schwingungselements 10 vom Füllgut bedeckt, so wird die Schwingung durch Energieentzug gedämpft. Dadurch spricht ein dem Verstärker 42 nachgeschalteter Schwellwert-Diskriminator 44 an, wodurch wiederum ein dem Schwellwert-Diskriminator 44 nachfolgendes Relais 46 umschaltbar ist. Wird der untere Abschnitt des Schwingungselements 10 in Form eines Paddels durch Absenken des Füllstandes wieder frei, so schwingt das System wieder an und der Schwellwert-Diskriminator 44 schaltet das Relais 46 zurück. Da das mechanische Schwingungsgebilde erkennbar kaum Schwingungsenergie verliert, sofern es nicht in das Füllgut eintaucht, muss die Antriebsleistung durch den Verstärker sehr gering sein, um das System anschwingen zu lassen und die Schwingung aufrecht zu erhalten. Dadurch kann das System jedoch schon durch eine sehr geringe Dämpfung, wie sie zum Beispiel durch sehr leichte Schüttgüter hervorgerufen wird, zum Ansprechen gebracht werden, das heisst auch extrem leichte Schüttgüter können mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kontrolliert und überwacht werden. If the vibrating structure oscillates, an electrical signal is generated by the vibration tapping system 40, the frequency of which is equal to the oscillation frequency of the rotary oscillator 10 and the amplitude thereof is proportional to the mechanical oscillation amplitude of the rotary oscillator 10. This electrical signal is fed to an amplifier 42, amplified in it and converted into a pulsating direct current, which is fed to the coil 34. There is therefore a feedback system. If the frequency of this pulsating current is equal to the resonance frequency of the two oscillation elements 10, 12, a maximum oscillation amplitude and thus a maximum amplitude of the electronic signal from the oscillation tapping system 40 are obtained. In this case, the greatest ring gain of the feedback system is reached at the resonance frequency of the mechanical vibration system. If the ring gain is greater than 1, the system begins to oscillate automatically like any known oscillator, namely at the resonance frequency of the mechanical oscillation structure. The vibration amplitudes are limited by the amplifier 42 being overdriven. If the portion 16 of the vibration element 10 protruding into the container space is covered by the filling material, the vibration is damped by energy withdrawal. As a result, a threshold discriminator 44 connected downstream of the amplifier 42 responds, which in turn makes it possible to switch over a relay 46 following the threshold discriminator 44. If the lower section of the vibration element 10 in the form of a paddle is released again by lowering the fill level, the system vibrates again and the threshold discriminator 44 switches the relay 46 back. Since the mechanical vibrating structure visibly loses hardly any vibrational energy unless it is immersed in the filling material, the drive power through the amplifier must be very low in order to allow the system to vibrate and to maintain the vibration. As a result, however, the system can be activated by a very low damping, such as is caused, for example, by very light bulk goods, that is, extremely light bulk goods can also be controlled and monitored with the device according to the invention.

In den Fig. 4 und 5 ist ein alternativer Lösungsvorschlag in kompakter Bauweise wiedergegeben. Die Fig. 4 stellt einen Schnitt in der Schwingungsebene, die Fig. 5 einen Schnitt senkrecht zur Schwingungsebene dar. 4 and 5, an alternative proposed solution is given in a compact design. 4 shows a section in the plane of vibration, FIG. 5 shows a section perpendicular to the plane of vibration.

Ein in einen Behälterraum hineinragendes Schwingungs-element 48 ist als Hohlzylinder, also rohrförmig ausgebildet und an seinem unteren freien Ende quer zur Schwingungsrichtung flach gequetscht. Vorzugsweise in seiner oberen Hälfte ist er zentrisch in einer als Rückholfeder wirkenden A vibration element 48 protruding into a container space is designed as a hollow cylinder, that is to say tubular, and is squeezed flat at its lower free end transversely to the direction of vibration. Preferably in its upper half it is centered in a spring that acts as a return spring

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646 252 646 252

Membran 50 befestigt, wobei im Ruhezustand die Ebene der Membran 50 senkrecht zur Achse des Schwingungselements 48 verläuft. Sofern das Schwingungselement 48 als Drehschwinger eine Drehschwingung ausübt, so erfolgt diese um eine Drehachse Dl, die auf einem Durchmesser der Membran 50 liegt. Ein zweites Schwingungselement 52 in Form eines Vollzylinders oder eines Stabes ragt mit seinem freien Ende in die Ausnehmung des Hohlzylinders des ersten Schwingungselements 48. Vorzugsweise in der oberen Hälfte des zweiten Schwingungselements 52 ist dieses zentrisch in einer gleichfalls als Rückholfeder wirkenden Membran 54 befestigt. Sofern das Schwingungselement 52 Drehschwingungen durchführt, erfolgen diese um eine Drehachse D2, die gleichfalls auf einem Durchmesser der Membran 54 liegt. Die äusseren Ränder der Membranen 50 und 54 sind über ein Rohr 56 miteinander verbunden. Durch geeignete Abmessungen weisen die Schwingungselemente 48 und 52 die gleiche Resonanzfrequenz auf. Damit das aus den Schwingungselementen 48, 52 den Membranen 50, 54 und dem Verbindungsrohr 56 sich zusammensetzende Schwingungsgebilde beim Schwingungsvorgang einen in Ruhe befindlichen Schwerpunkt aufweist, muss in geeigneter Weise die Massenverteilung des Schwingungselements 52 unter- und oberhalb der Membran 54 gewählt werden. Membrane 50 attached, the plane of the membrane 50 perpendicular to the axis of the vibration element 48 in the rest state. If the vibrating element 48 acts as a torsional oscillator, this takes place about an axis of rotation D1 which lies on a diameter of the membrane 50. A second oscillation element 52 in the form of a solid cylinder or a rod protrudes with its free end into the recess of the hollow cylinder of the first oscillation element 48. Preferably in the upper half of the second oscillation element 52, the latter is fixed centrally in a membrane 54 which also acts as a return spring. If the vibrating element 52 carries out torsional vibrations, these take place about an axis of rotation D2, which likewise lies on a diameter of the membrane 54. The outer edges of the membranes 50 and 54 are connected to one another via a tube 56. Due to suitable dimensions, the vibration elements 48 and 52 have the same resonance frequency. So that the vibration structure composed of the vibration elements 48, 52, the membranes 50, 54 and the connecting tube 56 has a center of gravity at rest during the vibration process, the mass distribution of the vibration element 52 below and above the membrane 54 must be selected in a suitable manner.

Es ist nämlich nicht erforderlich, dass die Schwerpunkte eines jeden Schwingungselements 48,52 mit der Drehachse Dl bzw. D2 zusammenfallen. Dies ist der Fig. 6 zu entnehmen. Ein Schwingungselement DSi ist als rohrförmiger Drehschwingkörper ausgebildet und weist die Masse mi auf. Die Auslenkung aus der Ruhelage ist mit dem Winkel cti gekennzeichnet. Gleichzeitig wird dabei der zugehörige Schwerpunkt Si um die Strecke Li ausgelenkt. This is because it is not necessary that the centers of gravity of each vibration element 48, 52 coincide with the axis of rotation D1 or D2. This can be seen in FIG. 6. A vibration element DSi is designed as a tubular torsional vibration body and has the mass mi. The deflection from the rest position is marked with the angle cti. At the same time, the associated center of gravity Si is deflected by the distance Li.

. Ein zweites Schwingungselement in Form eines stabförmigen Drehschwingkörpers DS2 mit der Masse m2 soll oberhalb des ersten Schwingungselements DSi koaxial zu diesem angeordnet und um einen Winkel ct2 aus seiner Ruhelage bewegt sein. Dabei wird sein Schwerpunkt S2 um die Strecke L2 ausgelenkt. Der stabförmgie Drehschwingkörper DSi soll des weiteren in den Drehschwingkörper DSi hineinragen und weist deshalb ein wesentlich kleineres Massenträgheitsmoment auf. Unter der Voraussetzung, dass beide Schwingungselemente DSi und DS2 die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen, muss das Richtmoment des Schwingungselements DS2 entsprechend kleiner sein als die des Schwingungselements DSi. Die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz eines Drehschwingers vom Massenträgheitsmoment und von der Win-kelrichtgrösse ist durch die bereits zuvor wiedergegebene Gleichung (1) gegeben: . A second vibrating element in the form of a rod-shaped torsional vibrating body DS2 with the mass m2 is to be arranged above the first vibrating element DSi coaxially to the latter and to be moved from its rest position by an angle ct2. His center of gravity S2 is deflected by the distance L2. The rod-shaped torsional vibrating body DSi should also protrude into the torsional vibrating body DSi and therefore has a much smaller mass moment of inertia. Provided that both oscillation elements DSi and DS2 have the same resonance frequency, the directional torque of the oscillation element DS2 must be correspondingly smaller than that of the oscillation element DSi. The dependence of the resonance frequency of a rotary oscillator on the moment of inertia and on the angular directivity is given by the equation (1) already given above:

Die Bedingung dafür, dass der Schwerpunkt des gesamten Schwingungssystems in Ruhe bleibt, ist die foglende: The condition for keeping the center of gravity of the entire vibration system at rest is as follows:

mi x Li = im x L2. mi x Li = in x L2.

Bei gegebenem Schwingungselement DSi mit bestimmten Werten für die Frequenz, das Massenträgheitsmoment, der Winkelrichtgrösse, der Masse des Schwingkörpers sowie des Abstandes des Schwerpunktes vom Drehpunkt und Auslenkungswinkel lassen sich die entsprechenden Werte für das Schwingungselement DS2 berechnen. Durch geeignete Verteilung der Massen der Schwingungselemente DSi und DS2, insbesondere der Massenverteilung des Drehschwingkörpers DS2 vor und hinter der zugehörigen Membran läst sich der Schwerpunkt des Drehschwingkörpers so verschieben, dass die obige Bedingung eingehalten wird. Diese Bedingung genügt zwar, damit der Schwerpunkt des gesamten Systems in Ruhe bleibt, sie genügt jedoch nicht, damit auch das die beiden Einzelschwinger verbindende Rohr in Ruhe bleibt. Denn würde das Schwingungssystem z.B. so gebaut wie in Fig. 6 For a given vibration element DSi with certain values for the frequency, the moment of inertia, the angular reference, the mass of the vibrating body and the distance of the center of gravity from the pivot point and deflection angle, the corresponding values for the vibrating element DS2 can be calculated. By a suitable distribution of the masses of the vibration elements DSi and DS2, in particular the mass distribution of the torsional vibrating body DS2 in front of and behind the associated membrane, the center of gravity of the torsional vibrating body can be shifted so that the above condition is met. This condition is sufficient for the center of gravity of the entire system to remain at rest, but it is not sufficient for the tube connecting the two individual oscillators to remain at rest. Because if the vibration system constructed as in Fig. 6

gezeigt, d.h. so, dass die Schwerpunkte Si und S2 in der Ruhelage räumlich getrennt liegen, so würden beim Schwingungsvorgang infolge Auslenkung der Schwerpunkte Si und S2 aus ihrer Ruhelage die übrigen Teile der Einzelschwinger in der entgegengesetzten Richtung ausgelenkt werden. Das heisst auf das die beiden Einzelschwinger verbindende Rohr würde ein Drehmoment wirken. Um das zu verhindern, müssen die beiden Einzelschwinger soweit ineinander geschoben werden, dass die beiden Schwerpunkte Si und S2 im Ruhezustand zusammenfallen. Auf diese Weise kann das Schwingungssystem, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, noch wesentlich kompakter und preiswerter aufgebaut sein. shown, i.e. so that the centers of gravity Si and S2 are spatially separated in the rest position, the remaining parts of the individual oscillators would be deflected in the opposite direction during the oscillation process due to deflection of the centers of gravity Si and S2 from their rest position. This means that a torque would act on the tube connecting the two individual oscillators. To prevent this, the two individual vibrators must be pushed into each other so far that the two focal points Si and S2 coincide in the idle state. In this way, the oscillation system, as shown in FIGS. 4 and 5, can be constructed even more compactly and inexpensively.

Werden nun die Schwingungselemente 48,52 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 entsprechend der zuvor aufgezeigten Bedingungen durch geeignete Wahl der Abmessungen auf gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt und zu Schwingungen im entgegengesetzten Drehsinn, jedoch in gleicher Schwingungsebene angeregt, so kompensieren sich die Drehmomente der beiden Schwingungselemente 48 und 52 auf dem Verbindungsrohr 56, so dass dieses auf seiner ganzen Länge den Knoten des Schwingungssystems bildet. Entsprechend des Lösungsvorschlages nach Fig. 3 ist auch das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 über eine Ringmembran 58 mit einem Einschraubstück 60 verbunden. If the vibrating elements 48, 52 according to the exemplary embodiment of FIGS. 4 and 5 are matched to the same resonance frequency by suitable choice of dimensions and excited to vibrate in the opposite direction of rotation, but in the same vibrational plane, the torques of the two are compensated for Vibration elements 48 and 52 on the connecting tube 56, so that this forms the node of the vibration system over its entire length. According to the proposed solution according to FIG. 3, the exemplary embodiment according to FIGS. 4 and 5 is also connected to a screw-in piece 60 via an annular membrane 58.

Zum Schwingungsantrieb und -abgriff sind piezoelektrische Systeme vorgesehen. Das Rohr 56 ist zur Aufnahme von piezoelektrischen Elementen 62 quer zu seiner Achse geteilt. Die beiden Teile sind gemäss Fig. 5 über zwei Schraubverbindungen 64 miteinander verbunden. Die Verschraubungsstel-len liegen auf einem Durchmesser des Rohres 56, der senkrecht zur Schwingungsebene liegt. Zwei Distanzscheiben 66 sorgen für einen Spalt zwischen den beiden Abschnitten des Rohres 56. In der Schwingungsebene auf dem Durchmesser des Rohres 56 sind zwischen den beiden Abschnitten des Rohres 56 diametral gegenüber jeweils zwei piezoelektrische Keramikscheiben zur Bildung jeweils eines piezoelektrischen Wandlerpaares 62 angeordnet. Zwischen den piezoelektrischen Keramikscheiben befindet sich jeweils eine dünne Metallfolie als Elektrode 68. Die zweite Elektrode der piezoelektrischen Wandlerpaare 62 wird durch die voneinander getrennten Abschnitte des Rohres 56 gebildet, die über die Schrauben 64 elektrisch miteinander verbunden sind. Somit sind die beiden piezoelektrischen Keramikscheiben eines jeden Wandlerpaares elektrisch parallelgeschaltet, während sie mechanisch in Serie vorliegen. Piezoelectric systems are provided for the vibration drive and pick-up. The tube 56 is divided transversely to its axis for receiving piezoelectric elements 62. 5, the two parts are connected to one another via two screw connections 64. The screw positions lie on a diameter of the tube 56 which is perpendicular to the plane of vibration. Two spacers 66 provide a gap between the two sections of the tube 56. In the plane of vibration on the diameter of the tube 56, two piezoelectric ceramic disks are arranged diametrically opposite each other between the two sections of the tube 56 to form a pair of piezoelectric transducers 62. A thin metal foil as the electrode 68 is located between the piezoelectric ceramic disks. The second electrode of the piezoelectric transducer pairs 62 is formed by the separate sections of the tube 56, which are electrically connected to one another via the screws 64. Thus, the two piezoelectric ceramic disks of each pair of transducers are electrically connected in parallel while they are mechanically in series.

Wird an ein piezoelektrisches Wandlerpaar 62 eine Wechselspannung angelegt, so wird der Wandler im Rhythmus der Wechselspannung dicker bzw. dünner und regt so über die äusseren Ränder der beiden Membranen 50, 54 die beiden Schwingungselemente 48, 52 zu gegensinnigen Drehschwingungen um ihre jeweiligen Drehachsen DSi bzw. DS2 an. If an alternating voltage is applied to a pair of piezoelectric transducers 62, the transducer becomes thicker or thinner in the rhythm of the alternating voltage and thus excites the two vibrating elements 48, 52 to opposite torsional vibrations about their respective axes of rotation DSi and / or over the outer edges of the two membranes 50, 54 DS2 on.

Das zweite piezoelektrische Wandlerpaar 62, das sich in der gegenüberliegenden Seite des Rohres 56 befindet, ist entsprechend dem ersten Wandlerpaar aufgebaut und gibt eine Wechselspannung in Abhängigkeit von der Frequenz und der Amplitude der mechanischen Schwingung ab. Das Ausgangssignal wird bekannterweise einem elektronischen Verstärker 70 zugeführt und von diesem verstärkt, um dem ersten piezoelektrischen Wandlerpaar 62 zugeführt zu werden. Somit erhält man ein rückgekoppeltes System, das - wie erwähnt -wie ein üblicher Oszillator schwingt, wenn die Ringverstärkung grösser als 1 ist. Wie bei der zuerst beschriebenen Lösung gilt auch hier, dass das System automatisch auf der mechanischen Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingers schwingt. Wird das in den Behälter hineinragende Schwingungselement 48 vom Füllgut bedeckt, so erfolgt eine Dämpfung der Schwingung, wodurch ein dem Verstärker nachgeschalteter Schwellwert-Diskriminator 72 anspricht, der The second pair of piezoelectric transducers 62, which is located on the opposite side of the tube 56, is constructed in accordance with the first pair of transducers and emits an alternating voltage as a function of the frequency and the amplitude of the mechanical oscillation. As is known, the output signal is fed to and amplified by an electronic amplifier 70 in order to be fed to the first pair of piezoelectric transducers 62. This results in a feedback system that - as mentioned - vibrates like a conventional oscillator if the ring gain is greater than 1. As with the solution described first, the system also vibrates automatically at the mechanical resonance frequency of the mechanical vibrator. If the vibrating element 48 protruding into the container is covered by the filling material, the vibration is damped, as a result of which a threshold discriminator 72 connected downstream of the amplifier responds, which

8 8th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

OD OD

wiederam ein Relais 74 umschalten lässt. Nach Absinken des Füllstandes wird das untere Ende des Schwingungselementes 48 wieder frei, so dass das System wieder anschwingt und der Schwellwert-Diskriminator 72 das Relais 74 zurückschaltet. Durch die Anordnung der piezoelektrischen Wandler zwischen den Rohrabschnitten ist zwar nicht hundertprozentig die Bedingung erfüllt, dass das gesamte Rohr 46 einen Schwingungsknoten des Systems bildet. Aufgrund der hohen again a relay 74 can be switched. After the fill level has dropped, the lower end of the vibration element 48 becomes free again, so that the system swings again and the threshold discriminator 72 switches the relay 74 back. Due to the arrangement of the piezoelectric transducers between the tube sections, the condition that the entire tube 46 forms an oscillation node of the system is not fully met. Because of the high

9 646 252 9 646 252

Güte des Schwingungssystems und der daraus resultierenden grossen Resonanzüberhöhung sind die kleinen, von den piezoelektrischen Wandlern kommenden Schwingungsamplituden jedoch vernachlässigbar und die Aufhängung des s Schwingungssystems mit der Ringmembran 58 kann ohne Verringerung der Empfindlichkeit an dem Rohr 56 vorgenommen werden. However, the quality of the vibration system and the resulting large resonance increase are negligible, the small vibration amplitudes coming from the piezoelectric transducers and the suspension of the vibration system with the ring membrane 58 can be carried out on the tube 56 without reducing the sensitivity.

G G

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims (31)

646 252 PATENTANSPRÜCHE646 252 PATENT CLAIMS 1. Vorrichtung zur Feststellung eines bestimmten Füllstandes in einem Behälter mit einem zumindest ein in den Behälter hineinragendes als Schwingstab ausgebildetes Schwingungselement aufweisenden Schwingungsgebilde, dessen Schwingungen bei Berühren von in dem Behälter vorhandenem Füllgut gedämpft werden, und mit Einrichtungen zur Auslösung von Anzeige- und/oder Schaltvorgängen in Abhängigkeit von der Amplitude der Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsgebilde (1,2,4, 5,3,6, 7) zwei übereinander angeordnete Schwingungselemente (1, 2; 4,5) aufweist, die als gleiche Resonanzfrequenz aufweisende Drehschwinger ausgebildet und zur Bestimmung des Füllstandes in Schwingungen von entgegengesetztem Drehsinn angeregt sind, wobei das Schwingungsgebilde von einem Antriebssystem in Schwingungen versetzbar ist und die Drehachsen der jeweiligen Drehschwinger übereinander angeordnet sind. 1. Device for determining a certain fill level in a container with an at least one vibrating element projecting into the container as a vibrating element and having vibrations, the vibrations of which are damped when the contents present in the container are touched, and with devices for triggering display and / or Switching operations as a function of the amplitude of the vibrations, characterized in that the vibrating structure (1, 2, 4, 5, 3, 6, 7) has two vibration elements (1, 2; 4, 5) which are arranged one above the other and which have the same resonance frequency Rotary vibrators are designed and excited to determine the level in vibrations of opposite directions of rotation, wherein the vibrating structure can be set in motion by a drive system and the axes of rotation of the respective rotary vibrators are arranged one above the other. 2 2nd 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungselemente (1,2; 4, 5) im Zentrum jeweils einer als Rückholfeder wirkenden Membran (3 ; 6) angeordnet sind, deren äussere Ränder über ein Rohr (7) starr miteinander verbunden sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the vibrating elements (1, 2; 4, 5) are each arranged in the center of a membrane (3; 6) acting as a return spring, the outer edges of which are rigidly connected to one another via a tube (7) are. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt jedes Schwingungselements (1,2; 4, 5) jeweils im Zentrum der entsprechenden Membran (3 ; 6) und auf der Drehachse (Dl ; D2) des Schwingungselements (1,2; 4, 5) liegt. 3. Device according to claim 2, characterized in that the center of gravity of each vibration element (1,2; 4, 5) in each case in the center of the corresponding membrane (3; 6) and on the axis of rotation (Dl; D2) of the vibration element (1,2 ; 4, 5). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsgebilde an dem Rohr (7) mit einer Ringmembran (8) in einem Einschraubstück (9) angeordnet ist, welches in die Wandung (100) des Behälters montierbar ist. 4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the vibratory structure on the tube (7) with an annular membrane (8) is arranged in a screw-in piece (9) which can be mounted in the wall (100) of the container. 5 5 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsgebilde aus nicht magnetisierbarem Material besteht. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the vibratory structure consists of non-magnetizable material. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsgebilde von einem elektromagnetischen Antriebssystem in Schwingungen versetzbar ist, welches aus einer vorzugsweise von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossenen, einen Anker (111) umgebenden Spule (113) dem Anker (111) und zwei magnetischen Polen besteht, von denen jeweils einer in einem der Schwingungselemente (1 ; 5) eingelassen ist. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the vibrating structure can be set in vibration by an electromagnetic drive system which consists of a coil (113) surrounding the armature (111) and a coil which is preferably flowed through by a pulsating direct current and an armature (111) there are two magnetic poles, one of which is embedded in one of the vibration elements (1; 5). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (111) zwei auf die Schwingungselemente (1,2; 4,5) ausgerichtete parallel oder nahezu parallel verlaufende Schenkel aufweist, deren freie Enden jeweils dem magnetischen Pol (112) in einem der Schwingungselemente (1 ; 5) zugewandt sind. 7. The device according to claim 6, characterized in that the armature (111) has two parallel or almost parallel legs oriented on the vibration elements (1, 2; 4, 5), the free ends of which each have the magnetic pole (112) in one the vibration elements (1; 5) are facing. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen des Schwingungsgebildes von einem elektromagnetischen System abgreifbar sind, das diametral zum Antriebssystem angeordnet ist und aus einem Stabmagneten (114) und einer zumindest einen Teil des Stabmagneten (114) umgebenden Spule (116) besteht. 8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the vibrations of the vibrating structure can be tapped by an electromagnetic system which is arranged diametrically to the drive system and from a bar magnet (114) and an at least part of the bar magnet (114) surrounding coil ( 116) exists. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabmagnet (114) mit einem der Schwingungselemente (5) verbunden ist und bei Schwingungen des Schwingungsgebildes in der Spule hin- und herbewegbar ist. 9. The device according to claim 8, characterized in that the bar magnet (114) is connected to one of the vibrating elements (5) and can be moved back and forth in the coil when the vibrating structure vibrates. 10 10th 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei schwingendem Schwingungsgebilde die in der Spule (116) des Abgriffsystems induzierte Spannung über einen Verstärker (117) als pulsierender Gleichstrom der Spule (113) des Antriebssystems zuführbar ist. 10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that in the case of an oscillating oscillating structure, the voltage induced in the coil (116) of the tap system can be supplied as an pulsating direct current to the coil (113) of the drive system via an amplifier (117). 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Verstärkers (117) mit einem Schwellwert-Diskriminator (118) verbunden ist. 11. The device according to claim 10, characterized in that the output of the amplifier (117) is connected to a threshold discriminator (118). 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungselemente (10,12; 48, 52) koaxial und zumindest teilweise sich im Abstand zueinander umfassend, angeordnet sind. 12. The device according to claim 1, characterized in that the vibration elements (10, 12; 48, 52) are arranged coaxially and at least partially spaced apart from one another. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Behälter hineinragende erste Schwingungselement (10) in eine in dem zweiten Schwingungselement (12) vorhandene Ausnehmung hineinragt. 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the projecting into the container first vibration element (10) protrudes into a recess in the second vibration element (12). 14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Behälter hineinragende erste Schwingungselement (48) eine Ausnehmung aufweist, in die das zweite Schwingungselement (52) hineinragt. 14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the first vibration element (48) projecting into the container has a recess into which the second vibration element (52) projects. 15 15 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Schwingungselemente (10,12; 48, 52) im Zentrum jeweils einer als Rückholfeder wirkenden Membran (18,26; 50,54) angeordnet ist, deren Ebenen in der Ruhestellung senkrecht zu den Achsen der Schwingungselemente verlaufen, wobei die äusseren Ränder der Membranen über ein rohrförmiges Element (28; 56) starr miteinander ver- ' bunden sind. 15. The apparatus according to claim 13 and 14, characterized in that each of the vibration elements (10, 12; 48, 52) is arranged in the center of a membrane acting as a return spring (18, 26; 50, 54), the levels of which are in the rest position run perpendicular to the axes of the vibration elements, the outer edges of the membranes being rigidly connected to one another via a tubular element (28; 56). 16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schwingungselement (10) aus einem Vollzylinder (14) besteht, der starr mit einem Hohlzylinder (16) verbunden ist, dessen freies unteres Ende zur Bildung eines Paddels flach gequetscht ist. 16. The apparatus according to claim 13, characterized in that the first vibration element (10) consists of a solid cylinder (14) which is rigidly connected to a hollow cylinder (16), the free lower end of which is squeezed flat to form a paddle. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schwingungselement (12) aus zwei starr miteinander verbundenen Zylindern (20,22) besteht, die eine durchgehende Bohrung zur Aufnahme des oberen Teils des Vollzylinders (14) des ersten Schwingungselementes (10) aufweisen. 17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the second vibration element (12) consists of two rigidly interconnected cylinders (20,22) which have a through bore for receiving the upper part of the full cylinder (14) of the first vibration element (10) exhibit. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Zylinder (20,22) im Zentrum einer Membran (26) über einen gegenüber den zwei Zylindern geringeren Durchmesser aufweisenden gleichfalls mit der Bohrung versehenen dritten Zylinder (24) starr miteinander verbunden sind. 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the two cylinders (20, 22) in the center of a membrane (26) are rigidly connected to one another via a third cylinder (24) which is smaller in diameter than the two cylinders and also provided with the bore. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberen Zylinder (20) für ein elektromagnetisches Schwingungsantriebssystem eine Spule (34) eingelassen ist, die von einem einen magnetischen Anker darstellenden Rohr (36) umgeben ist, das gleichzeitig die Umfangsfläche des oberen Zylinders (20) bildet. 19. The apparatus according to claim 18, characterized in that in the upper cylinder (20) for an electromagnetic vibration drive system, a coil (34) is embedded, which is surrounded by a tube representing a magnetic armature (36), which at the same time the peripheral surface of the upper Cylinder (20) forms. 20 20th 20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Zylinder (20) radial in seiner Schwingungsebene an beiden Stirnseiten der Spule (34) von stabför-migen Elementen (38) in Form von vorzugsweise Stiften aus magnetisch weichem Material zwischen dem Rohr (36) und der Ausnehmung durchdrungen ist. 20. The apparatus according to claim 18, characterized in that the upper cylinder (20) radially in its plane of vibration on both ends of the coil (34) of rod-shaped elements (38) in the form of preferably pins made of magnetically soft material between the tube ( 36) and the recess is penetrated. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollzylinder (14) des ersten Schwingungselements (10) zumindest im Bereich der Spule (34) aus magnetisch weichem Material besteht. 21. The apparatus of claim 19 and 20, characterized in that the solid cylinder (14) of the first vibration element (10) at least in the region of the coil (34) consists of magnetically soft material. 22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (36), die als magnetische Pole wirkenden stabförmigen Elemente (38) sowie der Vollzylinder (14) einen magnetischen Kreis darstellen. 22. The apparatus of claim 20 or 21, characterized in that the tube (36), the rod-shaped elements (38) acting as magnetic poles and the solid cylinder (14) represent a magnetic circuit. 23. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spule (34) ein pulsierender Gleichstrom zuführbar ist, der von einem auf der Membran (18) des ersten Schwingungselements (10) befestigten piezoelektrischen Element (40) oder Dehnungsmessstreifen gewonnenen elektrischen Signal ableitbar ist. 23. The device according to claim 9, characterized in that the coil (34) can be supplied with a pulsating direct current which can be derived from an electrical signal obtained on the membrane (18) of the first vibration element (10) attached piezoelectric element (40) or strain gauges . 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal einem Verstärker (42) zuführbar ist, um dieses zum einen der Spule (34) und zum anderen einem Schwellwert-Diskriminator (44) zuzuführen, welchem ein Schaltorgan (46) zum Feststellen oder Kontrollieren des 24. The device according to claim 23, characterized in that the electrical signal can be fed to an amplifier (42) in order to supply it to the coil (34) on the one hand and to a threshold discriminator (44) to which a switching element (46) for Detect or control the 25. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schwingungselement (48) ein Hohlzylinder ist, der in seiner oberen Hälfte mit der Membran (50) verbunden ist und dessen unteres Ende zur Bildung eines Paddels flach gequetscht ist. 25. The device according to claim 14 and 15, characterized in that the first vibration element (48) is a hollow cylinder which is connected in its upper half to the membrane (50) and the lower end of which is squeezed flat to form a paddle. 25 25th 26. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schwingungselement (52) ein Vollzylinder ist, dessen unteres Ende in den Hohlzylinder (48) hineinragt. 26. The device according to claim 14 and 25, characterized in that the second vibration element (52) is a solid cylinder, the lower end of which projects into the hollow cylinder (48). 27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollzylinder (52) im Bereich der oberen Hälfte mit der zugehörigen Membran (54) verbunden ist. 27. The device according to claim 26, characterized in that the solid cylinder (52) is connected in the region of the upper half to the associated membrane (54). 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das die äusseren Ränder der Membranen (50, 54) verbindende Element (56) ein Rohr ist, das in einen unteren und in einen oberen Abschnitt unterteilt ist, wobei zwischen den Abschnitten jeweils zwei piezoelektrische Elemente zur Bildung von piezoelektrischen Wandlerpaaren (62) diametral zueinander angeordnet sind. 28. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the element (56) connecting the outer edges of the membranes (50, 54) is a tube which is divided into a lower and an upper section, between the Sections of two piezoelectric elements to form piezoelectric transducer pairs (62) are arranged diametrically to each other. 29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal des einen piezoelektrischen Wandlerpaares einem Verstärker (70) zuführbar ist, und dass diese sowohl dem anderen piezoelektrischen Wandler als auch einem Schwellwert-Diskriminator (72) mit nachgeordneter Schaltvorrichtung (74) zuführbar ist. 29. The device according to claim 28, characterized in that the electrical signal of the one pair of piezoelectric transducers can be fed to an amplifier (70), and that these can be fed to both the other piezoelectric transducer and a threshold discriminator (72) with a downstream switching device (74) is. 30. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt eines jeden Schwingungselementes (10,12; 48,52) mit dem Zentrum der entsprechenden Membran (18,26; 50, 54) zusammenfällt. 30. The device according to claim 12 and 15, characterized in that the center of gravity of each vibration element (10, 12; 48, 52) coincides with the center of the corresponding membrane (18, 26; 50, 54). 30 30th 35 35 40 40 45 45 50 50 55 55 60 60 o5 o5 Füllstandes in dem Behälter nachgeordnet ist. Level in the container is subordinate. 31. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das die beiden Membranen (18,26; 50, 54) verbindende Element (28 ; 56) bei schwingendem System auch dann ruht, wenn der Schwerpunkt eines jeden Schwingungselementes (10,12; 48, 52) nicht mit dem Zentrum der entsprechenden Membran (18,26; 50, 54) zusammenfällt, jedoch durch geeignete Verteilung der Massen der beiden Schwingungselemente (10,12; 48, 52) deren Schwerpunkte so liegen, dass deren Schwingungsauslenkungen aus der Ruhelage multipliziert mit der jeweiligen Masse des Schwingungselementes gleich gross sind und wenn die beiden Drehschwinger soweit koaxial ineinandergeschoben sind, dass die Schwerpunkte der beiden Schwingungselemente zusammenfallen. 31. The device according to claim 15, characterized in that the element (28; 56) connecting the two membranes (18, 26; 50, 54) rests in a vibrating system even when the center of gravity of each vibration element (10, 12; 48 , 52) does not coincide with the center of the corresponding diaphragm (18, 26; 50, 54), but due to a suitable distribution of the masses of the two vibration elements (10, 12; 48, 52), the center of gravity of which is such that their vibration deflections from the rest position multiplied by the respective mass of the vibration element are the same size and when the two rotary vibrators are pushed into each other coaxially enough that the centers of gravity of the two vibration elements coincide.