CN1820182A - 十字形弹簧元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交叉弹簧元件，它优选地安装在用于根据科里奥利原理用于测量散装材料的质量流量测量的装置中。为此，可彼此相对旋转的两个轴承元件(1，2)设置于测量支路中，并包括至少4个相互正交的交叉板簧元件(3，4，5，6)，这些板簧元件将两个轴承元件(1，2)彼此相连。其中，径向方向(8)上的交叉板簧元件(3，4；5，6)至少成对布置并在旋转轴线(7)上交叉。在一侧上，每个板簧对(3，4；5，6)的端部被分别固定在不同的轴承元件(1，2)上，从而同时在每一方向(8)上传递径向压缩载荷和拉伸载荷。

Description

十字形弹簧元件

技术领域

本发明涉及一种如本申请的权利要求1的前述部分所述的十字形或交叉弹簧元件。

背景技术

为了精确地测量旋转力矩或者转矩，通常需要支承两个可彼此相对旋转的部件。特别是在涉及小转矩时，对于测量的精确性来说，关键是要提供最大可能的无摩擦轴承支承。根据科里奥利测量原理，相对较小的转矩特别是用于测量质量流量中。在这种测量装置中，以恒定转速驱动马达，所述马达带动叶轮进行旋转，材料流沉积于所述叶轮上并在其上发生径向偏转。通过转矩测量设备来测量驱动转矩，并且所述驱动转矩的大小正比于质量流量。

之前从DE-OS 33 46 145中已知用于确定材料流的连续重量的测量装置。在该测量装置中，马达的驱动转矩被测量，由此，该马达可枢转地或者下垂式悬置并保持或支承在与壳体相连的测力传感器或者采集器上。在与力臂结合的情况下，所测得的力被计算或者转换成转矩/力矩，该转矩完全正比于质量通过量。在该装置中，可摆动地悬置的马达相对于固定壳体在球轴承中被导向，所述球轴承由于其摩擦可能会使转矩的测量产生误差。由于在通过一侧被支承的马达的加载操作过程中会引起轴承摩擦出现不一致或者发生部分改变的情况，这种情况将会使测量结果产生误差，因此，其结果也不可能被预先确定。

类似地，从EP 0 474 121 B1中已知一种用于根据科里奥利原理测量质量流量的装置，其中驱动转矩通过测量传动装置确定，该测量传动装置基本上补偿了这些轴承摩擦力。为此，叶轮的被驱动测量轴在滚柱轴承中被导向，其中该滚柱轴承的外环或者外圈支承在另一滚柱轴承中。就此而言，第二滚柱轴承的外环或者外圈设有附加驱动件，该驱动件使第二滚柱轴承至少以测量轴的同步转速运行或旋转。由于两个滚柱轴承之间的不同驱动转矩，在旋转方向上出现相对运动并且它们之间必需所谓的分解或分离转矩，因此并不能完全防止非线性摩擦对转矩测量装置的影响。

从WO 00/47955中已知一种根据科里奥利原理用于质量流量测量的转矩测量装置，该装置通过旋转轴承元件传递驱动转矩，并包括无摩擦十字形或交叉弹簧元件。该交叉弹簧元件由两个正交的板簧组成，该板簧将两个轴承元件彼此连接。其中一个轴承元件为竖直向下定向的轴承套筒，在其中空内部，作为第二轴承元件的竖直向上定向的圆筒被导向。在轴向上，两个轴承元件被一球可旋转地支承，所述球的摩擦力可忽略不计。对于径向轴承支承而言，板簧被布置成与旋转轴线相垂直，并且它们的一端固定在轴承套筒上，另一端固定在下部圆筒上。在旋转轴线的轴向上，相互交叉的板簧彼此相邻地间隔布置并由下部圆筒中的凹槽导向，这使得两个轴承元件可彼此相对地进行小的旋转运动。该旋转轴承基本上无摩擦，并且在旋转方向上柔韧而易于弯曲，而在径向上很难弯曲。然而，这种交叉弹簧元件具有一些缺点，特别是在旋转径向载荷方面，其存在以下危险，即弹簧性能会根据板簧的应力或者张力的大小发生突变或者阶跃性变化，这将导致出现很大的弯曲(临界)载荷，并且使得弹簧刚度或者弹性系数在旋转方向上发生不期望的改变。

发明内容

因此，本发明的目的或者任务在于进一步开发出这样一种弹簧元件，从而使得在径向载荷下，它在旋转方向上易于弯曲，并在径向上尽可能地难于弯曲，且旋转方向上的弹簧刚度或者弹性系数基本上与径向载荷无关。

该目的由如本申请的权利要求1中所述的本发明实现。本发明的其它改进和有利示范性实施例记载在从属权利要求中。

由于板簧元件的成对布置，本发明具有以下优点，即这些板簧元件特别是可在径向上被布置成扁平状，由此它们在弯曲方向上具有非常好的弹性。因此，有利地是，即使该交叉弹簧元件承受了高的径向载荷，该板簧元件的滞后性也保持很小，且几乎不存在任何翘曲的危险性。

此外，以这种方式布置的弹性交叉弹簧元件具有以下优点，即它非常适合于与下垂式或可摆动地悬置的驱动马达相结合来测量力或者转矩，这是因为在与所述马达结合时，仅仅需要传递很小的旋转运动。由于这些轴承也可被布置在测量支路(单元)中，因此，可以采用这种简单的交叉弹簧元件来获得无摩擦的轴承支承，这种无摩擦的轴承支承将不会对测量结果产生误差。

此外，本发明还具有以下优点，即这种交叉弹簧元件基本上以无磨损的方式操作，因此几乎不需要对其进行维护。即，由于轴承元件通过至少两个板簧对连接，因此避免了轴承元件中出现点式载荷，当球轴承中出现小的旋转运动和振动径向载荷时，所述点式载荷尤其将会导致使磨损和摩擦加剧。

此外，本发明还具有以下优点，即甚至在采用旋转运行的交叉弹簧元件时，它也包括在未加载或者怠速运转的操作状态下恒定不变的高零点。而且，特别是，当它包括径向驱动装置时，由于在拉伸和压缩作用下始终被均匀加载的运转或旋转交叉弹簧元件，几乎不会出现可能导致测量信号发生波动的任何径向偏移。另外，在采用这种交叉弹簧元件时，即使在出现强烈的温度波动时，也可以有利地同时进行高度精确的力或者转矩测量。也就是说，由于板簧元件在两个轴承元件上的交替连接或者固定，特别是它们的热膨胀效应以及热应力将会相互补偿，或者即使在它们彼此相对于旋转轴线呈非对称布置的情况下，它们之间的应力也会相互补偿，因此它们对测量装置的影响可以忽略不计。

附图说明

下面结合附图中所示的示范性实施例对本发明进行更详细的说明。

附图中：

图1为交叉弹簧元件的原理性布置的示意图，以及

图2为交叉弹簧元件的构造实施例。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了根据科里奥利原理用于质量流量测量装置的交叉弹簧元件。该交叉弹簧元件由4个成对的交叉板簧3、4、5、6组成，这些板簧固定在两个环形轴承元件1、2上。

该交叉弹簧元件被特别设置，以将叶轮的驱动轴与被摆动或者悬垂式支承的力测量装置相连，所述叶轮被支承在未示出的套筒中。在2002年11月13日向德国专利商标局递交的申请号为10253078.5-52的专利申请公开了这种装置。就此而言，力测量装置由位于驱动马达上的中间传动装置支承。为此，轴承元件1、2分别与一带齿齿轮相连，所述齿轮与两个类型类似的中间齿轮相啮合地旋转，并且这些齿轮由驱动马达同步驱动。就此而言，中间齿轮中的一个与一杠杆臂相连，该杠杆臂被支承在一力测量单元或者载荷单元上，通过所述力测量单元或者载荷单元测量驱动力矩。当驱动力矩出现波动时，两个中间齿轮之间在轴承元件上出现滑移或者相对运动，由此，滑移或者相对运动的旋转角正比于质量流量。这些旋转角即使在较大的杠杆臂比的情况下也非常小，并且其值通常不超过5。，而且由于所述交叉弹簧元件直接位于测量支路中，在轴承元件发生失转或者扭曲时，也将尽可能地无摩擦。

由于科里奥利力相对于该驱动支路中的其它力较小，因此每一轴承摩擦均会使测量信号减弱，并且由于非线性效应，所述轴承摩擦还会使测量信号产生误差。由于交叉弹簧元件由两个啮合的齿轮径向驱动，因此在驱动力矩的传递中会产生相当大的径向力，由此这些径向力必须由旋转弹簧元件吸收。当发生径向偏移时，这将直接会对测量值产生影响，这是因为将要确定的转矩或者旋转力矩由预定长度的杠杆臂给定，所述杠杆臂支承在力测量单元或者载荷单元上。在发生横向偏移时，该杠杆臂的长度将发生改变，由此将产生测量误差。

在这种径向力负载的情况下，特别是对于旋转交叉弹簧元件而言，根据板簧3、4、5、6的旋转角位置，拉伸以及压缩负载均会在板簧的轴向上产生。特别是，为了防止板簧3、4、5、6在压缩负载下发生翘曲运动或变形，这些板簧将必须具有足够大的尺寸，从而可在旋转方向上产生可弯曲的柔性。

因此，本发明的交叉弹簧元件被这样设计，以使得对于每一角位置而言，其在旋转方向上尽可能地柔韧而易于弯曲，而在径向上总体上难于弯曲，即使在出现较大径向力载荷的情况下，也不会存在发生径向偏移的危险。这一点是通过本发明获得的，其中优选地是，径向方向8上的交叉板簧3、4、5、6被成对布置，从而其端部分别被固定到不同的轴承元件1、2上。这样，位于附图上部的第一和第二板簧3和4垂直或横向于旋转轴线7布置。这样，它们二者在旋转轴线7的轴向上彼此相邻地平行布置，由此第一板簧3的一端固定在上部环形轴承元件1上，其另一端固定在下部环形轴承元件2上。另一方面，这些成对布置的板簧中的第二板簧4的端部以相反或者相对的方式固定在轴承元件1、2上，从而其左端区域与上部环形轴承元件1相连，且其右端区域与下部环形轴承元件2相连。板簧3和4均与位于附图下方区域中旋转轴线7上的另一板簧对5、6正交。然而，就此而言，所有板簧3、4、5、6均在旋转轴线7的轴向上彼此间隔地布置，由此下部板簧对5、6在垂直或横向于旋转轴线7的方向上彼此相邻地平行延伸。就此而言，下部第三板簧5的左端区域固定在下部环形轴承元件2上，其右端区域固定在上部环形轴承元件1上。另一方面，下部第四板簧6被布置成或被安装成其左端区域固定在上部环形轴承元件1上，且其右端区域固定在下部环形轴承元件2上。

通过径向驱动件以及通过摆动或者悬垂式马达或者中间传动轴承支承件，各种不同的径向载荷被传递给交叉弹簧元件，这样可使得压缩效应以及拉伸效应作用于板簧3、4、5、6上。就被旋转驱动的交叉弹簧元件而言，通过相对于力传递位置的相应角位置，其已经发生了改变。正如由其结构所导致的那样，由于这种板簧3、4、5、6能够承受的拉伸载荷比压缩负荷大很多，因此，根据本发明将这些板簧成对布置，并且将它们交替固定在两个轴承元件1、2上，这两个轴承元件1、2被具体实施为轴承环。因此，弹簧对3，4；5，6中的板簧3、4、5、6交替地承受径向拉伸力和压缩力，从而优选地是，每一弹簧3、4、5、6可被具体实施为特别是扁平状，并且由此在旋转方向上相当柔韧且易于弯曲。由于这些交替固定或者连接也被应用于下部交叉布置的板簧对5、6上，因此在旋转时，也会产生均匀的径向力分布，由此可确保稳定的径向力轴承支承。

这种交叉弹簧元件不仅可在旋转测量支路中应用或利用，而且还可被直接设置在摆动或者悬垂式驱动马达上。就此而言，一轴承环1与驱动马达的定子相连，而另一轴承环2与一固定装置部件相连，其中力测量装置支承在所述固定装置部件上。

图2示出了作为构造实施例的这种交叉弹簧元件的优选示范性实施例。其中，功能等同的部件具有与图1相同的附图标记。图2中的示范性实施例包括两个轴承元件1、2，所述轴承元件被具体实施为结构化或图案化环形元件。就此而言，通过凹槽和狭缝使这两个环形元件1和2在轴向上彼此相对可旋转地间隔布置。与图1中的示意图相对照，一个交叉或者横向方向8上的弹簧对3、4；5、6并不直接彼此相邻，而是由另一交叉或者横向方向8上的交叉板簧对分隔。

环形元件1、2在轴向上通过凸部和凹槽13延伸，所述凸部和凹槽彼此相对或者相向，由此产生了空隙，从而排除或防止了即使在最大旋转角的情况下出现接触。就此而言，凸起或凸部具有轴向表面9，该轴向表面径向布置并且用于固定板簧的端部区域。板簧3、4、5、6由螺钉或者螺栓连接件10固定在环形元件1和2上。板簧3、4、5、6由扁平且薄的弹簧材料制成，优选地是，由弹簧钢合金制成，其中该弹簧钢合金具有很高的抗拉强度。环形元件1、2优选地由固态金属本体构成，该固态金属本体由管状材料通过切削加工工艺加工而成或者被制成为铸造件。

两个环形元件1、2中的每一个可具有位于连接边缘或者连接边11上的固定装置，从而其例如可与带齿齿轮、旋转轴、套筒和其它扭转或旋转元件相连，所述环形元件应被布置成可彼此相对地扭转或者旋转。图示的交叉弹簧元件优选地用于根据科里奥利原理的质量流量测量装置中。然而，这种交叉弹簧元件也可应用或者利用于其它转矩测量装置中，为此，例如通过被支承的力测量装置确定轴、马达或者类似物的转矩。

Claims (7)

1.用于连接两个可相对旋转的轴承元件(1，2)的交叉弹簧元件，其包括至少两个板簧元件(3，4，5，6)，所述至少两个板簧元件(3，4，5，6)横向于旋转轴线(7)彼此交叉，并将两个轴承元件(1，2)彼此相连，其特征在于，径向方向(8)上的相互交叉的板簧元件(3，4；5，6)以至少成对的方式布置，由此每个板簧对(3，4；5，6)的端部在一侧上分别固定在不同的轴承元件(1，2)上，且在相对侧上采用与之交替的连接方式。

2.如权利要求1所述的交叉弹簧元件，其特征在于，该轴承元件(1，2)呈环形并与4个成对布置的交叉板簧(3，4；5，6)相连，由此该板簧对(3，4；5，6)彼此正交。

3.如权利要求1或2所述的交叉弹簧元件，其特征在于，该板簧(3，4，5，6)沿旋转轴线(7)的方向彼此相邻地平行布置，并在旋转轴线(7)上交叉。

4.如前述权利要求之一所述的交叉弹簧元件，其特征在于，该环形轴承元件(1，2)包括用于固定一旋转元件的向外定向的平面状连接边缘(11)以及设有凸起和凹槽(13)的向内呈阶梯状的内部部分(12)，所述凸起和凹槽(13)接合到与其相对的平置轴承元件(1，2)中，并具有至少一个用于固定板簧端部的轴向表面(9)。

5.如前述权利要求之一所述的交叉弹簧元件，其特征在于，该环形轴承元件(1，2)通过凹槽(13)或狭缝在轴向上彼此间隔，并允许至少为5°至45°的扭转或旋转角，该环形轴承元件(1，2)还通过扁平且薄的板簧(3，4，5，6)相连，由此该板簧(3，4，5，6)在旋转方向上易于弯曲，并在拉伸方向上难于弯曲。

6.如前述权利要求之一所述的交叉弹簧元件，其特征在于，该环形轴承元件(1，2)包括固定装置，借助于该固定装置，该交叉弹簧元件被可旋转地支承在驱动单元和测力传感器之间，并用于无摩擦地传递将被测量的驱动力矩。

7.如权利要求6所述的交叉弹簧元件，其特征在于，该交叉弹簧元件被布置在叶轮的驱动轴和根据科里奥利原理的散装材料质量流量测量装置的测力传感器之间。

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