JP2002536654A - 物質流を測定する装置のためのトルク測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、物質流、特にバルク材料流をコリオリの測定原理により測定する装置に関する。この装置は、モータ（９）によって一定の回転数で駆動されるインペラ（２）を含み、このインペラに、材料流が、供給され、半径方向に迂回され、そしてトルク測定装置によって駆動トルクが測定される。その際駆動トルクは、ピボット軸受要素（１２）を介し、少なくとも２つの交差する水平の板バネ要素（１６，１７）を含むトルク設定のための力測定要素（２２）に伝達する。その際板バネ要素（１６，１７）は、その交点が存在する回転軸（１３）と一致するように設けられている。ピボット軸受要素（１２）へと、スラスト軸受要素（１４）が統合されており、このスラスト軸受要素によって駆動列の重量が、玉軸受部又は宝石軸受部を使用することによって固定のハウジング部分（８）に伝達される。駆動軸（５）の水平な軸受部のため、測定精度を改善するために更に摩擦の無い空気軸受（３）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念による、物質流、特にバルク材料をコリオリの
測定原理により測定する装置に関する。

【０００２】 材料流の正確な重量検出のために、回転する参照物体と移動される物質粒子を
結合する際に生じる有効な慣性力（コリオリの力）が、質量設定のために利用さ
れる。このため材料流は、半径方向の伝道羽根を備えるディスク上へともたらさ
れ、これにバルク材料が、ディスクの回転軸に対して本質的に垂直に投げ出され
る。一定の回転数で回転するディスクのトルクは、コリオリの力に応じて変化し
、この際トルクの変化が比例する。

【０００３】 連続的に材料流の重量検出をするこのような測定装置は、ドイツ連邦共和国公
開特許公報第３３ ４６ １４５号より公知である。この測定装置においては、
一定の回転数で回転するインペラが、直接これを介して設けられた電気モータに
よって駆動され、この電気モータは、固定のハウジング内で往復回転するように
軸受されている。その際駆動モータにはレバーアームが取り付けられており、こ
のレバーアームによって、回転可能に軸受されたモータが、ハウジングと結合さ
れた力収容部上へと支持される。これにより生じるモータハウジングの捩れの反
応トルクは、力収容部に伝達される。収容された力は、レバーアームの考慮の下
にトルクに換算され、これが正確に物質処理量に比例する。この装置においては
、固定のハウジングに対して往復回転するように懸架されたモータが、その摩擦
によってトルク測定を不正にするかもしれない玉軸受内で案内されている。この
軸受摩擦が、アイドリング測定によって算出され、相応に考慮される場合でも、
負荷運転においては、ベアリング壁において片側だけを支持されるモータの場合
は、不均一な潤滑によって、測定結果を不正にする設定不可能な摩擦が生じるこ
とによって、異なる軸受の摩擦が生じる。

【０００４】 このような不均一な摩擦作用を回避するために、ヨーロッパ特許公開公報第０
５９０ １８７号より捩れ継ぎ手を有するトルク測定装置が公知であり、この
捩れ継ぎ手は、駆動トルクを、垂直に設けられた３つの板バネを介して、少なく
とも２つの独立した力収容要素内に導入し、その際モータの駆動トルクは、常に
２つの力測定要素上の回転軸に対して対称に支持される。むろんこのためには、
測定装置の装置に関する費用を高める少なくとも２つの力測定要素が必要である
。

【０００５】 従って本発明の基本である課題は、簡単な手段で高い測定精度が達成可能であ
るように、冒頭で述べた様式の測定装置を改善することにある。

【０００６】 この課題は、特許請求項１において述べられた発明によって解決される。別の
構成及び有利な実施例は、従属請求項において述べられている。

【０００７】 本発明は、交差して設けられた板バネ要素によって測定装置が、常に予め設定
された回転軸上で固定されたままであるという利点を有する。従って固定の力測
定装置上で支持するためのレバーアーム長さが変化せず、従って良好なゼロ点安
定性及び測定値の不変性が達成可能である。これにより同時に良好な温度鈍感度
も得られる。何故なら熱膨張が、二次的にしかレバーアーム長さに作用できない
からである。

【０００８】 軸方向の玉軸受又は宝石軸受を有する本発明の特別な実施様式においては、こ
れにより駆動列（インペラ、駆動軸、モータ）の重量が、十分に摩擦を少なく、
固定のハウジング部分に伝達可能であることが利点であり、これにより摩擦を条
件とする測定誤差が十分に回避可能である。このような実施形においてはピボッ
ト軸受が、何ら軸力を収容する必要が無いので、ほとんど力のバイパス作用も発
生せず、従って有利な様式及び方法のこのような測定装置では、何ら移送強度も
測定可能でない。このような軸方向の軸受部においては、これが簡単な方法で汚
染の前にも保護可能であることも有利であり、従って長期間の精度も保証されて
いる。

【０００９】 実施領域内に流体軸受を使用する別の有利な実施様式においては、摩擦の無い
駆動軸の水平な軸受部が達成され、従ってこれによっても摩擦を条件とする測定
誤差が付加的に回避される。同時にこのような流体軸受もしくは空気軸受は、バ
ルク材料空間に対する突出したシールを保証し、従って測定装置は、軸受の汚染
及び摩擦上昇の恐れが無く、有利に正圧でも運転することができる。

【００１０】 本発明を、図面に図示した実施例により詳細に説明する。

【００１１】 図面の図１においては、概略的に物質流を測定する装置が断面図で図示されて
おり、この断面図においてはインペラ２が、駆動モータ９の上方で、延長された
駆動軸５上に設けられており、そこで駆動モーメントが、ピボット軸受要素１２
を介して、トルク測定装置としての力収容部１１に伝達される。

【００１２】 大部分がバルク材料である物質流は、上方で管状のバルク材料供給部１を介し
て中心でインペラ２に導かれる。インペラ２は、駆動モータ９によって一定の速
度で駆動され、これによりバルク材料流が水平方向に転向され、取り囲むバルク
材料ハウジング４によって、バルク材料流出口７を経て下方に向かって流出する
。インペラ２は、延長された垂直な駆動軸５上に存在し、この駆動軸は、空気軸
受３によって水平にバルク材料ハウジング４に対して軸受されている。同時にこ
の空気軸受３によって、バルク材料ハウジング４に対するシールが達成され、従
って軸受け３の汚染が十分に回避される。その際軸受３内の空気圧は、むろん設
定された値に関して、バルク材料ハウジング４内の圧力よりも高い。従ってこの
軸受３は、また良好に、正圧でもって測定装置を経て移送されるバルク材料流に
適する。このような空気軸受３は、また十分に摩擦が無いことが有利であり、従
ってこれにより測定結果は、摩擦損失によっては不正となることができない。こ
れは特に少ない物質流を測定する際に重要である。何故ならここでは既に、何ら
摩擦損失が比較的大きな測定誤差にならないからである。この空気軸受３は、ハ
ウジング部分４の圧搾空気接続部６を介して、工業の使用範囲においては大部分
中心に存在する必要な正圧を供給する。しかしながらまたこのような空気軸受３
は、これが構造的又は供給技術的な理由から必要であるかぎりは、このような軸
受に適した他の流体によっても運転することができる。

【００１３】 バルク材料ハウジング４は、この下に位置する固定の部分としてのモータハウ
ジング８上で固定されている。モータハウジング８内には、駆動モータ９が垂直
に設けられている。その際モータ９は、その下方でヘッドプレート１０上に固定
されており、このヘッドプレートは、全駆動列（インペラ、駆動軸、モータ）を
ピボット軸受要素１２上で支持する。ピボット軸受要素１２は、本質的に上方の
軸受スリーブ１５及び下方の軸受スリーブ１８から成り、これらの間には、ボー
ル１４がスラスト軸受部として設けられている。同時にこのピボット軸受要素１
２内へと、バルク材料流の移送強度もしくは移送量に比例する電気信号を提供す
るトルク測定装置１１が統合されている。

【００１４】 トルク測定装置１１を有するピボット軸受要素１２は、個々の図２及び３にお
いて拡大されて図示されている。その際図示された図における同一の部分に対し
ては、また同一の符号が使用される。ピボット軸受要素１２においては上方の軸
受スリーブ１５が、強固にヘッドプレート１０と結合されており、そしてモータ
９の回転軸１３に対して対称に設けられている。下方に向かって開口する上方の
軸受スリーブ１５内へと、下方の軸受スリーブ１８が同軸に導入されており、そ
の際下方の軸受スリーブ１８は、その上方の部分で、スラスト軸受部としてのボ
ールのための余地を含む。この余地によってボール１４が、存在する回転軸上に
固定される。

【００１５】 下方の軸受スリーブ１８は、その下方の領域においてボールソケット２０を備
えており、このボールソケットによって下方の軸受スリーブ１８が、垂直に、ま
た存在する回転軸１３に対して対称に、モータハウジング８に固定ネジ１９を使
用して取り付けられている。両方の軸受スリーブ１５，１８は、横方向に互いに
間隔が置かれており、従ってこれらは接触すること無く互いに捩れ可能である。

【００１６】 両方のシリンダ状の軸受スリーブ１５，１８の重なり合う領域においては、水
平の、そして９０°だけ交差した板バネ要素１６，１７が設けられており、これ
らは上方の軸受スリーブ１５の一方の端部で、また下方の軸受スリーブ１８の他
方の端部で固定されている。交差するバネ要素１６，１７が下方のシリンダ１８
の中空空間を経て案内されるので、下方の軸受スリーブ１８の対置する側に、２
つの横方向の余地がバネ要素１６，１７を実施するために設けられており、これ
らのバネ要素は、設定された捩れ角度を両方の軸受スリーブ１５，１８の間で可
能にする。その際板バネ要素１６，１７は、これらが駆動モータ９の回転方向に
曲げ柔軟性で、また長手方向に曲げ剛性であるように構成されている。角度を変
位させられて設けられた板バネ要素１６，１７によって、これらの板バネ要素は
、存在する回転軸１３上で交差し、これにより２つの軸受スリーブ１５，１８を
、この回転軸１３に対して対称に固定する。その際また、２つより多くのバネ要
素とは別の交差角度も、これが軸受要素の設けられる構造により有利であると思
われる限り、行なうことができる。むろんこの際固定が、存在する回転軸１３上
で行なわれることが保証されている。板バネ要素１６，１７は、垂直な方向で、
異なる面内に設けられており、従ってバネ要素１６，１７の直接の接触は排除さ
れている。

【００１７】 スラスト軸受部としては、ボール１４の代わりに宝石軸受部又は比肩する軸受
部も、これによりほとんど摩擦の無いスラスト軸受部が回転軸１３の周りで保証
されている限り、設けることができる。

【００１８】 上方の軸受スリーブ１５には、外周に横方向に中心点に対して直角にレバーア
ーム２４が取り付けられており、このレバーアームの端部には、水平で直角に押
圧部材２３が固定されている。その際押圧部材２３が力測定要素２２上へと支持
され、この力測定要素は、強固に固定のモータハウジング８の底部と結合されて
いる。力測定要素２２は、有利に、延び測定テープを備える曲げビームのことで
あり、この曲げビームは、出力信号として力に相応する電気信号を提供する。

【００１９】 測定装置の運転の際には、モータ９が、その駆動モーメントでもって半径方向
に力測定要素２２へと支持され、これより公知のレバーアーム２４を使用して駆
動モーメントが設定される。駆動モーメントからは、公知の方法で移送強度及び
／又は移送量を算定することができる。その際また板バネ要素１６，１７の特別
な配置によって、確定された回転軸１３が、大きな負荷変化の際もその半径方向
の位置からずれず、これにより予め設定されたレバーアーム長さが変化すること
が保証される。このような角度変位によって、交差するピボット軸受部１２は、
回転方向でまた非常に曲げ柔軟性の板バネ１６，１７も使用することができ、こ
れにより測定値を不正にする力のバイパス作用がほとんど発生しない。これによ
りこの測定装置は、また高い精度を要求される際の比較的低い移送強度に対して
も使用可能である。何故なら、ほとんど力のバイパス作用の無いこのトルク伝達
が、僅かな測定誤差しか生じさせないからである。低い移送強度の際のこの僅か
な測定誤差は、ほとんど摩擦の無い空気軸受３及びスラスト軸受１４が使用され
ることによって更に改善される。何故ならこれにより、全測定装置内の摩擦及び
力のバイパス作用を、ほとんど発生させることができないからである。

【００２０】 このように摩擦及び力のバイパス作用がほとんど無い軸受部は、有利に高い移
送強度のための測定装置においても使用することができる。この場合歯車機構モ
ータ又は中間歯車機構も、これらが十分に摩擦を少なく装備されているか、又は
その摩擦が、計算上又は構造上で保証されている限りは考えられる。

【００２１】 このようなほとんど摩擦及び力のバイパスが無い軸受部は、懸架する駆動列の
ためにも、上方に位置する駆動機構が設けられる。その際そこで内側に位置する
軸受スリーブ１８は、ボール１４がスリーブのシール部の下方で横方向の固定部
内で設けられているように構成することができる。その際外側に位置する軸受ス
リーブ１５は、ボール１４の下方で内側に位置するスリーブ１８によって案内さ
れている少なくとも１つの横方向ウエブが設けられているように構成されていな
ければならない。従って駆動列の軸方向の力は、内側のスリーブのシール部分、
またこの上に設けられたボール１４を介して、外側のスリーブ１５の横方向ウエ
ブに伝達され、従ってこれにより、バルク材料容器４の下方に設けられたモータ
軸受部１２におけるのと同じ機能様式が保証されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 物質流を測定する装置を示す。

【図２】 トルク測定装置の拡大図を側面図に示す。

【図３】 トルク測定装置を平面図に示す。

【符号の説明】

１ バルク材料供給部 ２ インペラ ３ 空気軸受 ４ バルク材料ハウジング ５ 駆動軸 ６ 圧搾空気接続部 ７ バルク材料流出口 ８ モータハウジング ９ 駆動モータ １０ ヘッドプレート １１ 力収容部 １２ ピボット軸受要素 １３ 回転軸 １４ ボール １５ 軸受スリーブ １６ バネ要素 １７ バネ要素 １８ 軸受スリーブ １９ 固定ネジ ２０ ボールソケット ２２ 力測定要素 ２３ 押圧部材 ２４ レバーアーム

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物質流、特にバルク材料流をコリオリの測定原理により測定
   する装置であって、この装置が、モータによって一定の回転数で駆動されるイン
   ペラを含み、このインペラに、材料流が、供給され、半径方向に迂回され、そし
   てトルク測定装置によって駆動トルクが測定され、その際駆動トルクが、回転方
   向に曲げ柔軟性の板バネ要素と、長手方向に曲げ剛性の板バネ要素とを介して伝
   達されるように構成されている装置において、 駆動トルクが、ピボット軸受要素（１２）を介し、水平に、そして角度変位さ
   せられて交差するように設けられた少なくとも２つの板バネ要素（１６，１７）
   によって自由に軸力から力測定要素（２２）に伝達され、その際板バネ要素（１
   ６，１７）の交点が、存在する回転軸（１３）上に位置するように構成されてい
   ることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 板バネ要素（１６，１７）が、回転可能な軸受要素（１２）
   （ピボット軸受要素）内に設けられており、この軸受要素が、一方の側では強固
   に駆動モータ（９）と、また他方の側では強固に固定のハウジング部分（８）と
   結合されており、存在する回転軸（１３）の延長部内に取り付けられていること
   を特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 ピボット軸受要素（１２）が、存在する回転軸（１３）を中
   心として互いに捩れ可能な少なくとも２つの部分（１５，１８）を有し、これら
   の部分が、板バネ要素（１６，１７）によって互いに結合されており、その際駆
   動機構（９）と結合された軸受要素（１５）だけが、他方の軸受要素（１８）に
   対して移動可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の装置。
4. 【請求項４】 互いに捩れ可能な部分（１５，１８）が、シリンダ状のスリ
   ーブとして形成されており、一方の部分に同軸に係合するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
5. 【請求項５】 スラスト軸受要素（１４）が設けられており、このスラスト
   軸受要素によって、駆動列の重量が、存在する回転中心点（１３）を介して十分
   に摩擦無く自由に固定の器具部分（８）内へと伝達されるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
6. 【請求項６】 スラスト軸受要素（１４）が、存在する回転軸（１３）上に
   設けられており、その際重量が、十分に点状に回転軸（１３）の領域内に設けら
   れた玉軸受又は宝石軸受を介して固定のハウジング部分（８）に伝達されるよう
   に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 スラスト軸受要素（１４）が、ピボット軸受要素（１２）内
   に統合されており、また互いに捩れ可能な両方の軸受要素（１５，１８）の間に
   設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 【請求項８】 駆動列が、駆動軸（５）の領域内で水平に軸受されており、
   その際水平軸受部（３）が、ほとんど何も摩擦が発生しないように形成されてい
   ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
9. 【請求項９】 駆動軸（５）の水平軸受部（３）が、空気軸受として形成さ
   れており、この空気軸受が、同時に駆動列の実施部をバルク材料空間（４）内へ
   とシールするように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】 流体軸受（３）が、空気軸受として形成されており、この
    空気軸受が、インペラ（２）への駆動軸（５）の移行領域内に設けられているこ
    とを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 モータ（９）が、インペラ（２）の下に、またその下にピ
    ボット軸受要素（１２）が、スラスト軸受要素（１４）としても設けられている
    ように、駆動列が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１
    つに記載の装置。
12. 【請求項１２】 モータ（９）が、インペラ（２）の上に、またその上にピ
    ボット軸受要素（１２）及びスラスト軸受要素（１４）が設けられているように
    、駆動列が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記
    載の装置。