JPH02501329A - 体積流を測定するための流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 体積流を測定するための流量測定装置 本発明は、液圧モータを用いて体積流を測定するための流量測定装置であって、 液圧モータが機械的出方を外部へ放出せず、且つその出口側圧力が該液圧モータ の流体力学的ロスに応じて入口側圧力よりも低くなっている流量測定装置に関す るものである。

従来のスラストピストンモータまたはラジアルピストンモータを体積流の流量測 定に使用することは知られている。この種の液圧モータの欠点は、漏れ流の割合 が比較的高いことである（全消費流の２％乃至６％）。その上限値は回転数が低 く圧力が高い場合で、下限値は回転数が高く圧力が低い場合である０例えば電子 液圧式増幅装置における実際値検出とか、流動性多成分システム、特にポリウレ タンシステムの′流量など多目的に使用するためにはこのように漏れの高いこと は測定精度を悪化させるので適していない。

さらに歯車モータも知られている。歯車モータは機械的な出力を外部へ放出せず 、その内部空間の圧力は歯車モータの流体力学的ロスの範囲内でほぼ均一な液圧 である。

上記の歯車モータは構成が簡潔なために多くの分野で流量測定装置として用いら れている。しかしながら始動特性が悪く、スリップが比較的大きなことが欠点で ある。

測定精度は、内部に圧力の平衡が支配しこれに応じて漏れ損が少ないために従来 のスラストピストンモータまたはラジアルピストンモータよりも優れているが、 この種の流量測定装置から測定軸を外部へ案内させることに難がある。というの も、測定軸と連結される歯車が大きなスラスト力を吸収しなければならず、この ために流体力学的ロスが大きくなり、測定精度も装置の寿命も低減するからであ る。

欧州特許公開第０００３５６３号公報からは、実際値を検出するために電子液圧 式増幅装置において利用される。漏れ損のない液圧モータが知られている。しか しながらこの液圧モータはりニアモータであり、従って処理体積が制限されてい る場合にしか適していない。従って基本的には連続的な体積流は不可能である。

本発明の課題は、体積流を測定するための流量測定装置を次のように構成するこ と、即ち従来の欠点を解消すると共に、電子液圧式増幅装置の内部にも使用する ことができ、且つ流量を連続的に正確に測定することができる（測定精度０．１ ％以下）ように構成することである。

本発明は、上記課題を解決するため、液圧モータがストローク式排除機械として 形成されていることと、液圧モータの駆動室が常時出口と連通していることと、 液圧モータが、測定軸として形成されているモータ回転軸を有していることとを 特徴とするものである。

公知のストローク式徘除モータは、筒状のはめあわせが好適にパツキンされてい るので他のどんな構造よりも漏ｈＭＡが小さい、スライダ制御される液圧モータ の場合。

漏れ損は内側の漏れ流と外側の漏れ流がら成っている。

外側の漏れ流は、圧力側（＝入口）及び還流側（＝出口）から駆動室（＝漏れオ イル室）へ侵入する圧力流体のすべての成分を含有している０例えば流体は、ピ ストンとシリンダの間から、及び流体静力学的圧力範囲または制御部からモータ の漏れオイル室へ侵入する０通常は漏れオイル圧が大気圧よりもわずかに小さい にすぎないため、たとえ液圧モータが外部へ機械的出力を放出せずとも外側の漏 れ流の圧力降下は非常に大きい。これに対して内側の漏れ損は、仕事をせずにす ぐに還流管へ排流される制御上の短絡損である。

従来の液圧モータを流量測定装置に使用すると、モータの流体力学的ロスに応じ て出口側の圧力は入口側の圧力よりもわずかに低い、従って内側の漏れ損も無視 できるほど小さくなる。これに対して、ピストンとシリンダの間から及び制御部 からもモータの漏れオイル室へ侵入する外側の漏れ流は無視することができない 。

これに対して本発明による流量測定装置では、外側の漏れ損も内側の漏れ損と同 様に無害な量へ低減させることができる。これは、漏れオイル室（駆動室）がモ ータの出口と結合され、その結果モータの流体力学的ロスの範囲でも外側の漏れ 流の圧力降下が変動するからである。

これから生じる漏れ損も無視できるほど小さい。本発明の他の技術的利点は、再 生可能な測定精度に非常に優れ（測定誤差０．１％以下）、８＠定範囲が非常に 大きく（はぼ１　：　１０００）、圧力範囲が非常に大きい（はぼ１０００ｂａ ｒ以下）ことである。液圧モータの入口側と出口側とで圧力差が非常に小さいの ですべての駆動部材の荷重が非常に小さく、従って寿命（小さな摩擦）が長くな る。特に高回転数で高圧のとき寿命が長くなる。このような技術的利点のほかに 本発明による流量測定装置は、その実現のために通常の直列モータを修正するだ けでよいという大きな利点を有している。はとんどの部品は大量生産から製造す ることができ、従って本発明による流量測定装置の製造は経済的である。

本発明の他の提案によれば、液圧モータはスラストピストンモータまたはラジア ルピストンモータである。

スラストピストンモータまたはラジアルピストンモータは特にコンパクトな構成 を可能にする。この場合量も知られている構造はスライダにより制御される機械 である。スライダによる制御は回転するシリンダブロックに設ける（スラストピ ストンモータ）か、或いは回転スライダ、即ち偏心作動される縦スライダにより 実施される（ラジアルピストンモータ）。ラジアルピストンモータは、多数のピ ストンをクランク軸の周りに星状に配置することを可能にする。これにより脈動 流が非常に少なくなる（２１個のピストンを設けたモータの場合０．１％以下） 、さらにほとんどのラジアルピストンモータは本来壁厚の圧力に耐えろるケーシ ングを具備しているので、この構造は本発明による流量測定装置にとって特に適 している。慣性モーメントが極めて小さいので、調整技術の分野、例えば電子液 圧式増幅装置への応用にも適している。この場合測定されるべき体積流に大きな 非常に迅速な圧力変動が生じても本発明による流量測定装置には全く影響ない。

本発明の他の提案によれば、測定軸は、電気出力を備えた測定値発生器と機械的 または磁気的に連結されており、該測定値発生器は測定軸の回転運動を電気出力 信号に変換する。

回転角測定の伝達は、測定されるべき媒質、圧力、温度、及び所望の出力信号に 依存して、パツキン箱なしに永久磁石連結部を介して、或いはホール効果センサ により行われる。測定軸と機械的測定値変換器とを直接に連結することが望まし い場合には、測定軸を滑りパツキンリングで密封するのが合目的である。滑りパ ツキンリングは高圧で滑り速度が高い場合でもほとんど漏れなしにパツキンする 。その除土じるスラスト力は、適当な太きさのりランク軸軸受によって受け止め られる。

本発明の他の提案によれば、流量測定装置は、液圧モータが電子液圧式増幅装置 の構成要素であり、液圧モータの測定軸が公知のならい制御弁と機械的に連結さ れ。

該ならい制御弁が電気的制御モータと連結され、液圧モータが、電子液圧式増幅 装置により測定され調整されるべき体積流の実際値を連続的に検出するために用 いられるように構成されている。

本発明による流量測定装置と、公知のならい制御弁と、制御モータとから成る電 子液圧式増幅装置は、予め選定可能な体積流を測定し調整するために用いられる 。この場合制御モータには予め選定可能な基準回転運動（基準値）が与えられる 。この基準回転運動は１体積流を絞っている制御スライダにより制御モータと液 圧モータとの間の非同期運動を修正するならい制御弁により液圧モータの回転基 準運動（実際値）に回転角忠実にコピーされる。この場合液圧モータの消費流（ ？ｌｌ！定される体積流）は液圧モータにより生じる回転運動に直接関係してい る。

ここで流量測定装置は、実際値を連続的に検出するために用いられるばかりでな く、ならい制御弁に組み込まれた流体力学的ＷＲ整回路を動力学的に修正するた めにも用いられる。これは、基準値と実施載置に差がある場合、ならい制御弁の なかにある制御スライダを機械的に位置調整することによって測定軸がスピンド ル・ナツト結合部を介して実際値を基準値に一致させるようにして行われる。電 気的な実際値ゲージとは異なって、実際値の検出と基準値・実際値の比較と基準 値への同化とが同時に行われる。その結果、電気的な調整回路で通常起こる調整 ふれが生じない、このような調整ふれは、システムに圧力の変動や負荷の変動が あった場合に体積流を制御不能にさせるものである。

本発明の他の提案によれば、流量測定装置は、液圧モータとならい制御弁のケー シングが互いに緊塞に結合され、漏れを低減させるため、液圧モータの駆動室が ならい制御弁の漏れオイル室と連通しているように構成されていることができる 。

本発明の他の提案によれば、流量測定装置は、ならい制御弁と制御モータのケー シングが互いに緊塞に結合されていることと、制御モータの内部空間が液圧モー タの駆動室と連通しているように構成されていることができる。

公知の流量測定装置とは異なって、上記の２つの提案に基づ〈実施例では、測定 軸に通常設けられる軸パツキンが設けられていない。制御モータの性能に応じて は制御モータ軸にも軸パツキンが設けられていない。供給流と排出流との圧力差 が小さいので、内側の漏れは無視できるほど小さい。これは、液圧モータの漏れ オイル室とならい制御弁の漏れオイル室とがほぼ等しい流体圧を有しているから である。制御モータの内部空間をも液圧モータの駆動室と連通させると、同様の ことが得られる。

本発明の他の提案によれば、流量測定装置は、流動性反応成分を混合室のなかへ 多成分配量する際に配量ポンプを駆動するための予め選定可能な体積流を測定し 調整する電子液圧式増幅装置のなかに設けられている。

本発明による流量測定装置を、流動性反応成分を多成分配量するにあたって電子 液圧式増幅装置の内部に使用することにより、配量目的に使用される線形式増幅 装置の欠点を解消できるばかりでなく、この応用分野にとって機能上の付加的な 利点をももたらす。

線形式液圧モータに比べてストローク式回転ピストンモータの質量の移動がかな り小さいので、上記実施例の調整速度は電子液圧式線形型増幅装置よりも大きい 、さらに本発明による構造は、排除要素の一定の送り速度を要求するのではなく 一定の体積流を要求するほろ式配量ポンプ及び他のダイアフラム式配量ポンプで 多大な効果をもたらす。本発明による流量測定装置を備えた電子液圧式増幅装置 は線形式増幅装置とは異なってピストンの戻り行程を必要としないので、連続的 な配量が可能である。他の利点としては、ワンストローク型配量ポンプの場合比 較的大きな戻り行程速度が得られることである。

これは、ワンストローク型配量ポンプの戻り行程を迅速な駆動に置き換えること ができるからである。これに対して線形式増幅装置は基本的には２つの方向で等 しいピストン速度しか得られない、この場合許容ピストン速度は、測定軸の回転 運動をリニアモータの並進運動に転換する第２のスピンドル・ナツト結合部のね じピッチによって決定されている１位置決め精度を高めるような小さなピッチの ねじを選ぶとピストン速度は低くなり、ピストン速度を高めるような大きなピッ チのねじを選ぶと。

位置決め精度が限定される。これに対して回転式ストロークピストンモータはこ のようなスピンドル・ナツト結合部を必要としない、なぜなら回転式ストローク ピストンモータは制御モータの回転基準運動をストロークピストンモータの回転 基準運動ヘコピーするからである。従ってピストン速度が最大の場合でも回転式 ストロークピストンモータは常に位置決め精度を最大にする。

次に１本発明による流量測定装置の１実施例と、この流量測定装置を備えた電子 液圧式増幅装置の１実施例及び応用例を添付の図面を用いて説明する。

第１図は　本発明による流量測定装置の１実施例を示す図、 第２図は　電子液圧式増幅装置の内部に設けた本発明による流量測定装置の１実 施例を示す図、 第３図は　２成分配量分野における電子液圧式増幅装置の内部に設けた本発明に よる流量測定装置の１応用例を示す図 である。

第１図は１本発明によれば流量測定装置の１実施例を図示したものである。この 流量測定装置は、圧力に耐えうるケーシング２のなかに設けられたスラストピス トンモータｌを有している。可能な限り脈動のない体積流を得るために、少なく とも９個のピストン３が必要である。

ピストン３はシリンダ胴４のなかに周設されている。この場合ピストン３は、ケ ーシング２のなかに設けられた斜面５で支持されている。入口６に接続されてい るすべてのシリンダ室７の、ピストン３の＃線に垂直な方向に作用する力は、シ リンダ胴４にトルクを生じさせる。このトルクの大きさは、流体力学的ロスによ って生じるロストルクの大きさに等しいにすぎない、ロストルクから生じる出力 ロスは、液圧モータｌのなかで熱に転換される。従って、熱を申し分なく放散さ せるためには圧縮流体を供給する必要がある。これは、液圧モータ１の出口８を 駆動室９を貫通させて外部へ案内させることによって可能である。シリンダ胴４ には測定軸１０が接続されている。測定軸１０は、この実施例の場合外部へ案内 され、且つ滑りパツキンリング（図示せず）を介してケーシング２に対して密封 されている。

第２図は、本発明の１実施例を電子液圧式増幅装置の構成要素として図示したも のである。第１図に図示した流量測定装置は、ここではならい制御弁１１と緊塞 に結合されている。この場合測定軸１０はスピンドルナツト１２として形成され ている。スピンドルナツト１２はスピンドル１３と協働する。スピンドル１３は 、ならい制御弁１１の制御スライダ１４に固定され、且つ軸方向の補償結合部１ ５を介して制御モータ１６と結合されている。制御モータ１６により、決定され る体積流に対応する予め選定可能な回転数が与えられると、制御モータ１６のス タート時にスピンドル１３がスピンドルナツト１２から抜けでて制御スライダ１ ４を軸方向に変位させる。制御スライダ１４は入口６を液圧モータ１に対して開 口させる。それによって生じた体積流は、液圧モータ１の回転数が制御モータ１ ６の回転数と一致するまで液圧モータ１を駆動させる。液圧モータ１の回転数が 制御モータ１６の予め選定された回転数を越えると、ならい制御弁１１の制御ス ライダ１４が再び中央位置に位置し、従って該制御スライダ１４は、制御モータ １６とシリンダ胴４とが再び同じ回転数で回転するまで入口６をシリンダ室７に 対して遮断する。このようにして、入口６から進入する体積流は所定の体積流に 対応する制御モータ１６の予め選定された回転数によってその大きさを正確に測 定され、調整される。

第３図は、２成分配量分野に使用される電子液圧式増幅装置の内部に本発明によ る流量測定装置を適用した応用例を図示したものである。予め選定可能な体積流 を測定し調整するための電子液圧式増幅装置は、流動性の反応成分を混合室のな かへ２成分配量する複数個のほろ式配量ポンプを液圧により別個に駆動するため に用いる。

この種のほろ式配量ポンプは構造がコンパクトで漏れが全くないにもかかわらず 非常に大きな行程体積（５０リツトル及びそれ以上）を可能にするので、体積流 を正確に測定し調整するにあたって、本発明による流量測定装置を備えた電子液 圧式増幅装置は特に好都合である。制御周波数発生器１７に組み込まれたパルス 計数装置（図示せず）により、体積流の流動体積（＝反応成分の配分量）を配量 行程の前にデジタル式に高精度で調整することができる。個々の配量シリンダ１ ８．１９のなかにある２つの配量成分の望ましい配量体積比は、制御周波数発生 器１７の予め選定される２つの制御周波数Ｆ１とＦ２によりデジタル式に設定さ れる。これらの制御周波数は、増幅器（図示せず）を介して２つのステッピング モータ２０．２１に分けられる。ステッピングモータ２０゜２１は、これらの制 御周期数を２つのならい制御弁２２゜２３と本発明による２つのスラストピスト ンモータ２４゜２５とを介してそれぞれ個々の測定され調整される体積流に変換 する。本発明による２つのスラストピストンモータ２４，２５とならい制御弁２ ２，２３とステッピングモータ２０．２１とから成る面電子液圧式増幅装置は調 整ふれなしに作動し、その作動範囲においては逆圧に十分独立である。配量行程 が終了した後１両ステッピングモータ２０．２１及びこれに連結されたスラスト ピストンモータ２４．２５が停止する。同時に２つの４ボート３位置切換え弁２ ６．２７はそのゼロ位置を経て還流位置へ切り替わる。さらに予圧を受けている 反応成分（それぞれ配量シリンダ１８，１９のほろ２８，２９の下方にある）は ほろ２８，２９をその基準位置へ戻す。

この場合はろ２８，２９の上方にある液圧流は両４ポート３位置切換え弁２６， ２７を介して再び液圧装置３１のタンク３０へ戻る。はろ２８，２９がその許容 行程を越えて突出しないようにするため、ストロークオフ装置が必要である。こ れは例えば２つの距離ゲージ３２゜３３により実現できる。またこれらの距離ゲ ージ３２゜３３は配量システムを付加的に監視するためにも用いる。

評価電子装置３４は１両距離ゲージ３２．３３から送られる測定値を予め選定さ れた制御周波数発生器１７のパルス数と比較し、所定の差値を越えている場合に は、技術上の欠陥があるとして設備をオフにする。

国際調査報告 国際調査報告 ＤＥ　８７００５６４ Ｓ＾　１９６６８

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．液圧モータを用いて体積流を測定するための流量測定装置であって、液圧モ ータが機械的出力を外部へ放出せず、且つその出口側圧力が該液圧モータの流体 力学的ロスに応じて入口側圧力よりも低くなっている流量測定装置において、液 圧モータ（１）がストローク式排除機械として形成されていることと、液圧モー タ（１）の駆動室（９）が常時出口（８）と連通していることと、液圧モータ（ １）が、測定軸（１０）として形成されているモータ回転軸を有していることと を特徴とする流量測定装置。
2. ２．液圧モータ（１）がスラストピストンモータまたはラジアルピストンモータ であることを特徴とする、請求項１に記載の流量測定装置。
3. ３．測定軸（１０）が、電気出力を備えた測定値発生器と機械的または磁気的に 連結されており、該測定値発生器は測定軸（１０）の回転運動を電気出力信号に 変換することを特徴とする、請求項１または２に記載の流量測定装置。
4. ４．液圧モータ（１）が電子液圧式増幅装置（１，１１，１６）の構成要素であ り、液圧モータ（１）の測定軸（１０）が公知のならい制御弁（１１）と機械的 に連結され、該ならい制御弁（１１）が電気的制御モータ（１６）と連結されて いることと、液圧モータ（１）が、電子液圧式増幅装置（１，１１，１６）によ り測定され調整されるべき体積流の実際値を連続的に検出するために用いられる ことを特徴とする、請求項１または２に記載の流量測定装置。
5. ５．液圧モータ（１）とならい制御弁（１１）のケーシングが互いに緊塞に結合 されていることと、漏れを低減させるため、液圧モータ（１）の駆動室（９）が ならい制御弁（１１）の漏れオイル室と連通していることとを特徴とする、請求 項４に記載の流量測定装置。
6. ６．ならい制御弁（１１）と制御モータ（１６）のケーシングが互いに緊塞に結 合されていることと、制御モータ（１６）の内部空間が液圧モータ（１）の駆動 室（９）と連通していることとを特徴とする、請求項５に記載の流量測定装置。
7. ７．流動性反応成分を混合室のなかへ多成分配量する際に配量ポンプを駆動する ための予め選定可能な体積流を測定し調整する電子液圧式増幅装置（１，１１， １６）のなかに設けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれ か１つに記載の流量測定装置。