KR20150035477A - 기어식 유량계 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 측정 기어 휠이 배치되는 기어 챔버; 적어도 하나의 측정 기어 휠의 단면에 기어 챔버를 형성하는 하부 및 커버부; 기어 회전을 검출하기 위한 측정 장치; 및 기어 회전을 기반으로 기어 챔버를 통하여 유체의 유동을 측정하기 위한 평가 수단를 포함하는, 유체의 유동을 측정하는 기어식 유량계에 관한 것이며, 각각의 회전 샤프트는 각각의 측정 기어 휠에 대하여 중앙에 제공되며, 각각의 측정 기어 휠은 회전식으로 장착되고, 유체는 적어도 하나의 측정 기어 휠을 회전시키도록 기어 챔버를 통하여 전달 가능하다. 본 발명에 따라, 각각의 수용 영역이 각각의 측정 기어 휠 및 하부 사이에 및 각각의 측정 기어 휠 및 커버부 사이에 제공되며, 수용 영역에서, 롤링 소자는 각각의 측정 기어 휠을 장착하기 위해 배치되며, 롤링 소자는 각각의 측정 기어 휠, 각각의 회전 샤프트 및 하부 또는 커버부에 직접 접촉하고, 롤링 소자는 회전 샤프트에 대하여 전체로서 각각 이동할 수 있고, 측정 기어 휠 및 하부 또는 커버부는 회전 샤프트에 접촉한다.
Description
본 발명은 청구항 제 1항에 따른 기어식 유량계에 관한 것이다.
일반적으로 기어식 유량계는 임의의 유체 유동(fluid flows)을 측정하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 유체는 예를 들어 페인트, 접착제, 에탄올, 용매, 첨가제, 미량의 화학 제품, 휘발유(petrol) 또는 경유(diesel)일 수 있다. 따라서, 디젤 엔진의 경우 주입을 입증할 수 있다.
유체의 유동을 측정하는 일반적인 기어식 유량계는 적어도 하나의 측정 기어 휠(measuring gear wheel)이 배치되는 기어 챔버를 가지며, 상기 기어 챔버는 적어도 하나의 측정 기어 휠의 단면에서 기어 챔버를 형성하는 하부 및 커버부(cover)를 가지며, 각각의 회전축은 각각의 측정 기어 휠에 대하여 중앙에 제공되고, 각각의 측정 기어 휠은 회전 가능하도록 장착되며, 유체는 적어도 하나의 측정 기어 휠을 회전시키도록 기어 챔버를 통하여 운반될 수 있다. 게다가, 이러한 기어식 유량계는 기어 회전을 기반으로 기어 챔버를 통하여 유체의 유동을 측정하도록 기어 회전 및 평가 수단을 검출하기 위한 측정 장치를 가진다.
이러한 기어식 유량계의 경우, 유체는 적어도 하나의 측정 기어 휠의 인접한 치아(teeth) 및 기어 챔버의 벽 사이의 기어 챔저를 통하여 운반된다. 적어도 하나의 측정 기어 휠의 이동의 허용 값은 유체의 관통 유동량(through-flow quantity)에 영향을 미치며 유체의 따라서 측정 정밀도의 감소를 유도한다.
종래의 기어식 유량계(1)의 단면은 도식적으로 도 5에 나타낸다. 종래의 기어식 유량계(1)는 본체(11)의 함몰부(depression)에 수용되는 적어도 하나의 측정 기어 휠(13)을 가진다. 함몰부는 기어 챔버를 형성하도록 커버부(12)에 의해 닫혀진다. 유동이 측정되는 유체는 본체(11)에서 기어 챔버로 공급선(10)을 통해 통과한다. 기어 챔버를 통하여 유체가 흐르면, 측정 기어 휠(13)은 회전한다. 측정 기어 휠(13)의 회전은 관통 유동량을 측정하기 위하여 검출된다.
측정 기어 휠(13)의 회전 가능한 장착을 위하여, 로드(rod) 또는 회전축(14)은 상기 측정 기어 휠(13)의 중심을 통하여 배치된다. 상기 회전축(14)은 커버부(12)로 기어 챔버를 통하여 본체(11)로부터 연장된다. 측정 기어 휠(13)은 두 개의 깊은 그루브 볼 베어링(groove ball bearings, 15)을 통해 회전축(14)에 장착된다. 스페이서 링(spacer ring)은 두 개의 볼 베어링(15) 사이에 배치되며, 또한 상기 스페이서 링은 회전 축(14) 주위에 있다. 게다가, 나타낸 예에서, 베어링은 회전축(14) 주위의 커버부(12)의 함몰부에 배치된다. 추가 베어링은 측정 기어 휠(13) 아래의 본체(11)에 대응하는 함몰부에 배치된다.
이러한 부품, 특히 깊은 그루브 볼 베어링(15)에 의하여, 측정 기어 휠(13)의 저-마찰 회전이 이루어진다.
깊은 그루브 볼 베어링(15)는 도식적으로 도 6의 섹션에 나타내어진다. 이러한 깊은 그루브 볼 베어링(15)은 내부 링(17) 및 외부 링(18)과 접촉하는 복수의 볼 또는 전동체(rolling bodies, 18)을 포함한다. 내부 링(17)은 도 5에 나타낸 회전축(14)를 둘러싸며, 작동 동안 회전축(14)에 관하여 고정된다. 외부 링(18)은 측정 기어 휠(13)과 측정 기어 휠(13)의 외면(outer surface)과 접촉하며, 작동 동안 상기 측정 기어 휠(13)에 관하여 고정된다. 또한, 내부 링(17) 및 외부 링(18)은 두 개의 실링 디스크(sealing discs, 19)에 의해 연결되며, 케이지(cage; 미도시된)는 볼 베어링(15) 내부에 전동체(16)를 고정한다.
볼 베어링(15)에서, 부품 사이에 간격이 존재하며, 다시 말해서 볼 베어링(15)의 부품 사이의 바람직하지 않은 이동이 가능하다. 부품 사이에 존재하는 간격은 내부 링(17) 및 외부 링(18) 사이의 어긋남(offset)을 통하여 도 6에 나타낸다. 이러한 간격을 줄이기 위하여, 보정 디스크(compensating discs)가 도 6에 나타낸 상부측 및/또는 하부측에 배치될 수 있다. 이로 인하여, 측정 기어 휠의 격변하는 작동이 실제로 감소될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 측정 기어 휠에 약간의 경사가 생길 수 있고, 관통 유동 측정을 부정확하게 한다. 또한, 누설 유동(Leakage flow)이 간격의 결과로 전동체(16)을 따라 생길 수 있다. 이러한 누설 유동은 관통 유동 측정의 정확성에 바람직하지 않은 효과를 가진다. 또한, 측정 기어 휠의 회전 동안 마찰은 부정확한 측정을 유도할 뿐 아니라 낮은 유체 유동의 측정이 방지되는 높은 시동 토크(starting torque)를 유도한다.
JP S62 51232는 기어식 유량계를 개시한다. JP S62 51232의 기어식 유량계는 두 개의 측정 기어 휠을 이용한다. 두 개의 측정 기어 휠을 장착하기 위하여, 링 소자(ring element)가 측정 기어 휠의 내부 공간에 각각 존재하며, 상기 링 소자는 복수의 볼과 접촉한다. 저 마찰 장착은 볼을 통하여 제공된다.
또한 기어식 유량계는 WO 2007/104517 및 EP 0 393 294 A1로부터 알려져있다. 그 때문에, 두 개의 측정 기어 휠은 각각의 경우에 이용되며, 롤러 베어링(roller bearings)을 통해 고정된다.
본 발명의 목적은 가능한 정확한 동시에 단순한 구조를 가지는 관통 유동 측정을 용이하게 하는 기어식 유량계를 제공하는 것이다.
본 목적은 청구항 1항의 특징을 가지는 기어식 유량계에 의해 이루어진다.
본 발명에 따른 기어식 유량계의 바람직한 변형은 종속항의 주제이며, 추가적으로 다음의 설명, 특히 도면에 관련하여 기술된다.
본 발명에 따라 각각의 수용 영역이 각각의 측정 기어 휠 및 하부 사이 및 각각의 측정 기어 휠 및 커버부 사이에 제공되는 위에 언급된 타입의 기어식 유량계가 제공되며, 롤링 소자(rolling elements)는 각각의 측정 기어 휠이 장착되는 상기 수용 영역에 배치된다. 또한 본 발명에 따라, 각각의 측정 기어 휠, 각각의 회전축 및 하부 또는 커버부와 직접 접촉하는 롤링 소자가 제공되며, 롤링 소자는 전체적으로 회전축에 관하여 각각 이동가능하며, 측정 기어 휠 및 하부 또는 커버부는 접촉한다.
누설 유동 및 마찰을 감소시키기 위하여, 측정 기어 휠의 분리형 토크 또는 경사 운동(tilting movement)이 가능한 작은 것이 바람직하다. 이것은 롤링 소자의 회전축이 가능한 바깥쪽으로 멀리 떨어져 있는 경우 이루어진다. 본 발명은 연관된 측정 기어 퓔의 감소된 두께가 충분한 강도 및 안정성을 제공하지 않기 때문에 큰 종래의 볼 베어링을 이용하여 바깥쪽으로 회전축의 이동이 의미 있지 않은 인식에 기반한다. 따라서, 본 발명의 중심 사상으로서 롤링 소자의 구동면(running surface)은 측정 기어 휠 및 회전 축에 의해 형성된다. 장착하는데 필요한 공간은 바람직하게 회전축에 관하여 반지름 방향으로 감소될 수 있다. 이러한 공간의 확대는 롤링 소자의 직경과 동일할 수 있다. 장착을 위하여 감소된 공간 요건을 통하여, 롤링 소자의 회전축이 분리형 토크를 감소시키기 위하여 더 바깥쪽에 있을 때 측정 기어 휠의 충분한 두께 및 물질 강도가 이루어질 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 핵심 사상은 적어도 하나의 측정 기어 휠의 장착을 위해 필요한 부품을 감소시키는 것이다. 종래의 깊은 그루브 볼 베어링은 각각의 롤링 소자 또는 전동체에 의해 대체된다. 회전축으로부터 전동체를 분리하는 볼 베어링의 내부 링은 생략된다. 대신에, 본 발명에 따라, 롤링 소자는 직접 회전축과 접촉한다. 동일한 방식으로, 롤링 소자 및 측정 기어 휠 사이의 볼 베어링의 외부 링이 생략된다. 대신에, 본 발명에 따라, 롤링 소자는 롤링 소자 사이에 배치되는 추가 부품 없이 직접 측정 기어 휠에 접촉한다.
또한, 측정 기어 휠은 롤링 소자를 통하여 롤링 소자의 단면에 장착된다. 본 발명에 따라, 커버부 및 측정 기어 휠 사이의 수용 영역에 배치된 롤링 소자는 커버부 및 측정 기어휠 둘다에 직접 접촉한다. 대응적으로, 하부 및 측정 기어 휠 사이의 수용 영역에서 롤링 소자는 하부 및 측정 기어 휠 둘 다에 직접 접촉한다. 따라서, 바람직하게 롤링 소자는 회전축의 방향으로, 즉 회전축의 종방향으로 및 회전축의 반지름 방향으로 장착을 위한 양쪽의 수용 영역을 제공한다.
장착을 위해 제공된 부품의 간격은 모든 부품의 제조 공차에 의해 결정된다. 부품의 개수가 종래의 볼 베어링과 비교하여 본 발명에 따라 감소되면, 전체 간격은 바람직하게 예를 들어 롤링 소자를 위해 필요한 정확한 제조 공차 없이 조립으로 감소된다.
롤링 소자는 단일의 약간 둥근 몸체인 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 롤링 소자는 인접한 회전축, 인접한 측정 기어 휠, 커버부 및 하부에 대하여 전체적으로 각각 이동가능하다. 따라서, 롤링 소자는 회전축 또는 측정 기어 휠에 대하여 이동가능하지 않는 부품을 포함하는 전체 볼 베어링인 것으로 이해될 수 없다.
특히, 측정 기어 휠 및 측정 기어 휠의 회전 축 사이의 감소된 부품 수의 결과로서 부품의 간격이 감소되는 것이 본 발명의 이점으로 간주될 수 있다. 한편, 누설 유동은 회전 축을 따라 감소될 수 있다. 한편, 측정 기어 휠의 경사 운동이 감소된다. 이로 인하여, 기어 휠의 회전으로 전달된 유체량의 정확성을 증가시킨다.
본 발명에 따른 기어식 유량계의 추가 필수 이점은 우수한 세척 능력이다. 이러한 세척 능력은 깊은 그루브 볼 베어링을 가지는 종래의 기어식 유량계와 비교하여 측정 기어 휠을 장착하기 위한 감소된 수의 부품을 통하여 이루어진다. 예를 들어 유체가 페인트인 경우, 대청소가 특히 중요할 수 있다.
또한, 클리어 개선(Clear improvement)은 매우 적은 양의 유체의 측정과 관련하여 이루어진다. 종래의 기어식 유량계는 비교적으로 높은 마찰 때문에 높은 시동력(start-up force)을 필요로하며, 1분 당 약 5㎤의 부피 유동으로부터 영향 가지는 정확한 결과만 제공할 수 있다. 한편, 본 발명에 따라 기어식 유량계로 감소된 마찰의 결과로서, 1분 당 2㎤ 또는 그 이하의 부피 유동이 미리 측정될 수 있다.
본 발명에 이용된 측정 장치는 일반적으로 임의의 타입일 수 있으며, 예를 들어 용량성, 유도성 또는 광학 센서 또는 초음파 센서를 통하여 설계될 수 있다. 이로 인하여, 예를 들어 하나의 측정 기어 휠의 치가가 측정 위치에 존재하든 아니든 검출될 수 있다. 시간당 통과하는 치아의 개수는 이러한 정보로 측정될 수 있다. 두 개의 인접한 치아의 각각의 중간 공간에 전달될 수 있는 유체량은 알려지거나 교정 측정으로 결정될 수 있다. 따라서 시간 당 흐르는 유체량은 시간 당 측정 위치에서 검출된 치아의 갯수, 즉, 기어 휠의 회전으로부터 측정될 수 있다.
관통 유동을 측정하는 평가 수단은 기어 챔버를 가지는 공용 하우징(shared housing) 또는 예를 들어 컴퓨터로 소프트웨어가 구현된 외부 장치 둘 중 어느 하나에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 기어식 유량계의 바람직한 변형에서, 각각의 회전 샤프트(rotation shaft)는 고정된 회전축에 의해 형성되며, 고정된 회전축에 관하여, 각각의 측정 기어 휠은 롤링 소자를 통해 회전식으로 장착된다. 회전 샤프트는 커버부 및/또는 하부에 고정식으로 연결될 수 있다. 측정 기어 휠은 하나의 단면에서 다른 단면까지 중심 개구부를 가질 수 있다. 회전 샤프트는 이러한 개구부를 통하여 구동된다. 중심 개구부의 표면은 기어 휠 내측으로 기술될 수 있다. 이러한 실시예에서, 측정 기어 휠은 회전 샤프트 및 이에 대항하여 측정 기어 휠 둘 다에 접촉하는 롤링 소자에 의해 측정 기어 휠의 회전축에 수직인 방향으로 장착된다.
대안적으로, 더 바람직한 변형에 따라, 각각의 회전 샤프트는 각각의 측정 기어 휠에 고정식으로 연결되는 순환축(circulating axis)에 의해 형성된다. 이로 인하여, 측정 기어 휠은 회전 샤프트와 공동으로만 회전가능하다. 따라서, 회전 샤프트 및 하부 또는 커버부 사이의 마찰 접촉이 방지될 수 있다. 이를 위하여, 처음에 하부 및 커버부는 오목부를 가지며, 상기 오목부로 회전 샤프트가 각각 연장된다. 그 후, 회전 샤프트 및 측정 기어 휠의 장착은 회전 축 및 이에 대항하여 하부 또는 커버부 둘 다에 접촉하는 롤링 소자에 의해 회전축의 가로 방향으로 이루어진다.
본 발명에 따른 기어식 유량계의 바람직한 실시예에서, 수용 영역은 측정 기어 휠의 단면에서 도는 하부 또는 커버부에서 함몰부인 단계식 갭(stepped gab)에 의해 각각 형성된다. 각각의 단계식 갭은 회전축 쪽으로 개방된다.
회전축이 순환축으로서 형성되는 경우, 바람직하게 하부 및 커버부는 오목부를 가지며, 상기 오목부로 최전 축이 연장된다. 이러한 실시예에서, 하부에 형성되는 단계식 갭 및 커버부에 형성되는 단계식 갭을 위한 각각의 측정 기어 휠이 바람직하다. 각각의 단계식 갭은 회전축이 연장되는 오목부 쪽으로 개방된다.
회전 샤프트로서 고정된 회전축의 경우, 바람직하게 수용 영역은 측정 기어 휠에서 함몰부로서 형성된다. 따라서, 측정 기어 휠의 단계식 갭에서 롤링 소자는 단면에서 멀리 또는 단면을 넘어 연장되며, 기어 휠 내측에서 멀리 또는 기어 휠 내측을 넘어 연장된다.
롤링 소자를 단계식 갭 및 회전 샤프트 둘 다에 접촉시키기 위하여, 회전축의 외주면에서 단계식 갭의 외부 단부(outer end)로의 연장은 롤링 소자의 직경과 동일하거나 그보다 작을 수 있다. 측정 기어 휠 및 연관된 고정된 회전축 사이의 접촉을 방지하기 위하여 또는 순환 회전축 및 하부 또는 커버부 사이의 접촉을 방지하기 위하여, 단계식 갭의 반지름 폭은 롤링 소자의 직경보다 작게 선택될 수 있다. 예를 들어, 반지름 폭은 5~20%, 바람직하게 10~15%로 작을 수 있어서, 롤링 소자는 회전축 쪽으로 단계식 갭의 밖으로 돌출한다. 이로 인하여, 측정 기어 휠 및 회전 축 사이의 바람직하지 않은 접촉이 방지되는 동안 롤링 소자는 회전 축과 접촉한다.
원칙적으로, 단계식 갭의 단면 형상은 바람직할 수 있다. 그러나, 각각의 단계식 갭이 측정 기어 휠의 회전축에 횡방향으로 연장된 하부벽 및 회전축의 방향으로 연장된 측벽을 가지는 것이 바람직하며, 배치되는 단계식 갭의 측벽 및 하부벽에 롤링 소자가 직접 접촉하는 것이 바람직하다.
이로 인하여, 측벽은 회전축에 병렬로 또는 회전축에 관하여 하부벽의 경사각 보다 작은 경사각으로 둘 중 하나로 연장될 수 있다. 롤링 소자가 두 개의 위치, 즉 측벽 및 하부벽에서 단계식 갭과 접촉하는 한에 있어서, 롤링 소자의 안전한 위치 결정은 한정된 바람직하지 않은 간격으로 이루어진다.
특히, 각각의 단계식 갭이 하부벽 및 측벽 사이의 모서리가 둥글거나 경사진 전이 영역을 가지는 경우 단계식 갭을 청소하거나 세척하는데 특히 용이하다. 또한, 공동(hollow space)은 누설 유동을 유도할 수 있는 롤링 소자 주위에서 감소되거나 바람직하지 않은 증착 공간을 제공한다.
모서리가 둥근 전이 영역의 곡률 반경(radius of curvature)이 적어도 20%, 바람직하게 적어도 20%의 롤링 소자의 직경으로부터 벗어나는 경우 수용된 수용링 및 롤링 소자 사이의 공동은 특히 많이 감소될 수 있다. 이로 인하여 곡률 반경은 롤링 소자의 반경 보다 크거나 작을 수 있다.
그러나, 원칙적으로, 전이 영역은 하부벽 및 측변에 관하여 경사진 하나 이상의 직선형 표면에 의해 형성될 수 있다.
적어도 두 개의 기어 휠이 기어 챔버에서 서로에 결합하여 배치되는 것이 바람직하다. 각각의 측정 기어 휠은 기어 챔버의 벽 쪽의 영역으로 측정 기어 휠의 치아 사이를 통하여 유체를 통과시킬 수 있다. 측정 기어 휠이 서로에 결합되는 한에 있어서, 측정 기어 휠 사이의 유체 유동이 방지된다. 하나의 측정 기어 휠로 측정은 기어 회전을 측정하는데 충분하다. 측정 기어 휠은 서로 다른 회전 축을 가지며, 롤링 소자를 통해 본 발명에 따른 방식으로 각각 장착된다.
수용 영역이 형성될 수 있는 단면은 회전축을 가로지르거나 회전축에 수직인 측정 기어 휠의 측면으로 이해될 것이다. 따라서, 각각의 측정 기어 휠은 롤링 소자가 회전축과 접촉하는 두 개의 수용 영역을 가진다. 이러한 두 개의 접촉 영역을 통하여, 측정 기어 휠의 회전 샤프트에 관하여 측정 기어 휠의 안정된 방향, 즉 회전 축에 관하여 반지름 방향에서 이루어진다.
롤링 소자가 두 단면으로부터 돌출하는 경우, 바람직하지 않은 측정 기어 퓔의 단면 및 하부 및 커버부의 단면 사이의 마찰이 추가적으로 방지될 수 있다.
기어 챔버의 형성을 위하여, 바람직산 실시예게 따라, 적어도 하나의 측정 기어 휠이 배치되는 오목부를 가지는 하부 및/또는 커버부가 제공된다. 이로 인하여, 기어 챔버는 측정 기어 휠의 단면으로 경계를 결정하며, 하부 및 커버부에 의해 측정 기어 휠에 관하여 측면으로 경계를 결정한다.
기어 챔버의 경계를 결정 하는 2-부품의 구조 대신, 3-부품 구조가 제공될 수 있다. 마찬가지로, 이로 인하여 기어 챔버는 하부 및 커버부에 의해 적어도 하나의 측정 기어 휠의 단면으로 경계를 결정한다. 그러나, 중간 소자는 기어 챔버의 측면으로 경계를 결정하도록 제공되며, 상기 중간 소자는 적어도 하나의 측정 기어 휠을 측면으로 둘러싸고 있다. 중간 소자, 하부 및 커버부는 적어도 3개의 부품으로 형성되며, 서로에 연결된다. 기어 챔버의 측면 경계 결정은 측정 기어 휠의 회전 축에 가로, 특히 수직인 평면의 한정으로 이해될 것이다. 2-부품의 구조에 대조적으로, 현재의 3-부품 구조의 경우 하부가 측정 기어 휠을 수용하기 위한 함몰부를 가질 필요가 없다. 이로 인하여, 기어 챔버 쪽을 향하는 하부 및 커버부의 측면의 정확한 가공은 바람직하게 단순하다.
단순한 가공의 이점은 특히 하부 및 커버부가 롤링 소자를 고정하도록 기어 챔버 쪽으로 평면인 표면을 가지는 실시예로 충분하며, 롤링 소자는 평면인 표면에 직접 접촉한다. 따라서, 롤링 소자의 수용 영역은 하부 또는 커버부에 의해 제 1 방향으로, 회전 샤프트에 의해 더 먼 방향으로 및 측정 기어 휠에 의해 회전 샤프트에 반대쪽 및 하부 또는 커버부에 반대쪽으로 경계를 한정한다.
롤링 소자 및 하부 또는 커버부의 각각의 인접한 영역 사이의 마찰이 가능한 낮게 하기 위하여, 롤링 소자와 접촉하는 하부 또는 커버부의 영역은 바람직하게 평형해진다. 평평하게 하는 가공 단계는 하부 및 커버부가 기어 챔버의 두 부품 형성이 필요하지만 측정 기어 휠을 수용하기 위한 함몰부를 가지지 않는 대신 적어도 기어 챔버의 영역에서 섹션을 가지지 않는 경우 상대적으로 쉽고 정확하게 수행될 수 있다. 그러나, 2-부품 구조는 예를 들어 정확히 제조된 부품의 감소된 개수의 기초로 바람직하다.
장학하는데 이용된 부품의 연마 및 마모를 감소시키기 위하여, 롤링 소자의 표면은 바람직하게 경화된다. 측정 기어 휠 및/또는 하부 및/또는 커버부 및/또는 회전 샤프트는 롤링 소자 쪽으로 마주보는 적어도 영역에서 경화될 수 있고, 경도가 코팅부에 인접한 물질보다 높은 코팅부를 가진다. 예를 들어, 측정 기어 휠의 다른 영역이 완전히 경화되지 않는 동안 측정 기어 휠의 수용 영역의 벽은 경화될 수 있다. 유사하게, 측정 기어 휠의 수용 영역은 경도가 측정 기어 휠의 경도보다 높은 코팅부로 제공된다.
기어 챔버로 및 기어 챔버의 밖으로 유체의 전달은 하부, 커버부 및 중간 소자의 채널(channels)을 통하여 대체로 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 특히 정확한 측정 및 비교적 낮은 가격의 제조는 중간 소자가 기어 챔버 또는 기어 챔버의 밖으로 유체를 전달하기 위한 채널을 가지지 않는 경우에 가능하며, 이러한 목적을 위해, 하부 또는 커버부는 기어 챔버로 유체를 전달하는 유체 유입구를 가지며, 하부 또는 커버부는 기어 챔어의 밖으로 유체를 전달하는 유체 유입구를 가진다. 때문에, 하부 및 커버부는 회전축의 방향으로 다른 확장부를 가질 수 있다. 특히, 하부는 커버부보다 큰 확장부를 가질 수 있다.
또한, 3 부품 구조를 통하여, 하부 및 커버부는 다른 두께의 측정 기어 휠, 따라서 회전축 방향에서 다른 확장부로 이용될 수 있다. 중간 소자만 각각의 경우에 이용되는 측정 기어 휠의 두께에 대응적으로 선택되어야 한다.
본 발명에 따른 기어식 유량계의 바람직한 변형에 있어서, 롤링 소자는 수용 영역에서 서로 접촉하여 배치된다. 수용 영역으로 롤링 소자의 삽입을 용이하게 하기 위하여, 수용 영역의 원주 길이는 이용된 롤링 소자의 전체 확장부보다 커서, 모든 롤링 소자는 서로 접촉하지 않는다. 롤링 소자가 수용 영역에 볼 베어링 케이지가 없이 배치되는 경우 이러한 배열이 수행될 수 있다. 이로 인하여, 롤링 소자 및 케이지 사이의 마찰은 바람직하게 방지된다. 또한, 복수의 롤링 소자는 롤링 소자와 일정 간격으로 떨어진 고정의 경우와 비교하여 이용될 수 있으며, 복수의 롤링 소자는 마찰이 감소되는 효과를 가지며, 우수한 힘 운동을 용이하게 한다.
대체로, 롤링 소자는 임의의 둥근 몸체일 수 있다. 그러나 바람직하게 롤링 소자는 볼이다. 볼의 대칭 때문에, 바람직하게 수용 영역에서 볼을 필요로하지 않는다. 대안적으로, 롤링 소자는 단면이 바깥쪽으로 굽어 있는 실린더의 형상을 가질 수 있다.
실시예는 볼이 종래의 기어식 유량계의 볼 베어링의 볼과 비교하여 상대적으로 작은 경우 측정 기어 휠의 경사가 특히 낮은 것을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 볼은 2mm이하, 바람직하게 1.3mm이하의 직경을 가진다.
본 발명의 추가 특징 및 이점은 첨부된 도식도를 참고하여 기술된다:
도 1는 본 발명에 따른 기어식 유량계의 실시예의 투시도를 나타낸다;
도 2는 도 1의 기어식 유량계의 단면도를 나타낸다;
도 3는 본 발명에 따른 기어식 유량계의 실시예의 절개도(cut-out)를 나타낸다;
도 4는 본 발명에 따른 기어식 유량계의 추가 실시예의 절개도를 나타낸다;
도 5는 종래의 기어식 유량계의 단면도를 나타내며; 및
도 6는 알려진 깊은 그루브 볼 베어링의 단면도를 나타낸다.
일반적으로 동일한 부품 및 동일한 방식으로 동일한 부품의 작용은 도면에 동일한 참조 기호로 나타낸다.
도 1는 본 발명에 따른 기어식 유량계의 실시예의 투시도를 나타낸다;
도 2는 도 1의 기어식 유량계의 단면도를 나타낸다;
도 3는 본 발명에 따른 기어식 유량계의 실시예의 절개도(cut-out)를 나타낸다;
도 4는 본 발명에 따른 기어식 유량계의 추가 실시예의 절개도를 나타낸다;
도 5는 종래의 기어식 유량계의 단면도를 나타내며; 및
도 6는 알려진 깊은 그루브 볼 베어링의 단면도를 나타낸다.
일반적으로 동일한 부품 및 동일한 방식으로 동일한 부품의 작용은 도면에 동일한 참조 기호로 나타낸다.
본 발명에 다른 기어식 유량계(100)의 실시예는 처음에 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된다. 도 1은 기어식 유량계(100)의 투시도를 나타내며, 도 2는 기어식 유량계(100)의 양 회전축을 통하여 연장된 기어식 유량계(100)의 단면을 나타낸다.
필수 부품으로, 기어식 유량계(100)는 기어 챔버(50), 상기 기어 챔버(50)에 배치된 두 개의 측정 기어 휠(20, 21), 두 개의 측정 기어 휠(20, 21)에 대한 각각의 회전 샤프트(30, 31) 및 측정 기어 휠(20, 21)을 장착시키는 롤링 소자(40)를 가진다.
원칙적으로, 단일 측정 기어 휠(20)이 충분할 수 있거나. 두 개의 측정 기어 휠 보다 많은 수의 측정 기어 휠이 존재할 수 있다.
유체는 바람직하게 하나의 측정 기어 휠(20, 21)의 인접한 치아 사이의 벽으로만 기어 챔버(50)를 가로지를 수 있다. 이러한 유동을 통하여, 유체는 운동으로 측정 기어 휠(20, 21)을 형성한다. 하나 또는 두 개의 측정 기어 휠(20, 21)의 회전이 검출되는 한에 있어서, 유체 유동이 종결될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 측정 장치(60)가 제공된다. 측정 장치(60)는 시간 당 측정 위치를 통과하는 측정 기어 휠의 치아 개수를 측정한다. 도 1에 도식적으로 나타낸 평가 수단(70)은 기어 챔버(50)을 통하여 유체의 유동을 측정하도록 측정 장치(60)의 측정 정보를 이용한다.
유체 유동을 정확히 측정하기 위하여, 동일한 유체량이 측정 기어 휠(20, 21)의 두 개의 인접한 치아 사이에 계속 전달되는 것이 바람직하다. 또한, 측정 기어 휠(20, 21)의 회전 시 증가하는 마찰은 가증한 제한되며, 시간 동안 일정하다. 따라서, 측정 기어 휠(20, 21)이 한정된 간격으로 장착되고 가능한 적은 경사 운동이 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 유체 유동의 측정은 측정 기어 휠(20, 21)의 각각의 회전 샤프트(30, 31)에 측정 기어 휠(20, 21)의 새로운 장착 타입에 의해 이루어진다. 이러한 장착은 도 3에 나타낸 제 1 실시예에 더 자세히 기술된다. 도 3은 측정 기어 휠(20) 및 측정 기어 휠(20)에 인접한 부품의 절개도를 나타낸다. 이로 인하여, 측정 기어 휠(20)은 회전 샤프트(30)가 연장되는 중심 개구부를 가지며, 상기 중심 개구부는 고정된 회전 축(31)로서 설계된다. 회전 샤프트(30) 주위의 측정 기어 휠(20)의 저 마찰 회전을 용이하게 하기 위하여, 측정 기어 휠(20) 및 회전 샤프트(30) 둘 다에 직접 접촉하는 롤링 소자(40)가 제공된다. 측정 기어 휠(20)의 장착은 도 6에 나타낸대로 깊은 그루브 볼 베어링을 이용하는 종래의 기어식 유량계의 장착과 다르다. 이러한 경우, 롤링 소자는 측정 기어 휠 대신에 볼 베어링의 삽입된 외부 링과 접촉하지 않는다. 또한, 종래의 기어식 유량계에서, 롤링 소자는 측정 기어 휠의 회전 샤프트 대신 볼 베어링의 내부 링과 직접 접촉하지 않는다.
본 발명에 따라, 볼(40)로서 형성되는 롤링 소자(40)의 구동면은 측정 기어 휠(20)에 의해 직접 형성되고, 볼 베어링의 내부 링, 외부 링 및 케이지는 생략된다.
볼 회전축의 직경은 종래의 조립체에서 보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 측정 기어 휠(20)의 경사점은 종래의 기어식 유량계에서 보다 더 바깥쪽에 있으며, 측정 기어 휠(20)의 분리형 토크는 바람직하게 낮다.
또한, 본 발명에 따라, 케이지에 대한 볼 마찰은 존재하지 않으며, 이로 인하여 측정 기어 휠은 더 쉽게 회전한다. 볼 베어링의 다수의 부품 없이, 추가적으로 세척 목적을 위하여 볼(40), 측정 기어 휠(20) 및 회전축(30)으로 모든 표면을 단순한 방식으로 세척할 수 있다.
도 3에 나타낸 본 발명에 따른 기어식 유량계에서, 분리된 스페이서는 생략되며, 이로 인하여 분리된 스페이서가 측정 기어 휠의 상단면의 롤링 소자 및 하단면의 롤링 소자 사이의 기어 내측으로 종래의 기어식 유량계에 배치된다. 대신에, 본 발명에 따라, 이러한 작용은 측정 기어 휠(20)의 몸체에 의해 실행될 수 있다.
볼(40)의 바람직한 위치를 보장하기 위하여, 측정 기어 휠(20)은 볼(40)이 배치되는 두 개의 수용 영역(24)으로 제공된다. 두 개의 수용 영역(24)은 밀링되(milled)며, 측정 기어 휠(20)의 두 개의 단면에 환형 함몰부로서 형성된다. 수용 영역(24)은 기어 휠 내측(23)에 배치되어서, 수용 영역(24)은 회전축(30) 쪽으로 개방되며 계단형 돌출부(25)를 형성한다.
측정 기어 휠(20)의 회전축의 방향으로 연장된 수용 영역(24)의 측벽 및 회전축에 특히 수직으로 가로지르는 수용 영역(24)의 하벽이 서로 오른쪽 각도에 있지 않는 측정 기어 휠(20)로 쉽게 세척될 수 있다. 대신, 경사지거나 모서리가 둥근(rounded-off) 전이 영역은 도 3의 오른쪽 절반에 나타낸대로 수용 영역(24)의 측벽 및 하벽 사이에 제공될 수 있다. 세척될 수 없거나 세척하는데 어려운 사공간(Dead space)이 예방될 수 있다.
수용 영역(24)의 폭, 즉 회전 축에 대하여 반지름 방향으로의 수용 영역(24)의 면적은 현재의 경우 볼(40)의 직경 보다 작다. 볼(40)은 기어 휠 내측(23)을 넘어 안쪽으로 돌출하여서, 기어 휠 내측(23)은 회전 샤프트(30)와 접촉하지 않는다. 유사하게, 측정 기어 휠(20)의 각각의 단면에[서 볼 수 있듯이 수용 영역(24)의 깊이는 볼(40)의 직경보다 작다. 이로 인하여, 볼(40)은 단면을 넘어 돌출한다. 측정 기어 휠(20)의 단면에 인접한 하부(52) 및 커버부(56)는 볼(40)에만 접촉하며 측정 기어 휠(20)에 접촉하지 않는다. 따라서, 측정 기어 휠(20)의 회전 동안 마찰이 감소된다.
측정 기어 휠(20)의 영역에서, 하부(52) 및 커버부(56)는 마찰을 감소시키기 위해 평면이며, 평평하게 된다.
하부(52)는 회전 샤프트(30)가 커버부(56)까지 기어 챔버를 통하여 연장되는 개구부를 가진다. 이로 인하여, 회전 샤프트(30)는 실링 방식으로 하부(52)의 개구부에 삽입될 수 있거나 압축될 수 있다. 대안적으로, 회전 샤프트(30)는 필수적으로 하부로 형성될 수 있다. 나타낸 실시예에서, 회전 샤프트(30)는 커버부(56)에 인접하다. 그러나, 대안적으로 커버부(56)는 회전 샤프트(30)의 수용 개구부를 가질 수 있다.
중간 소자(54)는 하부(52) 및 커버부(56) 사이에 존재하며, 상기 중간 소자(54)는 측정 기어 휠(20, 21)을 둘러싸며, 따라서 기어 챔버(50)의 측면으로 경계를 한정한다. 이러한 중간 소자는 도 1 및 도 2에 나타낸다.
이러한 도면에 추가적으로 유체 유입구(53)를 가지는 커버부(52)를 나타낸다. 유체는 유체 유입구(53)를 통해 기어 챔버(50)에 전달 될 수 있다. 유체 유입구(여기에 도시되지 않은)는 기어 챔버(50)의 밖으로 유체를 전달하며, 커버부(52) 또는 커버부(56)에 형성된다.
본 발명에 따른 기어식 유량계(100)의 추가 실시예는 도 4에 도식적으로 나타낸다. 도 3의 실시예와 다르게, 회전 샤프트(30)는 순환 회전축(33)으로 설계된다. 순환 회전축(33)은 측정 기어 휠(20)에 고정식으로 결합된다. 따라서, 측정 기어 휠(20) 및 회전 샤프트(30) 둘 다는 회전축(34) 주위를 회전한다.
이러한 실시예에서, 롤링 소자(40)를 가지는 두 개의 수용 영역(24)은 마찬가지로 각각의 측정 기어 휠(20)에 제공된다. 수용 영역(24)은 측정 기어 휠(20)의 함몰부 대신 하부(52) 및 커버부(56)의 함몰부로서 형성되지 않는다. 롤링 소자(40)는 두 개의 측면, 즉 수용 영역(24)의 하부벽 및 측벽으로 각각의 수용 영역(24) 및 하부(52) 또는 커버부(56)와 접촉한다. 또한, 롤링 소자(40)는 회전축(34)에 병렬인 방향으로 측정 기어 휠(20)의 단면과 접촉하며, 회전축(34)의 방향으로 장착이 이루어진다. 여기에 수직인 평면에서, 장착이 이루어지므로, 롤링 소자(40)는 회전축(34)에 병렬로 연장된 회전축(30)의 쉘 표면(shell surface)과 접촉한다.
하부(52) 및 커버부(56)는 각각 회전 샤프트(30)이 돌출하는 오목부(57)를 가진다. 오목부(57)는 함몰부 또는 통로(passages)로 형성될 수 있다. 롤링 소자(40)의 수용 영역(24)은 오목부(57) 주위로 환형으로 연장되며, 오목부에 직접 인접한다. 롤링 소자(40)는 측정 기어 휠(20)의 각각의 단면 쪽으로 및 오목부(57) 쪽으로 개방되는 계단식 함몰부(25)를 형성한다.
마지막으로, 기어 챔버는 두 개의 부품으로 둘러싸인다. 이로 인하여, 하부(52)는 측정 기어 휠(20)이 삽입되는 오목부(도 4에 더 자세히 도시되지 않는)를 가진다. 이러한 오목부를 통하여, 기어 챔버의 측면 경계 한정이 이루어진다.
새로운 타입의 장착의 결과, 본 발명에 따른 기어식 유량계의 측정 기어 휠의 마찰이 특히 낮아진다. 또한, 측정 기어 휠의 경사 및 누설 유동의 생성이 광범위하게 방지된다. 마지막으로, 특히 적은 체적 유량(volume flow)은 저마찰의 결과로 측정될 수 있다.
Claims (14)
- 유체의 유동을 측정하는 기어식 유량계로서,
적어도 하나의 측정 기어 휠(measuring gear wheel)이 배치되는 기어 챔버(gear chamber);
상기 적어도 하나의 측정 기어 휠의 단면(end faces)에서 상기 기어 챔버의 경계를 형성하는 하부(bottom) 및 커버부(cover);
기어 회전을 검출하기 위한 측정 장치; 및
기어 회전을 기반으로 상기 기어 챔버를 통하여 유체의 유동을 검출하기 위한 평가 수단;을 포함하며,
각각의 회전 샤프트(rotation shaft)는 각각의 상기 측정 기어 휠에 대하여 중앙에 제공되며,
상기 각각의 측정 기어 휠은 회전식으로 장착되며,
상기 적어도 하나의 측정 기어 휠을 회전 시키도록 상기 기어 챔버를 통하여 유체가 전달될 수 있으며,
각각의 수용 영역은 상기 각각의 측정 기어 휠 및 상기 하부 사이에; 그리고 상기 각각의 측정 기어 휠 및 상기 커버부 사이에; 제공되며, 상기 수용 영역에서, 롤링 소자(rolling elements)가 상기 각각의 측정 기어 휠을 장착하기 위해 배치되고,
상기 롤링 소자는 상기 각각의 측정 기어 휠; 상기 각각의 회전 샤프트 및 상기 하부 또는 상기 커버부와 직접 접촉하며,
상기 롤링 소자의 구동 표면은 상기 측정 기어 휠 및 상기 회전 샤프트에 의해 형성되고,
상기 롤링 소자는 전체로서 상기 회전 샤프트; 각각 상기 측정 기어 휠; 및 상기 롤링 소자가 접하는 상기 하부 또는 상기 롤링 소자가 접하는 상기 커버부;에 대하여 이동가능한, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
적어도 두개의 상기 측정 기어 휠은 상기 기어 챔버에서 서로 결합하여 배치되는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 수용 영역은 상기 측정 기어 휠의 단부면의 함몰부 또는 하부의 및 커버부의 함몰부인 단계식 갭(stepped gap)에 의해 각각 형성되며,
각각의 상기 단계식 갭은 상기 회전 샤프트 쪽으로 개방되는, 기어식 유량계. - 제 3항에 있어서,
상기 각각의 단계식 갭은 각각 상기 측정 기어 휠의 회전축에 대하여 횡방향으로 연장된 하부벽(bottom wall) 및 상기 회전축의 방향으로 연장된 측벽(side wall)을 포함하며,
상기 롤링 소자는 상기 롤링 소자가 배치되는 상기 단계식 갭의 측벽 및 하부벽과 직접 접촉하는, 기어식 유량계. - 제 3항에 있어서,
상기 각각의 단계식 갭은 상기 단계식 갭의 하부벽 및 측벽 사이에 모서리가 둥글거나 경사진 전이 영역을 가지는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 각각의 회전 샤프트는 고정된 회전축에 의해 형성되며, 상기 각각의 측정 기어 휠이 상기 고정된 회전축에 대하여 장착되어서 상기 각각의 측정 기어 휠이 상기 롤링 소자를 통해 회전할 수 있는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 각각의 회전 샤프트는 상기 각각의 측정 기어 휠에 고정식으로 연결되는 순환축에 의해 형성되는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 기어 챔버는 상기 적어도 하나의 측정 기어 휠을 측면 방향으로 둘러싸는 중간 소자(middle element)에 의해 측면 방향의 경계가 형성되고,
상기 하부 및 상기 커버부는 각각 상기 중간 소자에 연결되며,
상기 하부, 상기 커버부 및 상기 중간 소자는 적어도 3개의 부품으로 형성되는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 하부 및/또는 상기 커버부는 상기 적어도 하나의 측정 기어 휠이 배치되는 오목부를 가지며,
상기 기어 챔버는 상기 측정 기어 휠의 단면 위에서 경계가 형성되며, 상기 하부 및 상기 커버부에 의해 측정 기어 휠의 측면 방향의 경계가 형성되는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 하부 및 커버부는 상기 롤링 소자를 고정시키기 위해 평탄면(planar surface)을 가지며,
상기 평탄면은 평활화되며, 상기 롤링 소자는 상기 평탄면에 직접 접촉하는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 측정 기어 휠 및/또는 상기 하부 및 상기 커버부 및/또는 상기 회전 샤프트의 적어도 일부 영역은 경화되거나, 코팅부에 인접한 물질보다 경도가 큰 코팅부를 포함하는, 기어식 유량계 - 제 1항에 있어서,
상기 롤링 소자는 서로 접촉하면서 상기 수용 영역에 배치되는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 롤링 소자는 볼 케어링 케이지(ball bearing cages) 없이 상기 수용 영역에 배치되는, 기어식 유량계. - 제 1항에 있어서,
상기 롤링 소자는 볼(balls)인, 기어식 유량계.
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