(57)【要約】  この発明は、好ましくはコリオリ原理にもとづく大量の物質の質量流量を測定するための測定機器に配置される、交差形スプリング部材に関する。これに関して、互いに相対的に回転可能である二つのベアリング部材（１，２）は、測定系内に配備されるとともに、少なくとも四つの互いに直角に交差する板スプリング部材（３，４，５，６）を有し、これらの板スプリング部材は、両方のベアリング部材（１，２）を互いに接続するものである。これに関して、互いに交差する板スプリング部材（３，４；５，６）は、半径方向（８）に対して、少なくとも対を成して配置されており、それら自身は、回転軸（７）上で交差している。これに関して、各板スプリング対（３，４；５，６）の端部は、それぞれ一方の側を異なるベアリング部材（１，２）に固定されており、その結果半径方向の圧力及び張力の荷重が、各方向（８）に同時に伝達される。
2009513936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの板スプリング部材（３，４，５，６）を有する、相対的に回転可能な二つのベアリング部材（１，２）を接続するための交差形スプリング部材であって、これらの板スプリング部材が、回転軸（７）に対して互いに横切る形で交差するとともに、両方のベアリング部材（１，２）を互いに接続する交差形スプリング部材において、
互いに交差する板スプリング部材（３，４；５，６）は、半径方向（８）に対して、少なくとも対を成して配置されており、その際各板スプリング対（３，４；５，６）の一方の側の端部は、それぞれ異なるベアリング部材（１，２）に固定されており、それと反対側の端部は、それとは逆の部材に固定されていることを特徴とする交差形スプリング部材。
【請求項２】
ベアリング部材（１，２）が、リング形状で実現されるとともに、対を成して交差する四つの板スプリング（３，４；５，６）と接続されており、その際これらの板スプリング対（３，４；５，６）自身が、直角に交差することを特徴とする請求項１に記載の交差形スプリング部材。
【請求項３】
板スプリング（３，４，５，６）は、回転軸（７）の方向に対して、互いに平行に並んで配置されるともに、これら自身が、回転軸（７）上で交差することを特徴とする請求項１又は２に記載の交差形スプリング部材。
【請求項４】
リング形状のベアリング部材（１，２）は、回転部材を固定するための外側を向いた平坦な接続用リム（１１）と、突起及び切り込み（１３）を備えた内側に対して階段状となっている内面部分（１２）とを有し、これらの突起及び切り込みが、対向して配置されたベアリング部材（１，２）において噛み合う形となっているとともに、少なくとも板スプリングの端部を固定するための軸方向の面（９）を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の交差形スプリング部材。
【請求項５】
リング形状のベアリング部材（１，２）は、切り込み（１３）又はスリットによって、互いに軸方向に間隔を空けて配置され、少なくとも５°〜４５°の捻れ又は回転角を許容し、平坦で薄い板スプリング（３，４，５，６）によって接続されており、その際板スプリング（３，４，５，６）が、回転方向の曲げに対して柔らかく、かつ引張方向の曲げに対して固いことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の交差形スプリング部材。
【請求項６】
リング形状のベアリング部材（１，２）は、固定手段を有し、この固定手段を用いて、駆動ユニットと力の変換器との間において、回転可能な形で支持されており、測定しようとしている駆動モーメントを摩擦無しに伝達する役割を果たすことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の交差形スプリング部材。
【請求項７】
この交差形スプリング部材が、コリオリ原理にもとづく大量の物質の質量流量測定機器の推進ホイールの駆動軸と力の変換器との間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の交差形スプリング部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１の前文に記載の十字形又は交差形スプリング部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転モーメント又はトルクの正確な測定のためには、一般的に二つの構成部品を互いに相対的に回転可能な形で支持する必要がある。特に、小さいトルクに関しては、最大限可能な限り摩擦の無いベアリング支持を提供することが、測定精度に対して決定的である。比較的小さいトルクは、特にコリオリ測定原理にもとづく質量流量の測定で使用されている。そのような測定器では、推進ホイールを回転させるモーターを一定の回転速度で駆動しており、このホイール上に、物質のフローを当てて、半径方向に逸らしている。この駆動トルクをトルク測定構成で測定しており、この駆動トルクの大きさは、質量流量と比例するものである。
【０００３】
従来、物質のフローの重量を連続的に求めるための測定機器は、特許文献１により周知である。この測定機器では、モーターの駆動トルクを測定しており、その際モーターは、回転する形又は振子の形でぶら下げられるとともに、筐体と接続された力の変換器又はピックアップに固定又は支持されている。レバーアームを考慮に入れて、検出した力を、質量の大きさと正確に比例するトルクに換算又は変換している。この機器では、揺動可能な形でぶら下げられたモーターは、ボールベアリングにより、静止した筐体に対して相対的に案内されており、このボールベアリングは、その摩擦によりトルク測定を誤らせる可能性が有る。また、荷重が加わった操作の間に、片側を支持されたモーターによって、部分的に異なる又は変化するベアリングの摩擦が生じて、それが測定結果を誤らせることとなるので、従来では、トルクを求めることができなかった。
【０００４】
特許文献２により、同じくコリオリ原理にもとづく質量流量の測定機器が周知であり、この機器では、このベアリングの摩擦力をほぼ補償する測定伝達機構によって、駆動トルクを求めている。そのために、推進ホイールの駆動される測定軸を、ころ軸受に案内して、その外側のリング又は軌道輪を別のころ軸受で支持している。これに関して、第二のころ軸受の外側リング又は軌道輪には、第二のころ軸受を少なくとも測定軸と同期した回転速度で駆動又は回転させる追加的な駆動力が加わる。二つのころ軸受間の駆動トルクの違いのために、回転方向における相対的な動きが生じて、所謂破壊又は分離モーメントを必然的に伴うので、トルク測定に対する非線形的な摩擦の影響は、完全には避けることができない。
【０００５】
特許文献３により、摩擦の無い十字形又は交差形スプリング部材を有する回転ベアリング部材を用いて駆動トルクを伝達する、コリオリ測定原理にもとづく質量流量測定機器用のトルク測定機器が周知である。この交差形スプリング部材は、二つのベアリング部材を互いに接続する、二つの直角に交差する板スプリングから構成されている。これらのベアリング部材の一方は、垂直方向に対して下方を向いたベアリングスリーブであり、その中空の空間内には、垂直方向に対して上方を向いたシリンダーが、第二のベアリング部材として案内されている。軸方向に対して、両方のベアリング部材は、一つのボールによって、回転可能な形で支持されており、このボールの摩擦は無視できるものである。半径方向のベアリング支持に関して、板スプリングが、回転軸に対して垂直に配置されており、その一端をベアリングスリーブで、他端を下方のシリンダーで固定されている。回転軸の軸方向には、互いに交差する板スプリングが、互いに間隔を空けて配備されるとともに、下方のシリンダーの切り込みを通して案内されており、この切り込みにより、両方のベアリング部材が互いに相対的に少し回転して動くことが可能となっている。この回転ベアリングは、ほぼ摩擦が無く、かつ回転方向の曲げには柔らかく、半径方向の曲げには固い形に実現されている。しかし、そのような交差形スプリング部材は、特に回転の際の半径方向の荷重に関して、板スプリングの圧力又は張力の向きに依存して、スプリングの特性が、急上昇する形又は階段状に変化し、そのことが、大きな座屈荷重を起こして、回転方向におけるスプリング指数又は係数の望ましくない変化を生じさせる危険が有るという欠点を持っている。
【特許文献１】ドイツ特許公開明細書第３３４６１４５号
【特許文献２】欧州特許明細書第０４７４１２１Ｂ１号
【特許文献３】国際特許発明明細書第００／４７９５５号
【特許文献４】２００２年１１月１３日付でドイツ特許庁に出願した出願番号第１０２５３０７８．５−５２号の文献
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のことから、この発明の目標又は課題は、このようなスプリング部材を改善して、半径方向の荷重のもとで、回転方向の曲げに関しては柔らかく、半径方向の曲げに関しては出来る限り固く、そして回転方向におけるスプリング指数又は係数が、半径方向の荷重にほぼ依存しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目標は、請求項１に記載の発明により達成される。この発明の改善構成及び有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
この発明は、板スプリング部材の対を成す構成によって、これらの板スプリング部材を、半径方向に対して特に平坦に、そのため曲げ方向に対して非常に弾性的に構成することが可能であるとの利点を有する。有利には、そのことによって、この交差形スプリング部材が、大きな半径方向の荷重に耐えて、座屈する危険がほとんど無い場合でも、板スプリング部材のヒステリシスが小さく保持されるものである。
【０００９】
更に、そのような形態で弾性的である交差形スプリング部材は、振子形又は揺動可能な形でぶら下げられた駆動モーターに関して、僅かな回転モーメントしか伝達する必要がないので、このような駆動モーターに関する力又はトルクの測定に素晴らしく適しているという利点を有する。これらのベアリングを測定系内に配置することもできるので、このような簡単な交差形スプリング部材を用いて、測定結果を誤らせるような影響を持たない、ベアリングの摩擦の無い支持を実現することが可能である。
【００１０】
更に、この発明は、そのような交差形スプリング部材が、ほぼ磨耗の無い形で動作し、そのため僅かな保守の手間しか必要としないとの利点をも有する。即ち、少なくとも二対の板スプリングによって、ベアリング部材を接続しているために、特にボールベアリングでの小さい回転運動と半径方向の振動する荷重に関連して磨耗と摩擦を増大させることとなる、ベアリング部材における一点で受ける形の荷重が防止される。
【００１１】
更に、この発明は、交差形スプリング部材を回転動作させる場合でも、無荷重又は空運転動作時における高い零点安定度を有するという利点をも有する。特に、半径方向の駆動機器を有する場合でも、動いている又は回転している交差形スプリング部材が、常に均一に張力と圧力の荷重を印加されているので、測定信号の変動を引き起こす可能性が有る半径方向の撓みがほとんど生じない。更に、有利には、温度変動が激しい場合でも、そのような交差形スプリング部材を用いて、同時に高精度な力又はトルクの測定が可能である。即ち、ベアリング部材の両方に板スプリング部材を互い違いに固定する、或いは取り付けることにより、特に熱膨張効果と熱応力が、回転軸に対して互いに対称的に補償し合って、その結果それらが、測定機器に対して無視できる影響しか持たくなるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面に図示した実施例にもとづき、この発明について、より詳しく述べる。
【００１３】
図面の図１には、コリオリ原理にもとづく質量流量測定機器用の交差形スプリング部材が模式的に図示されている。この交差形スプリング部材は、対を成して交差する四つの板スプリング３，４，５，６から構成されており、これらの板スプリングは、リング形状の二つのベアリング部材１，２に固定されている。
【００１４】
この交差形のスプリング接合は、特に、図示していないスリーブ内に支持された推進ホイールの駆動軸を、揺動する形、或いは振子の形で支持された力の測定機器と接続するために提供されるものである。そのような機器は、特許文献４に開示されている。これに関して、力の測定機器は、駆動モーターとの中間伝達機構によって支持されている。このために、ベアリング部材１，２の両方は、それぞれ歯車ホイールと接続されており、これらの歯車ホイールは、噛み合っている同型の二つの中間歯車ホイールと共に回転するとともに、一つの駆動モーターによって同期した形で駆動されている。これに関して、中間歯車ホイールの一方は、力の測定セル又は荷重セル上に支持された、駆動モーメントを測定するためのレバーアームと接続されている。駆動モーメントの変動に関して、ベアリング部材上の両方の中間歯車ホイールの間に、スリップ又は相対運動が起こり、その際このスリップ又は相対運動の回転角は、質量流量に比例する。これらの回転角は、レバーアームの比率が大きい場合でも非常に小さく、一般的に５°以内であり、この交差形スプリング部材が、測定系内に直接配置されているので、ベアリング部材の測定用回転又は捻れに関して、出来る限り摩擦を起こさないものである。
【００１５】
この駆動系では、その他の力と比べてコリオリの力が小さいために、各ベアリングの摩擦が、測定信号を弱めるとともに、非線形的な効果により、測定信号を誤らせることともなる。この交差形スプリング部材は、二つの噛み合った歯車ホイールによって、半径方向に駆動されるので、少なくはない半径方向の力が、駆動モーメントの伝達の際に発生し、その際これらの半径方向の力は、回転するスプリング部材によって吸収しなければならない。半径方向の撓みに関して、これは、求めようとしているトルク又は回転モーメントが、力の測定セル又は荷重セル上に支持された、所定の長さのレバーアームによって与えられるので、測定値に対して直接影響を持つものである。横方向の撓みに関しては、このレバーアームの長さが変化し、そのため測定エラーが生じることとなる。
【００１６】
そのような半径方向の力の荷重に関して、特に回転する交差形スプリング部材に関して、板スプリング３，４，５，６の回転角の位置に応じて、張力と圧力の両方の荷重が、板スプリングの軸方向に生じる。特に圧力の荷重に対して、板スプリング３，４，５，６における座屈運動を防止するためには、これらの板スプリングのサイズは、それにより、これらの回転方向の曲げに対する柔らかさが阻害されるような大きさにしなければならない。
【００１７】
従って、この発明による交差形スプリング部材は、各角度位置において、大きな半径方向の力の荷重が生じても、半径方向の撓みの危険を生じさせることなく、回転方向の曲げには出来る限り柔らかく、半径方向の曲げには全体的に固くなるように実現される。このことは、この発明にもとづき、好ましくは交差する板スプリング３，４，５，６を、半径方向８に対して対を成して配置し、その際それらの端部を、それぞれ異なるベアリング部材１，２に固定することによって実現される。このため、図面の上方の部分に有る第一の板スプリング３と第二の板スプリング４は、回転軸７に対して垂直に又は横切る形に配置されている。これに関して、これらの両方は、回転軸７の軸方向に対して、互いに平行に並んで配備されており、その際第一の板スプリング３は、その一端を上方のリング形状のベアリング部材１で、他端を下方のリング形状のベアリング部材２で固定されている。他方、これらの対を成して配置された板スプリングの第二の板スプリング４は、その端部をそれとは逆の又は反対の形でベアリング部材１，２で固定されており、その結果その左端の領域が、上方のリング形状のベアリング部材１と接続されており、その右端の領域が、下方のリング形状のベアリング部材２と接続されている。これらの板スプリング３，４の両方は、図面の下方の領域の回転軸７上において、別の板スプリング５，６と直角に交差している。しかし、これに関して、すべての板スプリング３，４，５，６は、回転軸７の軸方向に対して、間隔を空けて配置されており、その際下方の板スプリング対５，６は、回転軸７と垂直な又は横切る方向に対して、互いに平行に並んで延びている。これに関して、第三の下方の板スプリング５は、その左端の領域を下方のリング形状のベアリング部材２で、その右端の領域を上方のリング形状のベアリング部材１で固定されている。他方、第四の下方の板スプリング６は、その左端の領域を上方のリング形状のベアリング部材１に、その右端の領域を下方のリング形状のベアリング部材２に置かれている、或いは取り付けられている。
【００１８】
回転方向の駆動により、並びに揺動する形又は振子形のモーター又は中間伝達ベアリング支持により、様々な異なる半径方向の荷重が、交差形スプリング部材に加わり、それが、板スプリング３，４，５，６に圧力と張力の両方の効果を起こす可能性がある。回転駆動される交差形スプリング部材に関して、これは、力が加わる位置に対する各角度位置によって、既に変化している。そのような板スプリング３，４，５，６は、その構造によって必要とされる通り、圧力荷重よりもずっと大きな張力荷重に耐えるので、この発明にもとづき、これらの板スプリングは、対を成して配置されるとともに、ベアリングリングとして実現されたベアリング部材１，２の両方に互い違いに固定される。そうすることによって、スプリング対３，４；５，６の板スプリング３，４，５，６は、半径方向の張力と圧力の両方の荷重を互い違いに加えられることとなり、その結果各スプリング３，４，５，６を、好ましくは特に平坦に、そのため回転方向の曲げに対して非常に柔らかく実現することができる。下方の交差して配置された板スプリング対５，６に対しても、このような互い違いの固定又は取付を行っているので、回転に関して、半径方向の力の均一な分散が起こり、それによって、半径方向の力の安定したベアリング支持が保証される。
【００１９】
そのような交差形スプリング部材は、回転する測定系に適用可能又は利用可能であるだけでなく、むしろ揺動する形又は振子形にぶら下げられた駆動モーターに直接配備することもできる。そして、これに関して、一方のベアリングリング１は、駆動モーターの固定子と接続されるとともに、他方のベアリングリング２は、力を測定する機器を支持する静止した構成部品と接続される。
【００２０】
そのような交差形スプリング部材の好ましい実施例が、図面の図２に、組み込んだ実施形態として図示されている。そこでは、機能的に同等の構成部分には、図面の図１と同じ符号を付与している。この図面の図２の実施例は、構造又はパターンを持ったリング部材として実現された、二つのベアリング部材１，２から構成されている。これに関して、両方のリング部材１，２は、切り込み及びスリットによって、軸方向に対して互いに間隔を空けて、回転可能な形で配置されている。図面の図１による模式図とは逆に、一方の交差する、或いは横切る方向８のスプリング対３，４；５，６は、互いに直には並んでおらず、その代わりに、一例として、他方の交差する、或いは横切る方向８の交差する板スプリング対によって分断されている。
【００２１】
リング部材１，２は、互いに対する又は互いに向かった、並びに互いの中への突起及び切り込み１３の形で軸方向に延びており、その際これらの隙間は、最大の回転角に対しても接触が許されない又は防止されるように設けられている。これに関して、こらの突起又は突出は、軸方向の面９を有し、これらの面は、半径方向に配置されており、板スプリングの端部領域を固定する役割を果たしている。板スプリング３，４，５，６は、ネジ又はボルトを用いた接続部１０によって、リング部材１，２に固定されている。板スプリング３，４，５，６は、大きな引張強度を有する平坦で薄いスプリング材料、好ましくはばね鋼合金から構成されている。リング部材１，２は、好ましくは切削機械加工プロセスによって、パイプの材料から機械加工された、或いは鋳造部品として製造された固体金属の物体から構成される。
【００２２】
二つのリング部材１，２は、それぞれ接続用リム又はエッヂ１１上に固定手段を配備されており、その結果例えば、互いに相対的に捻ることが可能又は回転することが可能な形に構成された、歯車ホイール、回転車軸、スリーブ、その他の捻り又は回転部材と接続することが可能である。図示した交差形スプリング部材は、好ましくはコリオリ原理にもとづく質量流量測定機器に配備される。しかし、そのような交差形スプリング部材は、例えば、支持された力の測定機器を用いて、シャフト、モーター、同様のもののトルクを求めるための、その他のトルク測定機器にも適用可能又は利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】交差形スプリング部材の基本構成の模式図
【図２】交差形スプリング部材を組み込んだ実施形態
【符号の説明】
【００２４】
１，２    ベアリング部材
３，４，５，６    板スプリング部材
７    回転軸
８    半径方向
９    軸方向の面
１０    接続部
１１    接続用リム又はエッヂ
１２    階段状内面部分
１３    突起、切り込み
2009513936.tif 000003
【図２】
2009513936.tif 000004
【国際調査報告】
2009513936.tif 000005
2009513936.tif 000006
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2009513936.tif 000008
2009513936.tif 000009
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