JPH0560533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特許請求の範囲第１項の前文に記載
されたバルク状物質の流れを計測する装置に関す
る。

〔従来の技術〕

バルク状物質の流れ、即ちバルク流を直接計量
するための多くの装置、即ち質量・時間ユニツト
が知られている。これらの装置の１つの分類に属
するものとしては、導管内を直線状に流えるバル
ク流の特定方向の角速度又は接線速度成分を生じ
るのに必要な力を測定するという原理に基づくも
のがある。この必要の力は、バルク流に直接比例
する。次の関係式が成立する。

トルク＝ｋ・角速度・バルク流 この角速度が一定の場合、バルク流はトルクの
一次関数になる。

放射状のガイド羽根によつて区切られたロータ
リプレートの上に、バルク状物質が軸方向に当た
るバルク上物質の流量を計量する装置も既に公知
である。このロータリプレートは、一定のモータ
速度と駆動トルクで同期モータによつて駆動され
る。このトルクの変化は、バルク流を変動の直接
的な指標である。

このトルクを測定するのに別の手段が知られて
いる。最も簡単な解決策は、モータの動力消費を
測定することである。しかし、この方法は、モー
タとこれに続くギヤ列の順次の又定常的に変化す
る全ての摩擦損失を含むので、以上に不正確な結
果しか得られない（ドイツ実用新案第7023502
号）。

ロータリプレートの駆動シヤフトから直接トル
クを測定することも、あまり好ましくない。なぜ
ならば、この測定値はブラシ型接触子を介して回
転シヤフトからピツクアツプされるので、雑な作
業条件下では外乱の影響を受けやすい（USP第
2934951号）。

ロータリプレート用の駆動モータを該プレート
の直下に、その駆動軸と同軸に枢着することも公
知である。モータハウジングの捩じれは、可動コ
イルの中に突出した、モータハウジングに固定さ
れたアームによつて監視される。駆動トルクに相
当する反動トルクは、モータハウジングを回転さ
せようとする。この捩力は、アーム上のコイルに
よつて発生する電磁力によつて補償される。モー
タハウジングを所望の定位置に常に維持しようと
するこの力は、可動コイルの電流消費量に比例す
る。従つて、この電流値はロータリプレートを単
位時間内に通過するバルク流の指標となる（ドイ
ツ特許第1211415号）。大量のバルク流を加速する
のに必要なモータは大きな質量を有し、これを所
望の定位置に維持するためには大きな電磁力を発
生することが必要なので、これ単独では実用的で
ない。しかし、制御トルクが大きい場合には、測
定可能な変数の小さな変動は最早観察されず、充
分な信頼性がある。更にこの公知の解決策におい
ては、ギア列を挿入することができない。

モータとロータリプレートとの間に設けられた
ギア列の中間シヤフトに作用するトルクを測定す
る装置も公知である（USP第2771773号）。平歯
車の中間シヤフトはシヤンクに取り付けられ、該
シヤンクの下端は、ギアの軸に垂直な方向を向き
且つギアに平行な面上に配置された軸を中心に旋
回可能に、懸垂されている。中間シヤフトのシヤ
ンクの旋回軸は、中間シヤフト及び中間ギアと共
にピニオンによつて歯の作用面から外れるように
傾斜して配列されている。この変位は、無負荷ト
ルクを補償すスプリングによつて対抗されてい
る。バルク流がロータリプレートに作用して大き
なトルクが伝わると、シヤンクは空気力によつて
その位置に保持される。これに必要な圧力は、適
宜な測定器具によつて判るが、これも又伝達トル
クの指標となる。

この装置の欠点は、補償のための空気圧力が調
整された後、測定値が表示されるまでに必要なア
イドル時間が長過ぎることてある。公知の装置を
用いて、バルク状物質の流れの脈動を規制するこ
とは不可能である。更に、この規制装置は精巧な
もので、トラブルか生じやすい。

極く最近、化学的及び治金的方法が開発され、
これによれば、連続工定中で精密に規定された粉
末又は微粒子物質が相互に反応したり、又は液体
や気体と反応する。この例としては、石炭のガス
可と鉄鉱石の溶融還元がある。これらの方法にお
いては、計測と調整を予定している数類の成分の
バルク流を統合することが必要である。叙上の如
く、主な問題はトルクや制動モーメント（ｎ、
m〓）の精密な測定に存する。回転エレメントのシ
ヤフトは、バルク流のめでなく摩擦力によつても
当然減速される。温度が変わるとシヤフトのベア
リングに必要な潤滑剤の粘度が変化するので、こ
れらの摩擦力はかなり変化する。

〔発明の目的〕

本発明は、前述のタイプの装置を開発すること
を目的と多し、測定手段の表示が、温度に関連す
る粘度及びキヤの内部摩擦とは無関係になり、測
定された制動モーメントが、較正曲線を用いなく
ても温度に無関係に、通過したバルク流のサイズ
の指標となるように構成するものである。

この問題点は特許請求の範囲第１項に述べられ
た本発明によつて解決される。

即ち、本発明は、ギアリング内の粘性力によ
り、回転エレメントの駆動シヤフトと中間シヤフ
トに加えられる影響を補償する手段を見出すこと
に基づいている。本発明によれば、平歯車の半径
は、中間シヤフトのベアリングに作用するアイド
ル時の摩擦トルクが、中間シヤフトのアイドリン
グ時の摩擦トルクの方向と反対方向に作用するよ
うに選択されている。これに基づいて、これらの
反対方向のアイドル摩擦トルクは、例えば、異な
つた所定巾を有するギアを用いて、無負荷動作時
に中間シヤフトのベアリングを動かすモーメント
が相互に中和され、外乱のモーメントを完全に補
償するように設定される。ギアオイルの粘度が温
度に応じて変化する場合には、アイドル摩擦トル
クも変化するが、それは同じ程度に変化するの
で、補償は持続される。

本発明の好適例は従属項に記載されている。

〔問題点を解決するための手段〕

図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

第１図によれば、バルク流は供給パイプ１０を
経て回転エレメント１２に到達する。

この例においては、回転エレメント１２はイン
ペラとして設計され、案内翼１６を具えた水平ロ
ータリプレート１４からなつている。この回転エ
レメント即ちインペラ１２に上方から作用するバ
ルク流は、その軸方向から偏向さえられ、接続方
向の速度成分を与えられる。インペラ１２は多数
の案内翼１６を具え、全てのバルク粒子はインペ
ラを離れる時角速度を与えられ、それによつてイ
ンペラは駆動される。インペラを通過した粒子の
運動経路の概略を点線で示す。

インペラ１２はハウジング１８内で回転し、そ
の内部チヤンバは、流れるバルク材料が鋭い縁に
なるべく当らないように、又抵抗ができるだけ少
なくなるように、構成されている、エンペラから
放射状方向に離れた後、バルク材料はハウジング
１８に流れ込み、出口２０に達するが、この断面
積はバルク流の供給パイプ１０の断面積に等しい
か、それよりも大きい。

インペラ１２はシヤフト２２によつて駆動され
るが、このシヤフトは、ハウジングに固定された
シヤンク２４内のベアリングに、軸方向の力が吸
収されるように回転自在に支持されている。

シヤフト２２の下端には、駆動用ギア２６がキ
ー止めされ、中間シヤフト２８に支持されたギア
３０と噛み合つている。このシヤフトにはもう一
つのギア３２が固定され、モータ３６のピニオン
３４と噛み合い、該モータは、装置の下部にフラ
ンジ言で取り付けられ、インペラの駆動軸と連結
されている。

ギアリング、即ち二つのギア３０，３２を具え
た中間シヤフトは、装置の中心軸の周りに回転す
るギア用ハウジング３８内に設置されている。図
示の実施例においては、ハウジングのフランジに
挿入された比較的大径のボールベアリングによつ
て、ギア用ハウジング３８を支持することによつ
て、これを実現している。

伝達されるトルクによるギアハウシング３８の
捩じれは、力計測手段４０によつて制限され、且
つ測定される。このような力測定手段は公知であ
り、市販されている。この手段は、基本的に、ア
ームの端部に作用する力によつて生じる湾曲を、
これに付着されたワイヤ型歪みゲージによつて検
出する頑丈な湾曲アームからなつている。適当に
較正すれば、このワイヤ歪みゲージは、それに作
用する力を直接に表示する。

或る流量のバルク流がこの装置を流れる場合、
或る値のトルクが伝達されて、インペラ１２の角
速度Ｗが一定値に維持される必要がある。ギア用
ハウジング３８は実質的に摩擦が無いように取り
付けられているが、反動トルクの影響のために僅
かな角度だけ回転し、力計測手段４０の指針を変
位させる。この指針の変位が大きい程、力計測手
段によつて供給され且つ測定される反動は大きく
なり、この反動がインペラを通過するバルク流の
直接の指標となる。

次式において、R₁は回転エレメントに達する
シヤフト２２上のギア２６の半径を表し、R₂、
R₃はそれぞれシヤフト２８上のギア３０，３２
の半径を表し、R₂はR₁噛み合い、R₃はピニオン
３４と噛み合う。

ギア用ハウジング３８の測定トルクM_Sは二つ
の反対向きの成分M_S1とM_S2からなつている。前
者は駆動シヤフト２２からもたらされ、次ぎの値
を有する。

M_S1＝（R₁＋R₂／R₁）M_A、 ここでM_Aは駆動シヤフトの負荷モーメントであ
る。第２の部分はピニオン３４もたらされ、次の
値を有する。

M_S2＝−R₂／R₃・（R₁＋R₂／R₁）M_A この結果、次の式が成り立つ。

M_S＝M_S1＋M_S2 M_S＝（R₃−R₂／R₃）・（R₁＋R₂／R₁）M_A （） この測定トルク、従つて測定装置の感度は、
R₃をR₂よりも大きく選び、R₁をR₂よりも小さく
選ぶことによつて、大きくなる。回転エレメント
に達する駆動シヤフトが無負荷の時は、摩擦のた
めのアイドリングモーメントRM_Aだけが残り、
これは初期トルクM_Aをためである。この摩擦は、
式（）によつて、ギア用ハウジング３８の反動
モーメントRM_Sとなる。

RM_S＝R₃−R₂／R₃・R₁＋R₂／R₁RM_A 第２の反対方向成分RM″_Sは中間シヤフト２８
の摩擦トルクRM_Zから生じる。同じような考え
に従つて、次式が導かれる。

RM″_S＝−（R₁＋R₂／R₁）RM_Z 両成分の和RM_S＝RM_S＋RM_Sは、摩擦損失に
よつて生じる外乱変動である。これは次の条件が
成立する場倍には、零となる。

（R₃−R₂／R₃）・（R₁＋R₂／R₁）RM_A ＝ （R₁＋R₂／R₃）RM_Z 又は （R₃＋R₂／R₁）＝RM_Z／RM_A （） 式（）が満足されると、本発明によつて摩擦
の影響は精密に補償され、温度の変化によつて変
わるギアリングの内部摩擦に無関係な測定が可能
とのなる。

R₃＜R₂の場合、測定信号M_Sは負の値（式Ｉ参
照）をとる。即ち、負荷モーメントM_Aと反対に
なる。中間シヤフトの摩擦トルクM_A′と反対なの
で、摩擦トルクを補償することは不可能である。
従つて、本発明においては、R₃は常にR₂よりも
大きいことが必要である。

次ぎの説明においては、事を簡単にするために
R₃＝R₁＝2R₂の場合を取り扱う。

式（Ｉ）の最初の括弧内の項は0.5に等しい。
両方の条件を満足し、且つ０〜20Nｍの範囲のト
ルクの測定に適した簡単な計測装置が第１図に示
されている。この場合には、式（）は R₃＋R₂／R₁＝２−１／２＝0.5＝RM_Z／RM_A となり、即ち中間シヤフト２８の摩擦トルクは、
出力シヤフト２２の摩擦トルクの半分であること
が必要である。

この要求に合致するためには、ギアの巾を適当
に選択すればよい。−20℃から＋50℃までの温度
範囲内で、測定信号に対する摩擦の影響が0.5％
以下になることが実験によつて確かめられた。

計測手段の感度は、ギアリングを第２図の実施
例のように設計することによつて、かなり増大で
きる。

回転エレメントに達している駆動シヤフト上の
ギア２６の直径R₁は、可能な限り小さく選ばれ
ることが好ましく、これによつて、与えられた出
力速度において、ギアの周速度及び摩擦を全体と
して最小にすることができる。これによつて、
R₃＞R₂の条件のみでなく、R₂＞R₁の条件を満足
させることができ、式（Ｉ）による高感度を達成
すことも可能となつた。

上述の条件を満足させるために、ギア３２は内
歯を具えていることを要する。一つの例では、
R₂＝2R₁、及びR₃−2R₂＝4R₁となつている。こ
の結果、式（）は次のようになつた。

R₃−R₂／R₁＝４−２／１＝２＝RM_Z／RM_A 中間シヤフト２８の摩擦トルクは、２２の出力
シヤフトの摩擦トルクの２倍なければならない。
これは、例えば第２図の実施例において、プレー
ト４２をギア３２の面から僅かに離して平行に滑
動自在に設置し、油圧ブレーキとして機能させる
ことによつて可能である。

図示の装置は、感度を10倍のオーダーで増加さ
せることができ、測定可能なトルクの範囲も０〜
2Nｍであり、一方、精度は第１図のものと同一
に保持される。勿論、この結果は、全てのベアリ
ングがギア用歯３８に収容されており、温度に依
存するギアオイルの粘度が、全てのベアリングに
ついて同じと言う条件下においてのみ、達成可能
である。第２図に示す実施例において、駆動シヤ
フト２２は非常に長く形成され、それによつて第
２ベアリング４４がギア用ハウジング３８の外に
設けられている。このベアリングは作動中に、不
可避的にギア用ハウジングと異なる温度とならざ
るを得ないので、摩擦の影響の温度依存性と、そ
れによる零点の変動はかなり大きい。この問題
は、外のベアリング４４を、圧縮気体によつて実
質的に無摩擦状態でシヤフトを担持する公知のガ
スベアリングとして設計することによつて、解決
することができる。装置を導管内で使用してシヤ
フトの空隙のシーリングが純粋な圧縮気体によつ
て清掃され、塵埃を除去するようにすれば、この
設計はあまり困難でなく実現可能である。

装置の零点調節は次のように行われる。装置
を、−20℃の標準オイル粘度に相当する非常に粘
度の高いオイルで充たす。このオイルを用いて、
標準オイルに変更した後、通常起こり得るあらゆ
る温度の下で、零点が維持されるように油圧ブレ
ーキ又はプレート４２を調整すれば、零点は非常
に精密に調整可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概略側断面図、第２図は
第１図の装置を改変した別の実施例の側断面図で
ある。 １０……供給パイプ、１２……回転エレメン
ト、１４……ロータリプレート、１６……案内羽
根、１８……ハウジング、２０……出口、２２…
…駆動シヤフト、２４……シヤンク、２６，３
０，３２……ギア、２８……中間シヤフト、３６
……モータ、３８……ギア用ハウジング、４０…
…力計測手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定の速度で駆動され、軸方向に作用するバ
   ルク流を放射状に偏向し、バルク流に接続方向の
   速度成分を付与するための回転エレメント１２
   を、シヤフト２２に固定して設け、バルク流に依
   存するトルクを前記シヤフト２２の位置で測定す
   るように構成し、更に担持エレメント３８内に配
   置された二段ギアと、それぞれR₁、R₂、R₃、R₄
   の半径を有する４個のギア２６，３０，３２，３
   ４を有し、第１ギア２６はシヤフト２２に取り付
   けられ、中間シヤフト２８に取り付けられた第２
   ギア３０と噛み合い、又第３ギア３２は同じく中
   間シヤフト２８に取り付けられ、駆動シヤフトに
   取り付けられた第４ギア３４と噛み合うように構
   成されてなるバルク流計量装置であつて、運動方
   向がシヤフトに作用する反動の方向と同じになる
   ように前記担持エレメント３８内に可動に取り付
   けられた前記中間シヤフト２８は、力計測手段４
   ０によつて所定位置に保持され、又前記シヤフト
   ２２のアイドリング摩擦トルクRM_Aと中間シヤ
   フト２８のアイドリング摩擦トルクRM_Zが、絶
   対値においてR₃がR₂よりも大きい初期条件の下
   で、次式を満足することを特徴とするバルク流計
   測装置。 R₃−R₄／R₁＝RM_Z／RM_A ２ 半径Ｒを有するギア３２が内歯を有し、且つ
   R₃＞R₂及びR₂＞R₁であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載された装置。 ３ 摩擦トルクが、異なつた巾のギアを使用する
   ことによつ変更可能であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載された装置。 ４ 摩擦トルクが、ギア３０，３２に作用する油
   圧ブレーキによつて調節可能であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載され
   た装置。 ５ 前記油圧ブレーキが、ギア３２の前面から一
   定の距離だけ離れて設けられたプレート４２を具
   え、該プレートとギア３２の距離が可変に構成さ
   れていることを特徴とする特許請求を範囲第４項
   に記載された装置。