專利名稱：十字形彈簧元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如本申請(qǐng)的權(quán)利要求1的前述部分所述的十字形或交叉彈簧元件。
背景技術(shù)：
為了精確地測(cè)量旋轉(zhuǎn)力矩或者轉(zhuǎn)矩，通常需要支承兩個(gè)可彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)的部件。特別是在涉及小轉(zhuǎn)矩時(shí)，對(duì)于測(cè)量的精確性來說，關(guān)鍵是要提供最大可能的無摩擦軸承支承。根據(jù)科里奧利測(cè)量原理，相對(duì)較小的轉(zhuǎn)矩特別是用于測(cè)量質(zhì)量流量中。在這種測(cè)量裝置中，以恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述馬達(dá)帶動(dòng)葉輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，材料流沉積于所述葉輪上并在其上發(fā)生徑向偏轉(zhuǎn)。通過轉(zhuǎn)矩測(cè)量設(shè)備來測(cè)量驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小正比于質(zhì)量流量。
之前從DE-OS 33 46 145中已知用于確定材料流的連續(xù)重量的測(cè)量裝置。在該測(cè)量裝置中，馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩被測(cè)量，由此，該馬達(dá)可樞轉(zhuǎn)地或者下垂式懸置并保持或支承在與殼體相連的測(cè)力傳感器或者采集器上。在與力臂結(jié)合的情況下，所測(cè)得的力被計(jì)算或者轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩/力矩，該轉(zhuǎn)矩完全正比于質(zhì)量通過量。在該裝置中，可擺動(dòng)地懸置的馬達(dá)相對(duì)于固定殼體在球軸承中被導(dǎo)向，所述球軸承由于其摩擦可能會(huì)使轉(zhuǎn)矩的測(cè)量產(chǎn)生誤差。由于在通過一側(cè)被支承的馬達(dá)的加載操作過程中會(huì)引起軸承摩擦出現(xiàn)不一致或者發(fā)生部分改變的情況，這種情況將會(huì)使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此，其結(jié)果也不可能被預(yù)先確定。
類似地，從EP 0 474 121 B1中已知一種用于根據(jù)科里奧利原理測(cè)量質(zhì)量流量的裝置，其中驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩通過測(cè)量傳動(dòng)裝置確定，該測(cè)量傳動(dòng)裝置基本上補(bǔ)償了這些軸承摩擦力。為此，葉輪的被驅(qū)動(dòng)測(cè)量軸在滾柱軸承中被導(dǎo)向，其中該滾柱軸承的外環(huán)或者外圈支承在另一滾柱軸承中。就此而言，第二滾柱軸承的外環(huán)或者外圈設(shè)有附加驅(qū)動(dòng)件，該驅(qū)動(dòng)件使第二滾柱軸承至少以測(cè)量軸的同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行或旋轉(zhuǎn)。由于兩個(gè)滾柱軸承之間的不同驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在旋轉(zhuǎn)方向上出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)并且它們之間必需所謂的分解或分離轉(zhuǎn)矩，因此并不能完全防止非線性摩擦對(duì)轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置的影響。
從WO 00/47955中已知一種根據(jù)科里奧利原理用于質(zhì)量流量測(cè)量的轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置，該裝置通過旋轉(zhuǎn)軸承元件傳遞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并包括無摩擦十字形或交叉彈簧元件。該交叉彈簧元件由兩個(gè)正交的板簧組成，該板簧將兩個(gè)軸承元件彼此連接。其中一個(gè)軸承元件為豎直向下定向的軸承套筒，在其中空內(nèi)部，作為第二軸承元件的豎直向上定向的圓筒被導(dǎo)向。在軸向上，兩個(gè)軸承元件被一球可旋轉(zhuǎn)地支承，所述球的摩擦力可忽略不計(jì)。對(duì)于徑向軸承支承而言，板簧被布置成與旋轉(zhuǎn)軸線相垂直，并且它們的一端固定在軸承套筒上，另一端固定在下部圓筒上。在旋轉(zhuǎn)軸線的軸向上，相互交叉的板簧彼此相鄰地間隔布置并由下部圓筒中的凹槽導(dǎo)向，這使得兩個(gè)軸承元件可彼此相對(duì)地進(jìn)行小的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該旋轉(zhuǎn)軸承基本上無摩擦，并且在旋轉(zhuǎn)方向上柔韌而易于彎曲，而在徑向上很難彎曲。然而，這種交叉彈簧元件具有一些缺點(diǎn)，特別是在旋轉(zhuǎn)徑向載荷方面，其存在以下危險(xiǎn)，即彈簧性能會(huì)根據(jù)板簧的應(yīng)力或者張力的大小發(fā)生突變或者階躍性變化，這將導(dǎo)致出現(xiàn)很大的彎曲(臨界)載荷，并且使得彈簧剛度或者彈性系數(shù)在旋轉(zhuǎn)方向上發(fā)生不期望的改變。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的或者任務(wù)在于進(jìn)一步開發(fā)出這樣一種彈簧元件，從而使得在徑向載荷下，它在旋轉(zhuǎn)方向上易于彎曲，并在徑向上盡可能地難于彎曲，且旋轉(zhuǎn)方向上的彈簧剛度或者彈性系數(shù)基本上與徑向載荷無關(guān)。
該目的由如本申請(qǐng)的權(quán)利要求1中所述的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它改進(jìn)和有利示范性實(shí)施例記載在從屬權(quán)利要求中。
由于板簧元件的成對(duì)布置，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)，即這些板簧元件特別是可在徑向上被布置成扁平狀，由此它們?cè)趶澢较蛏暇哂蟹浅：玫膹椥浴Ｒ虼?，有利地是，即使該交叉彈簧元件承受了高的徑向載荷，該板簧元件的滯后性也保持很小，且?guī)缀醪淮嬖谌魏温N曲的危險(xiǎn)性。
此外，以這種方式布置的彈性交叉彈簧元件具有以下優(yōu)點(diǎn)，即它非常適合于與下垂式或可擺動(dòng)地懸置的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)相結(jié)合來測(cè)量力或者轉(zhuǎn)矩，這是因?yàn)樵谂c所述馬達(dá)結(jié)合時(shí)，僅僅需要傳遞很小的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于這些軸承也可被布置在測(cè)量支路(單元)中，因此，可以采用這種簡(jiǎn)單的交叉彈簧元件來獲得無摩擦的軸承支承，這種無摩擦的軸承支承將不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。
此外，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)，即這種交叉彈簧元件基本上以無磨損的方式操作，因此幾乎不需要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。即，由于軸承元件通過至少兩個(gè)板簧對(duì)連接，因此避免了軸承元件中出現(xiàn)點(diǎn)式載荷，當(dāng)球軸承中出現(xiàn)小的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)徑向載荷時(shí)，所述點(diǎn)式載荷尤其將會(huì)導(dǎo)致使磨損和摩擦加劇。
此外，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)，即甚至在采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的交叉彈簧元件時(shí)，它也包括在未加載或者怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的操作狀態(tài)下恒定不變的高零點(diǎn)。而且，特別是，當(dāng)它包括徑向驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，由于在拉伸和壓縮作用下始終被均勻加載的運(yùn)轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)交叉彈簧元件，幾乎不會(huì)出現(xiàn)可能導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)發(fā)生波動(dòng)的任何徑向偏移。另外，在采用這種交叉彈簧元件時(shí)，即使在出現(xiàn)強(qiáng)烈的溫度波動(dòng)時(shí)，也可以有利地同時(shí)進(jìn)行高度精確的力或者轉(zhuǎn)矩測(cè)量。也就是說，由于板簧元件在兩個(gè)軸承元件上的交替連接或者固定，特別是它們的熱膨脹效應(yīng)以及熱應(yīng)力將會(huì)相互補(bǔ)償，或者即使在它們彼此相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線呈非對(duì)稱布置的情況下，它們之間的應(yīng)力也會(huì)相互補(bǔ)償，因此它們對(duì)測(cè)量裝置的影響可以忽略不計(jì)。


下面結(jié)合附圖中所示的示范性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
附圖中圖1為交叉彈簧元件的原理性布置的示意圖，以及圖2為交叉彈簧元件的構(gòu)造實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，示意性地示出了根據(jù)科里奧利原理用于質(zhì)量流量測(cè)量裝置的交叉彈簧元件。該交叉彈簧元件由4個(gè)成對(duì)的交叉板簧3、4、5、6組成，這些板簧固定在兩個(gè)環(huán)形軸承元件1、2上。
該交叉彈簧元件被特別設(shè)置，以將葉輪的驅(qū)動(dòng)軸與被擺動(dòng)或者懸垂式支承的力測(cè)量裝置相連，所述葉輪被支承在未示出的套筒中。在2002年11月13日向德國(guó)專利商標(biāo)局遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?0253078.5-52的專利申請(qǐng)公開了這種裝置。就此而言，力測(cè)量裝置由位于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上的中間傳動(dòng)裝置支承。為此，軸承元件1、2分別與一帶齒齒輪相連，所述齒輪與兩個(gè)類型類似的中間齒輪相嚙合地旋轉(zhuǎn)，并且這些齒輪由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)同步驅(qū)動(dòng)。就此而言，中間齒輪中的一個(gè)與一杠桿臂相連，該杠桿臂被支承在一力測(cè)量單元或者載荷單元上，通過所述力測(cè)量單元或者載荷單元測(cè)量驅(qū)動(dòng)力矩。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，兩個(gè)中間齒輪之間在軸承元件上出現(xiàn)滑移或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此，滑移或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)角正比于質(zhì)量流量。這些旋轉(zhuǎn)角即使在較大的杠桿臂比的情況下也非常小，并且其值通常不超過5。，而且由于所述交叉彈簧元件直接位于測(cè)量支路中，在軸承元件發(fā)生失轉(zhuǎn)或者扭曲時(shí)，也將盡可能地?zé)o摩擦。
由于科里奧利力相對(duì)于該驅(qū)動(dòng)支路中的其它力較小，因此每一軸承摩擦均會(huì)使測(cè)量信號(hào)減弱，并且由于非線性效應(yīng)，所述軸承摩擦還會(huì)使測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生誤差。由于交叉彈簧元件由兩個(gè)嚙合的齒輪徑向驅(qū)動(dòng)，因此在驅(qū)動(dòng)力矩的傳遞中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的徑向力，由此這些徑向力必須由旋轉(zhuǎn)彈簧元件吸收。當(dāng)發(fā)生徑向偏移時(shí)，這將直接會(huì)對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生影響，這是因?yàn)閷⒁_定的轉(zhuǎn)矩或者旋轉(zhuǎn)力矩由預(yù)定長(zhǎng)度的杠桿臂給定，所述杠桿臂支承在力測(cè)量單元或者載荷單元上。在發(fā)生橫向偏移時(shí)，該杠桿臂的長(zhǎng)度將發(fā)生改變，由此將產(chǎn)生測(cè)量誤差。
在這種徑向力負(fù)載的情況下，特別是對(duì)于旋轉(zhuǎn)交叉彈簧元件而言，根據(jù)板簧3、4、5、6的旋轉(zhuǎn)角位置，拉伸以及壓縮負(fù)載均會(huì)在板簧的軸向上產(chǎn)生。特別是，為了防止板簧3、4、5、6在壓縮負(fù)載下發(fā)生翹曲運(yùn)動(dòng)或變形，這些板簧將必須具有足夠大的尺寸，從而可在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生可彎曲的柔性。
因此，本發(fā)明的交叉彈簧元件被這樣設(shè)計(jì)，以使得對(duì)于每一角位置而言，其在旋轉(zhuǎn)方向上盡可能地柔韌而易于彎曲，而在徑向上總體上難于彎曲，即使在出現(xiàn)較大徑向力載荷的情況下，也不會(huì)存在發(fā)生徑向偏移的危險(xiǎn)。這一點(diǎn)是通過本發(fā)明獲得的，其中優(yōu)選地是，徑向方向8上的交叉板簧3、4、5、6被成對(duì)布置，從而其端部分別被固定到不同的軸承元件1、2上。這樣，位于附圖上部的第一和第二板簧3和4垂直或橫向于旋轉(zhuǎn)軸線7布置。這樣，它們二者在旋轉(zhuǎn)軸線7的軸向上彼此相鄰地平行布置，由此第一板簧3的一端固定在上部環(huán)形軸承元件1上，其另一端固定在下部環(huán)形軸承元件2上。另一方面，這些成對(duì)布置的板簧中的第二板簧4的端部以相反或者相對(duì)的方式固定在軸承元件1、2上，從而其左端區(qū)域與上部環(huán)形軸承元件1相連，且其右端區(qū)域與下部環(huán)形軸承元件2相連。板簧3和4均與位于附圖下方區(qū)域中旋轉(zhuǎn)軸線7上的另一板簧對(duì)5、6正交。然而，就此而言，所有板簧3、4、5、6均在旋轉(zhuǎn)軸線7的軸向上彼此間隔地布置，由此下部板簧對(duì)5、6在垂直或橫向于旋轉(zhuǎn)軸線7的方向上彼此相鄰地平行延伸。就此而言，下部第三板簧5的左端區(qū)域固定在下部環(huán)形軸承元件2上，其右端區(qū)域固定在上部環(huán)形軸承元件1上。另一方面，下部第四板簧6被布置成或被安裝成其左端區(qū)域固定在上部環(huán)形軸承元件1上，且其右端區(qū)域固定在下部環(huán)形軸承元件2上。
通過徑向驅(qū)動(dòng)件以及通過擺動(dòng)或者懸垂式馬達(dá)或者中間傳動(dòng)軸承支承件，各種不同的徑向載荷被傳遞給交叉彈簧元件，這樣可使得壓縮效應(yīng)以及拉伸效應(yīng)作用于板簧3、4、5、6上。就被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的交叉彈簧元件而言，通過相對(duì)于力傳遞位置的相應(yīng)角位置，其已經(jīng)發(fā)生了改變。正如由其結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的那樣，由于這種板簧3、4、5、6能夠承受的拉伸載荷比壓縮負(fù)荷大很多，因此，根據(jù)本發(fā)明將這些板簧成對(duì)布置，并且將它們交替固定在兩個(gè)軸承元件1、2上，這兩個(gè)軸承元件1、2被具體實(shí)施為軸承環(huán)。因此，彈簧對(duì)3，4；5，6中的板簧3、4、5、6交替地承受徑向拉伸力和壓縮力，從而優(yōu)選地是，每一彈簧3、4、5、6可被具體實(shí)施為特別是扁平狀，并且由此在旋轉(zhuǎn)方向上相當(dāng)柔韌且易于彎曲。由于這些交替固定或者連接也被應(yīng)用于下部交叉布置的板簧對(duì)5、6上，因此在旋轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生均勻的徑向力分布，由此可確保穩(wěn)定的徑向力軸承支承。
這種交叉彈簧元件不僅可在旋轉(zhuǎn)測(cè)量支路中應(yīng)用或利用，而且還可被直接設(shè)置在擺動(dòng)或者懸垂式驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上。就此而言，一軸承環(huán)1與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的定子相連，而另一軸承環(huán)2與一固定裝置部件相連，其中力測(cè)量裝置支承在所述固定裝置部件上。
圖2示出了作為構(gòu)造實(shí)施例的這種交叉彈簧元件的優(yōu)選示范性實(shí)施例。其中，功能等同的部件具有與圖1相同的附圖標(biāo)記。圖2中的示范性實(shí)施例包括兩個(gè)軸承元件1、2，所述軸承元件被具體實(shí)施為結(jié)構(gòu)化或圖案化環(huán)形元件。就此而言，通過凹槽和狹縫使這兩個(gè)環(huán)形元件1和2在軸向上彼此相對(duì)可旋轉(zhuǎn)地間隔布置。與圖1中的示意圖相對(duì)照，一個(gè)交叉或者橫向方向8上的彈簧對(duì)3、4；5、6并不直接彼此相鄰，而是由另一交叉或者橫向方向8上的交叉板簧對(duì)分隔。
環(huán)形元件1、2在軸向上通過凸部和凹槽13延伸，所述凸部和凹槽彼此相對(duì)或者相向，由此產(chǎn)生了空隙，從而排除或防止了即使在最大旋轉(zhuǎn)角的情況下出現(xiàn)接觸。就此而言，凸起或凸部具有軸向表面9，該軸向表面徑向布置并且用于固定板簧的端部區(qū)域。板簧3、4、5、6由螺釘或者螺栓連接件10固定在環(huán)形元件1和2上。板簧3、4、5、6由扁平且薄的彈簧材料制成，優(yōu)選地是，由彈簧鋼合金制成，其中該彈簧鋼合金具有很高的抗拉強(qiáng)度。環(huán)形元件1、2優(yōu)選地由固態(tài)金屬本體構(gòu)成，該固態(tài)金屬本體由管狀材料通過切削加工工藝加工而成或者被制成為鑄造件。
兩個(gè)環(huán)形元件1、2中的每一個(gè)可具有位于連接邊緣或者連接邊11上的固定裝置，從而其例如可與帶齒齒輪、旋轉(zhuǎn)軸、套筒和其它扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)元件相連，所述環(huán)形元件應(yīng)被布置成可彼此相對(duì)地扭轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)。圖示的交叉彈簧元件優(yōu)選地用于根據(jù)科里奧利原理的質(zhì)量流量測(cè)量裝置中。然而，這種交叉彈簧元件也可應(yīng)用或者利用于其它轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置中，為此，例如通過被支承的力測(cè)量裝置確定軸、馬達(dá)或者類似物的轉(zhuǎn)矩。
權(quán)利要求
1.用于連接兩個(gè)可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的軸承元件(1，2)的交叉彈簧元件，其包括至少兩個(gè)板簧元件(3，4，5，6)，所述至少兩個(gè)板簧元件(3，4，5，6)橫向于旋轉(zhuǎn)軸線(7)彼此交叉，并將兩個(gè)軸承元件(1，2)彼此相連，其特征在于，徑向方向(8)上的相互交叉的板簧元件(3，4；5，6)以至少成對(duì)的方式布置，由此每個(gè)板簧對(duì)(3，4；5，6)的端部在一側(cè)上分別固定在不同的軸承元件(1，2)上，且在相對(duì)側(cè)上采用與之交替的連接方式。
2.如權(quán)利要求1所述的交叉彈簧元件，其特征在于，該軸承元件(1，2)呈環(huán)形并與4個(gè)成對(duì)布置的交叉板簧(3，4；5，6)相連，由此該板簧對(duì)(3，4；5，6)彼此正交。
3.如權(quán)利要求1或2所述的交叉彈簧元件，其特征在于，該板簧(3，4，5，6)沿旋轉(zhuǎn)軸線(7)的方向彼此相鄰地平行布置，并在旋轉(zhuǎn)軸線(7)上交叉。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的交叉彈簧元件，其特征在于，該環(huán)形軸承元件(1，2)包括用于固定一旋轉(zhuǎn)元件的向外定向的平面狀連接邊緣(11)以及設(shè)有凸起和凹槽(13)的向內(nèi)呈階梯狀的內(nèi)部部分(12)，所述凸起和凹槽(13)接合到與其相對(duì)的平置軸承元件(1，2)中，并具有至少一個(gè)用于固定板簧端部的軸向表面(9)。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的交叉彈簧元件，其特征在于，該環(huán)形軸承元件(1，2)通過凹槽(13)或狹縫在軸向上彼此間隔，并允許至少為5°至45°的扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)角，該環(huán)形軸承元件(1，2)還通過扁平且薄的板簧(3，4，5，6)相連，由此該板簧(3，4，5，6)在旋轉(zhuǎn)方向上易于彎曲，并在拉伸方向上難于彎曲。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的交叉彈簧元件，其特征在于，該環(huán)形軸承元件(1，2)包括固定裝置，借助于該固定裝置，該交叉彈簧元件被可旋轉(zhuǎn)地支承在驅(qū)動(dòng)單元和測(cè)力傳感器之間，并用于無摩擦地傳遞將被測(cè)量的驅(qū)動(dòng)力矩。
7.如權(quán)利要求6所述的交叉彈簧元件，其特征在于，該交叉彈簧元件被布置在葉輪的驅(qū)動(dòng)軸和根據(jù)科里奧利原理的散裝材料質(zhì)量流量測(cè)量裝置的測(cè)力傳感器之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交叉彈簧元件，它優(yōu)選地安裝在用于根據(jù)科里奧利原理用于測(cè)量散裝材料的質(zhì)量流量測(cè)量的裝置中。為此，可彼此相對(duì)旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)軸承元件(1，2)設(shè)置于測(cè)量支路中，并包括至少4個(gè)相互正交的交叉板簧元件(3，4，5，6)，這些板簧元件將兩個(gè)軸承元件(1，2)彼此相連。其中，徑向方向(8)上的交叉板簧元件(3，4；5，6)至少成對(duì)布置并在旋轉(zhuǎn)軸線(7)上交叉。在一側(cè)上，每個(gè)板簧對(duì)(3，4；5，6)的端部被分別固定在不同的軸承元件(1，2)上，從而同時(shí)在每一方向(8)上傳遞徑向壓縮載荷和拉伸載荷。
文檔編號(hào)F16C11/12GK1820182SQ200480019405
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者延斯·卡勒, 羅伯特·魏南德 申請(qǐng)人:申克公司