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Verfahren zur Ermittlung der Lage des Kernes eines aus Kern und Mantel bestehenden Körpers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Lage eines Kerns eines aus Kern und Mantel mit verschiedenartigen Eigenschaften bestehenden Körpers.
Solche Lagerbestimmungen, insbesondere Exzentrizitätsbestimmungen sind z. B. bei der Kabelherstllung von besonderer Wichtigkeit, weil dabei aus an sich bekannten Gründen der Leiter stets möglichst konzentrisch im Isolationsmantel liegen soll. Es ist dabei notwendig, die Messung laufend am soeben mit dem Mantel versehenen Kabel vorzunehmen, um beim Auftreten unzulässiger Exzentrizitäten die Herstellungsapparatur sofort nachstellen zu können.
Es ist dabei aus naheliegenden Gründen erforderlich, die Exzentrizität des Kabelleiters durch ganz ausserhalb des Kabels liegende Geräte zu ermitteln, was bisher z. B. in der Weise geschah, dass man die Manteldicke fortschreitend nacheinander für mehrere Stellen bestimmt, indem man im Körper ein mindestens den Mantel des Körpers an der jeweiligen Messstelle durchdringendes, bezüglich des Körpers eine periodische Drehbewegung ausführendes, vorzugsweise elektromagnetisches Feld erzeugt, auf welches der
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des auf einen einzigen, in bezug auf den Körper die gleichen relativen Drehbewegungen wie das Feld aus'- führenden Taster und aus den damit erhaltenen Änderungen des Messwertes für die Manteldicke auf die Lage des Kerns schliesst.
Es sind jedoch keine restlos befriedigenden Mittel zur Auswertung und Anzeige solcher Messungen bekannt, und es ist im allgemeinen lediglich möglich, eine Anzeige über den Betrag
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der Kabelader dadurch, dass man die Abweichung der Messgrösse von einem Mittelwert periodisch für mindestens zwei Stellen des Körperumfanges feststellt, in einer Speicherschaltung speichert und zur kontinuierlichen Anzeige der jeweiligen Exzentrizität benützt.
An Hand der Zeichnung ist im Folgenden ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes zur Messung von Kabelexzentrizitäten nach dem erfindungsgemässen Verfahren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schema der wesentlichen Teile des Gerätes, Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch die eigentliche Messanordnung des Gerätes, Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Messanordnung des Gerätes nach der Linie III-IH in Fig. 2, Fig. 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine besondere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Gerätes, Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4 und Fig. 6 und 7 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Gerätes. Fig. 8 zeigt die eigentliche Anzeigevorrichtung.
In Fig. 1 ist mit 1 der eigentliche. Messkopf (im Folgenden kurz als Taster bezeichnet) angegeben, welcher im wesentlichen aus einer Hochfrequenzspule 2 und einem Kern 3 besteht. Es kann jedoch, besonders wenn mit sehr hohen Frequenzen gearbeitet wird, eine Luftspule ohne Kern vorgesehen werden.
Die Spule 2 weist eine Anzapfung auf und ist in an sich bekannter Weise als Schwingspule eines Hochfrequenzoszillators mit einem Transistor 4 geschaltet. Der Transistor 4 wird voneinemHochfrequenzoszilla- tor 5, welcher z. B. bei einer Frequenz von ungefähr 100 kHz arbeiten kann, über einen Transormator 6, einen Gleichrichter 7 und eine Siegkette 8,9 gespeist und schwingt mit einer im wesentlichen durch die Induktivitätswerte der Spule2 und die Streukapazitäten bestimmten Frequenz von z. B. rund 500 kHz. Mit dem Kollektor des Transistors 4 ist über einen Kondensator 10 ein weiterer Hochfrequenztransformator 11
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Verbund en, über welchen, sowie über ein Kabel 12 die Hochfrequenzschwingung einer ersten Verstärkerstufe mit einer Röhre 13 zugeführt wird.
Diese Verstärkerstufe hat den üblichenAufbau und bedarf keiner weiteren Erläu- terung. Die verstärkte Spannung wird sodann über einen Kopplungskondensator 14 dem Gitter einer Verstärker-
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welche in erster Linie die Aufgabehat, Schwankungeninder angelegtenSpannung zuzuführen Der Diskriminator ist im vorliegenden Falle sehr einfach aufgebaut und besteht im wesentlichenaus einem mittels der variablen Kapazit t16 stimmbarenSchwingkreis 17. welcher inan SÍchbe- kannter Weise z. B. so abgestimmt wirddass die erwähnte mittlere Frequenz des Oszillators 2, 4 in den geradlinigen Teil seiner Resonanzkurve fällt.
Mit dem Schwingkreis 17 ist eine Sekundärspule 18 gekoppelt. und die inderselbeninduzierte Spannung wird inderDiode 19 demoduliert J3er Diskriminatorkreis ist über einen Kon- densator 20 und einen Widerstand 21 mit dem Gitter einer weiteren Verstärkerröhre 22 gekoppelt. Über einen Widerstand 23 wird das mittlere Potential des Gitters der Röhre 22 auf Erdpoteutial gehalten und die Kathode der Röhre 22 ist durch einen Widerstand 24 automatisch vorgespannt. Dem Gitter der Röhre 22 zugeführte Spannungsschwankungen treten verstärkt an deren Anode auf und werden über einen Kopplungkondensator 25 und ein Potentiometer 26 einer weiteren Verstärkerstufe mit einer Röhre 27 zugeführt.
Es folgt eine dritte Verstärkerstufe mit der Röhre 28, die grundsätzlich gleich aufgebaut ist, wie die Stufen der Röhren 22 und 27. Der mit den Röhren 22,27 und 28 gebildete Verstärker ist für tiefe Frequenzen ausgelegt und gestattet eine genügende Verstärkung einer Eingangsspannung von ungefähr 1 Hz, während z. B.
Brummspannungen durch die vor die Gitter geschalteten, aus Widerständen 21 bzw.-29 und Kondensatoren 30 gebildeten Tiefpassglieder praktisch vollständig ausgeschieden werden.
Die an der Anode der Röhre 28 verstärkt auftretende Spannung wird nun über einen Kondensator 31, einen Dekadierwiderstand 32 und einen weiteren Siebwiderstand 33 gleichzeitig den Gittern von zwei Pöhren 34 und 35 zugeführt, mit welchen auch ein weiterer Siebkondensator 36 verbunden ist. Die Anoden der Röhren 34 und 35 werden über Vorwiderstände 37 gespeist und sind mit den Kathoden je einer Diode 38
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und vertikalen Ablenkplatte einer Kathodenstrahlröhre 43 und mit Siebkondensatoren 44 verbunden.
Die Kathoden der Röhren 34 und 35 sind über Widerstände 45 und abgeschirmte Kabel mit je einem Erdungsschalter 46 bzw. 47 verbunden, welche Schalter in der in Fig. 1 schematisch dargestellen Weise durch einen Nocken 48 nacheinander kurzzeitig geschlossen werden, in welchem Falle die eine oder andere der Röhren 34 kurzzeitig leitend wird, wodurch an den Anoden der Röhren 34 oder 35 ein impulsarriger Spannungsabfall eintritt, dessen Grösse durch die augenblicklich am Gitter dieser Röhren herrschende Spannung bestimmt wird.
Die andern Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre 43 werden mit gleichartigen um 900 verschobenen Sinus-WechselspannungenderselbenFrequenz gespeist, um dem Kathodenstrahl eine kreisende Ablenkung zu erteilen und daher auf dem Schirm dieser Röhre einen leuchtenden Kreis zu erhalten. Diese Ablenkspannung wird in einem normalen Oszillator mit der Röhre 49 erzeugt und von der Anode dieser Röhre über einen Kondensator 50 an zwei Phasenverschiebungsglieder, bestehend aus dem veränderbaren Kondensator 51 und dem Widerstand 52 einerseits und dem Widerstand 53 und dem veränderbaren Kondensator 54
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900können, die je einem mittels Potentiometer 55 bzw. 56 einstellbaren positiven Gleichpotential überlagert sind. In den Kathodenkreis der Röhre 49, die z.
B. bei rund 75 kHz schwingt, ist ein veränderbarer Widerstand 57 geschaltet, mittels welchem die Oszillatorspannung und damit die an die Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre 43 angelegte Wechselspannungen auf eine beliebige Amplitude eingestellt werden können, um den Durchmesser des auf der dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre erscheinenden Kreises nach Wunsch einstellen zu können.
Die Schaltung weist ein Kontrollinstrument 60 auf, welches mittels eines Wählschalters 61 unter anderem mit den Kathoden der Röhren 13,15 und 22 und mit dem Ausgangspotential des Diskriminators 17, 18,19 verbunden werden kann.
In den Fig. 2 und 3 sind die wesentlichen mechanischen Einrichtungen des Messgerätes dargestellt.
Das zu prüfende Kabel 62 tritt aus der nicht dargestellten Fabrikationsapparatur durch eine ebenfalls nicht dargestellte Öffnung in ein Gehäuse 63 des Messgerätes ein und läuft in Pfeilrichtung (Fig. 2) durch eine im Gehäuse 63 mittels eines Kugellagers 64 drehbar gelagerte Hohlwelle 65 durch. Die Hohlwelle 65 wird von einem Elektromotor 66 über ein Reduktionsgetriebe 67 und Zahnräder 68 und 69 mit einer geringen
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stets konstantem Abstand von der Kabeloberfläche dauernd um dasselbe herumgeführt wird, sich also längs einer Schraubenlinie über die Kabeloberfläche bewegt. Die gesamte in Fig. 1 dargestellte Schaltung steht dabei im Betrieb, wobei der Oszillator 2,4 über den Drehtransformator 6 gespeist wird.
Die Induktivität der frequenzbestimmenden Spule 2 des Oszillators 2,4 wird durch den Leiter des Kabels beeinflusst, weil derselbe in das elektromagnetische Feld der Spule tritt. Die Frequenz des Oszillators erfährt daher durch das Einführen des Kabels eine Änderung gegenüber ihrem Grundwert, welche Änderung in erster Linie von der Distanz des Kabelleiters vom Kern 3 und in zweiter Linie auch vom Durchmesser dieses Lei-
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Liegtten, ist die Dicke des Mantels am ganzen Umfange des Kabels dieselbe, so werden der Einfluss des Kabelleiters auf die Induktivität und somit die Frequenz des Oszillators 2,4 beim erwähnten Herumführen des Tasters um das Kabel stets dieselben bleiben, und die Frequenz wird daher keine Änderungen erfahren.
Diese konstante Frequenz wird über del Drehübertrager 11 und das Kabel 12 an den Verstärker 13,15
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und es werden demzufolge auch keine Spannungsschwankungen am Gitter der Röhre 22 auftreten. Es werden daher ebenfalls keine Spannungsschwankungen an die Gitter der Röhren 34 und 35 gelangen, d. h. die Arbeitsbedingungen beider Röhren 34 und 35 bleiben stets dieselben.
Während des Betriebes wird die im Nockenschalter 70 untergebrachte, in Fig. 1 schematisch dargestellte Nockenscheibe 48 mit derselben Drehzahl angetrieben wie die Hohlwelle 65 und der Messkopf 78 mit dem Taster 1.
Die Schalter 46 und 47 werden daher stets in einem Augenblick geschlossen, in welchem sich der Taster 1 bezüglich des durchgeleiteten Kabelumfanges an zwei bestimmten, um 90 gegeneinander ver- schobenen Stellen befindet. Beim kurzzeitigen Schliessen der Schalter 46 und 47 werden die Röhren 34 und 35 nacheinander kurzzeitig leitend, wobei deren Anodenpotentiale kurzzeitig auf denselben Wert absinken. Dabei werden die Dioden 38 und 39 jeweils kurzzeitig leitend, wodurch sich das Potential an den Kondensatoren 41 und 44 diesem jeweiligen Anodenpotential der Röhren 34 bzw. 35 angleicht und während der ungefähr eine Sekunde dauernden Betriebsunterbrechung der Röhre 34 bzw. 35 durch die Ladekondensatoren 41 und 44 praktisch gehalten wird. Es kann also angenommen werden, dass z.
B. die mit der Diode 38 verbundene horizontale Ablenkplatte der Kathodenstrahlröhre 43 auf ein Potential gebracht und auf demselben gehalten wird, welches dem jeweiligen kurzzeitig auftretenden Minimalpotential an der Anode der Röhre 34 entspricht, während die mit der Diode 39 verbundene vertikale Ablenkplatte auf einem Potential gehalten wird, welches der jeweiligen an der Anode der Röhre 35 auftretenden Minimalspannung entspricht.
Sind nun, wie erwähnt, die Gitterspannungen beider Röhren 34 und 35 dieselben, so werden aus leicht verständlichen Gründen auch die an den horizontalen und vertikalen Ablenkplatten der
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bleibt also dieselbe und kann durch Einstellen der Potentiale an den übrigen Ablenkplatten mittels der Potentiometer 55 und 56 so gewählt werden, dass der auf dem in Fig. 8 dargestellten Leuchtschirm der Röhre 43 erscheinende leuchtende Kreis K genau in der Mitte der mit einem Polarkoordinatensystem versehenen Leuchtschirm liegt.
Weist nun der Leiter des Kabels 62 eine bestimmte Exzentrizität, z. B. wie in Fig. 6 mit einer ausgezogenen Linie schematisch dargestellt gegenüber der strichpunktiert angedeuteten zentrischen Lage auf, so ändert sich die Distanz zwischen dem Taster 1 und dem Leiter des Kabels beim Umlauf des Tasters ständig, und es treten daher im Oszillator 2,4 Frequenzänderungen auf, die grundsätzlich von der konstanten mittleren Frequenz gemäss der in Fig. 7 dargestellten Kurve abweichen, d. h., die Frequenz steigt für den Winkelbereich von etwa-300 bis +120 über dasFrequenzmittel und sinkt im verbleibenden Winkelbereich unter die, es Mittel.
Infolge dieser Frequenzschwankungen wird auch der Diskriminator 17,18, 19 eine Ausgangsspannung abgeben, die grundsätzlich gemäss der Kurve in Fig. 7 mit einer Periode von rund 1 Hz um einen Mittelwert schwankt. Über den Kondensator 20 wird die Spannungsschwankung an das Gitter der Röhre 22 übertragen und in derselben sowie in den folgenden Röhren 27 und 28 verstärkt und dann über die Dekadierschaltung 32 an die Gitter der Röhren 34 und 35 angelegt. Die Phasenbedingungen sind dabei z. B. so gewählt, dass die in Fig. 7 dargestellten Spannungsschwankungen mit umgekehrtem Vorzeichen an die Gitter der Röhren 34 und 35 gelangen.
Ferner wird angenommen, dass die Schaltmomente der Schalter 46 und 47 so gewählt sind, dass die Röhren 34 und 35 leitend werden, wenn der Taster 1 sich bezüglich des in Fig. 6 dargestellten exzentrischen Kabelleiters an den'Stellen 00 und 90 befindet, in welchen Zeitpunkten also die an die Gitter der Röhren 34 und 35 angelegten Spannungen um die in Fig. 7 mit 34'und 35'bezeichneten Beträge unterhalb deren mittlerem Potential (=Erdpotential) liegen. Werden daher nun diese Röhren in den Zeitpunkten 0 und 90 durch Schliessen des Schalters 46
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bzw. 47 leitend, so wird der Röhrenstrom infolge des gesenkten Gitterpotentials nicht seinen normalen Mittelwert erreichen, und demzufolge wird die Anodenspannung weniger tief sinken als oben für den Zustand bei zentrischem Kabel beschrieben.
Dadurch wird nun das Potential an den Kondensatoren 41 und 44 und an den mit denselben verbundenen Ablenkplatten der Elektronenstrahlröhre 43 im dargestellten Ausführungsbeispiel um denselben Wert ansteigen und eine Auslenkung des Kreises auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre um denselben Betrag nach oben und nach rechts verursachen, so dass also der auf dem Leutchschirm erscheinende Kreis in Betrag und Richtung genau die vorhandene Exzentrizität des Kabelleiters anzeigt. (Fig. 8)
Da, wie einleitend erwähnt, die Messung hauptsächlich den Zweck hat, die Herstellungsapparatur für das Kabel bei jeder über ein zulässiges Mass hinausgehenden Exzentrizität des Kabelleiters in korriegierendem Sinne nachzustellen, soll die Exzentrizitätsanzeige auf die Lage des Kabels unmittelbar beim Verlassen der Herstellungsapparatur, z.
B. beim Verlassen der Spritzdüse, in welcher der Leiter mit einem plastischen Isoliermaterial umpresst wird, bezogen werden. Es ist bekannt, dass sich derart hergestellte Kabel nach erfolgter Herstellung ziemlich stark verdrehen können. Durch Einstellen der Winkellage des ruhenden Teils des Nockenschalters 70 mit den Kontakten 47 und 46 kann nun die Phase der Schaltmomente der Schalter 46 und 47 so eingestellt werden, dass eine eventuelle Verdrehung des Kabels zwischen der Fertigungsvorrichtung und dem Taster 1 kompensiert wird. In diesem Falle kann also aus der auf dem Leuchtschirm der Elektronenstrahlröhre angezeigten Richtung der Exzentrizität ohne weiteres auf die erforderliche Nachstellungsrichtung in der Fertigungsvorrichtung geschlossen werden. Es kann dabei z.
B. auch so vorgegangen werden, dass man den Durchmesser des auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre 43 erscheinenden Kreises so wählt, dass für ein gegebenes Kabel die zulässige Exzentrizität dann überschritten wird, wenn der Mittelpunkt des auf dem Leuchtschirm aufgetragenen Koordinatensystems aus dem Kreis austritt. Die die Kabelherstellung überwachende Person kann daher sehr leicht feststellen, wann und in welchem Sinne eine Nachstellung der Fertigungseinrichtung erforderlich wird.
Die Empfindlichkeit der beschriebenen Messvorrichtung ist ausserordentlich gross. Bei maximaler Empfindlichkeit wird z. B. eine Exzentrizität von 1/100 mm bei einem Kabel mit einem Leiter von 0, 6 mm Durchmesser und einer Isolationsdicke von 0, 2 mm durch eine Ablenkung des Kreises auf der Kathodenstrahlröhre von 4 mm angezeigt. Die Empfindlichkeit kann mittels des Dekadierschalters 32 grob und mittels des Potentiometers 26 fein eingestellt werden.
Wie Fig. 3 leicht erkennen lässt, können für Kabel oder Drähte kleinen Durchmessers die Führungsrollen 90 nicht direkt gegenüber den Führungsstücken 89 und dem Taster 1 angeordnet werden, weil sonst die Führungsrollen nicht genügend angenähert werden könnten, um das Kabel noch zu stützen. In diesem Falle werden auf den Rohren 94 des Messkopfes zwei Schlitten 93 mit Führungsrollen 90 vor bzw. hinter dem Taster 1 angeordnet und das Kabel wird in einer leicht gebogenen Linie über die zwei Rollenführungen und über die Führungsstücke 89 geführt, so dass es stets mit leichtem Drücke gegen die Führungsstücke 89 gedrückt und damit in konstantem Abstande vom Taster 1 gehalten wird.
Eine weitere Sonderlösung ist bei besonders dicken Kabeln erforderlich, wo überhaupt die Führungsrollen 90 entfernt werden müssen und wobei dank der grossen Steifigkeit des Kabels die Führungsstücke 89 unter dem Zuge der Federn 82 bei vom Stift 84 abgehobenem Anschlagbolzen 83 direkt mit einem bestimmten Drucke gegen das Kabel gedrückt werden. Diese Federn haben auch bei allen andern Betriebsarten den Vorteil, dass der Halter 81 mit dem Taster und den Führungsstücken 89 elastisch nach aussen ausweichen können, wenn im Kabel aussergewöhnliche Verdickungen vorhanden sind, was z. B. am Anfang der Fabrikation häufig vorkommt.
Zur Eichung der dargestellten Messapparatur lässt man dieselbe zuerst ohne Kabel leer laufen, stellt die gewünschte Kreisgrösse auf der Kathodenstrahlröhre ein und bringt denKreis in der beschriebenenWeise ins Zentrum. Hierauf führt man, wenn nicht bereits geeignete Eichkurven vorhanden sind, einen Eichdorn mit einer genau bekannten Exzentrizität ein, welcher im übrigen dem zu messenden Kabel entspricht. Es wird dann in der erwähnten Weise die gewünschte Empfindlichkeit eingestellt.
Da die mittlere Arbeitsfrequenz des Oszillators 2,4 je nach Art des Messobjektes leicht variiert, ist es in vielen Fällen auch erforderlich, den Arbeitspunkt des Diskriminators nachzustellen, zu welchem Zwecke das Instrument 60 (Fig. l) zur Messung der Ausgangsspannung des Diskriminators geschaltet und dann der Diskriminator mittels des Kondensators 16 in den gewünschten Arbeitspunkt nachgestimmt wird.
Das erfindungsgemässe Messverfahren ist natürlich nicht auf die Messung der Exzentrizität von Kabelleitern beschränkt. Es ist z. B. durchaus möglich, auch die Gleichmässigkeit von Rohrdicken oder die Exzentrizität von aus verschiedenen Metallen aufgebauten Körpern, z. B. Leitern mit Eisenseele und Kupfermantel und die Exzentrizität von Bohrungen in Kapillaren u. dgl. zu messen.
In den Fig. 4 und 5 ist z. B. eine Vorrichtung zur Messung der Exzentrizität der Bohrung von Roh-
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