Bohrmaschine mit Vorrichtung zur Anzeige des Verlaufs des Werkzeuges während des Bohrvorganges in einem rotierenden Werkstück Die Herstellung von grossen oder schweren zylin drischen Gegenständen mit Bohrungen, beispiels weise von Geschützrohren o.
dgl., wird derart durch geführt, dass man das erforderliche Werkstück vor schmiedet, um es anschliessend spanabhebend auf das Fertigmass unter Einhaltung der zulässigen Tole ranzen zu bringen. Bei der Herstellung eines vorge schmiedeten Geschützrohres wird beispielsweise das Rohr zuerst aussen fertig bearbeitet, worauf man es zwischen den Spitzen einer Drehbank rotieren lässt. Zum Ausbohren des halbfertigen Schmiedestückes wird ein geeignetes Bohrwerkzeug langsam durch das rotierende Stück in axialer Richtung vorgeschoben.
Dabei kommt es vor, dass das Bohrwerkzeug, je tie fer es eindringt, allmählich von der Umdrehungs achse verläuft. Bohrungs- und Körperachse fallen, dann nicht mehr zusammen. Eine solche Abweichung ist in den meisten Fällen unerwünscht und unzulässig, insbesondere bei Geschützrohren und Gewehrläufen. Dieser Verlauf des Bohrwerkzeuges ist meist unkon trollierbar und es erschien bis anhin schwierig Ge schützrohre o. dgl. zuverlässig mit hoher Genauigkeit und ohne Ausschuss in den gewünschten Mengen her stellen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Anzeige des Verlaufs eines axial beweglichen, undrehbaren Bohr- werkzeuges beim Vorschub parallel und längs einer vorgegebenen Achse eines rotierenden Werkstückes, bestehend aus einem Schne.idkopf, einem Geber und Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige des Verlaufs, die dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Geber aus einer am Bohrwerkzeug beweglich gelagerten und auf Be schleunigungen des Bohrwerkzeuges beim Verlaufen aus seiner Mittellage reagierenden Trägheitsmassen- anordnung gebildet ist, die mit einer elektrischen Wandlereinrichtung zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit vom Verlauf des Bohrwerkzeuges in Verbindung steht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Teil der Vorrichtung zum Ausbohren eines Gewchrlaufes, zum Teil im Schnitt, zum Teil in Ansicht, Fig. 2 ein Vektordiagramm, Fig.3 ein Übersichtsschema der elektronischen Anlage zur Registrierung des Verlaufs,
Fig. 4 eine detaillierte Darstellung des Bohrwerk- zeuges mit einem Tastkopf, Fig. 5 einen Schnit nach der Linie 5-5 in Fig. 4, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zwei ten Ausführungsform der Fühlervorrichtung, Fig.7 eine dritte Variante einer Ausführungs möglichkeit eines Fühlers, Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Ana logons zu Fig. 7,
Fig.9 das elektrische Schaltschema zur Fig.7 und Fig.10 eine graphische Darstellung der Aus gangsspannung des Schaltkreises gemäss Fig. 9. Gemäss Fig.l wird ein vorgeschmiedeter Ge wehrlauf 10, dessen äussere Oberfläche 12 bereits in engen Toleranzen fertigbearbeitet ist und der eine vorgearbeitete Bohrung 14 aufweist, in einer Vielzahl von Kugel- oder Rollenlagern 18 gehalten.
Ein Zahnkranz 20, mit dessen Hilfe der Lauf 10 in den Lagern gedreht werden kann, ist aussen an einem Ende des Laufes 10 befestigt und kämmt mit einem Antriebsritzel 22, das mit einem nicht dargestellten Motor oder einem anderen geeigneten Antriebsmittel verbunden ist.
Mit bekannten nicht gezeichneten Vorrichtungen ist für die Festlegung des Laufs in axialer Richtung gesorgt. Eine axiale verschiebbare Bohrstange, die das Werkzeug trägt, ragt von einer nicht gezeichneten Halterung in die Bohrung 14 hin ein und endet in einem Bohrstahlhalter 26,
dessen Bohrstähle 28 für die Innenfläche des Laufs 10 ein- schneiden=. Bekannte Mittel sorgen für den axialen Vorschub der gegen Drehung gesicherten Bohrstange 24, so dass die Stähle 28 bei Drehung des Laufes dessen innere Oberfläche ausbohren. Eine zylindri sche Manschette 30, vorzugsweise aus einem Kunst stoff, sitzt auf der Bohrstange 24, um die Bohrspäne nach vorn zu schieben.
Die geschmierte Manschette hat einen etwas grösseren Durchmesser als die Fer- tigbohrung. Ein Aufnahmesockel 32, der einen Geber 34 umfasst und trägt, ist so bemessen, dass er in die rohe vorgeschmiedete Bohrung passt.
Das Verhalten eines Pendels zeigt Fig. 2, in der das mit 40 bezeichnete Pendel an einem Drehpunkt B, der in der Achse des Werkzeuges im Geber 34 liegt, montiert ist. Der Punkt B kreist um einen Punkt A, falls sich ein Verlauf beim Bohren einstellt. In Fig.2 ist mit A der Nullpunkt eines Kartesischen Koordinatensystems<I>X</I> und<I>Y</I> bezeichnet.
Die Masse m des Pendels 40 ist im Punkt 42 konzentriert ge dacht und hat einen festen Abstand<I>L</I> vom Punkt<I>B.</I>
Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufs 10 kann im wesentlichen als konstant angenommen wer den. Der Pendelarm L schwingt in einer Ebene; er schliesst mit der Vertikalen Y einen Winkel 0 ein. Auf die konzentriert gedachte Masse 42 wirkt verti kal nach unten die Kraft = mg, worin g die Gravia- tionskonstante der Erde und m die Grösse der Masse ist.
Die Kraftkomponente der Masse in der Verlänge rung des Pendelarmes L ist durch einen Vektor dar gestellt, der gleich ist mg X cos0, wobei 0 der Augenblickswinkel ist, den das Pendel jeweils zur vertikalen; Achse bildet.
Den transversalen Vektor zum Pendel bildet die andere Kraftkomponente, die gleich ist mg X sin0. Der horizontale Abstand der Masse 42 von der Achse des Laufs ist mit X. be zeichnet; der entsprechende horizontale Abstand zwi schen der Masse 42 und der Senkrechten durch den Punkt<I>B</I> entspricht der Grösse X.7 <I>X$,</I> wobei <I>X$</I> der Abstand des Punktes B von, der Y-Achse, d. h. vom Punkt A ist, um welche Achse sich der Punkt B bewegt.
Die sinusförmige Kurve in Fig. 2 um die Y-Achse stellt somit den seitlichen Ausschlag des Punktes B in Abhängigkeit von der Zeit dar.
Die Kreisfrequenz mit des Pendels ist definiert durch
EMI0002.0068
worin L der Abstand der Masse 42 vom Punkt B ist. Der Ausschlag einer pendelnden Masse, die an einem im Abstand von der Rotationsachse befindlichen Punkt aufgehängt ist, ist ähnlich dem Ausschlag einer einfachen seismischen Masse, die an einer Feder ist,
welche Feder ihrerseits an einem in verti kaler Richtung beweglichen Punkt angeschlossen ist. Hierzu sei auf Mechanische Schwingungen von Hartog, veröffentlicht durch Mc Graw-Hill Co., 1947, 3. Auflage, Seiten 60-61 verwiesen.
Die Lösung des Problems, den Verlauf durch Messung zu bestimmen, besteht demgemäss darin ein modifiziertes seismisches Pendel im Punkt B anzu bringen, welch letzterer in der Mitte des Bohrkopfes 26 liegt, und das die Messung der Amplitude O er möglicht, d. h. des Winkels, um den das Pendel in Abhängigkeit vor. der Verlaufsverschiebung bzw. Verlaufsabweichung schwingt.
Eine geeignete Vorrichtung zur Umwandlung des Winkelausschlages in eine proportionale Spannung ist ein mit-drehender veränderlicher Differentialtrans- formator, wie er beispielsweise von der der Firma Lear, Inc. unter der Handelsbezeichnung Microsyn hergestellt wird. Die Ausgangsspannung des Trans formators ist direkt proportional zum Winkel 0, um welchen eine Welle im Transformator von; einem Be zugspunkt am Gestell gedreht wird.
Wenn beispiels weise die Primärwicklung mit einem konstanten Wechselstrom von 800 Hz erregt wird, dann weist die Sekundärwicklung einen Trägerstrom von 800 Hz auf, denn, diel Änderungen des, Winkels 0 aufmodu- liert sind.
Falls der Winkelausschlag einer niederfre quenten sinusförmigen Bewegung von beispielsweise 2,33 Hz entspricht, erhält der Trägerstrom von 800 Hz eine .sinusförmige Modulation von 2,33 Hz, diel proportional zum Winkel 0 verläuft, so dass die Modulation eine Information über die Grösse des Verlaufs liefert.
Fig. 3 stellt ein Blockschema der überwachungs- vorrichtung dar. Diese Darstellung entspricht einer elektronischen Ausrüstung in Verbindung mit dem Geber 34, der den Microsyn -Transformator ent hält. Diese Ausrüstung trennt elektrisch die vom Ge ber auf dem Träger erzeugte Modulation, siebt sie aus und richtet sie gleich, wobei der .sich ergebende Verlauf auf einem Messgerät angezeigt wird. Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung gibt weiterhin die Mög lichkeit, den Verlauf ständig zu kontrollieren, wenn das Bohrwerkzeug entlang der Z-Achse bzw. der Laufachse vorgeschoben wird.
Es ist ferner vorgese hen, dass, falls der Verlauf über die maximal zuläs sige Toleranzgrenze hinausgeht, ein Alarmzeichen abgegeben wird, das den Arbeiter an der Bohrma schine aufmerksam macht.
In Fig. 3 ist mit 50 ein Wien-Brücken-Oszillator von 800 Hz bezeichnet, dessen. Ausgangssignal auf einen Impedanzwandler 52 übertragen wird, der für den Oszillator einen hohen Abschlusswiderstand und für einen nachgeschalteten Endverstärker 54 einen Generator mit niedriger Innenimpedanz darstellt,
so dass der Oszillator von Belastungsschwankungen un abhängig gemacht ist. Der Endverstärker 54 ist mit dem Eingang des Gebers 34 über einen nicht ge zeichneten Ausgangstransformator verbunden.
Die Schaltungen des Wien-Brücken-Oszillators sind bei spielsweise im Technischen Handbuch, März 1959 der US-Armee TM 11-699, unter dem Titel: Grundlegende Theorie und Anwendung von Transi- storen , enthalten. In dieser Veröffentlichung werden auch die Stromverstärker näher erläutert. Beispiels weise kann der Impedanzwandler 52, wie aus der ge- nannten Veröffentlichung ersichtlich ist, auch ein Stufenverstärker sein.
Ein 800 Hz Engpassfilter 56, dessen Eingang mit dem Geber 34 verbunden und der über denn Ausgang an einen 800 Hz Vorverstärker 58 angeschlossen ist, nimmt die modulierte 800 Hz Trägerfrequenz auf und leitet sie über den Vorverstärker an einen auf 800 Hz abgestimmten LC-Schwingkreis weiter. An den Eng passfilter 56 ist noch eine Signalpegelkontrolle 57 angeschlossen. Alle Modulationssignale über 10 Hz erzeugen Seitenbänder, die 810 Hz überschreiten oder 790 Hz unterschreiten.
Solche Modulationssi- gnale werden durch den Engpassfilter 56 wesentlich gedämpft. Das Engpassfiltersignal wird dann durch einen Vollwegdiodengleichrichter, der als erster Detektor 60 wirkt, gleichgerichtet, nachdem es den 800 Hz Vorverstärker 58 durchlaufen hat. Der Detektor 60 enthält ein RC-Tiefpassfilter und ist mit einem Anzeigeinstrument 62 verbunden, das die demodulierte Spannung an dieser Stelle der Schal tungsanordnung anzeigt.
Der erste Detektor 60 speist einen selektiven Vorverstärker 64 vom Typ Wien-Brücke für 2,33 Hz mit angeschlossener Vorverstärkereingangs- kontrolle 66. Dieser Vorverstärker 64 dient zu einer starken Dämpfung der ausserhalb 2,1-2,5 Hz liegen den Frequenzbänder und ist mit einem nachfolgenden Verstärker 68 mit einer Engpassfrequenzkontrolle 70 versehen.
Ein zweiter Einwegdiodendetektor 72, der mit einem RC Netzwerk einer 10-Sekunden Zeitkon stante versehen ist, dient zur Gleichrichtung des Si gnals aus dem Engpassverstärker 68. Der Detektor dient zur Beseitigung von Brummgeräuschen, und der vors ihm gelieferte geglättete Gleichstrom wird einem Verlaufanzeiger 74 zugeführt. Mit einer Messemp- findlichkeitskontrolle 75 lässt sich der Detektor 72 regulieren.
Ein Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl 76 und mit Endschalter und Endsignalgeber 78 schliesst einen Synchronmotor mit untersetztem Getriebe ein. Die zugehörigen Stromkreise ermöglichen den An trieb dieses Motors mit 60 oder 120 Hz Wechsel strom mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit im Verhältnis 2:1. Die sich bei 60 Hz einstellende nied rige Geschwindigkeit wird zweckmässig zur Vorbear- beitung und. die bei 120 Hz zur Fertigbearbeitung des Werkstückes benutzt.
Der Antriebsmotor 76 steuert ein Messpotentiometer 80 mit einer Profilkontrolle 82 und einem Dreifach-Potentiometer zur Schnitt kontrolle beim Vorschub des Bohrwerkzeuges längs der Z-Achse und der Bohrung. Die Welle des Poten- tiometers 80 ist mit der Ausgangswelle eines Reduk tionsgetriebes gekoppelt. Das Potentiometer 80 ist zwischen den zweiten Detektor 72 und den Ausgang des 2,33 Hz Engpassverstärkers 68 geschaltet.
Zur Einleitung des Bohrvorganges wird der An- triebsmotor angelassen, dessen Welle mit konstanter Geschwindigkeit dreht, die proportional mit der kon stanten Vorschubgeschwindigkeit der Bohrstange längs der Laufachse ist. Demgemäss stellt sich der Wert am Verlaufmesser während. des Vorschubes des Bohrrohres derart ein, dass der volle Ausschlag auf der Skala des Verlaufmessers stets mit dem Grenz wert des Verlaufs an jeder Messstelle überein stimmt. An den Skalenendpunkten des Verlaufmes- sers ist je ein Satz von Kontakten vorgesehen.
Für den Fall, dass ein Messwert des Verlaufs an einer der Messstellen beim Vorschub des Bohrwerkzeuges längs der Z-Achse den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, das Messgerät also voll ausschlägt und die Kontakte geschlossen werden, wird durch letztere ein Relais eingeschaltet, das zur Betätigung einer akustischen und/oder optischen Alarmvorrichtung dient. Eine Verzögerung bei der Verlaufanzeige un terbricht den Alarmstromkreis, bis die Bohrstange zu einem Punkt Z vorgerückt ist, an dem der Verlauf die maximal zulässige Toleranz überschreitet.
Es ist einleuchtend, dass die maximale zulässige Verlaufstoleranz je nach der Stellung des Werkzeuges in bezug auf die Lauflänge variiert, d. h. für jede Stellung auf der Z-Achse gibt es einen spezifisch zu lässigen Verlauf.
In Fig. 4 ist ein Geber 34 im Detail gezeigt. Der Geber 34 sitzt dicht verschlossen in einem vorzugs weise gehärteten Stahlzylinder 86, der den Geber ge gen die anfallenden Späne schützt. Der Zylinder 86 ist mit Hilfe einer Klemmvorrichtung 32 am Bohr werkzeughalter 26 angebracht. Der Micro- syn -Transformator 88 ist von einem Bleimantel 90 umgeben und mit einer Planscheibe 92 und einer Welle 94 verbunden. Die Welle 94 ist in zwei Kugel lagern 96 und 98 gelagert, die in Stegen 100 und 102 innerhalb des Zylinders 86 sitzen.
Eine schräge Nocke 104 ist mit der Welle 94 verkeilt und so gear beitet, dass sie gegen verstellbare Sperren 106 an schlägt. Eine Bohrung 108 durchzieht die Welle 94. In ihr verlaufen Drähte 110, die von einem Stator 109, der in Lagern 113 gehalten ist und einem Rotor 111, beide im Innern des Transformators, ausgehen.
Eine Microsyn Rotorwelle 112 ragt als Teil des Transformators 88 axial aus diesem heraus und un terstützt das seismische Drehpendel 114, das scheibenförmige Gestalt hat und einen ringförmigen Ausschnitt besitzt, sowie eine Vielzahl von radialen Bohrlöchern 118 in der äusseren Umrandung auf weist, um eine erwünschte Unwucht zu erhalten. Weiterhin ist eine Unwucht 121 am Pendel 114 ange bracht.
Der Bleimantel 90 um den Transformator rahmen 88 endet im Oberteil desselben und weist eine Aussparung auf, die über einer Aussparung 120 des Pendels 114 (Fig. 5) liegt. Der Zweck des Blei mantels besteht darin denn Microsyn -Rahmen vor den Verdrehungen des unter Schneidbelastungen ste henden Bohrkopfes zu schützen. Mit Hilfe von Schrauben 124 ist ein hinteres Pendel 122 an der Welle 94 befestigt.
Ist bei der Inbetriebnahme die Position des Bohr kopfes so, dass sie mit der Achse des Laufes zusam- menfällt, erhält das seismische Drehpendel wenig oder gar keine Bewegung und durch das Pendel wird dem Gebersignal keine Modulation aufgedrückt. Bei auftretendem Verlauf kreisen der Bohrkopf 26 und der Geber 34 um die Mittellinie der Umdrehung des rotierenden Laufes 10, wodurch das seismische Pen del 114 oszilliert und dazu dient, die 800 Hz Fre quenz zu modulieren.
Die Schaltung gemäss Fig. 3 erzeugt dann einen: Impuls, der ein Signal auslöst, falls der Verlauf ein vorher festgelegtes Toleranzma- ximum überschreitet, je nach der Stellung des Bohr kopfes 26 im auszubohrenden Lauf nach Anzeige des Potentiometers 80.
Der Lauf 10 wird mit einer Drehzahl entspre chend 2,33 Hz gedreht und verursacht um die Längs achse der Bohrstange ein Drehmoment als Reak tionsmoment durch die Schneidezähne. Dieses Dreh moment ist zufolge der ungleich auftretenden Schnei dekräfte nicht konstant, wodurch die Bohrstange 24 und der Geber 34 dauernd.
einer variierenden Ver drehungsabweichung unterworfen sind, die sich den Microsyn -Bewegungen überlagern können. Falls die Bohrstange 24 bezüglich Torsion unendlich steif wäre, betrüge ihre Verdrehungsabweichung 0, und man könnte den Microsyn -Stator 109 direkt mit dem Ende der Bohrstange 24 verbinden.
Da sich die Bohrstange jedoch tatsächlich verdreht, würde sich der Microsyn Rahmen, wenn er direkt auf der Bohrstange montiert wäre, in bezug auf das Pendel 114 ebenfalls verdrehen, so dass das Microsyn ein Signal abgeben würde, das die Verdrehung, nicht aber den Verlauf anzeigte. Da ein so erzeugtes Signal 2,33 Hz Komponente enthielte, wäre es unmöglich, dieses Signal vom Verlaufsignal zu unterscheiden.
Aus diesem Grunde wird der Transformator 88 nicht direkt auf den Bohrkopf 26 montiert, sondern wird gegen Verdrehung mit der Welle 94 isoliert in den Lagern 96 und 98 gelagert. Ein mit Blei be schwertes hinteres Pendel 122, das an der Welle 94 hängt, verleiht dem System zusätzlich Verdrehungs trägheit und ergibt eine Bezugsstellung, da das Pendel 122 immer zum Erdmittelpunkt zeigt. Diese Verdre hungsisolierung allein reicht aber noch nicht aus und zwar auch nicht bei Verwendung der besten verfüg baren Lager und einer maximalen Bleiladung im Pendel 122.
Wenn das hintere Pendel 122 jedoch wesentlich über 2,33 Hz abgestimmt wird, tritt ein anderer Mechanismus auf.
Die unregelmässige Verdrehung der Bohrstange 24, die .durch die Lager 96, 98 übertragen wird, be wegt die hintere Pendelanordnung (122, 94, 92, 90 und 109) und erregt sie zu dauernden Schwingungen mit der Eigenfrequenz dieser Anordnung, in vorlie gendem Falle 4,1 Hz. Damit kommen aber die Kugeln der Lager 96, 98 während ca. 95 % der Ge samtzeit in rasche Bewegung, und deshalb sind die Lager 96, 98 in einem Zustand dynamischer und nicht statischer Reibung.
Folglich ist das Drehmo- ment, das diese Lager übermitteln, eine Grössenord- nung niedrigerer als für den statischen Fall. Das Er gebnis ist, dass keine 2,33 Hz Komponente des Dreh moments den Stator 109 erreicht. Bei auftretendem Verlauf spricht das hintere Pendel schwach auf den 2,33 Hz Verlaufsreiz an. Zufolge der 4,1 Hz Oszilla tion der Gruppe 122, 109, 90, 94 befinden sich die Lager 113 des Microsyn auch im Zustand der dynamischen Reibung zu ca. 95 11/o der Zeit.
Auch das vordere Pendel 114 spricht demzufolge nur schwach auf den Verlaufsreiz an. Da es auf einen Wert unter der Verlaufsfrequenz von 2,33 Hz von, entgegenge setzter Phase zu der des hinteren Pendels 122, 90 abgestimmt ist. Das sich ergebende Signal ist daher das Ergebnis dieser zwei Bewegungen.
Die elektronischen Stromkreise der Fig. 3, die nur eine 2,33 Hz Modulation zum Verlaufmesser 74 durchlassen, weisen alle Signale mit 1,1 oder 4,1 Hz vollständig ab.
Ohne das dauernde Hin- und Her schwingen des hinteren Pendels mit 4,1 Hz wäre es nahezu unmöglich, eine ordentliche Verdrehungsiso- lierung innerhalb der geringen Variationsbreite der zur Verfügung stehenden mechanischen Mittel zu erreichen.
In Fig.6 ist ein elektrolytischer Potentiometer- Geber, der auf dem Schwerkraftsystem beruht, dar gestellt, welcher zur Bewegung mit dem Pendel und zur Abtastung der Winkelbewegung desselben mon tiert werden kann. Ein Glasbehälter 140 trägt ein Paar Messelektroden 142 und 144 und eine gewöhn liche Elektrode 146, mit gleichem Abstand zu den beiden Elektroden 142 und 144, und enthält einen die Elektroden berührenden Elektrolyten 148, der, wie ersichtlich, eine Luftblase 150 einschliesst.
Im Behälter 140 entsteht, wenn er am Angelpunkt des Pendels 40 gehalten wird, ein gleichmässiges Eintau chen der Elektroden 142 und 144 in den Elektroly ten, und die Widerstände von jeder Elektrode zur normalen Elektrode 146 sind gleich. Wenn man den Behälter 140 kippt, gleitet die Blase 150 aus der Mitte, und es ändert sich der Eintauchgrad jeder Elektrode, was eine Variation der relativen. Wider stände zwischen den Messelektroden 142 und 144 und der Elektrode 146 zur Folge hat.
So tasten die Elektroden 142 und 144 eine Kippveränderung ab und erzeugen einen Ausgang, der der Variation der elektrischen Widerstände zwischen den Elektroden proportional ist.
In der praktischen Ausführung, wenn mit diesem elektrolytischen Potentiometer gearbeitet wird, ersetzt dieser Potentiometer-Geber das Microsyn 34 im Stromkreis der Fig. 3. Der 800 Hz Eingang wird an einer Klemme mit der Elektrode 146 und an der an deren Klemme durch ein Paar abzweigender 1000-Ohm-Widerstände R1 und R2 mit den Elektro den 142 und 144 verbunden. Der Ausgang erfolgt von den Elektroden 142, 144 aus über einen Trans formator T.
Ein oszillierendes Kippen oder eine seit liche Bewegung des Potentiometer-Gebers moduliert dann den 800 Hz Eingang bis zu einem Grad, der dem Grad des Kippens, folglich dem Verlauf des Bohrwerkzeuges, entspricht. Der Stromkreis besitzt die Form einer Brücke, und, wenn kein Kippen vor handen ist, wird. der Spannungsausgang e" in. der Grössenordnung von 10 Millivolt liegen. Der Aus gang kann beim Kippen des Gebers bis zu 10 Volt erreichen.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Geber 34 gemäss Fig. 3 dargestellt. Eine metal lene Hohlkugel 154 von 12 mm Aussendurchmesser ist in einem elektrischen Feld, das von drei Elektro den 156, 158, 160 gebildet wird, aufgehängt. Diese Elektroden erhalten ihre Spannung aus einem selbst tätig gesteuerten elektrischen Feld, das Windungen 160 und 162 sowie eine Eingangsquelle 164 umfasst. Der Ausgang erfolgt über die Abnahmewicklung 166.
Die Kugel 154 spricht auf eine seitliche Beschleuni gung etwa an wie das in Fig. 8 gezeigte elastische System, in dem eine Masse M zwischen Federn KI und K2 aufgehängt ist. Der der Fig. 7 entsprechende Stromkreis ist in Fig. 9 gezeigt, wo C1, C2 und C3 mit der Kugel 154 die Kapazitäten darstellen ent sprechend zu den Elektroden 156, 158 und 160, 11 und i2 sind die entsprechenden Ströme.
Wenn sich die Kugel 154 nach links bewegt, nimmt Cl zu und C2 ab. Der Strom il ist dann stärker als der Strom i2; wenn hingegen sich die Kugel nach rechts bewegt, wird der Strom i2 stärker als der Strom il und der Phasenausgang an der Windung 166 ver schiebt sich um 180 und erzeugt einen Spannungs verlauf, wie er in Fig. 10 dargestellt ist.
Ein bevorzugter Differentialtransformator nach Fig. 4 verwendet zwei feste Windungen mit gemein samem Kern im Stator. Der durch den Kern flies- sende Magnetfluss hängt ab von: a) der Erregung auf der Primärseite, die konstant gehalten wird; b) dem magnetischen, Widerstand des Magnet stromkreises, der die Primärseite mit der Sekundär seite verbindet.
Der Rotor des Transformators enthält einen ver jüngten Weicheisenkern. Dadurch wird erreicht, dass eine veränderliche Menge weichen Eisens für den Weg des Magnetflusses vorhanden ist entsprechend der Bewegung des Rotors zum Stator. Das wesentli che ist hierbei, dass sich die Primär- und Sekundär wicklungen nicht bewegen. Der Rotor steuert den magnetischen Widerstand des Magnetstromkreises und bestimmt auf diese Weise die Spannungshöhe, die an den Ausgangsklemmen des Transformators auftritt.
Die Arbeitsweise des Gebers gemäss Fig.4 ist folgende: Das vordere Pendel 114 wird auf eine Verdre hungsfrequenz von 1,1 Hz eingestellt, d. h. weit genug unter die 2,33 Frequenz der Umdrehung des Laufes. Das hintere Pendel 122 wird auf 4,4 Hz eingestellt. Wenn es aber mit den gezeigten Schrauben mit der Welle 94 verbunden ist, dann bilden das hintere Pen del 122, die Hohlwelle 94 und der Transformatorsta- tor 92 eine Gruppe und haben eine Torsionsfrequenz von 4,1 Hz, was weit über dem Wert 2,33 Hz der Laufumdrehungsfrequenz liegt.
Wenn die Bohrstähle 28 zu schneiden beginnen, verursacht die Schneiden führung eine unregelmässige Verdrehung. Sobald sich der Bohrwerkzeughalter 26 verdreht, verdreht sich auch mit ihm das Gehäuse 86 des Gebers.
Die Lager 96, 102 und 113 sind anfänglich in einem Zustand der statischen Reibung (hoher Reibungswert), aber in dem Masse, wie sich die Winkelverdrehung des Bohrkopfes erhöht, verursacht die natürliche, von der Gravitation herrührende rücktreibende Kraft des Pendels, dass die Lager in einem Zustand der dyna mischen Reibung, die kleiner .als die statische Rei bung ist, übergehen, so lange sie sich bewegen.
Das dauernde unregelmässige Verdrehen des Bohrkopfes zufolge der Schneidenbelastung bewirkt, dass das hintere Pendel mit seiner Eigenfrequenz von 4,1 Hz schwingt, wobei es den Transformatorrahmen mit nimmt. Dieses Schwingen des hinteren Pendels hält beide Lagersätze im Zustand dynamischer Reibung.
Diese Ausführungsform des Gebers hat den Vor zug, dass die auftretende Torsionsenergie vernachläs- sigbar ist und kein Störsignal zufolge der Bohrstan- genverdrehung auftreten kann, ferner dass der bereits auf kleine Grössen ansprechende Geber sehr emp findlich ist.
Das vordere Pendel ist, wie bereits erwähnt, auf unter 2,33 Hz abgestimmt, während das hintere Pen del über dieser Frequenz liegt. Ihre Reaktion auf diese 2,33 Hz wird deshalb etwa um 180 verschoben sein. Das ist richtig, da das Signal vom Micro- syn -Transformator die Summe der beiden Winkel ist. Ohne dieses dauernde Schwingen des hinteren Pendels mit 4,1 Hz als Ergebnis der gelegentlichen Energieimpulse, die es vom Bohrkopf her erhält, wäre der ganze Geber unempfindlich und für die ge stellte Aufgabe unbrauchbar. Diese Gegebenheit be seitigt den grössten Teil der Lagerreibung und macht den Geber sehr empfindlich.
Die hintere Pendel gruppe schwingt gleichzeitig mit zwei Frequenzen, nämlich mit 4,1 Hz, der Torsionsfrequenz, und mit 2,33 Hz, entsprechend der seitlichen Bewegung des ganzen Gebers.