Vorrichtung zur Ermittlung der Lage des Kerns eines aus Kern und Mantel bestehenden Körpers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Lage des Kerns eines aus Kern und Mantel mit verschiedenartigen elektrischen Leitfähigkeiten bestehenden Körpers, z. B. der Exzentrizität des Leiters eines Kabels oder der Bohrung eines Rohres, mit einer einzigen zur Ermittlung der Manteldicke dienenden Messvorrichtung, weiche den Messfühler und die Anzeigevorrichtung ständig verbindet, mit Antriebsmitteln, um der Messvorrichtung eine periodische Drehung oder Drehschwingung längs des Körperumfanges zu erteilen.
Solche Lagebestimmungen, insbesondere Exzentrizitätsmessungen, sind z.B. bei der Kabelherstellung von besonderer Wichtigkeit, weil dabei aus bekannten Gründen der Leiter möglichst zentrisch im Isolationsmantel liegen soll. Es ist daher erforderlich, die Messung kontinuiorlich am soeben mit dem Mantel versehenen Kabel vorzunehmen, um beim Auftreten unzulässiger Exzentrizitäten die Herstellungsvorrichtung sofort nachstellen zu können oder durch eine automatische Nachstellvorrichtung den Fehler zu korrigieren.
Hierzu ist es z. B. bekannt, einen ein Messfeld erzeugenden Fühler um den Prüfling zu drehen, der die Manteldicke zu messen gestattet, und während der Drehung laufend zu beobachten, wie sich die Messgrösse ändert. Durch die Kombination einer laufenden Messung und einer kontinuierlichen Ablesung der Messwerte war es möglich, aus den Messwertänderungen auf das Ausmass und die Richtung einer Exzentrizität des Kerns des zu untersuchenden Körpers zu schliessen. In ähnlicher Weise ist es bekannt, einen Fühler der oben genannten Art um das zu prüfende Objekt, z.
B. ein Kabel, drehbar anzuordnen und kurz nacheinander in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen zu schwenken und in beiden Messlagen die Exzentrizität zu überprüfen, Analog ist es bekannt, einen kapazitiven Fühler kontinuierlich um den Prüfling zu drehen und an vier Stellen des Umfanges die momentanen Messwerte herauszugreifen und anzuzeigen. Auch in diesem Fall ist die Bestimmung der Messwerte sehr schwierig, weil sie nur während kurzer Zeit angezeigt werden können. Es ist auch bekannt, stehende Anzeigen z. B. von Kabelexzentrizitäten auf Kathodenstrahlröhren zu erzeugen, indem der vom Messfühler erzeugte Messwert durch Impulskontakte an zwei um 900 auseinanderliegenden Stellen des Körperumfanges auf zwei getrennte Messwertspeichervorrichtungen übertragen werden, welche an das orthogonale Ablenksystem einer Kathodenstrahlröhre angeschlossen sind.
Jedoch auch dieses bekannte System hat wegen der schwierigen dauerhaften Realisierung von hochohmigen kapazitiven Speichervorrichtungen und wegen des geringen Wirkungsgrades von ca. 5 bis 10 0/0 erhebliche Nachteile und ist auch gegen die, in der Praxis durch andere ander Herstellungsvorrichtung vorhandenen Geräte (z.B. Hochspannungs-Durchschlagprüfgeräte) verursachten Störimpulse nicht unempfindlich, wodurch Fehlanzeigen entstehen. Alle bekannten Vorrichtungen berücksichtigen ausserdem nicht die geometrischen Gegebenheiten der zu prüfenden Körper und der sich daraus ergebenden analogen elektrischen Messwerte, und sind daher in ihrer Winkelanzeige ungenau, und für die Steuerung von automatischen Fertigungsvorrichtungen nur bedingt brauchbar.
Weiterhin wird durch die in den Messwertspeichervorrichtungen erforderlichen Zeitkonstanten der Lade- und Speicherglieder eine Anzeigeverzögerung verursacht, welche insbesondere bei Hochleistungsanlagen mit Fertigungsgeschwindigkeiten von 80#1200 m/min dazu führt, dass wegen der langen Totzeiten der Messvorrichtungen, bis zur erfolgten Korrektur mehrere 100 m Kabel mit schlechter Kernlage gefertigt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch besondere Schaltmassnahmen eine ständige Verbindung des Messfühlers mit den Anzeiger vorrichtungen ohne Zwischenschaltung von komplizierten Messwertspeichervorrichtungen zu ermöglichen, und die Messempfindlichkeit und Messgenauigkeit des Messfühlers so zu verbessern, dass die Lage des Kerns des Körpers nach Betrag und Richtung genau messbar ist und unter Berücksichtigung der genauen Anzeige der Richtung die winkelgenaue Steuerung und/oder Regelung einer automatischen Nachstellvorrichtung an der Fertigungseinrichtung bei kürzester Einstellzeit erzielt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen einzigen von den Antriebsmitteln synchron angetriebenen Wechselspannungsgenerator, welcher eine Spannung erzeugt, deren Frequenz der Umdrehungszahl des Messfühlers proportional ist, und durch Mittel, welche eine zu dieser Spannung um 900 verschobene Spannung erzeugen, durch zwei gesteuerte Gleichrichterbrücken, wobei eine der gesteuerten Gleichrichterbrücken mit der um 900 phasenverschobenen Spannung des Wechselspannungsgenerators angesteuert wird,
um eine winkelgenaue Achsenauflösung der von der Messvorrichtung erzeugten nicht sinusförmigen Messwertspannung in zwei getrennte Gleichspannungen zu erhalten und um Anzeigevorrichtungen mit rechtwinkligen Ablenksystemen und/oder automatischen Nachstellvorrichtungen mit rechtwinkligen Verstelleinrichtungen anzusteuern.
Der Wechselspannungsgenerator kann mit einem zusätzlichen um 900 versetzten Spulensystem versehen sein, welches dann die um 900 phasenverschobene Spannung erzeugt. Weiterhin kann der Wechselspan- nungsgenerator mit zwei um 900 versetzten Gegentaktspulensystemen ausgerüstet sein, deren Wechselspan- nungen die gesteuerten Gleichrichterbrücken direkt aussteuern.
Die erfindungsgemässe Messvorrichtung kann weiterhin einen durch die Rückwirkung des Kerns und/oder des Mantels des Körpers auf das Messfeld, in seiner Frequenz modulierbarer Hochfrequenzoszillator enthalten, dem ein auf eine Oberwelle abrge¯ stimmter Schwingkreis in Frequenzdiskriminatorschal- tung nachgeschaltet ist, wobei die Resonanzfrequenz diez ses Frequenzdiskriminators durch eine langsam wirkende Regelung, mit einer Zeitkonstante, welche wesentlich grösser ist als die Drehungs- oder Drehschwingungsfrequenz, so nachgesteuert wird, dass die Oberwelle immer in den geradlinigen und steilsten Teil der Resonanzflanke fällt.
Zur Messung der Lage von Bohrungen in Kunststoffrohren lässt sich zweckmässig ein aus elastischen Materialien hergestellter Pfropfen verwenden, welcher mit aus Metalloxyden bestehenden Farbstoffen gesättigt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das elektrische Schaltbild der wesentlichen Teile der Messvorrichtung,
Fig. 2 die mechanische Anordnung
Fig. 3 den Messkopf im Querschnitt und in grösserem Masstab,
Fig. 4 die Kabelzentrierung am Messkopf, ebenfalls in grösserem Masstab,
Fig. 5 eine Kabelvergrösserung mit zwei definierten exzentrischen Kernlagen und den zugehörigen Abwicklungen,
Fig. 6 Spannungsbild für 900 Exzentrizität,
Fig. 7 Spannungsbild am X-Demodulator für 900 Exzentrizität,
Fig. 8 Spannungsbild am Y-Demodulator für 900 Exzentrizität,
Fig. 9 Spannungsbild für 2250 Exzentrizität,
Fig. 10 Spannungsbild am X-Demodulator für 2250 Exzentrizität,
Fig.
11 Spannungsbild am Y-Demodulator für 2250 Exzentrizität.
In Fig. 1 ist mit 1 der eigentliche Messfühler angegeben, welcher im wesentlichen aus einer Hochfrequenzspule 2 und einem Kern 3 besteht. Die Spule 2 ist in bekannter Weise als Schwingungsinduktivität eines Hochfrequenzoszillators mit einem Transistor 4 geschaltet. Der Transistor 4 ist vorzugsweise in Basis- schaltung betrieben und die Basis liegt über dem Kondensator 5 am Bezugspotential. Die Rückkopplung des Hochfrequenzoszillators erfolgt über den kapazitiven Spannungsteiler 6 und 7 auf den Emitter des Transistors 4. Die Diode 8 dient zur Stabilisierung des Arbeitspunktes von Transistor 4. Die Schwingfrequenz des Hochfrequenzoszillators wird im wesentlichen durch die Induktivität der Spule 2 und durch die Kapazität der Serienschaltung der Kondensatoren 6 und 7 bestimmt und beträgt vorzugsweise 130 kHz.
Die Schwingfrequenz wird über den Kondensator 9 dem als Verzerrer geschalteten Transistor 10 zugeführt, welcher den aus Kondensator 11 und Spule 12' bestehenden Parallelschwingkreis speist
Die Stromversorgung dieses Hochfrequenzoszilla tors und der Verzerrerstufe erfolgt durch einen stationären Hochfrequenzoszillator 13 über einen ineinander rotierenden Hochfrequenztransformator 14 und einen ineinander verschiebbaren Hochfrequenztransformator 15 mittels Gleichrichter 16, der Siebkette 17, 18 und wird durch die Zenerdiode 19 stabilisiert. Der Sekundärkreis 14" und der Primärkreis 15' sind mittels des Kondensators 20 auf Resonanz der Schwingfrequenz des Hochfrequenzoszillators 13 eingestellt.
Der aus Kondensator 11 und Spule 12' bestehende Parallelschwingkreis ist vorzugsweise auf die dreifache Schwingfrequenz des Hochfrequenzoszillatros 2, 4, 6, 7 abgestimmt. Die Wahl der dritten Harmonischen hat, wie später noch beschrieben wird, besondere Vorteile.
Mit der Sekundärspule 12" des ineinander verschiebbaren Hochfrequenztransformators 12 ist ein weiterer ineinander rotierender Hochfrequenztransformator 21 verbunden, dessen Sekundärspule 21" zusammen mit dem Kondensator 22 wiederum vorzugsweise auf die dritte Harmonische des Hochfrequenzos- zillators 2, 4, 6, 7 abgestimmt ist.
Die Hochfrequerszschwingungen werden nun einem zweistufigen Verstärker 23 und 24 zugeführt. Die Verstärkerstufen haben wie die Impedanzwandlerstufe 25 den üblichen Aufbau und bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Die verstärkte Spannung wird sodann über den Kopplungskondensator 26 und über ein nicht dargestelltes Kabel dem eigentlichen Messverstärker zugeführt. Durch die bekannte Wirkung der Begrenzerdio- den 27 und der Verstärkerstufe 28 wird über den Kopplungskondensator 29 eine in der Amplitude konstante Hochfrequenzschwingung der Schwingkreisstufe 30 zugeführt. Der aus dem Kondensator 31 und der Spule 32 gebildete Schwingkreis wird in bekannter Weise zunächst auf Resonanz mit der dritten Harmonischen des Hochfrequenzoszillators 2, 4, 6, 7, vorzugsweise ca. 390 kHz, abgestimmt.
Mit der Schwingkreis- spule 32 ist eine Sekundärspule 33 gekoppelt, und die in derselben induzierte Spannung wird an der Diode 34 gleichgerichtet und durch den Kondensator 35 geglättet. Über die Entkopplungsdiode 36 und dem Vorwiderstand 37 wird die erzeugte Spannung einem aus den Stufen 38, 39 und 40 bestehenden Stromverstärker zugeführt. Durch die im Kollektrokreis des Transistors 40 liegende Steuerwicklung 41 wird nun in bekannter Weise die Induktivität der Schwingkreisspule 32 gesteuert, d. h. durch Vormagnetisierung des Ferritkernes wird die Induktivität der Spule 32 verringert und die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 31, 32 zwangsläufig erhöhrt.
Der Steuerstrom in der Steuerwicklung 41 beginnt dann zu fliessen, wenn die von der Diode 34 erzeugte Gleichspannung, die von den Zenerdioden 42 und 43 vorgegebene Spannungsschwelle überschreitet, und dieser Strom wird solange ansteigen, bis die Spannung am Kondensator 35 auf die Zenerspannung der Zenderdioden 42 und 43 zuzüglich der Basis-Emitterspannungen der Stromverstärkerstufen 38, 39 und 40 gesunken ist. Der Widerstand 44 und der Kondensator 45 verhindern durch starke Gegenkopplung Regelschwingungen des Regelkreises und ermöglichen durch ihre Zeitkonstanten, welche wesentlich grösser gewählt wurden als die sich am Kondensator 35 ausbildende Signal-frequenz von ca. 2Hz, die Auswertung und weitere Verstärkung dieser erwünschten Signalamplitude.
Durch diese Abstimmautomatik wird sichergestellt, dass der Schwingkreis 31 und 32 immer in den geradlinigen und steilsten Teil seiner Resonanzflanke eingestellt wird. Dies ist im Hinblick auf Frequenzänderungen, welche durch vor dem Messfühler 1 vorbei geführte Prüflinge verursacht werden, besonders wichtig, da sonst bei grossen Querschnittsänderungen des metallischen Kernes der Schwingkreis von Hand nachgestimmt werden müsste. Gerade dieses wird jedoch erfindungsgemäss vermieden.
Die von dem Hochfrequenzoszillator 2, 4, 6, 7 erzeugte Frequenz von vorzugsweise 130 kHz wird wie schon beschrieben nicht direkt zur Auswertung verwendet, sondern vorzugsweise die dritte Harmonische.
Der Vorteil dieser Ausführung ist folgender: da bei geringen Exzentrizitäten des Messgutes und insbesondere bei geringen mitallischen Querschnitten des Kernes nur geringe Frequenzänderungen von ca. 1-10 Hz entstehen, würde am Kondensator 35 nur eine geringe Signalamplitude zur Verfügung stehen. Durch die Verwendung einer Harmonischen der Grundfrequenz, vorzugsweise der dritten Harmonischen der ursprünglichen Schwingfrequenz des Hochfrequenzsozillators 2, 4, 6, 7 wird jedoch auch die entstehende Frequenzänderung verdreifacht und ergibt somit am Kondensator 35 eine dreifache Amplitude.
Diese Signalamplitude wird über den Widerstand 46 einem Kondensator 47 dem Eichpotentiometer 48 zugeführt. Über einen am Widerstand 46 angeschlossenen Spannungsteiler 49 ist ein den Betriebszustand anzeigendes Messinstrument 50 angeschlossen.
Der Schleiferabgrfft des Eichpotentiometers 48 kann über einen Drucktaster 51 zur Nullpunktprüfung an Bezugspotential gelegt werden. Die Signalamplitude wird über den Kopplungskondensator 52 einer Impedanzwandlerstufe 53 zugeführt. Die Impedauzwandler- stufe ist wie die Verstärkerstufen 54, 55, 56 und 57 in bekannter Weise aufgebaut und weisen ausser den aus den Widerständen 58 und den Kondensatoren 59 gebildeten Tiefpässen keine Besonderheiten auf.
Der mit den Verstärkerstufen 55, 56 und 57 gebildete Verstärker ist für tiefe Frequenzen ausgelegt und gestattet eine geeignete Verstärkung der Signalamplitude von ca. 2 Hz, während Brumm- und andere Stör- spannungen durch die aus den Widerständen 58 und den Kondensatoren 59 gebildeten Tiefpässe ausgeschie- den werden.
Die am Kollektor des Transistors 57 verstärkt auftretende Signalamplitude wird nun über Kopplungskondensatoren 60 gleichzeitig den Impedauzwandler- stufen 61 und 62 zugeführt. Die Impedanzwandlerstufe 62 speist nur eine in bekannter Weise aufgebaute Brückengleichrichterschaltung 63, welche über den Widerstand 64 und die Siebmittel 65 am Ausgang eine von der Grösse der Exzentrizität des Prüflings abhängige Spannung erzeugt. Diese Spannung gestattet keinen Rückschluss auf die Lage des Kernes, sondern ist nur ein relatives Mass für die Grösse der Exzentrizität und dient dem Zweck der Aufzeichnung mit Punktund/oder Linienschreiber zur Gütekontrolle des Prüfgutes.
Die Impedanzwandlerstufe 61 speist über die Kopplungskondensatoren 66 und 67 zwei getrennte Phasendiskriminatorbrücken, auch gesteuerte Gleichrichter genannt, in bekannter Brückenschaltung, welche aus den Vorwiderständen 68 und 69 und den Schalttransistoren 70 bis 73 bestehen. Die an den Kollektoren der gesteuerten Transistoren 70 bis 73 entstehenden Gleichspannungen werden über die Widerstände 74 und 75 und den Siebkondensatoren 76 und77 den Ausgängen 78 bzw. 79 zugeführt. An den Ausgängen 78 und 79 stehen je nach Phasenlage und Amplitude der Signalamplitude erdsymmetrische Gleichspannungen von maximal 1 5 Volt zur Verfügung, welche ohne weitere Umformung oder Zwischenspeicherung direkt zum Aussteuern von Anzeigevorrichtungen und/oder Verstelleinrichtungen mit rechtwinklingen Koordinatensystem benutzt werden können.
Zur Ansteuerung der Schalttransistoren 70 bis 73 ist nur ein einziger von den Antriebsmitteln 80 synchron angetriebener Wechselspannungsgenerator 81 erforderlich, aus welchem in bekannter Weise über einen aus dem Widerstand 82 und dem Kondensator 83 bestehenden Phasenschieber eine um 900 verschobene Wechselspannung gewonnen wird, welche über die in bekannter Weise geschalteten Transistoren 84 und 85 das Relais 86 und damit den Umschaltkontakt 87 während einer Halbwelle betätigen.
Die nicht phasenverschobene Generatorspannung gelangt über die Widerstände 88 und 89 zu den in bekannter Weise geschalteten Transistoren 90 und 91 und betätigt das Relais 92 und damit den Umschaltkontakt 93 ebenfalls während einer Halbwelle der Generatorspannung.
Die Ansteuerung der Schalttransistoren 70 bis 73 erfolgt durch die Kontakte 87 und 93 über die Schutzwiderstände 94 und Entkopplungsdioden 95 mit einer gegen Bezugspotential positiven Gleichspannung in der Art, dass abwechselnd der Transistor 70 oder 71 lei tend ist, während die Transistoren 72 und 73 analog gesteuert werden, jedoch mit 900 Phasenverschiebung.
In Fig. 2, 3 und 4 sind die wesentlichen mechanischen Anordnungen einer beispielsweisen Messvorrichtung dargestellt. Das zu prüfende Kabel 97 durchläuft in Pfeilrichtung die Messvorrichtung und wird durch die Führungsrollen 98 gestützt, durch eine im Gehäuse 99 mittels zweier Kugellager 100 drehbar gelagerten Hohlwelle 101 hindurch geführt. Die Hohlwelle 101 wird von einem Elektromotor 80 über ein Untersetzungsgetriebe 103 und Zahnräder 104 und 105, welche vorzugsweise eine Üversetzung von 1:1 haben, mit einer geringen Drehzahl von beispielsweise 2U/sec gleich 120 Ulmin angetrieben. Mit der Welle des Zahnrades 104 ist der schon beschriebene rotierende Wechselspannungsgenerator 81 gekuppelt.
Der ruhende Teil des Wechselspannungsgenerators 81 kann in einer Führung 106 des festen Gehäuses 99 verdreht werden, wobei Betrag und Richtung der Verdrehung durch einen Markierring 107 auf einen Skalenring 108 abge- lesen werden kann. Diese Anordnung dient in später noch eingehend erläuterter Weise der Einstellung der Phasenlage des Wechselspannungsgenerators 81 in bezug auf die Drehung der Hohlwelle 101 und der damit rotierenden Teile.
Auf dem hinteren Teil der Hohlwelle 101 sind Spulenkörper 109 und 110 befestigt, in welche die Sekundärspule 14" des Hochfrequenztransformators 14 bzw. die Primärspule 21' des Hochfrequenztransformators 21 eingebettet sind. Den Spulenkörpern 109 und 110 gegenüber sind feststehende Spulenkörper 111 bzw. 112 angeordnet, in welche die Primärspule 14' des Hochfrequenztransformators 14 bzw. die Sekundärspule 21" des Hochfrequenztransformators 21 eingebettet sind.
Auf dem vorderen Ende der Hohlwelle 101 sitzt der Messkopfhalter 113, welcher den Messkopf 114 trägt. Der Messkopf 114 enthält den Messfühler 1, den Hochfrequenzoszillator 2, 4, 6, 7, die Verzerrerstufe 10, die verschiebbaren Hochfrequenztransformatoren 12, und 15 einschliesslich der Stromversorgung mit den Teilen 16 bis 19.
Der Messkopf 114 ist über ein nicht dargestelltes Kabel, welches durch eine Bohrung im Messkopfhalter 113 und der Hohlwelle 101 verlegt ist, mit den Spulen 14" und 21' verbunden.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der verschiebbaren Hochfrequenztransformatoren 12 und 15, welche eine begrenzte radiale Verstellung des Messfühlers 1 mit der V-Kappe 115 gestatten. Im Inneren des Messkopfoehäuses 114 sind die Spulen 12" und 15' in Kunststoff eingebettet. Der innere Teil, bestehend aus der V-Kappe 115, dem Führungsstück 116, dem Spulenkörper 117, in welchen die Spulen 12' und 15" eingebettet sind, und der Spindelmutter 118, kann durch Verdrehen der Spindel 119 radial zum Messkopfhalter 113 verschoben und so auf den Durchmesser des Kabels 97 eingestellt werden. Der Knopf 120 besitzt zur Anzeige der Stellung eine Skala von 0 bis 1000.
In Fig. 4 ist die Anordnung der federnden Führungsrollen 98 wiedergegeben, welche durch die Verkopplungswellen 102, den Zahnrädern 121 und den Zahnriemen 122 derart verkoppelt sind, dass sich alle Führungsrollen 98 gleichzeitig öffnen oder schliessen, wodurch eine genaue Zentralführung des Kabels 97 erzielt wird und das Kabel 97 immer unter konstantem Druck der Federn 123 in der V-Kappe 115 anliegt.
Der Hebel 124 dient zum Öffnen der Zentralführung von Hand beim Einführen eines Kabelanfanges. Das auf Exzentrizität seines Leiters zu prüfende Kabel 97 wird zu Beginn der Messung zwischen den Führungsrollen 98 und der V-Kappe 115 eingezogen, wobei die radiale Lage der V-Kappe durch Verdrehen der Spindel 119 so auf den Durchmesser des Kabels 97 eingestellt wird, dass dieses in der V-Kappe 115 anliegt.
Der Abstand zum Messfühler 1 wird durch die V-Kappe 115 konstant gehalten, so dass sich stets ein konstanter Abstand zur Kabeloberfläche ergibt. Die V-Kappe 115 besteht aus einem harten Isoliermaterial, vorzugsweise Oxydkeramik, so dass sie keinen oder nur sehr geringen Einfluss auf das Hochfrequenzfeld des Messfühlers 1 hat. Bei der Messung läuft nun das Kabel 97 mit der Fertigungsgeschwindigkeit durch die Messvorrichtung durch, während die Hohlwelle 101 mitsamt dem Messkopfhalter 113 und dem Messkopf 114 in der erwähnten Weise mit einer Drehzahl von vorzugsweise 2 U/sec gleich 120 Ulmin angetrieben wird.
Dabei gleiten die V-Kappen 115 und die Führungsrollen 98 längs des Umfanges des Kabels 97, wobei der Messfühler 1 in stets konstantem Abstand von der Kabeloberfläche dauernd um dasselbe herum- geführt wird, sich also längs einer Schraubenlinie über die Kabeloberfläche bewegt. Die gesamte in Fig. 1 dargestellte Schaltung steht dabei in Betrieb, und die Induktivität der frequenzmitbestimmenden Spule 2 des Hochfrequenzoszillators 2, 4, 6, 7 wird durch den Leiter des Kabels beeinflusst weil derselbe in das Hochfre quenzfeld des Messfühlers 1 tritt. Die Frequenz des Hochfrequenzoszillators 2, 4, 6, 7 erfährt daher durch das Einführen des Kabels 97 eine Änderung gegenüber ihrem Grundwert.
Diese Änderung ist in erster Linie vom Abstand des Kabelleiters vom Kern 3 und in zweiter Linie auch vom Material und Querschnitt dieses Leiters abhängig. Zum Beispiel werden alle magnetischen Leitermaterialien eine Senkung der Grundfre quenz bewirken, während nichtmagnetische Leitermetalle eine Erhöhung der Grundfrequenz bewirken.
Diese Wirkung beruht auf den bekannten Effekten der Induktivitätsänderung durch Kraftlinienschluss und auf dem Skin-Effekt.
Fig. 5 zeigt nun verschiedene angenommene Kernlagen in einem vergrösserten Kabel 97. Die dargestellte Kernlage 125 ist absolut zentrisch, Kernlage 126 ist unter 900 exzentrisch und Kernlage 127 ist unter 225C exzentrisch. Liegt nun der Kabelleiter 125 absolut zentrisch im Isolationsmantel des Kabels, ist also die Dicke des Isolationsmantels am ganzen Umfang einheitlich, so wird der Einfluss des Kabelleiters auf die Induktivität 2 und somit die Frequenz des Hochfre- quenzoszillators 2, 4, 6, 7 beim beschriebenen Herumführen des Messfühlers 1 um das Kabel 97 stets derselbe bleiben.
Wie schon beschrieben, wird die dritte Harmonische der Oszillatorfrequenz dem Schwingkreis 31, 32 zugeführt, und es wird die mittels der Spule 33 und der Diode 34 am Kondensator 35 erzeugte Spannung konstant bleiben. Somit gelangen also keine Spannungsschwankungen zur Verstärkung und Demodulation. An den Spannungsausgängen 78 und 79 entstehen keine Spannungen, und somit werden auch angeschlossene Anzeige- und/oder Nachstellvorrichtungen mit rechtwinkligen Koordinaten im vorgewählten Nullpunkt verbleiben.
Weist nun der Leiter des Kabels 97 eine bestimmte Exzentrizität wie in Fig. 5 die Kernlage 126 auf, so ändert sich der Abstand zwischen dem Messfühler 1 und dem Kern des Kabels beim Umlauf ständig, und es treten daher im Hochfrequenzoszillator 2, 4, 6, 7 Frequenzänderungen auf, die grundsätzlich von der konstanten mittleren Frequenz gemäss der in Fig. 6 dargestellten Kurve abweichen, d.h. die Frequenz steigt für den Winkelbereich von etwa +22,5 bis + 157,50 über das Frequenzmittel und sinkt für den verbleibenden Winkelbereich unter dieses Frequenzmittel. Infolge dieser Frequenzschwankungen wird auch die von der Spule 33 und der Diode 34 am Kondensa- tor 35 erzeugte Spannung grundsätzlich gemäss der Kurve in Fig. 6 mit einer Periode von ca. 2 Hz um einen Mittelwert schwanken.
Diese Kurvenform, welche in ihren positiven Teil dem Gausschen Glockenim- puls, und in ihrem negativen Teil einen Schritt mit e-Funktion, nahe kommt, ergibt sich aus der Abwicklung der Kernlage 126, bezogen auf die Kabeloberflä- che des Kabels 97 mit der Rotationsachse 128.
Da diese Kurvenform während einer Periode einen zweimaligen Phasensprung von etwa 22,5 aufweist, ist eine winkelgenaue Auswertung und Auflösung in getrennte Achsenausgänge nur unter Berücksichtigung beider Halbwellen möglich. Über den Spannungsteiler 46 und 49, den Kondensator 47, das Eichpotentiome- ter 48, den Kondensator 52, die Impedanzwandlerstufe 53, die Verstärkerstufen 54, 55, 56 und 57 wird diese Kurvenform verstärkt der Impedanzwandlerstufe 61 und somit den beiden Phasendiskriminatoren, bestehend aus den Widerständen 68 und 69 sowie den Schalttransistoren 70 bis 73 zugeführt.
Wenn nun die Ansteuerung für die Phasendiskriminatoren so gewählt ist, dass von 0 bis 1800 der Transistor 70 leitend ist ud der Transistor 71 von 1800 bis 3600 leitend ist, wird sich über den Kollektoren der Transistoren 70 und 71 das Spannungsbild nach Fig. 7 ergeben. Am Kondensator 76 und somit am X-Achsenausgang 78 wird sich also eine positive Spannung einstellen, welche ca. 70O/o des Spitzenwertes der Signalamplitude entspricht.
Da durch den schon beschriebenen Phasen- schieber 82, 83 die Ansteuerung der Transistoren 72 und 73 um 900 verschoben ist, ergeben sich für den Transistor 72 von 900 bis 2700 leitender Zustand und für den Transistor 73 von 2700 bis 900 leitender Zustand, und somit wird sich über die Kollektoren der Transistoren 72 und 73 ein Spannungsbild nach Fig. 8 ergeben. Wie deutlich in Fig. 8 zu erkennen ist, sind die Spannungszeitflächen im positiven und negativen Bereich gleich, und am Kondensator 77 und somit am Y-Achsenausgang 79, wird sich keine Gleichspannung einstellen.
Da die Kernlage 126 genau unter 900 dargestellt ist und sich aus dem Vektordiagramm der Ause gangsspannungen an den Ausgängen 78 und 79 auch eine Lage von 900 ergibt, ist somit eine winkelgenaue Anzeige mit Anzeigevorrichtungen mit rechtwinkligen Ablenksystemen möglich.
Analog zu dem vorstehend beschriebenen Messvorgang ergibt sich bei einer Kernlage 127 nach Fig. 5 von 2250 eine phasenverschobene Lage der gleichen Kurvenform wie in Fig. 6, welche in Fig. 9 dargestellt ist. Bei gleicher Ansteuerung der Transistoren 70 bis 73 ergibt sich über die Kollektoren der Transistoren 70 und 71 das in Fig. 10 dargestellte Spannungsbild und über die Kollektoren der Transistoren 72 und 73 das in Fig. 11 dargestellte Spannungsbild.
Da sich die positiven Spannungszeitflächen von den überwiegenden negativen Spannungszeitlelächen subtrahieren und die verbleibenden Spannungszeitflächen der Fig. 10 und 11 auch dann noch gleich sind, ergeben sich an den beiden Ausgängen 78 und 79 gleich grosse negative Gleichspannungen, welche im Vektordiagranun ein gew naues Abbild für die wirkliche Lage der Kernlage 127 sind. Der Wirkungsgrad der beschriebenen Phasendiskriminatoren ist wegen der nichtsinusförmigen Signal- amplitude auf ca. 90 O/o begrenzt.
Da, wie einleitend erwähnt, die Messvorrichtung den Zweck hat, die Fertigungseinrichtung für das Kabel bei jeder über ein zulässiges Mass hinausgehenden Exzentrizität des Kabelleiters nachstellen zu können, soll die Exzentrizitätsanzeige auf die Lage des Kabelleiters unmittelbar beim Verlassen des Spritz- mundstückes, in welchem der Leiter mit einem plastischen Isoliermaterial umpresst wird, bezogen werden.
Es ist bekannt, dass sich derart hergestellte Kabel nach erfolgter Herstellung stark verdrehen können. Durch Einstellen der Winkellage des ruhenden Teiles des Wechselspannungsgenerators 81 kann nun die Phasen lage der Ansteuerung der Transistoren 70 bis 73 so eingestellt werden, dass eine evtl. Verdrehung des Kabels zwischen der Fertigungsvorrichtung und dem Messfühler 1 ausgeglichen wird. In diesem Falle kann also aus der auf der Anzeigevorrichtung angezeigten Richtung der Exzentrizität ohne weiteres auf die erforderliche Nachstellungsrichtung an der Fertigungseinrichtung geschlossen werden. Die Winkelgenauigkeit der beschriebenen Messvorrichtung beträgt in der Anzeige 120.
Die Empfindlichkeit der beschriebenen Messvorrichtung ist ausserordentlich gross. Bei maximaler Empfindlichkeit wird z. B. eine Exzentrizität von 0,001 mm bei einem Kabel mit einem Leiter von 0,5 mm Durchmesser und einer Isolationsstärke von 0,2 mm, bei Verwendung eines handelsüblichen Oszillografen mit Gleichspannungseingang als Anzeigevorrichtung durch eine Auslenkung von 5 mm angezeigt.
Die Empfindlichkeit der Messvorrichtung kann durch das als l0-Gang-Potentiometer ausgebildete Eichpotentiometer 48 eingestellt werden.
Zur Eichung der Messvorrichtung lässt man dieselbe zunächst ohne Kabel leer laufen und stellt die Anzeigevorrichtung z. B. Oszillografen auf den Nullpunkt ein. Danach führt man, wenn nicht bereits entsprechende Eichkurven vorhanden sind, einen Eichdorn mit einer bekannten Exzentrizität ein, welcher in Material und Abmessungen dem später zu prüfenden Kabel entsprechen sollte und stellt dann am Eichpotentiometer 48 die gewünschte Empfindlichkeit ein.
Die Verschiebung der mittleren Schwingfrequenz des Hochfrequenzoszillators 2, 4, 6, 7 durch verschiedenartige Messobjekte wird durch die schon beschriebene Regeleinrichtung selbsttätig ausgeglichen, indem die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 31, 32 nachgeführt wird.
Als Anzeigevorrichtungen können Oszillografen mit Gleichspannungseingängen oder zur Grossanzeige auch rechtwinklig zueinander angeordnete Motorkompensationsanzeiger in bekannter Bauweise Verwendung finden. Im übrigen können zur Anzeige alle Vorrichtungen benutzt werden, welche rechtwinklige Koordinatensysteme besitzen.
Zur automatischen Nachsteuerung der Fertigungsvorrichtung können an den Achsenausgängen 78 und 79 zusätzlich für jede Achse getrennte PID-Regler angeschlossen werden, welchen die Achsenausgangsspan nungen als Istwert aufgeschaltet werden. Da bekann tenveise PID-Regler eine optimale Ausregelung von Regelstrecken mit Totzeiten erlauben, ist durch deren Anwendbarkeit eine schnellstmögliche Regelung auf zentrische Kernlage gegeben.
Das beschriebene Messverfahren ist nicht nur auf die Messung der Exzentrizität von Kabelleitern beschränkt. Es ist z. B. durchaus möglich, auch die Gleichmässigkeit von Rohrwänden oder die Exzentrizität von aus verschiedenen Metallen aufgebauten Körpern zu messen.
Bei Kunststoffrohren wird als Messkern, welcher durch geeignete Vorrichtungen dem Messfühler 1 gegenüber gestellt wird, ein aus elastischen Materialien hergestellter Pfropfen vorgeschlagen, welcher mit aus etalloxyden bestehenden Farbstoffen gesättigt ist. Auch ist die Einlagerung von feinstem Metallpulver in den elastischen Pfropfen möglich.