DE10144643A1

DE10144643A1 - Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems

Info

Publication number: DE10144643A1
Application number: DE2001144643
Authority: DE
Inventors: Jochen Fischer; Juergen Stroenitz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems, insbesondere einer Werkzeugmaschine, mit einem Meßsystem mit mehreren mit einem Stator verbundenen und gegenüberliegend zu einem Rotor angeordneten berührungslos messenden Abstandssensoren, wobei zumindest ein Abstandssensor zur Erfassung eines axialen Abstandes zwischen dem Stator und dem Rotor und/oder zumindest ein weiterer Abstandssensor zur Erfassung eines radialen Abstandes zwischen dem Stator und dem Rotor vorgesehen ist, und einer Auswerteeinheit, wobei mittels der axialen und/oder radialen Abstände eine Verlagerung des Rotors relativ zum Stator in eine oder mehrere der Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems (X, Y, Z) und/oder eine Drehung um ein von der Drehachse des Rotors verschiedene Drehachse bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems.
Die vorliegende Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen ist insbesondere auch auf das Rotor-Stator-System einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine anwendbar.

Anwenderseitig werden an Bearbeitungsprozesse von Werkstücken immer höhere Anforderungen an eine erreichbare Fertigungsgenauigkeit gestellt. Diese Forderung betrifft insbesondere Bearbeitungsprozesse an Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise hochpräzise Fräs- oder Drehmaschinen.

Um eine möglichst hohe Fertigungsgenauigkeit zu erreichen, sollte insbesondere die räumliche Anordnung des Rotors (bewegtes Bauteil) im Stator (feststehendes Bauteil) möglichst konstant sein. Angewandt auf den Anwendungsfall einer Werkzeugmaschine bedeutet dies, daß die Werkzeugspindel (Rotor) möglichst konstant in ihrer räumlichen Anordnung zu dem die Werkzeugspindel aufnehmenden Spindelgehäuse (Stator) sein sollte, da eine derartige Verlagerung der Werkzeugspindel relativ zum Spindelgehäuse zu einer reduzierten Fertigungsgenauigkeit führt.

Solche Verlagerungen werden wesentlich durch thermische Einflüsse, wie beispielsweise Änderungen einer Umgebungstemperatur oder auch betriebsbedingte Erwärmung der Lager, der Motoren, des Stators, des Rotors oder andere Baugruppen der Werkzeugmaschine, erzeugt. Zudem wirken die aufgrund des Bearbeitungsprozesses auftretenden Bearbeitungskräfte und die insbesondere bei hohen Drehzahlen auftretenden Fliehkräfte ebenfalls verstärkend auf die auftretenden Verlagerungen. Daneben treten Verlagerungen verstärkt auch dann auf, wenn unzulässige Betriebszustände mit Betriebsparametern außerhalb eines spezifizierten Bereiches der Werkzeugmaschine eingestellt werden, beispielsweise eine zu hohe Vorschubgeschwindigkeit für ein bestimmtes zu bearbeitendes Metall.

Die hohen Anforderungen an die erreichbare Fertigungsgenauigkeit von Bearbeitungsmaschinen erfordern somit insbesondere Maßnahmen zur direkten Messung von Verlagerungen zwischen Rotor und Stator im Rotor-Stator-System und eine Kompensation derartiger Verlagerungen. Dies gilt beispielsweise für Verlagerungen zwischen Werkzeugspindel (Rotor) und Spindelgehäuse (Stator) von Werkzeugmaschinen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems zu schaffen, welche auf einfache Weise in das Rotor-Stator-System integrierbar ist und eine Messung einer Vielzahl an Betriebsparametern während des Betriebs des Rotor-Stator-Systems ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Demzufolge weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems, insbesondere einer Werkzeugmaschine, ein Meßsystem mit mehreren mit einem Stator verbundenen und gegenüberliegend zu einem Rotor angeordneten berührungslos messenden Abstandssensoren auf, wobei zumindest ein Abstandssensor zur Erfassung eines axialen Abstandes zwischen dem Stator und dem Rotor und/oder zumindest ein weiterer Abstandssensor zur Erfassung eines radialen Abstandes zwischen dem Stator und dem Rotor vorgesehen ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor- Stator-Systems eine Auswerteeinheit auf, wobei mittels der axialen und/oder radialen Abstände eine Verlagerung des Rotors relativ zum Stator in eine oder mehrere der Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems und/oder eine Drehung um eine von der Drehachse des Rotors verschiedene Drehachse bestimmbar ist.

Eine Drehung um eine von der Drehachse des Rotors verschiedene Drehachse wird im folgenden auch als "Verkippung" bezeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebeszuständen eines Rotor-Stator-Systems ist es auf vorteilhafte Weise möglich, das Meßsystem in das Rotor-Stator-System zu integrieren, ohne ein Bauvolumen desselben, also dessen geometrische Abmessungen, zu beeinflussen.

Zudem sind die mechanischen Eigenschaften des Rotor-Stator-Systems durch die erfindungsgemäße Integration des Meßsystems weitgehendst unbeeinflußt. Insbesondere ist die statische und die dynamische Rotorfestigkeit, im Anwendungsfall einer Werkzeugspindel die statische und die dynamische Spindelsteife nicht beeinflußt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die nachfolgenden Betriebsparameter bzw. Betriebszustände zu erfassen:

a) axiale Verlagerungen infolge von Fliehkräften, wodurch Drehzahleinflüsse erfaßbar sind,
b) axiale Verlagerungen infolge von Temperaturänderungen,
c) axiale Verlagerungen infolge von in axialer Richtung auf den Rotor wirkenden Kräften, insbesondere durch in axialer Richtung wirkende Bearbeitungskräfte,
d) radiale Aufweitungen, d. h. ein Durchmesserwachstum des Rotors, infolge von Fliehkrafteinflüssen,
e) radiale Aufweitungen und radiale Verlagerungen infolge von Temperatureinflüssen,
f) radiale Verlagerungen nach Betrag und Richtung, d. h. radiale Verlagerungsvektoren infolge von radial wirkenden Kräften insbesondere durch in radialer Richtung wirkende Bearbeitungskräfte,
g) Kippungsvektoren, d. h. Drehungen um von der Drehachse des Rotors verschiedene Drehachsen des Rotors infolge von radial wirkenden (Bearbeitung-)Kräften nach Betrag und Richtung,
h) axiale und radiale Rotorschwingungen infolge von Unwucht,
i) dynamischen Rotorbelastungen,
j) dynamisch instabile Rotorzustände, und
k) unzulässige Rotorbelastungen bei Überlastungen und Havarien.

Weiterhin ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems auf vorteilhafte Weise möglich, auftretende Bearbeitungskräfte bei der Bearbeitung eines Werkstückes nach Betrag und Richtung mittels eine Kalibrierung der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor- Stator-Systems auf die auftretenden und ermittelten Verlagerungen und/oder Drehungen des Rotors um nicht der Drehachse des Rotors entsprechende Achsen auf die entsprechenden Bearbeitungskräfte zu erfassen.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems ist zudem eine maschinenunabhängige Kompensation der Verlagerungen und/oder Verkippung zwischen einem Rotor und einem Stator realisierbar.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems ist vorgesehen, einen oder mehrere der Abstandssensoren zur Erfassung des radialen Abstandes zwischen Stator und Rotor und die entsprechend übrigen Abstandssensoren zur Erfassung des axialen Abstandes zwischen Stator und Rotor anzuordnen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind alle Abstandssensoren zur Bestimmung des axialen oder radialen Abstandes zwischen Stator und Rotor vorgesehen.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn mittels der zur Erfassung eines radialen Abstandes vorgesehenen Abstandssensoren jeweils ein Abstand zu einer ersten, zu einer Drehachse des Rotors im wesentlichen parallelen Fläche, insbesondere einer Mantelfläche des Rotors, bestimmbar ist. Zudem ist es vorteilhaft, wenn mittels der zur Erfassung eines axialen Abstandes vorgesehenen Abstandssensoren jeweils ein Abstand zu einer zweiten, zu der Drehachse des Rotors in einem Winkel angeordneten, insbesondere senkrechten Fläche bestimmbar ist.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems ist ein als Hohlzylinder ausgebildeter Sensorring vorgesehen, wobei die Abstandssensoren des Meßsystems am Sensorring angeordnet sind. Dabei können die zur Erfassung eines radialen Abstandes zwischen Stator und Rotor vorgesehenen Abstandssensoren entlang einer inneren Mantelfläche des Sensorrings und relativ zueinander versetzt angeordnet sein. Weiterhin können die zur Erfassung eines axialen Abstandes zwischen Stator und Rotor vorgesehenen Abstandssensoren entlang einer Grundfläche des Sensorrings und relativ zueinander versetzt angeordnet sein. Bevorzugterweise sind die innere Mantelfläche des Sensorrings und die Grundfläche des Sensorrings dabei zueinander senkrecht angeordnet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Mantelfläche des Rotors einen Absatz aufweist, wobei die innere Mantelfläche des Sensorrings parallel zu der Mantelfläche des Rotors und die Grundfläche des Sensorrings parallel zu einer Fläche des Absatzes angeordnet sind. Bevorzugterweise sind die an der inneren Mantelfläche des Sensorrings angeordneten Abstandssensoren zur Abstandsmessung zu der Mantelfläche des Rotors und die in der Grundfläche des Sensorrings angeordneten Abstandssensoren zur Abstandsmessung zu der Seitenfläche des Absatzes vorgesehen.

Gemäß einem weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Meßring vorgesehen, wobei der Meßring mit dem Rotor verbunden und benachbart zu dem Sensorring angeordnet ist. Bevorzugterweise ist der Meßring als Hohlzylinder ausgebildet, wobei eine innere Mantelfläche des Meßrings mit der Mantelfläche des Rotors verbunden ist. Eine Grundfläche des Meßrings kann gegenüberliegend zu der Grundfläche des Sensorrings angeordnet sein, wobei der axiale Abstand zwischen Sensorring und Meßring mittels der in der Grundfläche des Sensorrings angeordneten Abstandssensoren bestimmbar ist. Eine Ausbildung eines Absatzes wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig.

Die mit dem Meßsystem verbundene Auswerteeinheit weist vorzugsweise eine integrierte Verrechnungslogik auf, wobei mittels der insbesondere elektronischen Auswerteeinheit einzelnen Meßsignalen der Abstandssensoren jeweils entsprechende Abstände zuweisbar und über diese ermittelten Abstände einzelne Betriebszustände des Rotor- Stator-Systems bestimmbar sind. Zwischen den Abstandssensoren und der Auswerteeinheit kann eine Signalfiltereinrichtung angeordnet sein. Die Ausgabeeinheit weist vorzugsweise digitale und/oder analoge Signalschnittstellen auf, wobei die Ausgabeeinheit zur Visualisierung der ermittelten Betriebszustände und/oder zur Weiterleitung der ermittelten Betriebszustände an eine Kompensierungseinheit vorgesehen sind. Dabei umfassen die Betriebszustände vor allem die Verlagerungen des Rotors relativ zum Stator in eine oder mehrere der Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems und/oder eine Verdrehung um eine von der Drehachse des Rotors verschiedene Drehachse, die auch als "Verkippung" bezeichnet wird. Wenn die Drehachse des Rotors entlang einer Achse eines kartesischen Koordinatensystems, beispielsweise der z- Achse, ausgerichtet ist, so kann eine solche "Verkippung" insbesondere um die weiteren Achsen des kartesischen Koordinatensystems, also die x-Achse oder die y-Achse stattfinden.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems sind die bei einer technologischen Operation, d. h. bei einem Bearbeitungsvorgang, auftretenden Verfahrenskräfte mittels der axialen und/oder radialen Verlagerung und/oder Verkippung des Rotors relativ zum Stator auf Basis einer entsprechenden Kalibrierung bestimmbar.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems sind in den weiteren Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator- Systems, und
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Fig. 1 senkrecht zur Drehachse des Rotors.
Aus Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems für eine Werkzeugspindel entnehmbar.
Die Werkzeugspindel umfaßt einen Stator 2, das sogenannte Spindelgehäuse, und einen Rotor 4, die sogenannte Spindel. Die Spindel 4 ist im Stator mittels zweier Festlager 6 drehbar gelagert aufgenommen. Ein Ende der Spindel 4, welches in Fig. 1 links angeordnet ist, ist als eine Werkzeugaufnahme 9 ausgebildet. Die Werkzeugaufnahme 9ist zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeuges (nicht gezeigt), wie beispielsweise eines Fräskopfes, zur Durchführung einer technologischen Operation vorgesehen.
Um den Innenraum des Spindelgehäuses 2, in welchem die Spindel 4 aufgenommen ist, von dem Bearbeitungsraum mit Werkzeugaufnahme 9 und Bearbeitungswerkzeug zu trennen, ist zwischen dem Spindelgehäuse 2 und der Werkzeugaufnahme 9 eine Labyrinthdichtung 5 angeordnet. Die Labyrinthdichtung 5 umfaßt im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei an einer inneren Mantelfläche des Spindelgehäuses 2 angeordnete Scheiben mit Innenausnehmung und eine an einer äußeren Mantelfläche der Spindel 2 angeordneten Scheibe mit Innenausnehmung, welche zwischen den am Spindelgehäuse 2 angeordneten Scheiben angeordnet ist.
An dem der Werkzeugaufnahme 9 gegenüberliegenden Ende der Spindel 2 ist zwischen der Spindel 2 und dem Spindelgehäuse 4 eine sogenannte Statorwicklung 10 angeordnet. Mittels einem durch die Statorwicklung 10 fließenden Strom ist eine Drehbewegung des Rotors 4 um die Drehachse Z, welche mit der z-Achse des in Fig. 1 dargestellten kartesischen Koordinatensystems zusammenfällt, kontrollierbar und steuerbar.
Zwischen dem Spindelgehäuse 2 und der Spindel 4 ist weiterhin ein Sensorring 1 angeordnet, wobei der Sensorring 1 fest mit der inneren Mantelfläche des Spindelgehäuses 2 verbunden ist. Der Sensorring 1 ist als ein Hohlzylinder mit kreisringförmiger Grundfläche ausgebildet, wobei eine äußere Mantelfläche des Sensorrings 1 mit der Mantelfläche des Spindelgehäuses 2 verbunden ist. Zumindest das Ende der Spindel 4, an welchem die Werkzeugaufnahme 9 ausgebildet ist, durchsetzt die von einer inneren Mantelfläche des Sensorrings 1 begrenzte Ausnehmung im Sensorring 1. Zudem sind die innere Mantelfläche und die äußere Mantelfläche des Sensorrings 1 jeweils senkrecht zu der Grundfläche des Sensorrings 1 angeordnet. Weiterhin ist die innere Mantelfläche des Sensorrings 1 benachbart und parallel zur Mantelfläche der Spindel 4 angeordnet.
In dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensorring 1 einteilig ausgeführt. Eine sichere Fixierung des Sensorrings 1 auf der inneren Mantelfläche des Spindelgehäuses 4 ist durch die Wahl einer Passung zwischen der inneren Mantelfläche des Spindelgehäuses 4 und der äußeren Mantelfläche des Sensorrings 1 einstellbar. Beispielsweise kann der sichere Halt des Sensorrings 1 über eine Presspassung eingestellt werden. Ebenso kann der Sensorring 1 mit dem Spindelgehäuse mittels Klebe- oder Lötverfahren verbunden werden.
In weiteren, nicht näher gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Sensorring 1 mehrteilig ausgeführt, wobei die einzelnen Bauteile durch Befestigungselemente wie beispielsweise Schrauben oder Klammern miteinander verbunden sind. Bei einer Montage des Sensorrings 1 kann eine Vorspannung im Sensorring 1, insbesondere zur sicheren Fixierung des Sensorrings 1 auf der inneren Mantelfläche des Spindelgehäuses 2 über zwischen die einzelnen Bauteile eingelegte Distanzstücke oder durch diese Befestigungselemente selbst eingestellt werden. Die Vorspannung im Sensorring 1 ist insbesondere über Schrauben sehr präzise einstellbar, wobei sowohl Erhöhung als auch Erniedrigung der Vorspannung mittels entsprechender Wahl der Gewindesteigungen einzelnen Schrauben realisierbar ist.
An der Mantelfläche der Spindel 4 ist ein Meßring 3 angeordnet. Der Meßring 3 ist als Hohlzylinder mit einer kreisringförmigen Grundfläche und einer inneren und einer äußeren Mantelfläche ausgebildet.
In dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Meßring 3 einteilig ausgeführt. Eine sichere Fixierung des Meßrings 3 auf der Mantelfläche ist durch die Wahl einer Passung zwischen der inneren Mantelfläche des Meßrings 3 und der Mantelfläche der Spindel 4 einstellbar. Beispielsweise kann der sichere Halt des Meßrings 3 über eine Presspassung eingestellt werden. Ebenso kann der Meßring 3 mit der Spindel mittels Klebe- oder Lötverfahren verbunden werden.
In weiteren, nicht näher gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Meßring 3 mehrteilig ausgeführt, wobei die einzelnen Bauteile durch Befestigungselemente wie beispielsweise Schrauben oder Klammem miteinander verbunden sind. Bei einer Montage des Meßrings 3 kann eine Vorspannung im Meßring 3, insbesondere zur sicheren Fixierung des Meßrings auf der Mantelfläche der Spindel 4 über diese Befestigungselemente eingestellt werden. Die Vorspannung im Meßring 3 ist insbesondere über Schrauben sehr präzise einstellbar.
Der Meßring 3 ist benachbart zum Sensorring 1 angeordnet, wobei eine Grundfläche des Meßrings 3 gegenüberliegend zu einer Grundfläche des Sensorrings 1 angeordnet ist.
Mehrere berührungslos messende Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d sind in dem mit dem Spindelgehäuse 2 fest gekoppelten Sensorring 1 integriert.
Einzelne der Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d sind parallel zur Drehachse Z der Spindel 4 (des Rotors) ausgerichtet, und werden im folgenden als axiale Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d bezeichnet. Die Lage der Drehachse Z entspricht in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der z-Achse in dem in Fig. 1 gezeigten kartesischen Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z. Die axialen Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d sind in der Grundfläche des Sensorrings 1, welche der Grundfläche des Meßrings 3 gegenüberliegt, angeordnet.
Wie insbesondere aus Fig. 2 entnehmbar, weist das Meßsystem in dem in Fig. 1 und
Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel vier axiale Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d auf, wobei die axialen Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d jeweils um 90° versetzt an der Grundfläche des Sensorrings 1 angeordnet sind. Dementsprechend liegen jeweils zwei der axialen Abstandssensoren, in diesem Falle 7a und 7b bzw. 7c und 7d auf je einer Verbindungsgeraden durch den Mittelpunkt der kreisringförmigen Grundfläche des Sensorrings 1.
Die übrigen Abstandssensoren 8a, 8b, 8c, 8d sind in einer Ebene angeordnet, welche zur durch die x-Achse und die y-Achse des kartesischen Koordinatensystems aufgespannten Ebene parallel ist, und werden im folgenden als radiale Abstandssensoren 8a, 8b, 8c, 8d bezeichnet. Dementsprechend ist die Ausrichtung der radialen Abstandssensoren 8a, 8b, 8c, 8d senkrecht zur Drehachse Z des Rotors 4. Die radialen Abstandssensoren 8a, 8b, 8c, 8d sind in der inneren Mantelfläche des Sensorrings 1 angeordnet und liegen der Mantelfläche des Rotors 4 gegenüber.
Das in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel weist vier radiale Abstandssensoren 8a, 8b, 8c, 8d auf, welche ebenfalls jeweils um 90° versetzt an der inneren Mantelfläche des Sensorrings 1 angeordnet sind. Dementsprechend liegen jeweils zwei der Abstandssensoren, in diesem Falle 8a und 8b bzw. 8c und 8d auf einer Verbindungsgeraden durch den Mittelpunkt der kreisringförmigen Grundfläche des Sensorringes 1.
Wie aus Fig. 2 entnehmbar, stimmen die Verbindungsgeraden der axialen Abstandssensoren 7a, 7b und der radialen Abstandssensoren 8a, 8b bzw. die Verbindungsgerade der axialen Abstandssensoren 7b, 7d und der radialen Abstandssensoren 8c, 8d jeweils miteinander überein.
Aus Fig. 2 ist ebenfalls die Verschaltung der Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d in einer Auswerteeinheit 11 gezeigt.
Zur Messung einer Verlagerung des Rotors 4 (Spindel) gegenüber dem Stator 2 (Spindelgehäuse) entlang der x-Achse des in Fig. 2 gezeigten Koordinatensystems wird ein Abstandssignal des radialen Abstandssensors 8a und ein Abstandssignal des diesem radialen Abstandssensor 8a gegenüberliegenden radialen Abstandssensors 8b in der Auswerteeinheit 11 aufsummiert, wobei das Signal des radialen Abstandssensors 8a mit negativen Vorzeichen und das Signal des radialen Abstandssensors 8b mit positiven Vorzeichen angewendet wird.
Zur Ermittlung einer Verlagerung des Rotors 4 gegenüber dem Stator 2 entlang der y- Achse ist ein Meßsignal des radialen Abstandssensors 8c und ein Meßsignal des gegenüber dem radialen Abstandssensor 8c angeordneten radialen Abstandssensors 8d in der Auswerteeinheit 11 aufsummiert, wobei das Signal des radialen Abstandssensors 8c mit negativen Vorzeichen und das Signal des radialen Abstandssensors 8d mit positiven Vorzeichen angewendet wird.
Zur Bestimmung einer radialen Aufweitung des Rotors, d. h. einem Durchmesserzuwachs der Spindel, werden die Meßsignale aller vier radialen Abstandssensoren 8a, 8b, 8c, 8d aufsummiert, wobei alle Signale der radialen Abstandssensoren 8a, 8b, 8c, 8d mit positiven Vorzeichen angewandt werden.
Zur Messung einer Verlagerung des Rotors 4 entlang der z-Achse, also entlang der Drehachse Z, sind die Meßsignale alle vier axialen Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d in der Auswerteeinheit 11 aufsummiert, wobei alle vier Meßsignale der axialen Abstandssensoren 7a, 7b, 7c, 7d mit positiven Vorzeichen angewandt werden.
Zur Bestimmung einer Verkippung des Rotors 4 in dem Stator 2 um die x-Achse sind die Signale der axialen Abstandssensoren 7c und 7d in der Auswerteeinheit 11 aufsummiert, wobei das Meßsignal des axialen Abstandssensors 7c mit positivem Vorzeichen und das Meßsignal des axialen Abstandssensors 7d mit negativen Vorzeichen angewandt wird.
Zur Bestimmung einer Verkippung des Rotors 4 im Stator 2 um die y-Achse sind die Signale des axialen Abstandsensors 7a und des axialen Abstandssensors 7b in der Auswerteeinheit 11 aufsummiert, wobei das Meßsignal des Abstandssensors 7a mit positiven Vorzeichen und das Meßsignal des axialen Abstandssensors 7c mit negativen Vorzeichen angewandt werden.
Mit der vorliegenden Vorrichtung können insbesondere Verlagerungen entlang der x- Achse, y-Achse und z-Achse, radiale Aufweitungen und Kippungen um die x-Achse oder die y-Achse als Betriebszustände bzw. Betriebsparameter des Rotor-Stator-Systems erfaßt werden. Folglich können mit dem vorstehend beschriebenen Meßsystem die folgenden Betriebszustände bzw. Betriebsparameter erfaßt werden:

1. axiale Verlagerungen infolge von Fliehkräften,
2. axiale Verlagerungen infolge von Temperaturänderungen,
3. axiale Verlagerungen infolge von in axialer Richtung auf den Rotor wirkenden Kräften,
4. radiale Aufweitungen infolge von Fliehkrafteinflüssen,
5. radiale Aufweitungen bzw. Verlagerungen infolge von Temperatureinflüssen,
6. radiale Verlagerungen nach Betrag und Richtung infolge von radial wirkenden Kräften,
7. Kippungsvektoren des Rotors infolge von radial wirkenden Kräften,
8. axiale und radiale Rotorschwingungen infolge Unwucht, dynamischen Rotorbelastungen und dynamische instabilen Rotorzuständen, und
9. unzulässige Rotorbelastungen bei Überlast und Havarien.

Die vorliegende Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator- Systems ist jedoch nicht auf das im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel beschriebene Meßsystem, insbesondere bezüglich Anzahl und Anordnung der radialen und/oder axialen Abstandssensoren beschränkt, was aus den nachstehenden weiteren Ausführungsbeispielen der Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems bezüglich des Meßsystems deutlich wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Meßsystems sind drei um je 120° versetzte axiale Abstandssensoren und drei um je 120° versetzte radiale Abstandssensoren zur Bildung des Meßsystems verwandt. Auch in dieser Anordnung sind die vorstehend beschriebenen axialen Verlagerungen, die radialen Aufweitungen, die radialen Verlagerungen, der Kippvektor des Rotors, die axialen und radialen Rotorschwingungen und die unzulässige Rotorbelastung bestimmbar wie in der vorstehenden Aufzählung unter den Punkten (1) bis (9) dargelegt.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind zwei um 180° versetzte axiale Abstandssensoren und vier um je 90° versetzte radiale Abstandssensoren bzw. zwei um je 180° versetzte axiale Abstandssensoren und drei um je 120° versetzte radiale Abstandssensoren zur Bildung des Meßsystems zusammengefaßt. Mit diesen Ausführungsbeispielen sind die vorstehend beschriebenen Betriebszustände außer dem Kippungsvektor des Rotors infolge von radial wirkenden Kräften erfaßbar. Dies entspricht den Punkten (1) bis (6), (8) und (9) in der vorstehenden Aufzählung, wobei die Kippung des Rotors (Punkt (7) der Aufzählung) immer noch um eine Achse, entweder die x-Achse oder die y-Achse, meßbar ist.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind ein axialer Abstandssensor und vier um je 90° versetzte radiale Abstandssensoren bzw. ein axialer Abstandssensor und drei um je 120° versetzte radiale Abstandssensoren zur Bildung des Meßsystems zusammengefaßt. In dieser Ausführungsform des Meßsystems sind wiederum alle vorstehend beschriebenen Betriebszustände außer dem Kippungsvektor des Rotors infolge von radial wirkenden Kräften erfaßbar. Dies entspricht den Punkten (1) bis (6), (8) und (9) in der vorstehenden Aufzählung.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind vier um je 90° versetzte radiale Abstandssensoren bzw. drei um je 120° versetzte radialmessende Abstandssensoren zur Bildung des Meßsystems zusammengefaßt. In dieser Ausführungsform des Meßsystems sind die radiale Aufweitung infolge von Fliehkrafteinflüssen, die radiale Aufweitung bzw. Verlagerung infolge von Temperatureinflüssen, die radiale Verlagerung nach Betrag und Richtung infolge von radial wirkenden Kräften und die unzulässige Rotorbelastung bei Überlastung und Havarien meßbar. Dies entspricht den Punkten (4) bis (6) und (9) in der vorstehenden Aufzählung. Weiterhin sind radiale Rotorschwingungen infolge Unwucht, dynamischen Rotorbelastungen und dynamisch instabilen Rotorzuständen meßbar.
In weiteren Ausführungsbeispielen des Meßsystems sind vier um je 90° versetzte axiale Abstandssensoren bzw. drei um je 120° versetzte axiale Abstandssensoren zur Bildung des Meßsystems zusammengefaßt. In dieser Ausführungsform sind die axialen Verlagerungen infolge von Fliehkräften, die axialen Verlagerungen infolge von Temperaturänderungen, die axialen Verlagerungen infolge in axialer Richtung auf den Rotor wirkenden Kräften, der Kippungsvektor des Rotors infolge von radial wirkenden Kräften und die unzulässige Rotorbelastung bei Überlastung und Havarien erfaßbar. Dies entspricht den Punkten (1) bis (3), (7) und (9) in der vorstehenden Aufzählung. Weiterhin sind axiale Rotorschwingungen infolge Unwucht, dynamischen Rotorbelastungen und dynamisch instabilen Rotorzuständen meßbar.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt das Meßsystem zwei um 180° versetzte axiale Abstandssensoren. In diesem Ausführungsbeispiel sind die axiale Verlagerung infolge von Fliehkräften, die axialen Verlagerungen infolge von Temperaturänderungen, die axialen Verlagerungen infolge von in axialer Richtung auf den Rotor wirkenden Kräften und die unzulässige Rotorbelastungen bei Überlastung und Havarien erfaßbar. Dies entspricht den Punkten (1) bis (3) und (9) in der vorstehenden Aufzählung. Die Kippung des Rotors ist nur noch um eine Achse meßbar. Weiterhin sind axiale Rotorschwingungen infolge Unwucht, dynamischen Rotorbelastungen und dynamisch instabilen Rotorzuständen meßbar.
In weiteren Ausführungsbeispielen umfaßt das Meßsystem zwei um 90° versetzte axiale Abstandssensoren bzw. zwei um 90° versetzte radiale Abstandssensoren. Mit dem derartigen Meßsystem sind alle vorstehend beschriebenen Betriebszustände (1) bis (9) erfaßbar. Es ist jedoch keine Unterscheidung zwischen radialer Verlagerung und radialer Aufweitung möglich. Weiterhin ist ebenfalls eine Trennung zwischen axialer Verlagerung und Kippung nicht möglich.
Die vorliegende Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator- Systems ist ebenfalls nicht auf die gemeinsame Anordnung eines Sensorringes 1 und eines Meßringes 3 beschränkt. Beispielsweise kann, wenn eine Messung der axialen Verlagerungen infolge von Fliehkräften oder Temperaturänderungen oder in axialer Richtung auf den Rotor wirkenden Kräften nicht notwendig ist (Punkte (1) bis (3) der vorstehenden Aufzählung), der Meßring entfallen. Folglich wird eine Abstandsmessung in diesem Anwendungsfall direkt gegen die Mantelfläche des Rotors mittels der radialen Abstandssensoren durchgeführt.
Die Messung der axialen Verlagerungen infolge von Fliehkräften oder Temperaturänderungen oder in axialer Richtung auf den Rotor 4 wirkenden Kräften (Punkte (1) bis (3) der vorstehenden Aufzählung), ist jedoch auch ohne einen Meßring 3 möglich, wenn an der Mantelfläche des Rotors 4 eine Abstufung vorgesehen ist. Die Messung der radialen Abstände erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Eine Messung der axialen Abstände hingegen erfolgt zwischen der in der Grundfläche des Sensorrings 1 angeordneten axialen Abstandssensoren und der durch die Abstufung gebildeten Seitenfläche des Rotors 4. Dabei ist die innere Mantelfläche des Sensorrings 1 insbesondere parallel zu der Mantelfläche des Rotors 4 und die Grundfläche des Sensorrings 1 parallel zu der Seitenfläche des Absatzes angeordnet und die Seitenfläche des Absatzes ist senkrecht zur Drehachse Z des Rotors 4 ausgerichtet.
Als Sensoren können optische, kapazitive oder induktive Wegaufnehmer und auch Wirbelstromaufnehmer zum Einsatz kommen.
Mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems ist es folglich auf vorteilhafte Weise möglich, axiale und radiale Verlagerungen sowie Verkippungen zwischen rotierenden und stillstehenden Bauteilen von Maschinen mittels Abstandsmessungen durch in geeigneter Weise angeordnete berührungslos messende Abstandssensoren zu überwachen. Die Abstandssensoren sind entweder direkt am stillstehenden Bauteil oder an einem in oder an dem stillstehenden Bauteil fixierbaren Bauteil angebracht. Die Sensoren messen entweder direkt den Abstand zum rotierenden Bauteil oder zu einem auf dem rotierenden Bauteil angebrachten Meßring. Die von den Abstandssensoren erzeugten Meßsignale werden in einer nachgeschalteten elektronischen Baugruppe mit integrierter Verrechnungslogik, welche aus den gemessenen Abständen mittels Filterung und Signalverrechnung Verlagerungen in alle Raumrichtungen sowie Verkippungen um nicht mit der Drehachse parallel Achsrichtungen ermittelt und in digitaler sowie analoger Form zur Verfügung gestellt.

Claims

1. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems, insbesondere einer Werkzeugmaschine, mit einem Meßsystem mit mehreren mit einem Stator (2) verbundenen und gegenüberliegend zu einem Rotor (4) angeordneten berührungslos messenden Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d), wobei zumindest ein Abstandssensor (7a, 7b, 7c, 7d) zur Erfassung eines axialen Abstandes zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (4) und/oder zumindest ein weiterer Abstandssensor (8a, 8b, 8c, 8d) zur Erfassung eines radialen Abstandes zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (4) vorgesehen ist, und einer Auswerteeinheit (11), wobei mittels der axialen und/oder radialen Abstände eine Verlagerung des Rotors (4) relativ zum Stator (4) in eine oder mehrere der Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems (x, y, z) und/oder eine Drehung des Rotors (4) um eine von der Drehachse (Z) des Rotors (4) verschiedene Drehachse (x, y) bestimmbar ist.

2. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Abstandssensoren (8a, 8b, 8c, 8d) zur Erfassung des radialen Abstandes zwischen Stator (2) und Rotor (4) und die entsprechend übrigen Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) zur Erfassung des axialen Abstandes zwischen Stator (2) und Rotor (4) vorgesehen sind oder alle Abstandssensoren zur Bestimmung des axialen oder radialen Abstandes zwischen Stator (2) und Rotor (4) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der zur Erfassung eines radialen Abstandes vorgesehenen Abstandssensoren (8a, 8b, 8c, 8d) jeweils ein Abstand zu einer ersten, zu einer Drehachse (Z) des Rotors (4) im wesentlichen parallelen Fläche, insbesondere einer Mantelfläche des Rotors (4), bestimmbar ist.

4. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der zur Erfassung eines axialen Abstandes vorgesehenen Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) jeweils ein Abstand zu einer zweiten, zu der Drehachse (Z) des Rotors (4) in einem Winkel angeordneten, insbesondere senkrechten Fläche bestimmbar ist.

5. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen als ein Hohlzylinder ausgebildeten Sensorring (1), wobei die Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d) des Meßsystems am Sensorring (1) angeordnet sind.

6. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erfassung eines radialen Abstandes zwischen Stator (2) und Rotor (4) vorgesehenen Abstandssensoren (8a, 8b, 8c, 8d) entlang einer inneren Mantelfläche des Sensorrings (1) und relativ zueinander versetzt angeordnet sind.

7. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erfassung eines axialen Abstandes zwischen Stator (2) und Rotor (4) vorgesehenen Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) entlang einer Grundfläche des Sensorrings (1) und relativ zueinander versetzt angeordnet sind.

8. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Mantelfläche des Sensorrings (1) und die Grundfläche des Sensorrings (1) zueinander senkrecht angeordnet sind.

9. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mantelfläche des Rotors (4) einen Absatz aufweist, wobei die innere Mantelfläche des Sensorrings (1) parallel zu der Mantelfläche des Rotors (4) und die Grundfläche des Sensorrings (1) parallel zu einer Seitenfläche des Absatzes angeordnet sind.

10. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an der inneren Mantelfläche des Sensorrings (1) angeordneten Abstandssensoren (8a, 8b, 8c, 8d) zur Abstandsmessung zu der Mantelfläche des Rotors (4) und die in der Grundfläche des Sensorrings (1) angeordneten Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) zur Abstandsmessung zu der Seitenfläche des Absatzes vorgesehen sind.

11. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch einen Meßring (3), wobei der Meßring (3) mit dem Rotor (4) verbundenen und benachbart zu dem Sensorring (1) angeordnet ist.

12. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßring (3) als Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei eine innere Mantelfläche des Meßrings (3) mit der Mantelfläche des Rotors (4) verbunden ist.

13. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundfläche des Meßrings (3) gegenüberliegend zu der Grundfläche des Sensorrings (1) angeordnet ist, wobei der axiale Abstand mittels den in der Grundfläche des Sensorrings (1) angeordneten Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) bestimmbar ist.

14. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Meßsystem verbundene Auswerteeinheit (11) eine integrierte Verrechnungslogik aufweist, wobei mittels der insbesondere elektronischen Auswerteeinheit (11) einzelnen Meßsignalen der Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d) jeweils entsprechende Abstände zuweisbar und über die ermittelten Abstände einzelne Betriebszustände des Rotor-Stator-Systems bestimmbar sind.

15. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Signalfiltereinrichtung, wobei die Signalfiltereinrichtung zwischen den Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d) und der Auswerteeinheit (11) angeordnet ist.

16. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch digitale und/oder analoge Signalschnittstellen der Ausgabeeinheit (11), wobei die Ausgabeeinheit (11) zur Visualisierung der ermittelten Betriebszustände und/oder zur Weiterleitung der ermittelten Betriebszustände an eine Kompensierungseinheit vorgesehen ist.

17. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem vier um je 90° versetzte axial messende Abstandssensoren (7a, 7b, 7c, 7d) und vier um je 90° versetzte radial messende Abstandssensoren (8a, 8b, 8c, 8d) aufweist.

18. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem drei um je 120° versetzte axial messende und drei um je 120° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

19. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem zwei um je 180° versetzte axial messende und vier um je 90° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

20. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem zwei um je 180° versetzte axial messende und drei um je 120° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

21. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen axial messenden und vier um je 90° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

22. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen axial messenden und drei um je 120° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

23. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem vier um je 90° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

24. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem drei um je 120° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

25. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem vier um je 90° versetzte axial messende Abstandssensoren aufweist.

26. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem drei um je 120° versetzte axial messende Abstandssensoren aufweist.

27. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem zwei um 180° versetzte axial messende Abstandssensoren aufweist.

28. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem zwei um 90° versetzte axial messende Abstandssensoren aufweist.

29. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem zwei um 90° versetzte radial messende Abstandssensoren aufweist.

30. Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer technologischen Operation auftretenden Verfahrenskräften mittels der axialen und/oder radialen Verlagerungen und/oder Verkippungen des Rotors (4) relativ zum Stator (1) auf Basis einer entsprechenden Kalibrierung bestimmbar ist.