DE102004026326B4

DE102004026326B4 - Motor mit integrierten Bauelementen

Info

Publication number: DE102004026326B4
Application number: DE102004026326A
Authority: DE
Inventors: Gerd Gebauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: DE102004026326A1

Abstract

Messvorrichtung, insbesondere zur Bestimmung und zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades von ein- und ausgehender und gestreuter elektromagnetischer Strahlung in gasförmigen und flüssigen Medien, insbesondere zur Bestimmung der Dichte, der Größe, der Größenverteilung, der dielektrischen und der absorbierenden Materialeigenschaften von Streukörpern, welche insbesondere aus verschiedenartigen Materialien mehrschichtig aufgebaut sind oder sich aus verschiedenartigen Materialien zusammensetzen oder Hohlräume aufweisen, von Aerosolanteilen in einem Streukörpergemisch, zur Unterscheidung von verschiedenen Anteilen und Arten in einem Streukörpergemisch, zur Bestimmung der Form des Streukörpers, der Streukörperdetektion während des Durchganges durch ein Kontrollvolumen, mit einem Motor, insbesondere mit einem Elektromotor, der eine an Lagern (4) gelagerte Rotorwelle aufweist, wobei der Motor mit rotierenden und nichtrotierenden optischen und/oder elektronischen Bauelementen (11a, 11b, 11c, 12a, 12b, 2c, 13a, 13b) in Verbindung steht, die Rotorwelle (5) als Hohlwelle ausgebildet ist und die Rotationsachse der Rotorwelle (5) mit der Transmissionsachse (6) der rotierenden und nicht-rotierenden...

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, insbesondere zur Bestimmung und zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades von ein- und ausgehender und gestreuter elektromagnetischer Strahlung in gasförmigen und flüssigen Medien, insbesondere zur Bestimmung der Dichte, der Größe, der Größenverteilung und der dielektrischen und der absorbierenden Materialeigenschaften von Streukörpern, welche insbesondere aus verschiedenartigen Materialien mehrschichtig aufgebaut sind oder sich insbesondere aus verschiedenartigen Materialien zusammensetzen oder Hohlräume aufweisen, von Aerosolanteilen in einem Streukörpergemisch, zur Unterscheidung von verschiedenen Anteilen und Arten in einem Streukörpergemisch, zur Bestimmung der Form des Streukörpers, der Streukörperdetektion während des Durchgangs durch ein Kontrollvolumen, mit einem Motor, insbesondere mit einem Elektromotor, der eine an Lagern gelagerte Rotorwelle aufweist, wobei der Motor mit rotierenden und nichtrotierenden optischen und/oder elektronischen Bauelementen in Verbindung steht, die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die Rotationsachse der Rotorwelle mit der Transmissionsachse der rotierenden und nicht rotierenden Bauelemente zusammenfällt, wobei einige Bauelemente außerhalb der Hohlwelle entlang der Rotationsachse an der Messvorrichtung integriert sind
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Einkopplung und zur Messwertaufnahme von elektromagnetischen Wellen, bei dem Bauelemente zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades der ein- und ausgehenden und gestreuten elektromagnetischen Wellen rotieren und nicht rotieren.
Bei zahlreichen Verfahren zur Einkopplung und zur Messwertaufnahmen von elektromagnetischen Wellen ist es notwendig, dass Bauelemente insbesondere zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades kontrolliert rotieren und die Winkelposition dieser Bauelemente bezüglich eines Bezugssystem bekannt sein muss. Diese rotierenden Bauelemente werden in der Regel zur kontinuierlichen Veränderung der Polarisationseigenschaften von elektromagnetischen Wellen und/oder zur Modulation der durchgehenden Intensität eingesetzt. Für die notwendige kontrollierte Variation der Drehzahl werden zur Zeit überwiegend Synchronmotoren, Servomotoren oder Schrittmotoren verwendet. Die Kopplung zwischen dem Motor und den rotierenden Bauelementen erfolgt dabei über ein mechanisches Getriebe. Des weiteren ist es bei zahlreichen Messvorrichtungen oder Verfahren notwendig, dass die eingeführten elektromagnetischen Wellen insbesondere bei industriellen Anwendungen durch einen großen Beobachtungsraum geleitet werden müssen, wobei die eingebrachten elektromagnetischen Wellen ein ggf. großes Messvolumen einnehmen und zwischen Messobjekt und Messwertaufnahme ein großer räumlicher Abstand besteht. Darüber hinaus ist es bei zahlreichen Verfahren notwendig, die absolute Intensität des Messsignals zu bestimmen, aus der insbesondere auf die Dichte von Streukörpern geschlossen werden kann.
Es erweist sich als Nachteil, dass die Kopplung zwischen dem Motor und den rotierenden und nichtrotierenden Bauelementen mittels eines mechanischen Getriebes erfolgt. Diese Art der Kopplung hat zur Folge, dass es zu einer räumlichen Trennung zwischen Motor und den rotierenden Bauelementen kommt. Daraus resultiert ein vergrößerter Platzbedarf, der im Rahmen moderner insbesondere optischer Messtechniken häufig unerwünscht ist. Des weiteren erweist es sich als Nachteil, dass rotierende und nichtrotierende Bauelemente insbesondere zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades wie z.B. Photomultiplier, Linsen, Mikrowellen-Gitter, Lasermodulatoren und/oder Faraday-Rotatoren nicht in ein gemeinsames Meßsystem integriert sind.
Ferner ist ein vergrößerter Platzbedarf mit dem Nachteil behaftet, dass komplexe Systeme zur Einkopplung, zur Messwertaufnahme und/oder zur Intensitätsmessung von elektromagnetischen Wellen für die technische und industrielle Nutzung nur unzureichend umgesetzt werden können. Ein komplexes System stellt insbesondere ein Mehrkammersystem aus einzelnen Kammern dar, die insbesondere durch optische und/oder keramische Fenster getrennt sind. Insbesondere können an den Fenstern, aufgrund von z.B. Druckdifferenzen, Kräfte auftreten, die insbesondere einen negativen Einfluss auf die polarisationsabhängigen Transmissionseigenschaften der Fenster ausüben. Demnach ist es wünschenswert, diese Krafteinwirkungen aufzuheben bzw. zu verringern.

Aus der EP 0 165 771 B1 ist zwar ein Ellipsometer bekannt, bei dem Transmissionsachse und Rotationsachse zusammefallen, wobei ein Prisma in eine Hohlwelle integriert ist. Dieser Teil der Hohlwelle befindet sich jedoch außerhalb des eigentlichen Motors, was u. a. mit einem erhöhten Platzbedarf verbunden ist. Ähnliches gilt für die DE 42 19 691 A1 , die eine Messvorrichtung offenbart, bei der auf der Hohlachse des Schrittmotors ein Polarisationsprisma angeordnet ist.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung für die Einkopplung und für die Messwertaufnahme von elektromagnetischen Wellen zur Verfügung zu stellen, die eine räumliche Trennung zwischen Motor und rotierenden und nichtrotierenden Bauelementen insbesondere zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades wie z.B. Photomultipler, Linsen, Mikrowellen-Gitter, Lasermodulatoren und/oder Faraday-Rotatoren nicht enthält.

Bei der Messvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass in den Hohlraum der Rotorwelle Bauelemente integriert sind, so dass keine räumliche Trennung zwischen dem Motor und diesen Bauelementen besteht.

Die Grundidee der Erfindung ist es, eine relativ zur Rotationsbewegung der Rotorwelle synchrone Bewegung von rotierfähigen Bauelementen insbesondere zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades von elektromagnetischen Wellen herzustellen, indem die Transmissionsachse der rotierfähigen Baumelente mit der Rotationsachse des Rotors zusammenfällt. Dieses Ziel wird insbesondere dadurch erreicht, dass die rotierfähigen Bauelementen insbesondere zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes, des Polarisations- und Depolarisationsgrades und/oder zur Messung der Intensität direkt in die Rotorwelle, die als Hohlwelle ausgebildet ist, integriert sind. Diese Bauelemente sind somit unmittelbar mit den Bestandteilen des Motors gekoppelt. Eine räumliche Trennung zwischen Motor und den Bauelementen insbesondere zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes, des Polarisations- und Depolarisationsgrades und/oder zur Messung der Intensität liegt somit nicht mehr vor. Die Integration der Einkopplung und/oder die Messwertaufnahme von elektromagnetischen Wellen in den Motor zu einem kompakten System beinhaltet zugleich, dass insbesondere die Elektronik zur Einkopplung und/oder zur Messwertaufnahme von äußeren, die Messung störenden Einflüssen abgeschirmt werden kann.

Es ist von Vorteil, dass der Motor und insbesondere die Rotorwelle aus nicht magnetisierbarem Material besteht und insbesondere der Motor Schlitze zur Vermeidung von Kreisströmen aufweist und zugleich elektronische Bauelemente wie z.B. Photomultiplier mit magnetisierbarem Material gekapselt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass die Kraftwirkung auf das rotierende Magnetfeld des Motors minimiert wird und zugleich die elektronischen Bauelemente vor dem Magnetfeld des Motors geschützt werden.

Es ist sinnvoll, dass die nichtrotierenden Bauelemente zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes, des Polarisations- und Depolarisationsgrades und/oder zur Messung der Intensität und/oder elektronische Komponenten an einem rohrförmigen Vorsprung eines Messkörpers befestigt sind, der nicht mit der Rotorwelle mitrotiert. Dadurch ist sichergestellt, dass nur solche optischen und elektronischen Bauelemente rotieren, die eigens dafür vorgesehen sind.

Vorteilhafterweise sind die nichtrotierenden Bauelemente zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes, des Polarisations- und Depolarisationsgrades und/oder zur Messung der Intensität und/oder elektronische Komponenten an einem insbesondere axial verschiebbaren und feststellbaren Rohr, das insbesondere aus nicht magnetisierbarem Material besteht, befestigt. Daraus erwächst sich der Vorteil, dass eine Justierung dieser Bauelemente vorgenommen werden kann.

Zweckmäßigerweise besteht der Motor entlang der Transmissionsachse aus einem Mehrkammersystem mit einzelnen Kammern, in die rotierende und nichtrotierende Bauelemente zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes, des Polarisations- und Depolarisationsgrades und/oder zur Messung der Intensität und/oder elektronische Komponenten integriert sind. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass spezielle Messverfahren eine Einbringung von elektromagnetischen Wellen in Kammern voraussetzt.

Es ist von Vorteil, wenn die einzelnen Kammern durch Fenster aus optischen Gläsern oder keramischen Materialien und/oder durch Sicherheitsgläser getrennt sind, wobei insbesondere das hinterste Fenster, welches die Messvorrichtung gegenüber der Umgebung abschließt den sicherheitstechnischen Anforderungen entspricht und die übrigen Fenster insbesondere für die Erhaltung des Polarisationszustandes und der Optimierung der Transmissionseigenschaft der elektromagnetischen Wellen ausgelegt sind und die einzelnen Kammern jeweils kontrolliert auf abgestufte Drücke und Temperaturen fahrbar sind, wobei jeweils der einzustellende Druck und die Öffnungsweite der Fenster sich nach den Anforderungen der rotierenden und nichtrotierenden Bauelemente und insbesondere nach der Minimierung der Kraftwirkung auf die Fenster richtet. Dieses ermöglicht eine Anpassung des Arbeitsdruckes in den relevanten Kammern zur Vermeidung von hohen Kraftwirkungen auf die Fenster. Dies ist insbesondere bei Messverfahren notwendig, bei der die Messquelle in einer Prozesskammer mit einem vom Normaldruck verschiedenen Arbeitsdruck betrieben wird und einzelne Bauelemente und Komponenten nur mit Normaldruck betrieben werden können. Die optischen Gläser und die keramischen Materialien sind dafür ausgelegt, dass sie für die jeweils verwendete Wellenlänge eine optimale Transmission und eine Erhaltung des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Wellen ermöglichen. Insbesondere ermöglicht diese Kammerstruktur, bei dem Übergang der elektromagnetischen Welle zwischen der Prozesskammer und der Einkopplung und/oder der Messwertaufnahme unerwünschte Polarisationsbeeinflussungen auszuschließen und bei dem Übergang von der Einkopplung und/oder der Messwertaufnahme zum Außenraum ein Sicherheitsglas zu verwenden und damit den Sicherheitsansprüchen zu genügen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Regulierung der Drücke in den einzelnen Kammern im Durchfluss erfolgt. Die Steuerung der Drücke im Durchfluss gewährleistet, dass das vorbeiströmende Gas zugleich der Kühlung der vorhandenen rotierenden und nichtrotierenden Bauelemente dient.

Zweckmäßigerweise sind insbesondere die einzelnen Kammern mit einer Kühlung ausgestattet, welche die Temperaturen reguliert. Dadurch ist eine Kühlung der rotierenden und nichtrotierenden Bauelemente gegeben. Außerdem schützt diese Kühlung die Fenster vor Überhitzung. Bei dieser Kühlung handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeits- und/oder Gaskühlung, wobei insbesondere für die Flüssigkeitskühlung in die äußere insbesondere metallische Ummantelung der Kammern Kühlkreisläufe z.B. durch Rohre eingebracht werden.

Es ist von Vorteil, wenn bei einer verwendeten Gaskühlung insbesondere im Innenraum des Mehrkammersystems diese mit der Druckregulierung kombiniert wird und hierfür das Mehrkammersystem Durchlässe aufweist, wobei zur Kühlung eine seitliche Zuführung von Kühlluft derart gegeben ist, dass die Kühlluft seitlich eintritt und parallel zu der Rotationsachse seitlich durch die Motorhalterung und durch die Hohlwelle zur Ober- und Unterseite des Motors strömt und an der Oberseite des Rotors und des Stators austritt und anschließend seitlich unter anderem durch die Motorhalterung, parallel zu der Rotationsachse nach hinten austritt, wobei Dichtungsabschlüsse an der Oberseite und an der Innenseite des Motors die Strömungsrichtung der Kühlluft optimieren. Auf diese Weise ist eine effektive Kühlung und Druckregulierung gewährleistet.

Zweckmäßigerweise ist das Mehrkammersystem mit Hilfe eines Flansches unabhängig von der räumlichen Orientierung mit der Prozesskammer verbunden. Die Verbindung des Mehrkammersystems mit der Prozesskammer mittels eines Flansches ermöglicht auch bei Positionsänderungen der Prozesskammer relativ zu dem Mehrkammersystem, die Messposition beizubehalten.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass von den einzelnen Kammern Durchlässe zu dem Rotor und dem Stator des Motors existieren. Eine solche Ausgestaltung trägt der Tatsache Rechnung, dass gegebenenfalls ein Gasdurchfluss erzeugt wird, der zur Kühlung des Motors dient und darüber hinaus eine Regulierung des Differenzdruckes über die Lager insofern ermöglicht, als dass sich der einstellende Druck am Rotor und am Stator in Abhängigkeit von der Druckfestigkeit der Lager gestaltet.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Motor um einen Synchronmotor. Beim Einbringen vom lichtempfindlichen Meßsystemen in die Rotorachse kann trotz magnetischer Abschirmung der Meßsysteme durch das rotierende Motormagnetfeld eine zusätzliche Modulation des Messsignals auftreten. Diese unerwünschte Modulationsfrequenz ist abhängig vom gewählten Motor. Bei Synchronmotoren kann durch die Anzahl der gewählten Permanentmagneten auf dem Rotor diese unerwünschte Modulationsfrequenz festgelegt werden. Durch eine geeignete hohe Anzahl von Permanentmagneten auf dem Rotor kann die Frequenz der Störmodulation um ein Vielfaches über der erwünschten Intensitätsmodulation der elektromagnetischen Welle gewählt werden, so dass über eine anschließende Fourieranalyse des Messsignals die gewünschte und die Störmodulation voneinander eindeutig unterschieden werden können. Für spezielle Anwendungen wie z. B. die Intensitätsmodulation oder Polarisationsveränderung einer elektromagnetischen Welle erweist sich dieses rotierende Magnetfeld zudem als Vorteil. Über eine geeignete Wahl der Anzahl der Permanentmagneten kann die gewünschte Modulationsfrequenz gewählt und in einen kompakten Systemaufbau integriert werden. Insbesondere sind in dieses rotierende Magnetfeld Bauelemente einzubringen, welche auf der Grundlage des Faraday-Effektes (Magnetorotation) durch dieses Feld beeinflusst werden. Insbesondere für eine Intensitätsmodulation sind Faraday-Rotatoren in das rotierende Magnetfeld einzubringen.

Auch kann es sich bei dem Motor um einen Schrittmotor handeln. Durch Schrittmotoren können insbesondere kontrolliert Drehzahlen und Messpositionen angefahren werden, so dass für definierbare Zeiträume die Messposition beibehalten werden kann. Des Weiteren sind die Reibungsverluste insbesondere an den Lagern klein, so dass infolgedessen unerwünschte Wärmeeffekte nur geringfügig auftreten.

Es ist von Vorteil, wenn es sich bei dem Motor um einen Servomotor handelt. Servomotoren können kontrolliert mit verschiedenen Drehzahlen gefahren werden, wobei diese Drehzahländerung dynamisch während des Betriebes durchgeführt werden können. Des weiteren lassen sich mit Servomotoren Winkelwege und Lagen der Bauelemente hochdynamisch einstellen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Modulationsfrequenzen, insbesondere bei der Intensitäts- und Polarisationsmodulation, von der Rotationsfrequenz des Motors abhängt. Auf diese Weise ist eine unmittelbare Kopplung zwischen Modulationsvorgängen und Rotationsfrequenzen des Motors gegeben.

Auch können mehrere Motoren insbesondere mit unterschiedlichen Rotationsfrequenzen entlang einer gemeinsamen optischen Achse miteinander verbunden sein, wobei diese insbesondere über vielfache Rotationsfrequenzen aufeinander abgestimmt sind. Dadurch können beispielsweise Modulationsvorgänge bei gleichzeitigen Polarisationsveränderungen erfasst werden.

Zweckmäßigerweise ist der Motorblock mit Halterungen versehen. Daraus erwächst der Vorteil, insbesondere Aufweitungssysteme wie z.B. Fernrohre, Linsensysteme für Objektive und z.B. Mikrowellen-Gitter in die Messvorrichtung zu integrieren. Diese zusätzliche Halterung ermöglicht insbesondere auch Bauelemente zu integrieren, die aufgrund ihrer Größe nicht unmittelbar in die Hohlwelle eingebracht werden können.

Es ist sinnvoll, dass in den Motor ein Lüfter mit einer Hohlachse integriert ist, dessen Rotationsachse insbesondere mit der Rotationsachse der Rotorenwelle übereinstimmt, wobei der Lüfter insbesondere auf dem nicht mitrotierenden Rohr der rotierenden Rotorwelle befestigt ist. Dies hat den gewünschten Effekt, dass eine zusätzliche Kühlung gegeben ist.

Häufig erfolgt vornehmlich die Messung von elektromagnetischen Wellen. Aus diesem Grunde sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass Messinstrumente zur Messung von elektromagnetischen Wellen, vor Störstrahlung geschützt, insbesondere vor Falschlicht abgekapselt, in die Messvorrichtung integriert sind.

Winkelmesssysteme sind häufig integraler Bestandteil von Messvorrichtungen. Zweckmäßigerweise ist daher auf die Rotorwelle ein Winkelmeßsystem integriert. Des weiteren erweist es sich als vorteilhaft, dass in und/oder an dem Motor Bauelemente integriert sind, welche es ermöglichen, die räumliche Orientierung der Motorachse bezüglich eines Bezugssystem eindeutig zu bestimmen und den definierten Nulldurchgang der Rotationsbewegung des Motors bezüglich einer Bezugsebene auszurichten. Hierfür erweist es sich als sinnvoll, am Motor Vorrichtungen zur Aufnahme von Justierkomponenten wie z.B. Wasserwaagen, Blenden und/oder Laser vorzusehen, wobei insbesondere über die Kombination der Blenden mit einem Laser die Bezugsebenen bestimmt werden können.

Eine weiterer Anspruch sieht vor, dass keine mechanisch rotierenden Bauteile nach außen geführt sind und somit ein erhöhter Berührungsschutz vorliegt. Dadurch ist ein erhöhter Berührungsschutz gegeben.

Häufig ist es notwendig, dass Bauelemente magnetorotative Eigenschaften aufweisen. Es ist daher von Vorteil, dass Bauelemente, welche magnetorotative Eigenschaften aufweisen, insbesondere Faraday-Rotatoren, in die Hohlachse eines Motors eingebracht sind, insbesondere zur Intensitäts- und Polarisationsmodulation von durch die Hohlachse durchlaufenden elektromagnetischen Wellen.

Ein Verfahren zur Messwertaufnahme und/oder zur Einkopplung von elektromagnetischen Wellen, bei dem elektromagnetische Wellen entlang der Transmissionsachse rotierende und nichtrotierende Bauelemente passieren, ist Gegenstand von Anspruch 23, wonach die Transmissionsachse der elektromagnetischen Wellen und die Rotationsachse einer Hohlwelle zusammengelegt werden und einige Bauelemente in den Hohlraum der Hohlwelle entlang der Transmissionsachse integriert werden, so dass keine räumliche Trennung zwischen Motor und Bauelementen besteht.

Ein Verfahren nach Anspruch 23, bei dem mehrere Motoren mit unterschiedlicher Rotationsfrequenzen auf der Transmissionsachse verbunden werden, wobei diese insbesondere über vielfache Rotationsfrequenzen aufeinander abgestimmt werden, ist Gegenstand von Anspruch 24.

Es ist wünschenswert, dass bei der Intensitätsmodulation und der Veränderung des Polarisationszustandes der ein- und ausgehenden elektromagnetischen Wellen die Modulationsfrequenzen unterschiedlich sind und gewählt werden können. Daher sieht Anspruch 25 vor, dass bei der Intensitätsmodulation und der Veränderung des Polarisationszustandes der ein- und ausgehenden elektromagnetischen Wellen die Modulationsfrequenz gewählt wird.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere der Modulation der Intensität und des Polarisationszustandes von elektromagnetischen Wellen, bei dem elektromagnetische Wellen auf einer Transmissionsachse magnetorotative Bauelemente, insbesondere Faraday-Rotatoren durchlaufen, wobei diese magnetorotativen Bauelemente in die Hohlwelle eines Motors entlang der Transmissionsachse integriert werden, die Transmissionsachse und die Rotationsachse der Hohlwelle zusammengesetzt werden und die Beeinflussung der elektromagnetischen Wellen aufgrund des rotierenden Magnetfeldes erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1: schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mess- und/oder Einkopplungsvorrichtung mittels eines Motors.
2: schematische Darstellung einer Hintereinanderschaltung und eines Zusammenschlusses von erfindungsgemäßen Mess- und/oder Einkopplungsvorrichtungen, die mit einer Prozesskammer verbunden sind.
3: schematische Darstellung einer Kühlung in der erfindungsgemäßen Mess- und/oder Einkopplungsvorrichtung.
4: schematische Darstellung einer Einkapselung der Mess- und/oder Einkopplungsvorrichtung.
1 zeigt schematisch eine Messvorrichtung 1, welche die grundlegenden Komponenten eines Elektromotors aufweist. Zu diesen Grundkomponenten zählen zunächst ein Stator 2 und ein Rotor 3. Durch den Rotor wird eine Rotationsbewegung 15 der Rotorwelle 5 in Gang gesetzt. Die Lager 4, die u.a. zur Aufnahme von Axial- und Radialkräften dienen, sind hierzu am Umfang der Rotorwelle 5 angebracht. Die Rotorwelle 5 ist als Hohlwelle ausgebildet. Innerhalb der Rotorwelle 5 und entlang der Transmissionsachse 6 der elektromagnetischen Welle 14a, 14b sind Bauelemente insbesondere zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades und elektronische Komponenten 11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b, 12c, 13a, 13b integriert, wobei die Transmissionsachse 6 mit der Rotationsachse der Rotorwelle 5 zusammenfällt. Die nichtrotierenden Bauelemente sind dabei an einem rohrförmigen Vorsprung 20a eines Messkörpers 20 befestigt, der nicht mit der Rotorwelle 5 mitrotiert. Auch können die nichtrotierenden Bauelemente in einem Rohr 20b befestigt sein, welches entlang der Transmissionsachse verschoben und festgesetzt werden kann und dabei nicht mit der Hohlwelle mitrotiert. Auch ist es möglich, dass es sich bei den Bauelementen 11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b, 12c, 13a, 13b um spezielle Vorrichtungen zur Messung und zur Beeinflussung der elektromagnetischen Wellen 14a, 14b handelt, welche aus einer Prozesskammer vom Messobjekten kommen oder entlang der Transmissionsachse 6 durch die Messvorrichtung 1 zu einer Prozesskammer gelangen. Bei diesen speziellen Vorrichtungen handelt es sich insbesondere um die Möglichkeit der Intensitätsmessung der elektromagnetischen Welle im Strahlengang der Bauelemente 11a, 11b und der Intensitätsmessung nach dem Strahlengang im Bauelement 11d bzw. beim Eintritt in das Bauelement 11c. Des weiteren ist es ebenfalls möglich, dass rotierende und nichtrotierende Bauelemente 13a, 13b entlang der Transmissionsachse 6 integriert sind, welche die Aufgabe haben, den Polarisationszustand und/oder die Intensität der elektromagnetischen Wellen 14a, 14b definiert zu beeinflussen bzw. zu modulieren. Auch kann es sich bei diesen speziellen Vorrichtungen 12a, 12b, 12c um integrierte Objektive, Fernrohre, Strahlaufweitungs- und Strahlteilungssystem und z.B. um Mikrowellen-Gitter handeln. Für die Erstellung komplexer Vorrichtungen erweist es sich auch als sinnvoll, Halterungen für Bauelemente an dem Motorblock zu befestigen, welche eine größeren Durchmesser aufweisen als die Hohlwellen haben. Die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle ist insbesondere in mehreren Kammern 7, 8, 9a, 9b, 9c unterteilt. Die einzelnen Kammern 7.8, 9a, 9b, 9c sind wiederum gegebenenfalls durch Sicherheits- 10a oder optische oder keramische Fenster 10b getrennt. Durch diese Fenster 10a, 10b können sich elektromagnetische Wellen 14a, 14b entlang der Transmissionsachse 6 ausbreiten. Die Fenster 10a, 10b sind dafür ausgelegt, dass sie für die jeweilige verwendete Wellenlänge eine optimale Transmission ermöglichen sowie die Polarisationseigenschaften der elektromagnetischen Wellen 14a, 14b beim Durchgang nicht beeinflussen und/oder entsprechende industrielle Sicherheitsstandards erfüllen. Die einzelnen Kammern 7, 8, 9a, 9b, 9c sind auf verschiedene Drücke p0, p1, p2 und bei entsprechender Kühlung auf verschiedene Temperaturen t0, t1, t2 regulierbar, so dass insbesondere zwischen den vorderen Kammern 9a, 9b, 9c und einer Prozesskammer kein bzw. nur ein geringer Differenzdruck vorhanden ist und somit insbesondere durch das vordere Fenster 10b aufgrund eines Druck und/oder Temperaturgradienten an dem Fenster 10b keine Veränderung der Polarisationseigenschaften der elektromagnetischen Wellen 14a, 14b auftreten. Das insbesondere auf Normaldruck abschließende Fenster 10a genügt hierbei insbesondere den üblichen industriellen Sicherheitsbestimmungen. Die Einbringung von Bauelementen 11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b, 12c, 13a, 13b in eine oder mehrere Kammern 7, 8, 9a, 9b, 9c, welche gegebenenfalls auf verschiedene Kammerdrücke gefahren werden können, ermöglicht also unter anderem auch den Einsatz von Messtechniken innerhalb der Hohlwelle und entlang der Transmissionsachse zur Messung und zur Beeinflussung des Polarisationszustandes und der Intensität der elektromagnetischen Wellen 14a, 14b. Zur Montage und Demontage und für den Wechsel von Bauelementen kann der Motor in zwei gegeneinander verschiebbaren Teilbereiche ausgebildet werden.
2 zeigt eine Hintereinanderschaltung und ein Zusammenschluss von mehreren Messvorrichtungen 1, die miteinander fest verbunden sind und über eine gemeinsame Transmissionsachse 6 verfügen. Die elektromagnetischen Wellen 14a, 14b können dabei durch spezielle Fenster 19 in die nächste Messvorrichtung 1 gelangen bzw. in die Messvorrichtung ein- und austreten. Die Messvorrichtung 1 ist mit einer Prozesskammer 17 verbunden. Bei der Prozesskammer 17 handelt es sich um einen von einer Wandung umgebenen Raum. Die Notwendigkeit des Einschlusses kann sich aufgrund umgebender Drücke, hoher Temperaturen in der Prozesskammer 17 und/oder gefährlicher Wechselwirkung innerhalb des Messobjektes 18 ergeben. Der Einsatzbereich einer solchen Prozesskammer 17 erstreckt sich sowohl auf Flüssigkeiten und Gase wie auch auf sicherheitsrelevante Kontrollbereiche, wie z.B. Urananreicherung. Die Hintereinanderschaltung und der Zusammenschluss der Messvorrichtung 1 kann dabei auch bei unterschiedlichen Rotationsfrequenzen in den einzelnen Messvorrichtungen erfolgen. Durch eine geeignete Wahl der eingesetzten Lager für die rotierende Hohlwelle ist eine unabhängige Montage von der Raumrichtung der einzelnen Segmente gegeben.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühlung in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Zur Kühlung ist eine Zuführung von Kühlgas 22 derart vorgesehen, dass das Kühlgas seitlich eintritt und parallel zu den Rotationsachsen 23 seitlich durch die Motorhalterung und durch die Hohlwelle zur Ober- und Unterseite des Rotors 3 strömt und an der Oberseite des Rotors 3 und des Stators 2 austritt und anschließend seitlich unter anderem durch die Motorhalterung, parallel zu den Rotationsachsen 23, nach hinten austritt, wobei Dichtungsabschlüsse 24 an der Oberseite und an der Innenseite des Motors die Strömungsrichtung der Kühlluft 22 optimieren. Auf diese Weise ist eine effektive Kühlung und Druckregulierung gewährleistet.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Einkapselung 25 der Messvorrichtung. Die Einkapselung 25 umfasst dabei die gesamte Messvorrichtung und ist geeignet, ein hohes Maß an Sicherheit während der Messprozedur zu gewährleisten.

Claims

Messvorrichtung, insbesondere zur Bestimmung und zur Beeinflussung der Intensität, des Polarisationszustandes und des Polarisations- und Depolarisationsgrades von ein- und ausgehender und gestreuter elektromagnetischer Strahlung in gasförmigen und flüssigen Medien, insbesondere zur Bestimmung der Dichte, der Größe, der Größenverteilung, der dielektrischen und der absorbierenden Materialeigenschaften von Streukörpern, welche insbesondere aus verschiedenartigen Materialien mehrschichtig aufgebaut sind oder sich aus verschiedenartigen Materialien zusammensetzen oder Hohlräume aufweisen, von Aerosolanteilen in einem Streukörpergemisch, zur Unterscheidung von verschiedenen Anteilen und Arten in einem Streukörpergemisch, zur Bestimmung der Form des Streukörpers, der Streukörperdetektion während des Durchganges durch ein Kontrollvolumen, mit einem Motor, insbesondere mit einem Elektromotor, der eine an Lagern (4) gelagerte Rotorwelle aufweist, wobei der Motor mit rotierenden und nichtrotierenden optischen und/oder elektronischen Bauelementen (11a, 11b, 11c, 12a, 12b, 2c, 13a, 13b) in Verbindung steht, die Rotorwelle (5) als Hohlwelle ausgebildet ist und die Rotationsachse der Rotorwelle (5) mit der Transmissionsachse (6) der rotierenden und nicht-rotierenden Bauelemente (11a, 11b, 11c, 12a, 12b, 12,c, 13a, 13b) zusammenfällt, wobei einige Bauelemente (11a, 11b, 11c, 12b, 12c) außerhalb der Hohlwelle entlang der Rotationsachse an der Messvorrichtung integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum der Rotorwelle (5) Bauelemente (12a, 13a, 13b) integriert sind, so dass keine räumliche Trennung zwischen dem Motor und diesen Bauelementen (12a, 13a, 13b) besteht.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung und insbesondere die Rotorwelle (6) aus nicht magnetisierbarem Material besteht und die Messvorrichtung bezüglich der Rotationsachse radiale Schlitze zur Vermeidung von Wirbelströmen aufweist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtrotierenden Bauelemente an einem rohrförmigen Vorsprung (20a) eines Messkörpers (20) befestigt sind, der nicht mit der Rotorwelle (5) mitrotiert.
Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtrotierenden Bauelemente an einem axial verschiebbaren und feststellbaren Rohr, das insbesondere aus nicht magnetisierbarem Material besteht, befestigt sind.
Messvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor entlang der Transmissionsachse (6) aus einem Mehrkammersystem mit einzelnen Kammern (7, 8, 9a, 9b, 9c) besteht, in welche die rotierenden und nichtrotierenden Bauelemente (11a, 11b, 11c, 12a, 12b, 12c, 13a, 13b) integriert sind.
Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (7, 8, 9a, 9b, 9c) durch Fenster (10a, 10b) aus optischen, keramischen und/oder Sicherheitsgläsern getrennt sind, wobei insbesondere das Fenster (10a), welches die Messvorrichtung gegenüber den Außenraum abschließt, den sicherheitstechnischen Anforderungen entspricht und die übrigen Fenster insbesondere für die Erhaltung des Polarisationszustandes und die Optimierung der Transmissionseigenschaft der elektromagnetischen Wellen (14a, 14b) ausgelegt sind und die einzelnen Kammern (7, 8, 9a, 9b, 9c) jeweils kontrolliert auf abgestufte Drücke (p0, p1, p2) und Temperaturen (t0, t1, t2) fahrbar sind, wobei jeweils der einzustellende Druck (p0, p1, p2) und die Durchmesser der Fenster (10a, 10b) sich nach den Anforderungen der rotierenden und nichtrotierenden Bauelemente (11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b, 12c, 13a, 13b) und insbesondere nach der Minimierung der Kraftwirkung auf das Fenster (10b) richtet.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierung der Drücke in den einzelnen Kammern (11, 12, 13) im Durchfluss erfolgt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (7, 8, 9a, 9b, 9c) mit einer Kühlung ausgestattet sind, welche die Temperaturen (t0, t1, t2) reguliert.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Durchlässe zur Kühlung und zur Druckregulierung des Mehrkammersystems existieren, wobei insbesondere zur Kühlung eine Zuführung von Kühlgas (22) derart gegeben ist, dass das Kühlgas (22) seitlich eintritt and parallel zu der Rotationsachse (23) seitlich durch die Motorhalterung und die Hohlwelle zur Ober- und Unterseite des Rotors (3) strömt und an der Oberseite des Rotators (3) und des Stators (2) austritt und anschließend seitlich unter anderem durch die Motorhalterung, parallel zu der Rotationsachse (23), nach hinten ausströmt, wobei Dichtungsabschlüsse (24) an der Oberseite und an der Innenseite des Motors die Strömungsrichtung des Gases optimieren.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammersystem mit Hilfe eines Flansches unabhängig von der räumlichen Orientierung mit der Prozesskammer (17) verbunden ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass von den einzelnen Kammern Durchlässe zu dem Rotor (3) und dem Stator (2) existieren.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Motor um einen Synchronmotor handelt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Motor um einen Schrittmotor handelt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Motor um einen Servomotor handelt.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenzen insbesondere bei der Intensitäts- und Polarisationsmodulation von der Rotationsfrequenz des Motors abhängen.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Motoren insbesondere mit unterschiedlichen Rotationsfrequenzen entlang einer gemeinsamen Rotationsachse miteinander verbunden sind, wobei die Rotationsfrequenzen der Motoren über vielfache Rotationsfrequenzen aufeinander abgestimmt sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorblock mit Halterungen versehen ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Motor ein Lüfter mit einer Hohlachse integriert ist, dessen Rotationsachse mit der Rotationsachse (23) der Rotorwelle (5) übereinstimmt, wobei der Lüfter insbesondere an dem nicht mit rotierenden Rohr (20b) oder der rotierenden Rotorwelle (5) befestigt ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messinstrumente zur Messung von elektromagnetischen Wellen, vor Störstrahlung und Magnetfeldern geschützt, insbesondere vor Falschlicht abgekapselt, in die Messvorrichtung eingebracht sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Rotorwelle (5) ein Winkelmeßsystem integriert ist und Vorrichtungen zur Aufnahme von Justierkomponenten vorgesehen sind.
Messvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass keine mechanischen Bauteile nach außen geführt sind.
Messvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Bauelemente, welche magnetorotative Eigenschaften aufweisen, insbesondere Faraday-Rotatoren, in die Hohlachse eines Motors eingebracht sind, insbesondere zur Intensitäts- und Polarisationsmodulation von durch die Hohlachse durchlaufenden elektromagnetischen Wellen.
Verfahren zur Messung und zur Beeinflussung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere zur Messung der ein- und/oder ausgehenden Intensität und zur Bestimmung des Polarisations- und Depolarisationszustandes der elektromagnetischen Wellen, bei dem elektromagnetische Wellen auf einer Transmissionsachse (6) rotierende und nicht-rotierende optische und/oder elektronische Bauelemente (11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b, 12c, 13a, 13b) passieren, wobei die Transmissionsachse (6) und die Rotationsachse einer als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle (5) eines Motors zusammengelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass einige Bauelemente (12a, 13a, 13b) in den Hohlraum der Hohlwelle entlang der Transmissionsachse (6) integriert werden, so dass keine räumliche Trennung zwischen Motor und Bauelementen (12a, 13a, 13b) besteht.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Motoren mit unterschiedlichen Rotationsfrequenzen auf einer Transmissionsachse (6) verbunden werden, wobei die Rotationsfrequenz der Motoren über vielfache Rotationsfrequenzen aufeinander abgestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei der Intensitätsmodulation und bei Modulation des Polarisationszustandes der ein- und ausgehenden elektromagnetischen Wellen die Modulationsfrequenz gewählt wird.
Verfahren zur Beeinflussung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere der Modulation der Intensität und des Polarisationszustandes von elektromagnetischen Wellen, bei dem elektromagnetische Wellen auf einer Transmissionsachse (6) magnetorotative Bauelemente, insbesondere Faraday-Rotatoren durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass diese magnetorotativen Bauelemente, insbesondere Faraday-Rotatoren, in die Hohlwelle eines Motors entlang der Transmissionsachse (6) integriert werden, wobei die Transmissionsachse (6) und die Rotationsachse der Hohlwelle zusammengelegt werden und die Beeinflussung der elektromagnetischen Wellen aufgrund eines rotierenden Magnetfeldes erfolgt.