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Verfahren zur Ermittlung des Taumelfehlers zwischen dem Rotor und
dem Stator elektromechanischer Meßumformer zur Umformung des Rotordrehwinkels in
den Phasenwinkel einer Wechselspannung Es sind elektromechanische Meßumformer, bestehend
aus zwei in geringem Luftabstand einander gegenüberstehenden metallisierten Flächen,
zwischen denen eine kapazitive Kopplung besteht, bekanntgeworden., die zur Umformung
des mechanischen Verdrehungswinkels der einen Fläche (Rotor) gegen die andere Fläche
(Stator) in den Phasenwinkel einer Wechselspannung Anwendung finden.
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Zur Herbeiführung einer einwandfreien Funktion derartiger Anordnungen
ist es erforderlich, daß bei der Fertigung des Meßumformers die Lagerung des gegen
den Stator verdrehbaren Rotors so gewählt ist, daß die beiden miteinander in elektrischer
Wechselwirkung stehenden Umformer$ächen über ihre ganze Ausdehnung einen gleichmäßigen
Luftabstand aufweisen. Außerdem müssen die bezüglich der Drehachse des Rotors rotationssymmetrisch
gelegenen Metallisierungen beider Umformerflächen mit ihrem Mittelpunkt in der Rotordrehachse
liegen. Die Meßumformer werden deshalb vor ihrer endgültigen Montage justiert, wobei
sie einem Prüfverfahren hinsichtlich der gegenseitigen Orientierung des Rotors und
des Stators unterworfen werden. Es ist hierzu bekannt, den Abstand zwischen den
Flächen des Rotors und des Stators auf optischem Wege zu messen. Derartige Meßverfahren
haben jedoch nicht befriedigt, weil mit ihrer Hilfe der tatsächlich interessierende
Abstand zwischen den Metallisierungen beider Umformerflächen nicht mit hinreichender
Exaktheit erfaßt werden kann. Es sind deshalb auch elektrische Prüfverfahren gebräuchlich,
bei denen der fertigmontierte elektromechanische Meßumformer einer Funktionsprüfung
in der Weise unterworfen wird, daß der Meßumformer mit Wechselspannung gespeist
und die dem Ausgang entnehmbare Wechselspannung hinsichtlich des Verlaufs ihres
Phasenwinkels als Funktion des Rotordrehwinkels untersucht wird.
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Der Phasenwinkel muß bekanntlich eine lineare Funktion des Rotordrehwinkels
sein. Der lineare Verlauf wird durch Fehljustierangen bzw. Exzentrizitäten zwischen
dem Rotor und dem Stator gestört, wobei sich periodisch verlaufende Phasenwinkelfehler
ergeben, deren Analyse Rückschlüsse auf die Dejustierungen des elektromechanischen
Meßumformers zuläßt. Das: Verfahren ist sehr umständlich.
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Zur Verbesserung des bekannten elektrischen Prüfverfahrens wird ein
Verfahren zur Ermittlung des Taumelfehlers zwischen dem Rotor und dem Stator elektromechanischer
Meßumformer zur Umformung des Rotordrehwinkels in den Phasenwinkel einer dem Umformer
entnehmbaren Wechselspannung, bestehend aus zwei in geringem Luftabstand einander
gegenüberstehenden und relativ gegeneinander verdrehbar gelagerten metallisierten
Flächen, deren Metallisierungen durch Ausnehmungen in elektrisch voneinander isolierte
Elektroden zerlegt sind, wobei zusammengehörige Elektrodenteile konzentrisch zur
Rotordrehachse liegend galvanisch derart miteinander verbunden sind, daß bei kapazitiver
Kopplung der Elektroden beider Flächen bei Wechselspannungspeisung der Elektroden
der einen Fläche an Elektroden der anderen Fläche eine Wechselspannung mit variablem
Phasenwinkel abgreifbar ist, vorgeschlagen, das sich dadurch kennzeichnet, daß mindestens
auf einer der beiden Flächen ein im Abstand von der Rotordrehachse in einem Winkelsektor
gelegenes Elektrodenteilstück galvanisch von den, übrigen, konzentrisch zur Rotordrehachse
liegenden Elektrodenteilen durch Ausnehmungen in der Metallisierung isoliert und
die von diesem Elektrodenteilstück und der Metallisierang der auf der Gegenfläche
gelegenen Elektrode gebildete Kapazität als Funktion des Rotordrehwinkels unter
Anwendung an sich bekannter Kapazitätsmeßmittel gemessen wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung bietet den Vorzug, daß einmal direkt
die Orientierung des Rotors zum Stator erfaßbar und daß zum anderen gleichzeitig
auch die Fehlerfreiheit des in der Metallisierung liegenden Elektrodenmusters prüfbar
ist. Für die erstgenannte Prüfung genügt es an sich, wenn auf einer der beiden Flächen
des Meßumformers ein Elektrodenteilstück isoliert wird. Die zweite Prüfmöglichkeit
erfordert indessen, daß sämtliche normalerweise galvanisch
verbundenen
Elektroden untereinander prüfbar sind. In diesem Fall muß jede der vorhandenen Elektroden
wenigstens ein isoliertes Teilelektrodenstück aufweisen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist an Hand der Figuren naher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Teil des Rotors eines kapazitiven elektromechanischen:
Meßumformers in; Draufsicht; F i g. 2 erläutert den dazugehörigen Statur; F i g.
3 versinnbildlicht die Lagerung des Rotors und des Stators im normalen Betriebsfall,
während F i g. 4 eine einfache Meßvorridhtung nach der Erfindung schematisch wiedergibt.
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In F i g. 1 bezeichnet 1 eine kreisringförmige Glasscheibe, die auf
ihrem äußeren Rand 2 mit einer bezifferten Kreisteilung ausgestattet ist. Konzentrisch
zum Mittelpunkt der Kreis,ringsoheibe sind auf die Oberfläche der Scheibe zwei flächengleiche
Metallisierungen in Form elektrisch voneinander isolierter Ringflächen 3 und 4 aufgebracht.
Diese sind durch eine Ausnehmung 5, die durch die Metallisierung verläuft, elektrisch
voneinander isoliert. In den Metallflächen 3 und 4 sind mäanderförmig verlaufende
Aussparungen 6 bzw. 7 -eingebracht, so d@aß sich auf beiden Flächen fingerförmig
ineinandergreifende Elektroden 8, 9 bzw. 10, 11 bilden. Jede der vier Elektroden
steht über durch die Glasscheibe 1 hindurchgreifende Bohrungen 13, 14 bzw. 15, 16
und nicht näher dargestellte Zuleitungen mit elektrischen Weehselspannungsquellen
in Verbindung, wobei die Elektroden der Ringfläche 3 gegenphasig mit einer Wechselspannung
speisbar sind. Die beiden Elektroden der Ringfläche 4 werden ebenfalls gegenphasig
durch eine Wechselspannung gespeist, welche um 90° gegen die entsprechenden Speisespannungen
der Ringfläche 3 phasenverschoben ist.
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In F i g. 2 ist ein Teil des Stators der Anordnung dargestellt. Der
Statur besteht ebenfalls aus einer aus Glas gefertigten, kreisringförmig ausgebildeten
Scheibe 17, die auf der Kreisringfläche 18 eine Metallisierung aufweist. Die Metallisierung
18 ist durch die mäanderförmig verlaufende Ausnehmung 19 in zwei Elektroden
20 und 21 zerlegt.
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Die Kreisringflächen 3, 4 und 18 werden, wie in F i
g. 3 angedeutet, in geringem Luftabstand einander mit ihren Metallisierungen gegenüberstehend
gelagert, wobei der Rotor 1 gegen den Statur 1.7 verdrehbar ist. Bei entsprechender
Speisung des Rotors ist an den Elektroden 20 und 21 des Stators über
die Zuleitungen 22 und 23 eine Wechselspannung abgteifb:ar, deren Phasenwinkel mit
dem Rotordrehwinkel veränderlich-ist.
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Zur Prüfung der Orientierung des Rotors gegen den Statur des beschriebenen
Meßumformers ist z. B. auf der Metallisierung des Rotors in einem Winkelsektor a
ein Elektrodenteilstüdk 26 an sich beliebiger Form durch Ausnehmungen 24 und 25
von dem Rest der betreffenden Elektrode 11 des Rotors galvanisch isoliert. Das isolierte
Elektrodenteilstück 26 bildet in Verbindung mit der Gesamtheit der Elektroden 20,
21 des Stators 17 eine Kapazität, die als Funktion des Rotordrehwinkels meßbar ist.
Zur Messung dieser Kapazität kann jede an sich beliebige Kapazitätsmeßvorrichtung
benutzt werden, wobei sich die Justierungen zwischen dem Rotor und dem Statur der
Anordnung in einer Kapazitätsänderung dieser Kapazität zu erkennen geben. Der Winkelsektor
« ist an sich beliebig. Bevorzugt wird a zu 180° gewählt. Mit 27 ist ein Ansehluß
der Elektrode 26 bezeichnet, der im nurmalen Betrieb des Meßumformers mit 16 über
eine Leitung verbunden ist.
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In weiterer Ausbildung des Verfahrens nach der Erfindung wird vorgeschlagen,
symmetrisch zum Winkelsektor. a gegen diesen um 180° versetzt in einem zweiten Winkelsektor
der gleichen Größe ein zweites Elektrodenteilstück von den übrigen Elektroden galvanisch
zu trennen und die Kapazitätsdifferenz zwischen den so entstandenen beiden Kapazitäten
als Funktion des Rotordrenwinkels zu messen. Eine Meßvorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung ist in F i g. 4 angedeutet, wobei Cl und C2 die
beiden symmetrisch zueinander liegenden Kapazitäten bezeichnen und C3, C4 zwei feste
Kapazitäten gleicher Größe sind. Das Meßinstrument 51 ist phasenempfindlich, um
das Vorzeichen .der Kapazitätsdifferenz mitzuerfassen. Zweckmäßig wählt man als
Meßinstrument 51 ein registrierendes Meßinstrument, wobei bei Verwendung eins Schreibers
der Verschub des Registriermaterials vorzugsweise mit der Drohung des Rotors gekuppelt
wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung weist daneben - wie bemerkt - den
Vorzug auf; daß Störungen bzw. Beschädigungen im Elektrodenmuster der dem isolierten
Sektor 26 gegenüberstehenden, Platte, die den Normalbetrieb behindern, ohne weiteres
beim Ablauf des Prüfvorgangs erkennbar werden.
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Vorzugsweise werden daher beide Platten 1 und 17 mit solchen isolierten
Sektoren -versehen. Es können dann jederzeit beide Platten auf etwaige Beschädigungen
geprüft werden, ohne das Plattensystem demontieren zu müssen oder überhaupt etwas
medhaniscb daran verändern zu müssen. Die Ringfläche 3 wird deshalb ebenfalls mit
wenigstens einem isolierten Elektrodenteilstück ausgestattet. Um dabei auch Besdhädigungen
in dem von den inneren Elektroden 8,9
überdeckten Teil der Elektroden 20,
21 erfassen zu können, ist es weiterhin erforderlich, da.ß mindestens eine der Elektroden
20, 21 ebenfalls einen vom Rest der Elektrode getrennten Sektor aufweist.