DE2622048A1

DE2622048A1 - Verfahren und einrichtungen zur fertigung von messgroessenumformern

Info

Publication number: DE2622048A1
Application number: DE19762622048
Authority: DE
Inventors: Kenneth W Cocksedge; Andrew Gabor
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-05-19
Filing date: 1976-05-18
Publication date: 1976-12-02
Also published as: CA1070412A; FR2335985A1; FR2335985B1; DE2622048C2; GB1533441A; NL7605158A; JPS51142782A; US4016470A; JPS5950460B2

Description

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A. GRÜNECKER

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H. KiNKELDEY

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W. STOCKMAIR

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K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB

G. BEZOLD

XEEOX CORPORATION

Xerox Square, Rochester, New York 14644, USA

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

18. Mai 1976

P 10 072 D/74 207

Verfahren und Einrichtungen zur Fertigung von Messgrössen-

umforniern

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Erzeugung eines Signales, das die Exzentrizität eines V/inkellagen-Messgrössenumformer-Elenientes wiedergibt, sowie Einrichtungen zur elektrischen Festlegung des Mittelpunktes eines Winkellage-Messgrössenumfortner-Elementes, um es danach zu bohren. Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Fertigung von Winkellagen-Abfühleinrichtungen oder Winkellagen-Messgrössenumformer und insbesondere auf Verfahren und Einrichtungen zur genauen Mittel- bzw. Zentrumsbohrung von Winkellagen-Messgrössenumformerelementen.

Winkellagen-Hessgrössenumformer v/erden häufig in elektromechanischen Geräten, beispielsweise in von Rechnern gesteuerten

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Druckern, in Magnetplattengeräten und Videoaufzeichnungsgeräten verwendet. Grundsätzlich, bestehen solche Messgrossenumformer aus einem' sich nicht bewegenden Statorelement und einem sich drehenden Hotorelement, die nahe beieinander angeordnet sind, so dass zwischen den beiden Elemental eine elektromagnetische oder eine elektrostatische Kopplung auftritt.

Bei einem bekannten elektromagnetischen MessgrÖssenumformer besteht jedes Element aus einer flachen, kreisförmigen Scheibe mit einer Anzahl gleichförmig beabstandeter, radialer, leitender Streifen, die auf einem Ringbereich der Scheibe ausgebildet und miteinander in Reihe geschaltet sind, so dass eine kontinuierliche elektrische Windung ohne Anfang und Ende vorliegt. Die leitenden Streifen werden üblicherweise — jedoch nicht notwendigerweise - durch ein Photoätzverfahren auf der Scheibe ausgebildet. Wenn ein Trägersignal, üblicherweise ein hochfrequentes Trägersignal, an eines der Elemente angelegt wird, wird ein entsprechendes Signal in der Windung des anderen Elementes induziert. Wichtig ist dabei, dass das induzierte Signal amplitudenmoduliert ist, d. h. die Amplitude des induzierten Signales ändert sich in Abhängigkeit von der relativen Winkellage von Stator und Rotor. Die Amplitude ist am grössten, wenn die radialen, leitenden Streifen der beiden Elemente zueinander ausgerichtet sind und sie ist am kleinsten, wenn sie am schlechtesten oder am geringsten zueinander ausgerichtet sind. Wenn sich der Rotor dreht,, ist das induzierte Signal daher in einem Verhältnis amplitudenmoduliert, das von der Winkelversetzung der Leiterstreifen abhängt. Infolgedessen kann die Winkellage des Rotorelementes mit einer Auflösung bestimmt werden, die nur durch den inkrementellen Winkelabstand der Streifen begrenzt ist.

Damit die MessgrÖssenumformer sehr genau arbeiten, ist es daher erforderlich, dass sowohl das Rotor- als auch das Statorelement konzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordnet sind. Darüberhinaus ist es vorteilhaft, eine mögliche Exzentrizität, die bei der Herstellung der Messgrossenumfarmer-Eleiaente entsteht,

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und Weniger von der Einstellung bei der Montage abhängt, dadurch zu verhindern, dass jedes Eotorelement und jedes Statorelement mit hoher Genauigkeit zentriergebohrt ist. Das ata häufigsten angewendete Verfahren zur Zentrierbohrung dieser Elemente bestand bis jetzt darin, eine optische Einrichtung zu verwenden, um den Mittelpunkt jedes Elementes festzulegen. Mit optischen Verfahren kann der geometrische Mittelpunkt solcher Elemente äusserst genau bestimmt werden. Das Photoätz-Verfahren oder andere Verfahren zum Aufbringen von leitenden Streifen sind jedoch nicht sehr genau und der geometrische oder optische Mittelpunkt entspricht daher nicht immer genau der Stelle, die als "elektrischer Mittelpunkt" des Elementes bezeichnet werden kann.

Daher ist es höchst wünschenswert, den Mittelpunkt jedes fertigen Messgrössenumformer-Elementes durch ein elektrisches Verfahren und nicht durch ein optisches Verfahren zu bestimmen, festzulegen und zu bohren. Die Feststellung, dass dafür ein elektrisches Verfahren besser geeignet ist als ein optisches Verfahren, wurde bereits von Fachleuten getroffen. Dennoch war bis jetzt noch kein praktisch anwendbares, geeignetes Verfahren zur Festlegung und genauen Bohrung des elektrischen Mittelpunktes eines Messgrössenumformer-Elementes bekannt, obgleich dafür ein grosses Bedürfnis bestand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Einrichtungen anzugeben bzw. zu schaffen, mit denen der elektrische Mittelpunkt von Messgrössenumformer-Elementen sehr genau festgestellt und gebohrt werden kann. Ein Verfahren, das die ge stellt e'Auf gäbe löst, ist in Anspruch 1 angegeben.

Mit dem in Anspruch 7 angegebenen Verfahren wird die gestellte Aufgabe ebenfalls gelöst.

Die in Anspruch 8 angegebene Einrichtung löst ebenfalls die gestellte Aufgabe.

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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die vorliegende Erfindung schafft also Verfahren und Einrichtungen zum Festlegen des elektrischen Mittelpunktes ein Winkellagen-Messgrössenumformer-Elementes und zum Bohren eines Loches durch dieses Element, so dass das Element konzentrisch zu der zwischen zwei solchen Elementen liegenden Drehachse angeordnet werden kann.

Erfindungsgemäss ist ein zu bohrendes Werkstück, aus dem das Messgrössenumformer-Element hergestellt wird, in einer Lage bezüglich eines Bezugs-Messgrössenumformerelementes angebracht und eines der Elemente wird bezüglich des anderen Elementes um eine Drehachse gedreht. Das Bezugselement liegt absichtlich exzentrisch zur Achse und einem der Elemente wird ein hochfrequentes Trägersignal zugeführt- Das Trägersignal wird zu einem induzierten Trägersignal im anderen Element, das dann signalverarbeitet wird, so dass ein Fehlersignal detektiert wird, das die Exzentrizität des Elementen-WerkStückes wiedergibt. Das Fehlersignal kann dann in zwei orthogonal zueinander liegende Signale, bzw. in x- und y-Fehlersignale aufgelöst bzw. aufgetrennt werden und das Elementen-Werkstück kann dann entsprechend verschoben werden, bis die x- und y-Fehlersignale auf Hull zurückgehen, wodurch angezeigt wird, dass das Elementen-V/erkstück zur Drehachse konzentrisch liegt. Das Werkstück kann dann mit einem zur Achse ausgerichteten Bohrwerkzeug gebohrt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Element -Werkstück als Stator und das Bezugselement als Rotor angeordnet. Das Trägersignal wird dann dem Statorelementen-Werkstück zugeleitet und in den Rotor induziert, so dass dann das Exzentrizitäts-Fehlersignal nachfolgend verarbeitet und aufgelöst bzw. getrennt werden kann.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Rotor gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bewusst

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und absichtlich zur Drehachse exzentrisch angeordnet ist. Wenn der Rotor zur Drehachse konzentrisch angeordnet wäre, so x**äre es praktisch unmöglich, eine geringe Exzentrizität des Stators in dem in der Eotorwindung induzierten Signals festzustellen. Wenn beide Elemente jedoch bezüglich der Drehachse exzentrisch liegen, kann auch eine geringe Exzentrizität des Stators im induzierten Rotorsignal festgestellt werder.

Die x- und y-Fehlersignale können dazu verwendet werden, eine Anzeigeeinrichtung oder ein Anzeige-Hessgerät zu betätigen, um die Fehlergrösse der Bedienungsperson anzuzeigen, die dann den Stator in x- und y-Richtung in einer zur Drehachse senkrechten Ebene verschiebt, bis die Fehler ITuIl werden. Die x- und y-Fehlersignale können .auch Betätigungseinrichtungen zugeführt werden, die den Stator automatisch in x- und y-Richtung verschieben, bis die Exzentrizitätsfehler UuIl werden.

Das im Rotor induzierte Signal wird dadurch verarbeitet, dass das Trägerfrequenz signal zuerst deinoduliert wird, um ein Zwischensignal zu erhalten, das sich einmal pro Winkellagen-Inkrement des Ilessgrössenumformers ändert, und das weiterhin von einem Fehlersignal überlagert sein kann, dass sich pro einer ganzen Rotordrehung ändert, wobei dieses letztgenannte Fehlersignal auf Grund der Exzentrizität des Statorwerkstückes zustande kommt. Der nächste Schritt besteht darin, dieses Zwischensignal gleichzurichten und dann aus ihm alle Signalkomponenten mit Ausnahme des pro ganzer Umdrehung auftretenden Fehlersignales aüszufiltern.

Die Auflösung bzw. die Auftrennung des Fehlersignales in x- und y-Komponenten wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform dadurch durchgeführt, dass der Zeitpunkt, an dem die Winkellage der grössten Exzentrizität des Rotors,d.h.,wenn der Rotormittplpunkt durch einen Winkel-Bezugspunkt läuft, festgestellt wird, dass Tastimpulse zu Zeitpunkten erzeugt werden, die den Rotor-Winkellagen, welche um 90° voneinander winkelmässig beabstandet sind, entsprechen, dass das Fehlersignal in Abständen von 90

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bezüglich, des Winkel-Bezugspunktes getastet werden und dass die x- und y-Fehlersignale von den getasteten Werten abgeleitet werden.

Allgemein gesprochen weist die erfindungsgemässe Einrichtung folgende Teile auf: Einrichtungen, die ein Messgrössenumformer-Element-Werkstück und ein Bezugs-Messgrössenumformer-Element zueinander in einer lagemässigen Beziehung bei der Drehung haltern, Einrichtungen, die ein Element bezüglich des anderen Elementes drehen, wobei das Bezugselement absichtlich zur Drehachse exzentrisch liegt und Einrichtungen, die das Elementen-Werkstück in der x- und der y-Richtung senkrecht zur Drehachse verschieben. Weiterhin ist ein Trägerfrequenz-Signalgenerator, der mit einem der Elemente in Verbindung steht, und es sind elektrische Schaltungen vorgesehen, um eine Fehlersignalkomponente in dem im anderen Element induzierten Signals festzustellen und um die Fehlersignalkomponente in eine x- und eine y-Komponente aufzutrennen bzw. aufzulösen. Weiterhin sind Bohrwerkzeuge vorhanden. Entweder sini eine Anzeigeeinrichtung, die die x- und y-Lagefehler anzeigt, oder automatische Betätigungseinrichtungen vorgesehen, die mit den Einrichtungen zum Verschieben des Statorelementes in der x- und der y-Richtung verbunden sind.

Wie bereits erwähnt, wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung das Bezugselement als Rotor und das Werkstückelement als Stator verwendet, wobei dem Statorelementen-Werkstück das Trägersignal zugeleitet wird. Die Einrichtung gemäss diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist Einrichtungen zum Haltern eines Rotor element es auf, das bezüglich der Drehachse exzentrisch angeordnet ist. Weiterhin sind Einrichtungen, die das Rotorelement drehen und Einrichtungen vorgesehen, die das Statorelement-Werkstück haltern und in der x- und y-Richtung verschieben.

Die elektrischen Schaltungsteile zum Feststellen des Exzentrizitäts-Fehl ersignals enthalten einen Demodulator, dem das

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Zv/isehensignal, welches sich einmal pro Winkellage-Increment des MessgrÖssenunformers verändert und das das pro ganzer Umdrehung auftretende Fehlersignal enthalten kann ,zugeführt wird sowie Gleichrichter- und FiIterstufen, die das Zwischensignal weiter demodulieren, so dass dann nur noch das Fehlersignal vorliegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein einziger Taktgeber verwendet, der die Trägerfrequenz erzeugt, um die Tastimpulse bereitzustellen, die dazu verwendet werden, das Fehlersignal in die x- und die y-Komponente aufzulösen bzw. aufzutrennen. Der einzige Taktgeber wird auch dazu verwendet, ein Bezugssignal bereitzustellen, um die Rotordrehzahl auf einen vorgegebenen Wert einzuregeln.

Die Rotordrehzahl wird durch Regeleinrichtungen genau geregelt, die zusätzlich zu dem vom Taktgeber erzeugten Bezugssignal Impulse zugeführt erhalten die die momentane Rotordrehzahl wiedergeben, und die von einem Rotordrehzahl-Fühler erzeugt werden. Da die Drehzahl des Rotors mit dem Taktgeber der Einrichtung gesteuert bzw. geregelt wird, so kann die Winkellage des Rotors in jedem Augenblick leicht bestimmt werden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Winkellage des Punktes grösster Rotorexzentrizität, d. h. die Winkellage des Rotormittelpunktes mittels einer Winkellagen-Markierung und eines Winkellage-Fühler festgestellt, der zu einem Bezugspunkt, beispielsvieise zur positiven x-Achse ausgerichtet ist. Jedesmal, vienn die Markierung durch die positive x-Achse hindurchgeht, wird daher die Winkellage des Punktes grösster Rotorexzentrizität, d. h. die Winkellage des Rotormittelpunktes bestimmt und die Winkellage des Rotormittelpunktes kann dann danach unter Verwendung des System-Taktgebers ermittelt werden. Da die Winkellage-Markierung nicht genau mit dem Punkt grösster Rotorexzentrizität übereinstimmen kann, sind Einrichtungen vorgesehen, die einen solchen Fehler elektronisch korrigieren.

Die Exzentrizität-Signalkomponente weist einen grössten Wert auf, wenn die Exzentrizität des Rotors winkelmässig genau zur

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Exzentrizität des Stators ausgerichtet ist, da dies die Lage ist, in der die beiden Elemente ihrer beabsichtigten Lagebeziehung am nächsten kommen. Unigekehrt weist die Exzentrizitätskomponente des Signales einen kleinsten Wert auf, wenn die Exzentrizitäten von Stator und Rotor um 130° voneinander winkelnässig beabstandet sind, da dies die relative Lage der schlechtesten bzw. geringsten Ausrichtung zwischen den beiden Elementen ist.

Die Einrichtung geaiäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist Schaltungsteile auf, die Tastimpulse zu Zeitpunkten erzeugen, welche dem Durchgang des Punktes grö'sster Rotorexzentrizität durch die x- und die y-Achse entsprechen. Wenn die Exzentrizität-Komponente des Signales sinusförmig ist, wie dies auch üblicherweise der Pail ist, so wird von den Tastwerten, d¹" e an diesen um 90° voneinander beabstandeten Intervallen abgetastet werden, die Amplitude der Exzentrizitäts-Komponente in der x- und y-Achse abgeleitet, wobei diese Werte dann den x- und y-Achsen-Anzeigeeinrichtungen oder den x- und y-Achsen-Betätigungseinrichtungen, die eine automatische Betätigung der Halterungseinrichtungen bzw. eine automatische Verschiebung der Halterungseinrichtungen durchführen, zugeleitet werden.

Die vorliegende Erfindung \i?eist gegenüber den herkömmlichen Verfahren und Einrichtungen zur Zentrierbohrung von Winkellagen-Messgrössenumformer-Elementen erhebliche Vorteile auf. Insbesondere ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, ständig Fehlersignale zu erzeugen, die die x- und y-Komponenten der Exzentrizität eines zu bohrenden Elementen-Werkstückes wiedergeben, so dass der elektrische Mittelpunkt des Werkstückes zur Ausführung der Bohrung schnell und einfach bestimmt und festgelegt werden kann.

Die Erfindung schafft also Verfahren und Einrichtungen zur genauen Ausrichtung eines Werkstückes für ein Winkellagen-I'Iessgrössenumformer-Element, um dieses Werkstück dann im liittei-

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-Q-

punkt bohren zu können. Dem zu bohrenden Werkstück des Messgrossenumforaer-Elementes wird ein relativ hochfrequentes Trägersignal zugeleitet, das dann in eine.m. Bezugs-Rotorelement induziert wird, welches mit konstanter Drehzahl in lagemässiger Beziehung zun Werkstück gedreht v;ird. Der Rotor ist absichtlich bezüglich der Drehachse exzentrisch versetzt und das induzierte Signal enthält ein Trägersignal, eine Komponente, die die relative Winkellage wiedergibt und eine pro ganzer Umdrehung auftretende Exzentrizitäts-Fehlerkomponente, wenn das Element-Werkstück ebenfalls bezüglich der Drehachse exzentrisch ist. Eine Fehler-Nachweisschaltung trennt die pro ganzer Umdrehung auftretende Exzentrizitäts-Fehlerkomponente und eine Auflösungsschaltung trennt diese Komponente dann in eine x- und eine y-Richtungskomponente auf, die einer Fehler-Anzeigeeinrichtung oder Betätigungseinrichtungen zugeleitet werden, die das Messgrössenumformer-Element-Werkstück automatisch verschieben, bis die x- und y-Koaponenten beide Hull werden. Das Element-Werkstück kann dann von einem Bohrwerkzeug gebohrt werden, das auf der Drehachse verschoben wird und sich um die Drehachse dreht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise perspektivische und teilweise schematische Darstellung der wichtigsten Bauteile und Einzelheiten der erfindungsgemässen Einrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Rotors und einer Rotorhalterung der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung in einem Querschnitt senkrecht zur Drehachse der Rotorhalterung,

Fig.4-a-4e typische Signal-Schwingungsformen an verschiedenen Schaltungspunkten in der in Fig. 2 dargestellten Schaltung, und

Fig.5 - 12 ins einzelne gehende Schaltungsdarstellungen von Schaltungsteilen, die in der in Fig. 2 dargestellten elektrischen Schaltung enthalten sind. 60S849/0915

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Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur lage— massigen Festlegung des "elektrischen Mittelpunktes" eines Elementes eines Winkellagen-Messumformers, so dass das Element schnell und in geeigneter Weise an dieser Stelle gebohrt werden kann. Der elektrische Mittelpunkt ist der Punkt, um den sich eine symmetrische Gruppe leitender Streifen auf einem Messgrössenumfοrmer-Element drehen sollte, damit die elektrischen Fehler, die auf Grund der Exzentrizität der Streifengruppierung auftreten, möglichst klein sind. Der elektrische Mittelpunkt entspricht nicht immer genau dem optischen oder geometrischen Mittelpunkt der Gruppierung, xveil die Grossen der leitenden Streifen oder der Abstand zwischen ihnen schwanken kann. „ Die Exzentrizität der Ilessgrössenumformer-Elemente kann deren Genauigkeit wesentlich beeinflussen, da diese Elemente so arbeiten, dass ein Signal, das - üblicherweise durch Induktionsvorgänge von einem Element; auf das andere übertragen wird — sich periodisch ändert, wenn ein Element bei winkelmässigem Fortschreiten bezüglich des anderen Elementes gedreht wird. Die Exzentrizität der Elemente kann zusätzlich zu den periodischen Änderungen, durch die die relative Winkellage gemessen wird, ungewünschte SignalSchwankungen verursachen. Optische Verfahren wurden in der Vergangenheit häufig herangezogen, den Mittelpunkt solcher Messgrössenumformer-Elemente zu ermitteln, der optische Mittelpunkt eines Elementes stimmt jedoch nicht notwendig mit dem "elektrischen Mittelpunkt" überein., wie dies bereits erwähnt wurde.

Bei dem schematisch in Fig. 1 dargestellten Verfahren gemäss der Erfindung wird ein Bezugsrotor 10 mit vorgegebener Drehzahl von einem Motor 12 und einem geeigneten Getriebe bzw. mit geeigneter Übersetzung um eine Achse 11 gedreht und ein Statorwerkstück 13, das gebohrt v/erden soll, ist in einer beweglichen Halterung 14- in einer Arbeitslage bezüglich des Rotors gehaltert.

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Das Statorwerkstück erhält ein Regelsignal von einen Eochfrequenz-Signalgenerator 15 zugeleitet. Ein entsprechendes Signal wird dem Rotor 10 zugeleitet und in einer Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 analysiert, die Signale bereitstellt, welche die waagerechten und senkrechten Komponenten der Exzentrizität des Stators 13 bezüglich der Drehachse 11 des Rotors 10 wiedergeben.

Die Stator-Halterung 14- lässt sich in waagerechter (x)-Richtung und in senkrechter (y)-Richtung verschieben und die x- und y-Fehlerausgangssignale der Fehler-Nachweis- und Auflösungsschaltung 17, die an den Leitungen 18 und 19 auftreten, können direkt Betätigungseinrichtungen 21 bzw- 22 zugeleitet werden, die dazu bestimmt sind, die Statorhalterung 14- in x- und y-Richtung zu verschieben, bis die Fehlersignale Null sind. Die x- und y-Fehlersignale können auch einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise den Anzeigegeräten-23 und 24- zugeleitet werden und eine Bedienungsperson kann dann die Statorhalterung 14-verschieben, bis die Anzeigeeinrichtungen eine Null-Anzeige, d. h. keinen Exzentrizitätsfehler mehr anzeigen. Wenn der Stator 13 an einer Stelle mit Null-Exzentrizität liegt, wird dann in beiden Fällen ein Bohrwerkzeug 26, das sich entlang der Drehachse 11 des Rotors 10 dreht, auf den Stator zu bewegt werden und das erforderliche Mittelloch in den Stator bohr -n.

Mit der vorliegenden Erfindung lassensich Winkellagen-Messgrössenumformer verschiedenster Art herstellen. Ein Element eines üblichen Messumformers weist jedoch die in Fig. 1 dargestellte Form des Rotors 10 und des Stators 13 auf. Das Messgrössenumfοrmer-Element, also entweder der Rotor 10 oder der Stator 13 besteht aus einer flachen Scheibe aus elektrisch isolierendem Material mit mehreren radialen, leitenden Streifen 27, die auf einer Seite der Scheibe in einen ringförmigen Bereich gleichmäss'ig voneinander beabstandet sind. Die Streifen sind elektrisch in Reihe geschaltet und bilden eine Endlos-Windung. Die Streifen 27 und deren Verbindungen werden üblicherweise durch ein Photoätzverfahren oder ein ähnliches Verfahren

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ausgebildet und die Zahl der Streifen 27 hängt von der gewünschten Winkelauflösung des fertiggestellten Messgrössenumformers ab. Normalerweise ist das Rotorelement 10 und das Statorelement 13 auf derselben Achse ausgerichtet, so dass eine relative Drehung durchgeführt werden kann und einem der Elemente wird ein Hochfrequenzsignal angelegt. Das im anderen Element induzierte Signal weist dann eine Amplitude auf, die von der relativen Winkellage der Streifen 27 der beiden Elemente abhängt, d. h. die relative Drehung verursacht einen kompletten Amplitudenänderungs-Zyklus im induzierten Signal für jede inkrementelle Winkellagenänderung. Durch elektrische Analyse des induzierten Signales kann man daher die relative Winkellage mit einer Auflösung erhalten, die von der Zahl der leitenden Streifen 27 auf den Messgrossenumformerelement en 10 und 13 abhängt.

Der Hochfrequenz-Signalgenerator 15 (vgl. Fig. 1) kann auch über die Leitung 2S direkt mit dem Stator verbunden sein, diese Verbindung muss jedoch mit einer sich drehenden Windung hergestellung werden, um das im Rotor 10 induzierte Signal zu erhalten. Zu diesem Zwecke können Schleifring- und Bürstenkontakte verwendet werden, ohne dass dadurch die vorliegende Erfindung beeinträchtigt wird. Die Schleifringe und Bürstenkontakte können «jedoch zu elektrischem Rauschen und elektrischen Störsignalen führen, die ein auf Grund der Exzentrizität auftretendes Fehlersignal stören könnten. Daher ist der Rotor 10 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Drehtransformator 31 verbunden, der eine, mit dem Rotor elektrisch verbundene, drehbare Wicklung 32 aufweist. Die stationäre Wicklung 33 des Drehtransformators 21 ist über die Leitung 34- mit der Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 verbunden.

Weil Drehtransformatoren im Zusammenhang mit Rechnerzusatzgeräten und Videoaufzeichnungsgeräten allgemein bekannt sind, ist es nicht erforderlich, den im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Drehtransformator im einzelnen darzustellen und zu beschreiben. Drehtransformatoren sind auch

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unter der Bezeichnung Dynamotor und Einankerumformer für Wechselstrom-Wechselstrom bekannt. Die Wicklungen 32 und 33 sind üblicherweise um getrennte Hälften eines Zentralkernes gewickelt, wobei die Hälften durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Die Wicklungen 32 und 33 sind über einen Magnetkreis miteinander gekoppelt, der den Zentralkern und die End- und Seitenflächen der beiden Zylinderhälften, die die Wicklungen umgeben, umfasst. Obgleich im Magnetkreis ein kleiner Luftspalt vorhanden ist, wird das im Rotor 10 induzierte Signal von der Wicklung 32 auf die Wicklung 33 des Drehtransformators 31 ohne wesentliche Verluste und ohne nachweisbare Verzerrungen oder Störungen übertragen.

Wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlich wird, ist es wesentlich, dass bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ein einsiger Taktgeber 37 (vgl. Fig. 1) zur Synchronisation verwendet wird. Der Taktgeber 37 steht über die Leitung 33 mit dem Hochfrequenz-Signalgenerator 17, über die Leitung 40 mit dem Drehzahlregler 39 und über die Leitung 41 mit der Exzentrizität s-Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 in Verbindung. Die Erzeugung des Trägersignals, der Fehlernachweis und die Fehlerauflösung sowie die Drehzahl des Rotors 10 werden daher mit dem gleichen Taktgeber 37 getaktet bzw. zeitlich gesteuert.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist nicht in Fig. 1, sondern in Fig. 3 dargestellt. Dieses wichtige Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Rotor 10 mit seinem elektrischen Mittelpunkt, der mit 43 bezeichnet ist, bezüglich der Drehachse exzentrisch gedreht wird. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Exzentrizität von einem der beiden Rotor- und Statorelemente keinen wesentlichen Einfluss auf das Signal ausübt," das von einem Element im anderen induziert wird. Wenn der Rotor 10 beispielsweise zur Drehachse 11 genau konzentrisch,der Stator 13 jedoch nicht konzentrisch liegt, wirkt sich die Exzentrizität des Stators in jedem Teil der Rotorv.-ind.ung nacheinander aus. Jeder Teil wird jedoch gleich beeinflusst und es tritt kein endgültiger Effekt in der in Reihe geschalteten Rotorwindung auf.

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Natürlich, ergibt sich, auf Grund der Exzentrizität des Stators eins Verringerung des induzierten Signales, aber es tritt keine Signalkomponente, die die Exzentrizität des Stators wiedergibt, bei einer ganzen Umdrehung auf. Wenn der Rotor bezüglich, der Drehachse 11 Jedoch auch exzentrisch ist, tritt im induzierten Rotorsignal eine Signalkomponente pro ganzer Umdrehung auf. Der grösste Wert der bei einer ganzen Umdrehung auftretenden Komponente ist bezüglich der Drehachse 11 des Rotors 10 direkt proportional zur Exzentrizität des Stators 13 und der momentane Wert der Komponente ändert sich entsprechend der relativen Winkellage der Exzentrizitäten von Rotor und Stator etwa sinusförmig.

Gemäss der vorangegangenen Beschreibung der Erfindung wird ein Hochfrequenz-Trägersignal dem zu bohrenden Stator 13 zugeleitet, in einem mit konstanter Drehzahl laufenden Rotor 10 induziert und moduliert, was als Lageangaben (position terms) bezeichnet werden kann. Das heisst, die zyklische Amplitude ändert sich auf Grund den Änderungen in der elektromagnetischen Kopplung zwischen dem Stator und dem ^otor, wenn sich der Rotor dreht. Das induzierte Signal wird weiterhin durch eine bei einer ganzen Umdrehung auftretenden Komponente moduliert, die nur auf Grund der Exzentrizität des Stators 13 bezüglich der Drehachse 11 auftritt. Die Exzentrizität-Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17» die nachfolgend anhand von Fig. 2 im einzelnen erläutert werden soll, trennt die pro ganzer Umdrehung auftretende Komponente vom induzierten Rotorsignal und löst diese Komponente in zwei zueinander senkrecht stehende Komponenten auf, die dann der x- und der y-Betätigungseinrichtung 21 uns 22 oder der x- und y- Anzeigeeinrichtung 23 und 24- zugeleitet werden".

Die mechanischen Merkmale der Bohreinrichtung sind hinsichtlich der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung und v/erden daher in diesem Zusammenhang nicht näher erläutert.Wie in Fig. 1 schematises dargestellt ist, ist die Statorhalterung 14 beispielsweise so angebracht, dass sie sich in der x- und

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y-Richtung, d. h. in einer senkrecht zur Drehachse 11 liegenden Ebene mit bekannten Einrichtungen, die an Werkzeugmaschinen vorgesehen sind, verschieben lässt. Solche Einrichtungen besitzen üblicherweise vonhand zu betätigende Einstell- und Steuerungselemente 43 u¹¹^ 44·, um die Verschiebung in der x— bzw. y-Richtung durchzuführen. Das Bohrwerkzeug 26 ist üblicherweise an einer Drehspindel 46 angebracht, die auf der Achse 11 verschiebbar ist, wie dies durch den Pfeil 47 angedeutet ist. Die Statorhalterung 14 weist vorteilhafterweise einen geeigneten Klemmbackenmechanismus 48 bzw. ein Futter auf, aus dem der Stator schnell entfernt werden kann, wobei das Futter bzw. die Klemmbacken 48 über geeignete Gestänge und Verbindungen 49 pneumatisch oder hydraulisch betätigtwerden können.

In Fig. 2 sind die wesentlichsten Teile der erfindungsg#mässen Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 (vgl. Fig. 1) als Blockschaltbild dargestellt. Wie bereits erwähnt, wird ein einziger Taktgeber 37 zur Synchronisation der verschiedenen Funktionen, Arbeitsschritte und Vorgänge verwendet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Taktgeber 32 einen Kristalloszillator 51 auf, der mit einer Frequenz von 1,92 MHz arbeitet, wobei eine Frequenzteilerkette 62 in herkömmlicher, digitaler Bauart Ausgangsimpulse mit 480 kHz an der Leitung 38, Ausgangsimpulse mit 400 Hz an der Leitung 42 und Ausgangsimpulse mit 25 Hz an der Leitung 39 erzeugt. Die tatsächlich verwendeten Frequenzen sind für die Erfindung natürlich von untergeordneter Bedeutung.

Die in Fig. 2 dargestellten Kästchen, beispielsweise die Frequenzteilerkette 42, sind in der üblichen Weise ausgebildet und können von einem Fachmann hergestellt werden. Die genauer dargestellten Schaltungsteile, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in den Fig. 5 bis 12 dargestellt und sollen nachfolgend beschrieben werden.

Die Taktimpulse von 480 kHz werden dem Hochfrequenz-Signalgenerator 16 über die Leitung 38 und dann dem Stator 13 über

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die Leitung 28 bereitgestellt. Der Hochfrequenz-Signalgenerator 16 weist die übliche Bauform auf. Er enthält einen abgestimmten Kreis 63, an den über die Leitung 38 Rechteckimpulse von 480 kHz gelangen, und welcher ein an der Leitung 64 auftretendes, im wesentlichen sinusförmiges Signal mit derselben Grundfrequenz erzeugt. Das an der Leitung 64 liegende Ausgangssignal wird vom Verstärker 66 verstärkt, und über die Leitung 67 einem Tiefpassfilter 68 zugeleitet, der die restlichen harmonischen Frequenzen aus dem Ausgangssignal ausfiltert, bevor es dem Stator 13 über die Leitung 28 zugeleitet wird.

Das im Rotor 10 induzierte Hochfrequenzsignal wird der Fehlernachweis- und Auflösungsschaltung 17 (Fig. 1) über einen Drehtransformator 31 übertragen, wie dies bereits beschrieben wurde. Die in Fig. 2 dargestellte Fehlernachweis- und Auflösungsxchaltung kann in einen Fehlernachweisteil 71, der durch ein gestricheltes Kästchen umgeben ist, und in einen Fehlerauflösungsteil, der durch das gestrichelte Kästchen 72 umgeben ist, aufgeteilt sein.

Die Fehlernachweisschaltung 71 enthält einen Hochfrequenzverstärker 73, der über die Leitung 34 mit dem Drehtransformator 31 verbunden ist, einen Demodulator 74, einen Niederfrequenzverstärker 76, einen Zweiwege-Gleichrichter 77, ein Zwischen-filter 78, ein abgestimmtes Filter 79 und eine Empfindlichkeitseinstellung 81, wobei alle diese Schaltungselemente in der angegebenen Reihenfolge über die Jeweiligen Leitungen 82 bis 87 in Reihe geschaltet sind. Der Hochfrequenzverstärker 73 ist räumlich möglichst nahe am Rotor 10 angeordnet, da das induzierte Signal relativ schwach ist. Das vom Hochfrequenzverstärker 73 bereitgestellte, verstärkte Ausgangssignal wird dem Demodulator 74 über die Leitung 82 zugeleitet, der die Hochfrequenzkomponenten abtrennt und nur die SignalSchwankungen im Signal belässt, die auf Grund von Vinkellage-lnderungen des Rotors '10 und auf Grund von möglichen pro ganzer Umdrehung auftretenden Effekten der Statorexzentrizität herrühren. Der Demodulator 74 erhält ein Bezugs-Trägersignal vom Taktgeber 37

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zugeleitet, das über die Leitung 88 an den Demodulator gelangt. Wenn die Exzentrizitäts-Komponente beispielsweise negativ ist, so kann das den Demodulator 74- über die Leitung 82 bereitgestellte Eingangssignal durch die in Fig. 4-(a) gezeigte Kurve dargestellt werden, d. h. es besteht aus einem mit einer Sinusschwingung 91 amplitudenmodulierten Trägersignal 89- Das an der Leitung 83 auftretende Ausgangssignal des Demodulators 74- kann durch die in Pig. 4-(b) gezeigte Kurve dargestellt werden, die lediglich eine Sinusschwingung ist. Natürlich wurde aus Darstellungsgründen in Fig. 4- ein anderer Masstab gewählt. Die Frequenz des Trägersignals 89 ist um einige lOOmal grosser als die Frequenz, die auf Grund inkrementeller yinkellageänderungen auftritt.

Angenommen, es tritt keine Fehlersignal-Komponente auf, die auf Grund.der Exzentrizität des Stators 13 zustande kommt. Dann wird das an der Leitung 83 auftretende, demodulierte Signal ähnlich dem in Fig. 4(c) dargestellten Signal sein, d. h., dass auf Grund der Winkellageänderungen entstehende sinusförmige Signal wird seinerseits durch die pro ganzer Umdrehung auftretende Exzentrizitätskomponente 92 amplitudenmoduliert sein. Auch hier sei bemerkt, dass der Zeitmasstab von Fig. 4-(c) der Darstellung halber verändert wurde; denn es treten normalerweise einhundert oder mehr Winkel-Inkremente pro Drehung des Rotors 10 auf und nicht so wenige, wie dies in der Figur dargestellt ist.

Das Ausgangssignal des Demodulators 74- wird dem Niederfrequenz-Verstärker 76 über die Leitung 83 zugeleitet. Das Signal an dieser Schaltungsstelle weist im wesentlichen die in Fig. 4-(c) dargestellte Form auf und da der Rotor 10 mit 6,25 Umdrehungen pro Sekunde gedreht wird und die Zahl der schrittweisen Änderungen pro Umdrehung normalerweise etwa 100 oder mehr ist, so liegt die sich ergebende Signalfrequenz nach der Demodulation im Niederfrequenz- bzw. im Tonfrequenzbereich.

Nach Verstärkung des Niederfrequenzsignales muss das Signal nochmals demoduliert werden, damit die "Lageangaben", die auf

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Grund der inkrementell en Winkellageänderungen zustande kommen, abgetrennt werden. Diese : zweite Demodulation wird durch, den Zweiwege-Gleichrichter 77 bewirkt, der das Niederfrequenzverstärkte Signal über die Leitung 84· zugeführt erhält und an der Leitung 85 ein gleichgerichtetes, Jedoch nicht gefiltertes Signal bereitstellt, das in Fig. 4-(d) dargestellt ist.

Der Ausgang des Gleichrichters 77 steht über die Leitung 85 mit dem Zwischenfilter 78 in Verbindung, das die meisten Harmonischen des vom Gleichrichter 77 bereitgestellten Ausgangssignale ausfiltert. Der Zwischenfilter 78 steht seinerseits über die Leitung 86 mit dem abgestimmten Filter in Verbindung, das lediglich die pro ganzer Umdrehung auftretende Exzentrizität skomponente 92 (vgl. Fig. 4-(c)) durchlässt. Das Filter 79 ist genau auf die Frequenz abgestimmt, mit der sich, der Rotor 10 dreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt diese Frequenz 6,25 Hz. Alle anderen Frequenzen einschliesslich der Gleichspannungskomponente werden abgetrennt und das an der Ausgangssleitung 87 des abgestimmten Filters 79 auftretende Signal ist bezüglich der Null-Bezugsachse symmetrisch, wie dies aus Fig. 4-(e) hervorgeht. .

Das letzte Bauteil der Fehlernachweisschaltung 71 ist die Empfindlichkeitseinstellung 81 _r die im wesentlichen aus einem in Reihe geschalteten, veränderlichen Widerstand in der Leitung 87 besteht. Bis zu diesem Schaltungspunkt wurde das Exzentrizitäts-Fehlersignal, das in Fig. 4(e) dargestellt ist, nachgewiesen und isoliert, es muss jedoch noch in eine Form umgewandelt werden, die zur Steuerung der Statorlage herangezogen werden kann, so dass der Exzentrizitätsfehler ganz verhindert wird. Dieser Schritt wird durch die Auflösungsschaltung 72 durchgeführt, die nachfolgend im einzelnen beschrieben werden soll.

Der Rotor 10 weist eine an ihm angebrachte Winkellagen-Harkierung 96 auf, wie dies am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist, die die Winkellage des Punktes mit grösster Exzentrizität des Ro-

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tors 10 angibt. Die Aufgabe der Fehlerauflösungsschaltung 72 besteht darin, die in Pig- 4(e) dargestellte Exzentrizitäts-Signalkomponente an vier um jeweils 90° beabstandete Stellen zu tasten, die mit A, B, C, bzw. D bezeichnet sind. Die Tastung A erfolgt bei Durchgang des Punktes grösster Rotorexzentrizität durch die positive x-Achse, die Tastung B beim Durchgang des Punktes durch die positive y-Achse, die Tastung C beim Durchgang des Punktes durch die negative x-Achse und die Tastung D beim Durchgang des Punktes durch die negative y-Achse. Es sei nochmals in Erinnerung gerufen, dass der Stator 13 in x- uncl y-Achsenrichtung verschoben wird, wobei die x- und die y-Achse aufeinander senkrecht stehende Achsen in einer Ebene senkrecht zur Drehachse 11 sind.

Aus Fig. 4-(e) ist ersichtlich, dass dann, wenn die Winkellage der Statorexzentrizität bezüglich der positiven x-Achse mit O bezeichnet wird und O wie üblich von der positiven x-Achse im Gegenuhrzeigersinn gemessen wird, und wenn E die grösste Amplitude der in Fig. 4(e) dargestellten sinusförmigen Exzentrizität s-Fehlerkompon ent e ist, die Tastungen A bis D die Werte E cos O, E sin Q, -E cos 0 bzw. -E sin θ aufweisen. Natürlich erhält man die x-Achsenkomponente des Exzentrizitätsfehlers von der Tastung A oder der Tastung C und die y-Achsenkomponente von der Tastung B oder von der Tastung D.

Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Tastimpulse für die Tastungen A bis D vom Tastimpulsgenerator 97 erzeugt, die an den jeweiligen Ausgangsleitungen, 98 bis 101 auftreten. Der Tastimpulsgenerator 97 besitzt als wesentlichstem Bauteil einen (in Fig. 2 nicht dargestellten) Fehler, dem Zähliiapulse mit 400 Hz über die Leitung 71 von der Frequenzteilerkette 62 des Taktgebers 37 zugeführt werden, sowie einen (nicht dargestellten) Decoder, der die erforderlichen Tastimpulse erzeugt, wenn der Zähler die Zählerwerte erreicht, die den 90-Grad-Intervallen entsprechen. Der Zähler des Tastimpulsgenerators 97 wird durch ein an der Leitung 104· auftretendes Signal rückgesetzt. Dieses letztgenannte Signal wird in einer Triggerschaltung 106 in Abhängigkeit eines schwachen Signales erzeugt,

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das von einem Rotorlagefühler 107 bereitgestellt wird, wenn die Rotor-Lagemarkierung 96 am 5¹UhIer vorbeiläuft. Das vom Fühler 107 bereitgestellte Signal wird über die Leitungen der Triggerschaltung 106 zugeleitet.

Während des normalen Betriebes setzt dann, wenn der Punkt grösster Rotorexzentrizität durch die positive x-Achse geht, ein Rücksetzimpuls auf der Leitung 103 den Tastimpulsgenerator

97 auf Null zurück. Dadurch wird sofort der Tastimpuls A an der Leitung 98 erzeugt und der Tastimpulsgenerator 97 zählt dann die entsprechende Zahl von Impulsen weiter, bis die nachfolgenden B, C und D-Impulse erzeugt werden. Die Leitungen

98 bis 101 stehen mit vier entsprechenden Verknüpfungsgliedern

110 bis 113? nämlich jeweils mit dem A-Verknüpfungsglxed 110, dem B-Verknüpfungsglied 111, dem C-Verknüpfungsglied 112 und dem D-Verknüpfungsglied 113 in Verbindung. Diese Verknüpfungsglieder führen zusammen mit den beiden Momentanwertspeichern bzw. den Abfrage- und Speichergliedern 114 und 116 zu geeigneten Zeitpunkten die Tastung des Exzentrizitäts-Signales durch.

Das detektierte und isolierte Exzentrizitäts-Fehlersignal auf der Leitung 87 wird von einem weiteren Verstärker 117 verstärkt und dann den C- und D-G-Iiedern 112 und 113 über die Leitungen 118 bzw. 119 als Eingangs signale zugeführt. Das verstärkte Signal wird weiterhin über die Leitung 124 einem Inverter 122 zugeleitet, dessen Ausgang über die Leitung 123 bzw. 124 mit dem A-Glied 110 bzw. mit dem B-Glied 111 verbunden ist. Die Ausgänge der A- und C-Glieder 110 und 112 sind beide mit einem Momentanwertspeicher 114 über die Leitungen 126 bzw. 127 verbunden und die Ausgänge der B- und D-Glieder

111 und 113 liegen über die Leitungen 128 bzw. 129 am anderen Festwertspeicher 116. Auf diese Weise wird der erste Momentanwertspeicher 114 durch die Tastimpulse A und C angesteuert und speichert' einen Wert, der der x-Achsen-Komponente des Exzentrizität sfehlers entspricht. Wegen des Inverters 122 und auf Grund der Verbindungen der A- und C-Verknüpfungsglieder 110

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und 112 ist der im ersten Moment anwert spei eher 114 gespeicherte Wert die x-Achsen-Exzentrizitätskorrektur und nicht der x-Achsen-Exzentrizitätsfehler und dieser gespeicherte Korrekturwert kann direkt einem x-Achsen-Lage-Servomechanismus oder -Betätigungsglied 21 zugeleitet werden, der automatisch arbeitet, und den Stator 13 auf der x-Achse verschiebt, bis der x-Achsenfehl er Mull ist. In entsprechender Weise speichert der zweite Momentanwertspeicher 16 die y-Achsen-Komponente der Exzentrizitätskorrektur, die direkt dem y-Achsen-Lage-Servomechanismus oder -Betätigungsglied 22 zugeleitet wird.

Die Mom ent anwert speicher 114 und 115 können auch mit den jeweiligen Zähleranzeigeeinrichtungen 23 und 24 verbunden sein. Dafür können herkömmliche Messanzeigegeräte oder gemäss dem in fig. 12 dargestellten bevorzugten Äusführungsbeispiel eine Reihe von Anzeigelampen verwendet werden. Die in Fig.. 12 dargestellte Anzeigeeinrichtung besitzt einen Spannungsteiler 131» mehrere Spannungsvergleicher 132 und eine gleiche Anzahl von Anzeigeelementen 133» beispielsweise lichtemittierende Dioden. Der Spannungsteiler I3I liegt mit seinem Mittelpunkt an Masse und weist an seinen Enden Spannungen mit gleichen Spannungswert, Jedoch entgegengesetzter Polarität auf. Die zwischen den beiden Polaritäten liegenden Spannungen werden am Spannungsteiler abgegriffen und einem Eingang der jeweiligen Spannungsvergleicher 132 zugeleitet. Das Fehlersignal für die x- .oder y-Achse, das mit 18 oder 19 bezeichnet wird, wird dem anderen Eingang der jeweiligen Vergleicher 132 zugeleitet und die Ausgänge der Vergleicher stehen mit,den jeweiligen lichtemittierenden Dioden 133 in Verbindung. Wenn die Fehlerspannung KuIl ist oder das Massepotential aufweist, erzeugen alle Vergleicher 132 ein Ausgangssignal und alle lichtemittierenden Dioden leuchten auf, so dass dadurch angezeigt wird, dass eine Exzentrizität ITuIl vorliegt. Wenn jedoch eine Fehlerspannung auftritt, werden einige der lichtesiittierenden Dioden 133 nicht erregt und eine Bedienungsperson- muss den Stator 13 (vgl. Fig. 1) in der richtigen Richtung verschieben, bis alle lichtemittierenden Dioden aufleuchten.

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Bei der Beschreibung des Tastimpulsgenerators 97 (vgl- Fig. 2) wird angenommen, dass die Rotor-Lagemarkierung 96 an der richtigen Stelle war, und zwar an der Stelle, an der der Rotor 10 die grösste Exzentrizität aufweist. Um zu vermeiden, dass bei der Herstellung bzw. beim Anbringen, der Markierung eine zu grosse Genauigkeit erforderlich, ist, weist die bevorzugte Ausführungsform Einrichtungen auf, um eine eventuell auftretende Diskrepanz zwischen der Markierung 96 und dem tatsächlichen Punkt mit der grössten Rotorexzentriζität auszugleichen bzw. zu korrigieren. Diese Korrektur kann beispielsweise dadurch durchgeführt werden, dass der auf der Leitung 104- auftretende Rücksetzimpuls den Zähler im Tastimpulsgenerator 27 nicht auf Null, sondern auf einen anderen Wert zurücksetzt, der einer Winkeldifferenz zwischen der Lage der Markierung 96 und. den Punkt grösster Rotorexzentrizität entspricht. Dieser Winkelfehler wird in Fig. 3 cLurch das Bezugszeichen 134- angedeutet. Der Tastimpulsgenerator 97 enthält übliche, käuflich erwerbbare Zähler-Schaltungsteile, die ermöglichen, dass der Rücksetzimpuls den Zähler auf irgendeinem gewünschten Wert setzt, und zwar entsprechend der Einstellung mehrerer Erdungsschalter, die in Fig. 2 in Form eines einzigen Schalters 135 schematise]! dargestellt sind.

Wie bereits früher erivähnt, wird die Motordrehzahl des Motors 12, der den Rotor 10 dreht, von einen Drehzahlregler 39 genau eingestellt, dem ein 25 Hz-Takt impuls vom Taktgeber 37 über die Leitung 40 zugeleitet wird. Der Drehzahlregler 39 enthält als Hauptkomponenten einen PLL-Schaltkreis 137, der auch als phase-locked loop bezeichnet wird, und eine Verstärkerstufe 133- Der PLL-Schaltkreis 137 erhält ein Rotor-Drehzahlsignal vom Rotor-Drehzahlmesser 139 über die Leitung 14-1 zugeführt und ändert unter Mitwirkung der Verstärker stufe 138 das Tastverhältnis der Feldwicklung des Motors 12, dem ein rechteckförmiger, das Magnetfeld erzeugender Strom zugeleitet wird, so dass sich die richtigen Drehzahländerungen ergeben» die erforderlich sind, um den Motor mit konstanter Drehzahl laufen zu lassen.

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Ein weiteres Merkmal der in Fig. 2 dargestellten Schaltung besteht darin, dass das gleichgerichtete Ausgangssignal des Gleichrichters 771 das auf der Leitung 85 auftritt, auch einem weiteren !Tiefpassfilter 146 über die Leitung 147 zugeleitet wird, indem alle Wechsel Stromkomponenten des Signales einschliesslich der pro ganzer Umdrehung auftretenden Komponente ausgefiltert werden, so dass lediglich ein mittlerer Gleichstromwert übrig bleibt, der das mittlere Modulierungssignal wiedergibt, das im Rotor 10 induziert wird. Dieser mittlere Wert gelangt über die Leitung 148 an eine automatische Pegelregelschaltung 149, die-diesen Wert mit einem an der Leitung 151 auftretenden Gleichspannungs-Bezugswert vergleicht. Das sich ergebende Differenzsignal gelangt über die Leitung 152 an den abgestimmten Kreis 63- Die Leitung 152 führt also einen Rückkoppelweg zum abgestimmten Kreis 63 zurück und stellt sicher, dass das vom Rotor 10 kommende Fehlersignal stabil bzw. konstant ist.

Wie bereits früher erwähnt, können die zuvor beschriebenen Schaltungsteile, insbesondere die in Fig. 2 enthaltenen Schaltungsteile auf verschiedene Weise von einem Fachmann ausgebildet und ausgeführt werden. Beispielsweise sind in den Fig. 5 bis 12 Schaltungsteile dargestellt, die ins einzelne gehende Ausführungsformen der elektrischen Bauteile gemäss der Erfindung wiedergeben. Die Bezugszahlen der einzelnen Schaltungsteile und Baukomponenten sind in den Zeichnungen enthalten und diese Baukomponenten und Schaltungsteile müssen nicht näher erläutert werden. Die Zusammenstellung und Verdrahtung der einzelnen Bauteile ist dagegen anhand der Fig. dargestellten Schaltung erläutert worden. Selbstverständlich können zahlreiche spezielle Baukomponenten und Schaltungsteile sowie in integrierter Bauweise ausgebildete Baukomponenten bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung verwendet werden. Die in Fig. 2 dargestellten SchaltungsteiIe stellen daher nur Beispiele für eine mögliche Ausführungsform dar. Die digitalen und linearen, in integrierter Bauweise ausgebildeten Schaltungskomponenten und die in den Fig. 8 und 9 verwendeten Dioden

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werden auf dem Markte angeboten. Die einzelnen Transistor-Bauelemente, nämlich die Transistoren TIP3IA und TIP32A in Fig. 11 werden von der Firma Texas Instruments Incorporated, Dallas, USA, hergestellt und die in den Fig. 6 und 10 dargestellten Feldeffekttransistoren können beispielsweise die Feldeffekttransitoren 2H5018 sein, die von der Firma Teledyne Semiconductor, Mountain View, Californien, hergestellt werden. Die in Fig. 11 dargestellten Dioden A14F werden von der Firma General Electric Company, Schenectady, Few York, hergestellt. Der Übersichtlichkeit halber wurden die Versorgungsschaltungen in den Fig. 5 bis 12 weggelassen.

Fig. 5 zeigt eine ins einzelne gehende Schaltungsanordnung des Taktgebers 371 bei dem der Kristalloszillator 61 und die Frequenzteilerkette 62 durch gestrichelte Linien umrandet sind.

In Fig. 6 ist eine ins einzelne gehende Schaltungsanordnung des Hochfrequenz-Signalgenerators 16 (vgl. Fig. 1) zusammen mit der automatischen Pegel-Regelstufe 149 und dem- zugehörigen Tiefpassfilter 146 dargestellt.

Fig. 7 zeigt die Schaltungsanordnung des Hochfrequenzverstärkers 73. In Fig. 8 ist die Schaltungsanordnung des Beniodu- lators 74» der ITiederfrequenzverstärkers 76 und des Zweiwege-Gleichrichters 77 dargestellt. Fig. 9 enthält die Fehler-' Nachweisschaltung mit den beispielsweise verwendeten Schaltungselementen des Zwischenfilters 78, des abgestimmten Filters 79 und der Empfindlichkeitseinstellung 81 zusammen mit dem Verstärker 147 und dem Inverter 122. In Fig. 9 ist weiterhin eine Abschneide-Stufe 15O dargestellt, die das Fehlersignal auf einen gewählten höchsten Wert begrenzt. Sonst könnte die Übersteuerung des Verstärkers 117 ein falsches Ausgangssignal hervorrufen.

In Fig. 10 "sind die Einzelheiten des Tastimpulsgenerators 97 zusammen mit der zugehörigen Triggerschaltung 106, den Verknüpfungsgliedern 110-113 und den Momentanwert speichern 114 und

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116 dargestellt. Schliesslich gibt Fig. 11 die Einzelheiten des Motordrehlzahlreglers 39 (vgl. Fig. 1) und Fig. 12 ein Beispiel für eine Fehleranzeigevorricht ung an, die im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden kann.

Aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele geht hervor, dass die vorliegende Erfindung wesentliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren und Einrichtungen zur Bohrung von Winkellagen-Messgrössenumformern-Elemente an den Mittelpunkten aufweist. Insbesondere erzeugt die erfindungsgemässe Einrichtung praktisch ständig Fehlersignale, die die x- und y-Komponenten der Statorexzentrizität wiedergeben. Das Stator-Werkstück kann dann in der richtigen Weise verschoben werden, bis die Fehlerkomponenten auf ITuIl zurückgehen und das Werkstück kann dann am elektrischen Mittelpunkt gebohrt werden.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbei- ■ Spieles im einzelnen beschrieben. Darüberhinaus wurden Schaltungen für bestimmte Ausführungsformen einzelner Schaltungsteile angegeben. Dem Fachmanne sind selbstverständlich zahlreiche Abwandlungen und Änderung'möglich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Erzeugen eines Signales, das die Exzentrizität eines Winkellagen-Messgrössenuiaformer-Elementes wiedergibt, gekennz eichnet durch folgende Verfahrenaschritte:

Anbringen eines Mes3grössenumformer-Element -Werkstückes in Bezug zu einem Bezugs-Messgrössenumformer-Element, Drehen eines der Messgrössenumformer-Elemente bezüglich des anderen Messgrössenumwandler-Elementes um eine Drehachse, wobei das Bezugseiement bezüglich der Drehachse absichtlich exzentrisch versetzt ist,

Erregen eines der Messgrössenumformer-Elemente und dadurch Induzieren eines entsprechenden Signales im anderen Mess-. grössenumformer-Element. und . , ·

Verarbeiten des induzierten Signales und Ableiten eines Fehlersignales aus diesem induzierten Signal, wobei das· Fehlersignal die Exzentrizität des Element-Werkstückes bezüglich der Drehachse wiedergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass-das Drehen eines der Messgrössenumfonaer-Elementes durch Drehen ~ des Bezugs-Messgrössenumwandler-Elementes .bezüglich des_ . ■ Messgrössenumwandl er-Element-Werkstückes erfolgt und ■ '"■·-'"_■ die Erregung durch Erregen des Messgrössenumwandler—Element—^:- Werkstückes durchgeführt wird, so dass dadurch eine entsprechendes Signal im sich drehenden Bezugselement induziert wird.
3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregen eines der Messgrössenumwandler-Elemente durch Anlegen eines Hochfrequenz-Trägersignales an eines der Elemente bewirkt wird und die Verarbeitung des induzierten Signales dadurch durchgeführt wird, dass das induzierte Signal demoduliert wird, um das Trägersignal abzutrennen und ein Zwischensignal mit einer mit der Lage in Beziehung stehenden Komponente, die eine von der Winkellage abhängige

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Amplitude aufweist, und eine Exzentrizitäts-Fehlerkomponente zu erhalten, deren Amplitude sich pro einer ganzen Drehung ändert, und das Zwischensignal gleichgerichtet und gefiltert wird, um daraus die 'Exzentrizitäts-Fehlerkomponente abzuleiten.
4·. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal in zueinander orthogonale Komponenten aufgelöst wird.
5- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung des Fehlersignales durch Tasten des Exzentrizitäts-Fehlersignales an vorgegebenen Punkten des vollständigen Zyklus, wobei die vorgegebenen Punkte den Zeitpunkten entsprechen, an denen der Mittelpunkt des Bezugselementes durch zwei zueinander senkrechte Achsen läuft, und durch Speichern der beim Tastvorgang erhaltenen Werte durchgeführt wird, um diese Werte anzuzeigen und für den Verschiebungsvorgang zu verwenden.
6. Verfahren nach einem der-Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Festlegen des Hittelpunktes eines Wink eil age-Ii esswert um form er- Element es herangezogen wird, um das Element danach zu bohren und dass das Messgrössenumformer-Element-Werkstück in einer Ebene senkrecht zur Drehachse verschoben wird, bis die aufgelösten Komponenten des Fehlersignals beide Null sind und das.·: Messgrössenumformer-Element-Werkstück daher zur Drehachse konzentrisch liegt.
7· Verfahren zum Bohren eines genauen Mittelpunktloches in einem Winkellage-Messgrössenumformer-Element, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Drehen eines Bezugs-Rotorelementes mit konstanter Drehzahl um eine Drehachse, die eine merkliche Exzentrizität bezüglich des Mittelpunktes des Eotorelementes aufweist, Haltern eines zu bohrenden Statorelement -Werkstückes in Bezug auf das Rotorelement,
Erregen des Statorelementes mit einem Hochfrequenzsignal

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und dadurch. Induzieren eines entsprechenden Signales im Rotorelement,

Demodulieren des im Eotorelement induzierten Signales» um ein Zwischensignal zu erhalten, das eine lageabhängige Komponente mit Amplitudenänderungen, welche auf Grund von inkrementellen Änderungen in der Winkellage des Rotors zustande kommen, und eine Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente mit einem Amplitudenzyklus aufweist, der jeweils einer Umdrehung des Rotors entspricht, Gleichrichten und Filtern des Zwischensignales, um dadurch die Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente zu erhalten, Auflösen der Exzentrizitätsfehler-Signalkomponente in eine x- und eine y-Komponente durch Abtasten der Fehlersignalkomponente an Punkten_T die voneinander um 90° beabstandet sind und den Zeitpunkten entsprechen, die bei Durchgang des Zentrums des Rotorelementes durch die x- und y-Achse vorliegen, . .. - - - " "

Anzeigen der x- und y-Komponenten des Exzentrizitätsfehler-Signals,

Verschieben des Statorelement-rWerkstückes -entlang der-.-x- und y-Achse, bis die x- und y-Fehlerkomponenten Kuli, werde und _ .-..".-..

Bohren des Statorelement-Werkstückes mit Einrichtungen, die sich um die Drehachse des Rotorelementes drehen.
8- Einrichtung zur elektrischen Festlegung des Mittelpunktes eines Winkellage-Messgrössenumformer-Elementes, um es danach zu bohren, gekennzeichnet durch Einrichtungen (14·), die ein zu bohrendes Messgrössen-Umformerelement-Werkstück (13) und ein. Bezugs-Messgrössenumformer-Element (10) in Bezug zueinander haltern,

Einrichtungen (12), die eines der Messgrössenumformer-Elemente bezüglich des anderen Messgrössenumformer-Eleaentes mit konstanter Drehzahl um eine Drehachse (11) drehen, wobei das Bezugs-Messgrössenumformer-Element(IO) bezüglich der Rotationsachse (11) absichtlich versetzt ist, Signal-

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erzeugungseinrichtungen (15, 57)ι die mit einem der Messgrössen-Umformerelemente (10, 13) verbunden sind, wobei im anderen Messgrössenumformer-Element (10) ein induziertes Signal erzeugt wird,

eine Signalverarbeitungsschaltung (71), der das induzierte Signal zugeführt wird und die von ihm ein Exzentrizitäts-Pehlersignal ableitet, das eine auftretande Exzentrizität des Messgrössenumformer-Element-Verkstückes (1.3) bezüglich der Drehachse (11) wiedergibt,

eine Fehlersignal-Auflösungsschaltung (72), die das abgeleitete Eehlersignal in zueinander orthogonale Komponenten zerlegt und

Einrichtungen (21, 22), die das Messgrössenumformer-Element-Werkstück (13) entlang den zueinander senkrecht stehenden Achsen, die senkrecht auf der Drehachse (11) stehen, verschieben, bis die zerlegten Komponenten des Fehlersignales Null werden und das El em ent werk stück (13) konzentrisch zur Drehachse (11) liegt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungsschaltung (15, 37) Schaltungsteile (61, 62) zur Bereitstellung eines relativ hochfrequenten Trägersignales aufweist, wobei das Trägersignal durch Schwankungen der Kopplung zwischen dem Messgrössenumformer-Element (10, 13) auf Grund der Relativ-Drehung amplitudenmoduliert ist und wobei das induzierte Signal eine Trägerfrequenzkomponente aufweist, die durch das die Lage anzeigende Signal, welches sich pro Winkellage-Inkrement einmal ändert, und durch das Exzentrizitäts-Fehlersignal moduliert ist,und dass die Signalverarbeitungsschaltung (71) eine Demodulatorschaltung (74·) zum Abtrennen der Trägerfrequenzkomponente und eine Gleichrichter- und Filterschaltung (77 bzw. 78, 79) zum Abtrennen des lageanzeigenden Signales und zum Isolieren des Exzentrizitäts-Fehlersignales aufweist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlersignal-Auflösungsschaltung (72)

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einen Schaltungsteil zum Tasten des Exzentrizität s-IPehlersignals an vorgewählten Punkten (A, B, C, D) seines Zyklus mit einem Schaltungsteil (97) zur Erzeugung von Tastimpulsen zu Zeitpunkten, wenn die Winkellage des Mittelpunktes des Bezugs-Messgrössenumformer-Elementes (10) mit den zueinander senkrecht stehenden Achsen übereinstimmt, und Schaltungsteile (114., 116) enthält, die eine Momentanspeicherung der getasteten Werte des Exzentrizitäts-Fehler sign al es durchführen, um die Werte anzuzeigen und die Einrichtungen (21, 22) zum Verschieben des Messgrössenumformer-Element-Werkstückes (13) zu verschieben, wobei das Exzentrizitäts-]?ehlersignal einen höchsten Momentanswert aufweist, wenn die Mitten der Messgrössenumfonaer-Elemente (10, 13) .winkelmässig zueinander ausgerichtet sind und wobei die getasteten Werte-eine Auflösung des Exzentrizität des Messgrössenumformer-Element-Werkstückes (13) entlang den beiden zueinander senkrecht stehenden Achsen ermöglichen.
11. Einrichtung nach einem .der Ansprüche 8 bis 10, dadurch, gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die einen der Messgrössenumformer-Elemente (10, 13) dreht, einen Antriebsmotor (12) und Motordrehzahl-Regeleinrichtungen (137>_ 138,_ 139) umfasst .und die Mo.tordrehzahl-Regeleinrichtungen (137» 138, 139) und der' Schaltungsteil, der die Tastimpulse erzeugt, mit der Signalerzeugungsschaltung (37) zur genauen Synchronisation der Einrichtung in Verbindung stehen.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch Anzeigeeinrichtungen (23, 24-), um die getrennten Komponenten des Exzentrizitäts-Fehlersignals optisch anzuzeigen.
13- Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (21, 22), die das Messgrössenumformer-Element-Werkstück (13) verschieben, automatische Betätigungseinrichtungen aufweisen, die mit

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der Fehlersignal-Auflösungsschaltung (72) verbunden sind und das MessgrÖssenumformer-Element-Werkstück (13) in Abhängigkeit der getrennten Fehlersignal-Komponenten, die nicht Null sind, und die von der Fehlersignal-Auflösungsschaltung (72) bereitgestellt werden, entlang der senkrecht zueinander stehenden Achsen bewegen.
14-. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13» gekennzeichnet durch ein Bohrwerkzeug, das relativ zum Statorelement-Werkstück (13) auf der Drehachse (11) verschiebbar ist und nach Festlegung des Mittelpunktes des Elementenwerkstückes (13) dieses genau bohrt.
15· Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugs-Messgrössenumformer-Eleraent (10) ein Rotor-Messgrössenumforner-Element und das Jlessgrössenumformer-Element-Werkstück (13) ein Statorelement-Werkstück ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15» dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil zur Erzeugung von Tastimpulsen einen Impulszähler (97) aufweist, der Impulse von-der Signal er zeugungsschaltung (37) zugeführt erhält und eine Zeitsteuerung der Intervalle zwischen den Tastimpulsen durchführt und Rotorlage-Feststelleinrichtungen (96, 106, 107) aufweist, die eine Rotorlage-Markierung (96) auf der Halterungseinrichtung für das Rotorelement an einer Winkellage, die etwa dem Mittelpunkt des Rotor-s entspricht und einen Fühler (IO7) umfasst, der sich an einer der zueinander senkrecht stehenden Achsen befindet und das Passieren der Lagemarkierung feststellt, wobei die Rotorlage-Feststelleinrichtungen (96, 106, 107) den Impulzähler (97) auf einen vorgegebenen Wert rücksetzen, wenn die Rotorlage-Markierung (96) und der Mittelpunkt des Rotors (10) durch eine der Achsen laufen und der Impulszähler (97) danach Tastimpulse erzeugt, wenn der Kittelpunkt des Rotors (10) durch jede der Achsen läuft.

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17- Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil zur Erzeugung von Tastimpulsen weiterhin von Hand zu betätigende Schalter (135), welche mit dem Impulzähler (97) in Verbindung stehen, aufweist, um einen Lagefehler der Rotorlagemarkierung (96) auszugleichen, wobei die Lagemarkierung (96) nicht genau winkelmässig zum Mittelpunkt des Rotors (10) ausgerichtet sein muss und diese Ungenauigkeit durch entsprechendes Einstellen der Schalter (135) ausgeglichen wird.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungsschaltung (15, 37) Schaltungsteile (61, 62) zur Erzeugung eines relativ hochfrequenten Trägersignals umfasst, wobei die Signalerzeugungsschaltung (15, 37) mit dem Statorelement (13) verbunden werden kann, damit ein entsprechendes Signal im Rotorelement (10) induziert wird und das induzierte Signal auf Grund von Änderungen der elektrischen Kopplung zwischen dem Rotorelement (10) und dem Statorelement (13) infolge ·" der Rotordrehung amplitudenmoduliert ist.

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