DE3808977A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung eines winkelversatzes - Google Patents

Description

Bei vielen Elektromotoren besteht der Läufer aus einem Anker und einem Kommutator, die axial getrennt auf einer gemeinsamen Welle fest angeordnet sind. Dabei sind sowohl Anker als auch Kommutator durch axial verlaufende Nuten, welche jeweils über ihre Mantelfläche verteilt sind, in die einzelnen Pole unterteilt, wobei Polzahl von Kommutator und Anker abhängig vom Einsatzzweck des Elektromotors, entweder identisch sind, oder ein ganzzahliges Mehrfaches der Polzahl des anderen Funktionsteils ist. Bei der Herstellung dieser Läufer ist es wichtig, daß die Nuten des Kommutators mit denen des Ankers, bezüglich der Drehlage, fluchten, also keinen Winkelversatz aufweisen, da ein solcher Winkelversatz zunehmende Leistungsverluste des Elektromotors nach sich zieht. Beispielsweise ist bei einem Winkelversatz von 1° mit einem Leistungsverlust von etwa 5% zu rechnen.

Es ist daher notwendig, bei der Herstellung derartiger Läufer den Winkelversatz der Nuten des Kommutators gegen­ über denen des Ankers zu überprüfen. Dies geschah bisher hauptsächlich mechanisch, indem beispielsweise in zwei korrespondierende Nuten eines Läufers Kontrollstifte, -dorne oder ähnliches eingedrückt wurden, deren Winkelversatz, meist mit Hilfe einer entsprechenden mechanischen Vorrichtung, leicht abgelesen werden konnte. Dieses Verfahren ist jedoch erstens nicht sonderlich genau und zweitens so zeit- und damit ja gleichzeitig auch kostenaufwendig, daß unter den gefertigten Teilen nur jeweils einige Stücke stichproben­ haft untersucht werden konnten, und selbst bei diesen wurden niemals alle Nutenpaarungen, sondern meist nur eine oder wenige Nutenpaarungen untersucht. Damit verließen jedoch immer noch zu viele Ausschuß-Stücke unentdeckt die Fertigung, und selbst bei geprüften Stücken konnte es vorkommen, daß gerade solchen Nutenpaarungen untersucht wurden, die innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenze lagen, während einige andere Nutenpaare des geprüften Stückes weit über dieser Grenze lagen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein schnelles, einfaches und präzises Verfahren zur Messung des Winkelver­ satzes der Nuten von Kommutator und Anker des Läufers von Elektromotoren zu schaffen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der zu prüfende Läufer in eine Vorrichtung gelegt und angetrieben wird, wobei radial zum Anker bzw. Kommutator angeordnete Sensoren jeweils den Zeitpunkt des Passierens von Nuten registrieren und eine angeschlossene Recheneinheit die sich aus den Signalen der Sensoren ergebende Zeitdifferenz in den Winkelversatz umrechnet. Es wird also eine Zeit­ messung vorgenommen, nämlich die Differenz zwischen den beiden Passierzeiten der jeweils zugeordneten Nuten des Kommutators und des Ankers.

Dabei stellt die Umrechnung dieser Zeitdifferenz in einen Winkel kein Problem dar, sofern die Winkelgeschwindigkeit bekannt ist. Diese wird von der Recheneinheit dadurch selbstätig ermittelt, daß vor dem Meßvorgang die Anzahl der Nuten des Kommutators und auch des Ankers eingegeben werden müssen, und somit nach Erreichen der Soll-Antriebs­ drehzahl beim Prüfen des Läufers, die Zeit die für einen vollen Umlauf, also 360° notwendig ist, von der Rechen­ einheit anhand des Passierens der vorgegebenen Nutenanzahl ermittelt wird.

Da mit diesem Verfahren Winkelversatz in der Größenordnung von 1/10 Graden gemessen werden soll, die Nuten selbst jedoch mehr als 1 mm breit sind und fertigungsbedingt auch die die Nuten bildenden Kanten des Ankers bzw. Kommutators nicht immer exakt gerade sind, ist es notwendig, nicht nur allge­ mein den Durchlauf der ganzen Nut zu registrieren, sondern exakt den Durchlauf von Beginn und Ende jeder Nut, also der beiden die Nut bildenden Kanten. Aus diesen beiden Zeit­ punkten wird der Mittelwert gebildet, der quasi den Zeitpunkt des Durchlaufs der Nutmitte darstellt. Gleichzeitig wird, wegen der mangelnden Geradheit der die Nuten bildenden Kanten, meist nicht nur jeweils ein einziger Punkt jeder Kante gemessen, sondern es werden über einen gewissen Bereich der Kante mehrere Punkte, also quasi Radialebenen des Läufers, gemessen, woraus sich wieder ein gemittelter Zeitpunkt des Durchlaufes einer Kante ergibt.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann also der absolute Winkelversatz korrespondierender Nuten gemessen werden. Häufig soll jedoch nicht der absolute Winkelversatz gemessen werden, sondern der relative Winkelversatz gegen­ über dem absoluten Winkelversatz eines vorgegebenen Kalibrierstückes. In diesem Fall wäre zuerst das Kalibrier­ stück absolut zu messen und dessen durchschnittlicher Winkelversatz, bzw. stellvertretend dafür bereits dessen durchschnittliche Zeitdifferenz beim Passieren der korrespondierenden Nuten, zu registrieren, um diesen Wert von den absoluten Werten der dann später zu messenden Prüfstücke abzuziehen, um dadurch den Winkelversatz relativ zum Winkelversatz des Kalibrierstückes zu ermitteln.

Da mit diesem Verfahren nicht nur der Winkelversatz einzelner Nutenpaare eines Prüfstückes gemessen wird, sondern der Winkelversatz sämtlicher Nutenpaare, kann selbstverständlich zusätzlich zu dem aus den Einzelwerten zu ermittelnden Durchschnittswert des Winkelversatzes der einzelnen Nutenpaare auch der maximale und minimale Winkelversatz der Nutenpaare eines bestimmten Prüfstückes jeweils mit ausgeworfen werden.

Die Vorrichtung, die nach dem oben beschriebenen Verfahren arbeitet, besteht im wesentlichen aus zwei waagerecht hinter­ einander im Abstand angeordneten Rollenprismen, in die der zu messende Läufer mit den Enden seiner Welle bzw. darauf aufgesteckte Adapter eingelegt und angetrieben wird, zwei Sensoren, die in etwa einer waagerechten Ebene, die durch die Drehachse des Läufers verläuft, liegen und auf die Umfangsfläche des Ankers bzw. des Kommutators gerichtet sind sowie einer Recheneinheit mit Ein- und Ausgabeteil, welche über Signalleitungen mit den beiden Sensoren verbunden ist.

Jedes der Winkelprismen, in das der zu messende Läufer gelegt wird, besteht aus mindestens zwei Rollen, die so angeordnet sind, daß ihre Drehachsen im wesentlichen waagerecht verlaufen, und zwar in einem solchen Abstand parallel nebeneinander, daß sich die Rollen nicht berühren, sondern eine Art Kerbe bilden, in die ein Körper mit rundem Querschnitt, beispielsweise die Welle des Läufers bzw. darauf aufgesteckte Adapter mit ebenfalls rundem Querschnitt eingelegt werden können. Werden zwei solche Rollenprismen fluchtend hintereinander mit einem Abstand angeordnet, der in etwa der Länge der Welle eines Läufers entspricht, so können Läufer mit ihren Enden in diese beiden Rollenprismen eingelegt werden, und dadurch angetrieben werden, daß wenigstens eine der Rollen der Rollenprismen angetrieben ist. Auf die Enden der Welle des Läufers können deshalb Adapter mit variablem Innendurch­ messer, jedoch gleichbleibendem, konzentrischen Außen­ durchmesser aufgesetzt werden, um dadurch die Drehachse der Welle trotz unterschiedlicher Wellendurchmesser immer auf der gleichen Höhe zu halten. Selbstverständlich ist es dafür erforderlich, daß zwischen Adapter und Welle nach Möglichkeit kein Spiel vorhanden ist, was trotz der genauen Fertigung der Adapter zusätzlich dadurch vermieden werden soll, daß in den Umfang der zylindrischen Aussparung des Adapters eine Ringnut eingearbeitet ist, in der sich O-Ringe befinden, die aus elastischem Material bestehen und so dimen­ sioniert sind, daß sie leicht in den Hohlraum des Adapters hineinragen und damit beim Aufschieben des Adapters auf die Welle des Läufers diese im Adapter zentrieren.

Auf diese Weise wird das ständige Verändern der Höhenein­ stellung der Sensoren bei Änderung der zu prüfenden Stücke vermieden, da die beiden Sensoren sich für eine Messung des absoluten Winkelversatzes der Nuten von Kommuta­ tor und Anker eines Läufers ja exakt in der gleichen, sich durch die Drehachse des Läufers erstreckenden, Radialebene befinden müssen. Dies ist jedoch nur für die Messung des absoluten Winkelversatzes notwendig, während es für die Messung des relativen Winkelversatzes im Vergleich zu einem vorher gemessenen Kalibrierstück ausreichend ist, wenn die Lage der Sensoren gegenüber der Messung des Kalibrierstücks nicht verändert wurde.

Dennoch ist es natürlich für einen flexiblen Einsatz der Vorrichtung notwendig, daß die Sensoren sowohl in ihrem axialen Abstand von der Drehachse des Läufers als auch in ihrer Höhe als auch entlang einer Linie parallel zur Drehachse des Läufers verstellt werden können.

Zu diesem Zweck sind die Sensoren in jeweils einem turm­ förmigen Halter untergebracht, welcher mittels einer bekannten Klemmung einer durch ein Langloch des Halters reichenden Schraube in seinem Axialabstand von dem Rollen­ prisma und damit der Drehachse des Läufers verändert werden kann. Besagte Schraube klemmt den Halter auf einer Halter­ platte fest, welche entlang einer T-förmigen Nut parallel zur Längsachse des Läufers verfahren und mittels der bekannten Nutensteine und einem Gewindebolzen, vorzugsweise versehen mit einem Handgriff, festgeklemmt werden können. Die Höhenverstellung der Sensoren geschieht dadurch, daß der Halter einen zylindrischen Hohlraum mit senkrecht stehender Zylinderachse aufweist, in welchem sich ein passendes zylin­ drisches Teil befindet, welches an seiner unteren Stirnfläche flach kegelförmig zuläuft und im oberen Bereich einen waagerechten zylindrischen Durchbruch aufweist, in den das Gehäuse des Sensors exakt hineinpaßt. Das zylindrische Gehäuse des Sensors wird in diesem Durchbruch mittels einer Klemmschraube befestigt. Der ganze Zylinder kann in seiner Höhe bezüglich des Halters dadurch verändert werden, daß in den unteren Bereich des Halters seitlich und waagerecht eine Schraube mit ebenfalls kegeliger Stirnfläche einge­ schraubt wird, die mit zunehmendem Hineinschrauben in den Halter durch das Entlanggleiten auf der kegelförmigen unteren Stirnfläche des Zylinders diesen nach oben verschiebt. Ist die gewünschte Position des Zylinders und damit des Sensors erreicht, wird durch eine weiter oben ebenfalls waagerecht in den Halter eingebrachte Klemmschraube diese Position des Zylinders im Halter und damit die Höhenlage des Sensors fixiert.

Damit können die Sensoren, abhängig von den Dimensionen des zu prüfenden Läufers hinsichtlich Umfang und axialer Erstreckung, beliebig verstellt und justiert werden. Die hierbei verwendeten Sensoren können dabei nach völlig unterschiedlichen physikalischen Prinzipien funktionieren. Hier wären insbes. die mechanisch, also mit Kontakt mit dem Prüfstück arbeitenden, Sensoren und im Gegensatz dazu kontaktlos arbeitende Sensoren zu nennen.

Ein mechanisch wirkender Sensor würde beispielsweise einen Taststift aufweisen, dessen Spitze hinsichtlich Breite und Rundung so auf die Breite der zu überprüfenden Nuten abge­ stimmt sein müßte, daß er zwar teilweise beim Abtasten der Mantelfläche von Anker oder Kommutator in die jeweilige Nut hineinsinkt, jedoch wiederum nicht so weit, daß ein Hängenbleiben bzw. Steckenbleiben in dieser Nut zu befürchten ist. Am besten wäre dies mit einer drehbar gelagerten Kugel in der Spitze des Taststiftes zu erreichen. Dieser Taststift müßte im Sensor federnd gelagert sein, so daß ein gering­ fügiger Aufpreßdruck auf die Mantelfläche des Prüfstückes vorhanden ist, welcher ein Hineindrücken des Kopfes des Taststiftes in die Nut bewirkt. Diese Linearbewegung wird auf elektromechanischem Weg in ein Meßsignal umgewandelt. Bauart­ bedingt sind solche mechanisch arbeitenden Systeme jedoch erstens nicht sehr genau bzw. können das Prüfstück schädigen, zweitens kann damit mehr oder weniger nur eine Radialebene des Prüfstückes überprüft werden und drittens unterliegen derartige Sensoren auch einem gewissen Verschleiß, ganz abgesehen davon, daß für jede Nutbreite und evtl. auch Nuttiefe ein anderer Taststift verwendet werden muß.

Im Gegensatz dazu können kontaktlos arbeitende Sensoren meist universell für alle Arten von Prüfstücken eingesetzt werden. Denkbar wären beispielsweise induktiv arbeitende Sensoren, wie sie häufig in Näherungsschaltungen einge­ setzt werden, oder magnetisch arbeitende Sensoren, z.B. nach dem Prinzip der Hall-Sonde. Derartige Sensoren könnten beispielsweise selbst dann eingesetzt werden, wenn die mit Nuten versehenen Anker bzw. Kommutatoren in Kunststoff eingegossen sind, so daß sich eine nutfreie Außenfläche ergibt.

Sind die Nuten von Kommutator bzw. Anker jedoch frei sichtbar und zugänglich, so bietet sich die Verwendung von Reflex­ lichtschranken als Sensoren an. Hierbei sendet eine kleine Lichtquelle Strahlung im sichtbaren oder infraroten Bereich aus, welche von einem dicht danebenliegenden, lichtempfindlichen Bereich wieder aufgefangen wird, sofern sich gegenüber dieser Anordnung eine reflektierende Fläche befindet. Im vorliegenden Fall werden als Strahlung aussendende und Strahlung empfangen­ de Teile einzelne Bündel von Glasfasern verwendet, wobei im Kopf des Sensors die Strahlung aussendenden Faserbündel in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, und sich die zugeordneten, Strahlung empfangenden Faserbündel ebenfalls nebeneinander angeordnet, unter oder über der ersten Reihe befinden. Da auf diese Art und Weise beinahe beliebig viele Bündelpaare nebeneinander angeordnet werden können, kann auch die zu überwachende Breite des Kommutators bzw. Ankers frei bestimmt werden. Als guter Mittelweg zwischen minimal möglichem Aufwand und maximal gutem Meßergebnis hat sich eine Anordnung von ca. 100 Glasfaserbündeln nebeneinander erwiesen, was einer Überwachungsbreite von etwa 8 mm pro Sensor ent­ spricht.

Eine solche Vorrichtung soll im folgenden anhand der beilie­ genden Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Frontansicht des auf der Grundplatte ange­ ordneten Teiles der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den auf der Grundplatte aufge­ bauten Teil der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Seitenansicht der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung mit Blickrichtung von links,

Fig. 4 eine Detaildarstellung der verwendeten Reflex­ lichtschranke.

In Fig. 1 ist eine Frontansicht der mechanischen Teile der Vorrichtung zu sehen, also der Teile, die normalerweise auf einer Grundplatte 12 aufgebaut sind und die mit der außerhalb angeordneten und über Leitungen 11 verbundenen Recheneinheit mit Ein- und Ausgabeteil verbunden sind. Aufsicht und Seitenansicht der auf der Grundplatte 12 angeordneten Teile der Vorrichtung sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt. In diesen beiden Fig. ist auch ein Läufer 1 in die beiden Rollenprismen 9 eingelegt, während dieser Läufer 1 in der Darstellung der Fig. 1 weggelassen wurde, um die Darstellbar­ keit der dahinterliegenden Teile nicht zu beeinträchtigen.

Zunächst sind auf der Grundplatte 12 zwei Rollenprismen 9 aufgebaut, in die der Läufer 1 mit seinen Enden eingelegt und angetrieben werden kann, wie am besten in Fig. 2 zu erkennen. Diese Rollenprismen 9 bestehen aus jeweils zwei Rollen 10, die in einem Lagerbock 28 in ausreichender Höhe gelagert sind, um den Läufer 1 mit dem gewünschten Maximaldurchmesser auflegen zu können. Wenigstens eine der Rollen 10 wenigstens eines Rollenprismas 9 ist, beispielsweise von einem Elektromotor 25, vermittels einer Antriebswelle 26 angetrieben, um hierüber den Läufer 1 in Drehung zu versetzen. Dieses angetriebene Rollenprisma 9 ist zusammen mit dem Motor 25 auf einer gemeinsamen Zwischenplatte 29 montiert, welche ebenso wie der Lagerbock 28 des anderen Rollenprismas 9 linear entlang einer T-Nut 14 auf der Grundplatte 12 ver­ schiebbar ist, um den gegenseitigen Abstand der beiden Rollenprismen 9 auf die Länge des zu prüfenden Läufers 1 einzustellen. Sowohl die Zwischenplatte 29 als auch der Lagerbock 28 des anderen Rollenprismas 9 werden durch Nuten­ steine 15, welche in bekannter Art und Weise in den T-förmigen Nuten 14 laufen, auf der Grundplatte 12 in der gewünschten Position festgeklemmt, In diese mindestens je zwei Rollen 10 jedes Rollenprismas 9 wird nun der Läufer 1 mit den Enden seiner Welle 2 eingelegt und angetrieben. Um die Drehachse des Läufers 1, unabhängig vom Durchmesser der Welle 2 des zu prüfenden Läufers 1, immer auf der gleichen Höhe zu halten, werden auf die Enden der Welle 2 des Läufers 1 vor dem Auflegen in die Rollenprismen hülsenförmige Adapter 27 aufgesteckt, die unterschiedliche, konzentrische Innen­ durchmesser aufweisen, angepaßt an den jeweiligen Außen­ durchmesser der Enden der Welle 2, jedoch jeweils identische Außendurchmesser, um somit die Drehachse der Welle 2 immer auf der gleichen horizontalen Höhe zu halten. Da es hierfür natürlich erforderlich ist, daß das Ende der Welle 2 möglichst spielfrei und zentrisch in dem Adapter 27 sitzt, ist in dessen Innenumfang wenigstens eine ringförmige Nut eingearbeitet, in der jeweils O-Ringe aus elastischem Material sitzen, die so dimensioniert sind, daß sie gering­ fügig aus dem Querschnitt der Nut in den Innenraum des Adapters hineinragen, so daß beim Hineinschieben der Welle 2 in den Adapter 27 diese vom O-Ring zentrisch im Adapter 27 gehaltert wird.

Der eingelegte Läufer 1 besteht aus einer Welle 2, auf der sowohl der Kommutator 3 als auch der Anker 4 drehfest befestigt sind. Sowohl der Kommutator 3 als auch der Anker 4 weisen in ihren zylindrischen Mantelflächen längsverlaufende, parallele Nuten 6 auf, die am besten in Fig. 3 zu erkennen sind. Die Nuten 6, deren Winkelversatz, wie er als absoluter Winkelversatz in Fig. 3 eingezeichnet ist, zu messen ist, werden von jeweils zwei Kanten 8 gebildet, wie ebenfalls am besten in Fig. 3 zu erkennen ist.

Zum Messen dieses Achsversatzes dienen Sensoren 7, von denen jeweils mindestens einer auf ca. 1 mm Abstand an den Kommutator 3 und den Anker 4 herangefahren und auf Höhe der Drehachse des Läufers 1 eingestellt ist. Die Sensoren 7 sind jeweils auf Halteplatten 16 aufgebaut, welche wiederum nach einer T-förmigen Nut 14 parallel zur Welle 2 des Läufers 1 verfahren werden können. Auf dieser Halteplatte 16 ist mittels eines Langloches 30 und einer Klemmschraube 21 ein Halter 13 quer zur Längsachse des Läufers 1 verfahrbar und fixierbar. In diesem turmförmigen Halter 14 ist der Sensor 7 waagerecht befestigt, jedoch hin­ sichtlich seiner Drehlage und seiner Höhenlage variierbar. Dies geschieht dadurch, daß jeder der turmförmigen Halter 13 einen senkrecht stehenden, zylindrischen Hohlraum 18 auf­ weist, in dem sich ein Zylinder 19 befindet, der eine den Abmessungen des Sensors entsprechende, waagerecht liegende, zylindrische Bohrung aufweist. Selbstverständlich muß auch der Halter 13 einen entsprechenden waagerechten Durchbruch aufweisen, um ein Durchstecken des Sensors 7 durch den Zylinder 19 und auch den Halter 13 zu ermöglichen. Der Sensor 7 kann im Zylinder 19 in beliebiger Drehlage mittels einer Madenschraube 24 fixiert werden, welche aus Gründen der Zugänglichkeit senkrecht von oben her auf den Sensor 7 einwirkt. Die Höhenverstellung des Sensors 7 erfolgt durch eine Höhenverstellung des Zylinders 19 innerhalb des turmförmigen Halters 13. Dies geschieht dadurch, daß der Zylinder 19 auf seiner nach unten gerichteten Stirnseite eine flach kegelförmige Kontur aufweist, wie in Fig. 1 dargestellt, auf die die ebenfalls kegelförmige Spitze einer Schraube 17 einwirkt, welche seitlich in den Halter 13 hin­ eingeschraubt werden kann. Mit zunehmendem Hineinschrauben der Schraube 17 in den Halter 13 drückt diese den Zylinder 19 und damit den Sensor 7 nach oben. Ist auf diese Weise die gewünschte Position des Sensors 17 erreicht, so wird diese durch Klemmen mittels der Klemmschraube 21, die ebenfalls seitlich oberhalb der Schraube 17 in den Halter 13 hinein­ geschraubt wird, fixiert. Die Sensoren 7, bei denen es sich im vorliegenden Fall um Meßtaster-Reflexlichtschranken handelt, sind über Leitungen 11 mit einer in den Fig. nicht darge­ stellten Recheneinheit verbunden, die auch einen Eingabe- sowie einen Ausgabeteil umfaßt. Der Eingabeteil besteht dabei entweder aus einer Tastatur oder aus einer Zählwerkein­ gabe, mit deren Hilfe die Anzahl der Nuten von Kommutator 3 und Anker 4 eingegeben wird. Ferner kann mit diesen Mitteln oder mit zusätzlichen Kippschaltern oder ähnlichem die Art des auszuwerfenden Ergebnisses gewählt werden, also entweder durchschnittlicher absoluter oder durchschnittlicher relativer Winkelversatz bzw. maximaler oder minimaler absoluter oder relativer Winkelversatz. Die Ausgabeeinheit besteht einer­ seits aus einer Digitalanzeige und andererseits aus einem direkten Datenausgang zum Anschluß von elektronischen Daten­ verarbeitungsgeräten und ähnlichem.

Die hier als Sensoren 7 eingesetzten Reflexlichtschranken weisen an ihrem stirnseiten Ende, wie in Fig. 4 dargestellt, zwei Reihen 23 von Enden von Faserbündeln 22, bestehend aus Glasfasern, auf, von denen die Faserbündel 22 der einen Reihe 23 Strahlung aussenden, welche von den darunterliegenden Faserbündeln 22 im Falle der Reflektion durch nahe gegenüber­ liegende Flächen empfangen und als Meßimpuls an die Rechen­ einheit weitergeleitet werden.

Die Messung einer Serie von zu prüfenden Läufern 1 geht folgendermaßen vonstatten:

Nachdem die beiden Rollenprismen 9 mittels Verschieben der Zwischenplatte 26 des Lagerbockes 28 des anderen Rollen­ prismas 9 entlang der T-förmigen Nut 14 und anschließendem Festklemmen auf der Grundplatte 12 auf die Länge des zu messenden Läufers 1 eingestellt wurden, kann dieser, entweder nach Aufstecken der passenden Adapter 27 oder direkt, falls die Vorrichtung auf diesen speziellen Durchmesser der Welle 2 des Läufers 1 ausgelegt ist, mit ihren Enden in die Rollen­ prismen 9 eingelegt werden. Anschließend werden die Sensoren 7 hinsichtlich ihrer Höhen-Axial- und -Radiallage so auf den Kommutator 3 und den Anker 4 eingestellt, daß die freie Stirnfläche der Sensoren 7 ca. 1 mm von den Mantelflächen von Kommutator 3 und Anker 4 entfernt ist, die Reihen 23 von Faserbündeln 22 in der freien Stirnfläche der Sensoren 7 etwa waagerecht, also parallel zur Längsachse des Läufers 1 und auch auf dessen Höhe angeordnet sind. Anschließend wird der zu messende Läufer 1 mittels des Motors 25 und der Antriebswelle 26 in Drehung versetzt, wobei in sehr kurzen Zeitabständen von den Faserbündeln 22 einer der beiden Reihen 23 Strahlung ausgesandt wird, und gleichzeitig von den Faserbündeln 22 der anderen Reihe 23 registriert wird, ob diese Strahlung wieder zurückgeworfen wird, also ob in geringem Abstand eine reflektierende Fläche vorhanden war oder nicht, was bedeutet, daß die ausgesandte Strahlung nicht auf die Mantelfläche, sondern auf den wesentlich weiter entfernt liegenden Grund der Nut 6 aufgetroffen ist. Damit werden getrennt für Kommutator und Kollektor die jeweiligen Zeitpunkte von Beginn und Ende jeden Nut während des Durchlaufens des Läufers 1 registriert.

Die Recheneinheit ermittelt zunächst aus dem Zeitpunkt des Passierens jeder Kante 8 jeder Nut 6 den Zeitpunkt des Passierens jeder Nutmitte, und aus der sich daraus ergebenden Zeitdifferenz zwischen dem Passieren der Mitte einer Nut 6 des Kommutators 3 und dem Passieren der Mitte der zugeordneten Nut 6 des Ankers 4 eine Zeitdifferenz, welche von der Recheneinheit in einen Winkelversatz 5 der Nuten 6 des Kommutators 3 gegenüber denen des Ankers 4 umgerechnet wird. Diese Umrechnung ist problemlos, sofern die Winkelgeschwindigkeit bekannt ist, mit der sich der Läufer 1 während der Messung dreht. Diese wiederum ist von der Recheneinheit selbst leicht zu ermitteln, da einer­ seits mittels Eingabe von Hand die Anzahl der Nuten 6 von Kommutator 3 und Anker 4 eingegeben wurden und daraus folgend die Zeit registriert werden kann, die für einen vollen Umlauf, also 360°, des Läufers 1 benötigt wird. Damit ist sowohl die Umlaufgeschwindigkeit als auch die Winkelge­ schwindigkeit des Läufers bekannt. Somit kann die gemessene Zeitdifferenz jedes Paares von Nuten 6 des Kommutators 3 bzw. des Ankers 4 in einen entsprechenden Winkelversatz 5 umge­ rechnet werden, welcher einerseits zu einem durchschnittlichen Winkelversatz ermittelt werden und andererseits in Form von Maximal- und Minimalwerten ausgeworfen werden kann.

Sollen, wie hier beschrieben, die absoluten Winkelversatzwerte ermittelt werden, so ist besonders darauf zu achten, daß sich die beiden Sensoren 7 auf exakt der gleichen Höhe befinden und auch die Neigung des Sensors, also die Drehlage des Sensors 7 im Zylinder 19, jeweils die gleiche ist, also vorteilhafterweise die Sensoren 7 in den Haltern 19 so ange­ ordnet sind, daß die Faserbündel 22 jeweils waagerecht nebeneinander angeordnet sind. Ist dies nicht der Fall, so würde bei den Messungen bereits ein Winkelversatz allein aufgrund unterschiedlicher Anordnung der beiden Sensoren vorgespiegelt werden. Sollen hingegen die relativen Winkel­ versatzwerte einer Serie von Läufern im Vergleich zu einem vorher gemessenen Kalibrierstück ermittelt werden, so sind die eben angesprochenen exakten Einstellungen der Sensoren 7 nur zweitrangig. In diesem Fall kommt es aus­ schließlich darauf an, daß die Stellung der beiden Sensoren 7 bei der Messung des Kalibrierstückes die gleiche war, wie bei den späteren Messungen der Prüfstücke. Zur Ermittlung dieser relativen Winkelversatzwerte werden von den gemessenen Absolutwerten lediglich die gemessenen und gespeicherten Absolutwerte des zuerst gemessenen Kalibrierstückes abgezogen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Messung des absoluten Winkelversatzes der Nuten des Kommutators zu den Nuten des auf der gleichen Welle sitzenden Ankers des Läufers für einen Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß

• - jeweils ein Sensor (7) bei angetriebener Welle (2) den Zeitpunkt des Passierens von Beginn und Ende jeder Nut (6) des Kommutators (3) bzw. des Ankers (4) registriert,
• - wobei sich die beiden Sensoren (7) exakt in der selben, durch die Drehachse von Kommutator (3) und Anker (4) verlaufenden Ebene befinden, und
• - eine Recheneinheit mit Ein- und Ausgabeteil die Zeit­ differenz zwischen dem Passieren einer Nut (6) des Kommutators (3) und einer korrespondierenden Nut (6) des Ankers (4) in einen Winkelversatz (5) umrechnet und anzeigt, wofür die Kenntnis der Winkelgeschwindigkeit erforderlich ist, welche aus der eingegebenen Anzahl der Nuten (6) des Kommutators (3) und des Ankers (4) sowie der Registrierung einer für einen vollen Umlauf benötigten Zeitspanne berechnet wird.

2. Verfahren zur Messung des Winkelversatzes relativ zum Winkelversatz eines vorher gemessenen Kalibrierstückes, dadurch gekennzeichnet, daß

• - jeweils ein Sensor (7) bei angetriebener Welle (2) den Zeitpunkt des Passierens von Beginn und Ende jeder Nut (6) des Kommutators (3) bzw. des Ankers (4) registriert,
• - wobei sich die beiden Sensoren (7) in etwa in derselben, durch die Drehachse von Kommutator (3) und Anker (4) verlaufenden Ebene befinden,
• - eine Recheneinheit mit Ein- und Ausgabeteil die von der Zeitdifferenz zwischen dem Passieren einer Nut (6) des Kommutators (3) und einer korrespondierenden Nut (6) des Ankers (4) des Meßstückes die beim Kalibrierstück durchschnittlich gemessene Zeitdifferenz abzieht und nur den verbleibenden zeitlichen Unterschied in einen relativen Winkelversatz umrechnet, wofür die Kenntnis der Winkelgeschwindigkeit erforderlich ist, welche aus der eingegebenen Anzahl der Nuten (6) des Kommutators (3) und des Ankers (4) sowie der Registrierung einer für den vollen Umlauf benötigten Zeitspanne berechnet wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Zeitpunktes des Passierens jeder Nut (6) jeweils der Zeitpunkt des Passierens von Beginn und Ende der Nut (6) registriert und gemittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale und maximale Winkelversatz jedes Prüfstückes ausgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Beginn und Ende der Nuten (6) nicht an jeweils nur einem Punkt der Kanten (8), sondern über mehrere Punkte, verteilt auf einen Teil der Kante (8) gemessen und gemittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (7) ohne Kontakt mit dem zu messenden Läufer (1) arbeiten.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren (7) Meßtaster-Reflektionslichtschranken verwendet werden.

8. Vorrichtung zum Messen des Winkelversatzes der Nuten des Kommutators zu den Nuten des auf der gleichen Welle sitzenden Ankers eines Läufers für Elektromotoren, gekennzeichnet durch

• - ein antreibbares Rollenprisma (9), in das die Kommutator (3) und Anker (4) tragende Welle (2) etwa waagerecht eingelegt und angetrieben wird, der Enden durch aufge­ steckte Adapter (27) immer die gleichen Außendurchmesser aufweisen,
• - wobei Spiel zwischen Welle (2) und Adapter (27) durch wenigstens einen im Adapter (27) angeordneten O-Ring vermieden wird,
• - je einen Sensor (7), der auf der Höhe der Drehachse der Welle (2) justiert und auf den Anker (4) bzw. den Kommutator (3) gerichtet ist, um dort jeweils den Zeit­ punkt des Passierens einer Nut (6) zu registrieren,
• - eine Recheneinheit, die mit den Sensoren (7) über Leitungen (11) verbunden ist und
• - einen Eingabeteil zum Eingeben der Anzahl der Nuten (6) von Kommutator (3) bzw. Anker (4) sowie
• - einen Speicherteil zum Speichern der Werte des Kalibrier­ stückes, des maximalen und minimalen Winkelversatzes (5) der zu prüfenden Läufer (1) sowie der eingegebenen Anzahl von Nuten (6), und
• - eine Anzeige zum Anzeigen des Winkelversatzes von den Nuten (6) des Kommutators (3) gegenüber den Nuten (6) des Ankers (4) sowie
• - einen Datenausgang zur Weitergabe der Daten an eine elektronische Datenverarbeitungseinheit.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (7) den Zeitpunkt von Beginn und Ende jeder Nut (6) beim Vorbeibewegen der Mantelfläche von Kommutator (3) bzw. Anker (4) registrieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit sowohl den durchschnittlichen als auch den minimalen und maximalen Winkelversatz (5) der Nuten (6) absolut oder relativ zu den Werten eines Kalibrierstückes errechnet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren (7) Meßtaster-Reflexlichtschranken vorhanden sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Stirnseite der als Sensoren (7) verwendeten Reflexlichtschranken untereinander zwei Reihen (23) von Faserbündeln (22) aus Glasfasern befinden, von denen die Faserbündel (22) der einen Reihe (23) Lichtstrahlen aussenden, die bei Reflektion an ca. 1 mm entfernten Objekten von der gleich großen Anzahl von Faserbündeln (22) der anderen Reihe (23) empfangen und als Signal registriert und weiterge­ leitet werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der nebeneinander angeordneten Faserbündel (22) so groß ist, daß ein in Axialrichtung des Läufers (1) mehrere mm großer Bereich der Kanten (8) der Nuten (6) abgetastet wird.