DE3808977C2 - Vorrichtung zur Messung eines Winkelversatzes - Google Patents
Vorrichtung zur Messung eines WinkelversatzesInfo
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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 ist, 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
gegenüber denen des Ankers zu überprüfen. Dies geschah
bisher hauptsächlich mechanisch, in dem 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 stichprobenhaft 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. Weiterhin zeigt die DE-OS 24 18 328 die Bestimmung
eines Winkelversatzes bei zwei auf gleicher Welle drehenden,
signalgebenden Elementen.
Es ist daher die Aufgabe der
Erfindung, eine Vorrichtung zum einfachen und schnellen
Messen des Winkelversatzes der Nuten vom Kommutator und
Anker des Läufers eines Elektromotors zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst, in die der zu prüfende
Läufer 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 Zeitmessung
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-
Antriebsdrehzahl beim Prüfen des Läufers die Zeit, die für
einen vollen Umlauf, also 360°, notwendig ist, von der
Recheneinheit an Hand 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
allgemein den Durchlauf der ganzen Nut zu registrieren,
sondern exakt den Durchlauf von Beginn und Ende jeder Nut,
also der beiden Nut bildenden Kanten. Aus diesen beiden
Zeitpunkten 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.
Dadurch kann also der absolute Winkelversatz
korrespondierender Nuten gemessen werden. Häufig soll
jedoch nicht der absolute Winkelversatz gemessen werden,
sondern der relative Winkelversatz gegenüber dem absoluten
Winkelversatz eines vorgegebenen Kalibrierstückes. In
diesem Fall wäre vorzugsweise zuerst das Kalibrierstück
absolut zu vermessen 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
hintereinander 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 13 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 stirnseitigen 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
nach Aufstecken der passenden Adapter 27
mit den Enden seiner Welle 2 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 (9)
1. Vorrichtung zum Messen des Winkelversatzes der Nuten
des Kommutators zu den Nuten des drehfest mit dem Kommutator
verbundenen Ankers eines Läufers eines Elektromotors,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die den Kommutator (3) und den Anker (4) tragende Welle (2) des Läufers mit ihren Enden in zwei Rollenprismen (9) eingelegt und von wenigstens einem der Rollenprismen (9) angetrieben ist,
- b) auf die Enden der Welle (2) Adapter (27) mit einer inneren Ausnehmung, die an den Durchmesser der Welle (2) angepaßt ist und die immer die gleichen Außendurchmesser aufweisen, aufgesteckt sind,
- c) in der inneren Ausnehmung der Adapter (27) wenigstens eine ringförmig umlaufende Nut eingearbeitet und ein O-Ring darin angeordnet ist, der teilweise in die Ausnehmung der Adapter (27) hineinragt und beim Aufstecken auf das Ende der Welle (2) diese spielfrei umschließt,
- d) je ein Sensor (7) radial auf den Kommutator (3) und den Anker (4) gerichtet und auf der Höhe der Drehachse der Welle (2) angeordnet und radial als auch axial zur Welle (2) verstellbar ist, um dort jeweils den Zeitpunkt des Passierens einer Nut (6) des Kommutators (3) bzw. des Ankers (4) zu registrieren,
- e) ein Eingabeteil zum Eingeben der Anzahl der Nuten (6) von Kommutator (3) bzw. Anker (4) vorgesehen ist,
- f) ein Speicherteil zum Speichern von Meßwerten und eingegebenen Werten vorgesehen ist und
- g) eine Recheneinheit vorgesehen ist, die über Leitungen (11) mit den Sensoren (7) als auch mit dem Eingabeteil, dem Speicherteil sowie einer Anzeige und einem Datenausgang verbunden ist, wobei die Recheneinheit aus den von den Sensoren (7) gemessenen Zeitpunkten des Durchlaufes der Nuten (6) sowie der vorgegebenen Anzahl der Nuten (6) die Drehzahl der Welle (2) sowie den Winkelversatz zwischen zwei korrespondierenden Nuten (6) des Kommutators (3) und des Ankers (4) ermittelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Anzeige für den Winkelversatz und ein Datenausgang der
Recheneinheit zur Weitergabe der ermittelten Daten an eine
EDV-Anlage vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensoren (7) so ausgebildet sind, daß sie den Zeitpunkt
von Beginn und Ende jeder Nut (6) während des Vorbeibewegens
der Mantelfläche von Kommutator (3) bzw. Anker (4)
registrieren.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Recheneinheit sowohl den durchschnittlichen als auch den
minimalen und maximalen Winkelversatz (5) der Nuten (6)
entweder absolut oder relativ zu den Werten eines Kalibrier-
Läufers errechnen kann.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Sensoren (7) Meßtaster-Reflexlichtschranken verwendet
werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich in der Stirnseite der als Sensoren (7) verwendeten
Reflexlichtschranken untereinander zwei Reihen (23) der
Enden von Faserbündeln (22) aus Glasfasern befinden, von
denen die Faserbündel (22) der einen Reihe Lichtstrahlen
aussenden, welche bei Reflexion an der etwa 1 mm entfernten
Mantelfläche vom Kommutator (3) bzw. Anker (4) von
Faserbündeln (22) der anderen Reihe empfangen und in ein
elektrisches Signal umgeformt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzahl der nebeneinander angeordneten Faserbündel (22)
so groß ist, daß ein in Axialrichtung des Läufers (1)
mehrere Millimeter großer Bereich der Kanten (8) der Nuten
(6) angetastet wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (7) in einer Ausnehmung eines Zylinders (19) so
angeordnet ist, daß der Sensor (7) um seine Längsachse
verdrehbar und mittels einer Justierschraube (24) justierbar
ist und der Zylinder (19) in einer senkrecht verlaufenden
zylindrischen Ausnehmung eines turmförmigen Halters (13),
der in Richtung auf den zu vermessenden Läufer eine Öffnung
für den Sensor (7) aufweist, aufgenommen und justierbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zylinder (19) an seinem unteren Ende flach kegelförmig
ausgebildet ist und in diesem Bereich sich eine Schraube
(17) durch den Halter (13) hindurcherstreckt, die eine
kegelförmige Spitze aufweist und mit dem kegelförmigen Ende
des Zylinders (19) zur Höhenverstellung des Zylinders (19)
zusammenwirkt.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19883808977 DE3808977C2 (de) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | Vorrichtung zur Messung eines Winkelversatzes |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883808977 DE3808977C2 (de) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | Vorrichtung zur Messung eines Winkelversatzes |
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---|---|
DE3808977A1 DE3808977A1 (de) | 1989-09-28 |
DE3808977C2 true DE3808977C2 (de) | 1993-10-07 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|---|
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CH365227A (de) * | 1957-10-01 | 1962-10-31 | Askania Werke Ag | Einrichtung zur Ermittlung der relativen Lage zwischen zwei Teilen in einem Gerät, insbesondere für einen Kinotheodoliten |
SE371894B (de) * | 1973-04-16 | 1974-12-02 | Sandberg S Sem |
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- 1988-03-17 DE DE19883808977 patent/DE3808977C2/de not_active Expired - Fee Related
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