Rotierübertrageranordnung

Abstract

 Es wird eine Rotierübertrageranordnung (10) beschrieben, die zum Über­tragen elektrischer Signale zwischen einem Statorsystem (14) und einem diesem gegenüber eine Rotationsbewegung ausführenden Rotorsystem (18) dient. Diese weist eine Anzahl von Rotierübertragern (11) auf, die nicht mehr wie bisher in axialer Richtung nebeneinander gereiht sind, sondern in radialer Richtung übereinander aufgebaut sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Rotierübertrageranordnung gemäß dem Oberbe­griff von Anspruch 1. Eine derartige Anordnung wird insbesondere bei Ge­räten der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt, in denen die Oberfläche rotationssymmetrischer Teile durch einen umlaufenden Rotier­kopf auf Fehler abgetastet wird. Die Rotierübertrager der Anordnung stellen dabei die Signalverbindung zwischen dem feststehenden und dem umlaufenden Teil des Rotierkopfes her.

[0002] Aus DE-OS 2 507 931 ist ein Wirbelstrom-Prüfgerät bekannt, das eine Ro­tierübertrageranordnung mit zwei Rotierübertragern enthält. Bei den Ro­tierübertragern dieser Anordnung sind die ortsfesten und die umlaufenden Teile jeweils in axialer Richtung nebeneinander angeordnet. Rotierüber­trager dieser Art sind seit langem im Einsatz und haben sich vielfach bewährt. Zwei Nachteile begrenzen jedoch die Einsatzmöglichkeiten der bekannten Anordnungen. Häufig sind, um einen schnelleren Durchlauf der Prüfteile zu ermöglichen, in einen Prüfkopf mehrere Sonden vorgesehen. Dabei kommen oft Sonden zum Einsatz, die jeweils eine Erreger- und eine Empfängerwicklung aufweisen, also je Sonde bereits zwei Rotierübertrager erfordern. Bei nur vier derartigen Sonden wären mithin bereits acht Ro­tierübertrager nötig. Die aus diesem Grund erforderlich werdende hohe An­zahl von Rotierübertragern innerhalb einer Rotierübertrageranordnung führt infolgedessen zu großen Ausdehnungen in axialer Richtung, die die Gesamtkosten der Anordnung erheblich erhöhen können und sie zudem schwe­rer und unhandlicher machen. Der zweite der angedeuteten Nachteile be­steht darin, daß bei Rotierübertrageranordnungen dieser Art nur begrenzte Umlaufdrehzahlen zulässig sind, da die außen liegenden Wicklungen der Rotorkerne den Belastungen durch die Fliehkraft sonst nicht mehr gewach­sen wären.

[0003] Die Erfindung stellt sich demgegenüber die Aufgabe, eine Rotierübertra­geranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei einer größeren Anzahl von Rotierübertragern nur eine relativ geringe Ausdeh­nung in axialer Richtung benötigt und die gleichzeitig auch für höhere Drehzahlen geeignet ist.

[0004] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rotierübertrageranordnung, die gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Eine solche Anordnung ist besonders vor­teilhaft für den Einsatz in Rotierkopfprüfgeräten, bei denen eine hohe Prüfgeschwindigkeit, das heißt ein schneller Durchsatz der zu prüfenden Teile erwartet wird. Eine hohe Prüfgeschwindigkeit erreicht man zum einen durch eine möglichst große Anzahl von Abtastsonden, deren spiralige Ab­tastbahnen sich aneinander fügen, zum anderen durch eine möglichst hohe Umlaufdrehzahl des Rotierkopfes. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Ro­tierübertrageranordnung wird einerseits die axiale Ausdehnung des Prüf­gerätes durch eine verwendete größere Anzahl von Rotierübertragern nicht erhöht, andererseits kann eine höhere Umlaufdrehzahl gewählt werden. Vor­teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen ent­nommen werden. Dabei soll vor allem auf die Möglichkeit hingewiesen wer­den, eine Rotor- oder Statorscheibe beidseitig mit Kernen und zugehöri­gen Wicklungen zu versehen und beiden Seiten eine Stator- oder Rotor­scheibe gegenüberzustellen. Dadurch wird bei nur mäßig gestiegener axialer Ausdehnung und ohne Vergrößerung der radialen Ausdehnung eine Verdoppelung der Kanalzahl möglich. Eine weiterer Vorteil der erfindungs­gemäßen Anordnung besteht noch darin, daß, wie man festgestellt hat, das Übersprechen zwischen zwei nebeneinander angeordneten Rotierübertragern deutlich vermindert wird.

[0005] Im folgenden soll nun die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Es zeigen im einzelnen:

Figur 1 und 2 Schnitte durch eine Rotierübertrageranordnung

Figur 3
sowie 6 - 10 Einzelheiten einer Rotierübertrageranordnung

Figur 4 und 5 Schnitte durch eine abgewandelte Rotierüber­trageranordnung

[0006] Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei aufeinander senkrecht stehende Schnitte durch eine erfindungsgemäße Rotierübertrageranordnung 10 mit zehn Rotier­übertragern 11 und zwar Figur 1 einen Schnitt entlang einer Linie I-I in Figur 2, Figur 2 einen Schnitt entlang einer Linie II-II in Figur 1. Die tragenden Bestandteile der Rotierübertrageranordnung 10 sind eine Stator­scheibe 12, die an einem nur andeutungsweise wiedergegebenen Statorsystem 14 befestigt ist und eine Rotorscheibe 16, die an einem ebenfalls nicht vollständig abgebildeten Rotorsystem 18 befestigt ist. Die beiden Systeme sollen zu einem hier nicht dargestellten Rotierkopfprüfgerät gehören, in welchem die zu prüfenden Teile die Öffnung 20 in der Mitte der beiden Scheiben 12, 16 durchlaufen. Stator und Rotorscheibe 12, 16 sind im vor­liegenden Anwendungsbeispiel der Einfachheit halber gleich aufgebaut, so daß man sich mit der Beschreibung der Rotorscheibe 16 begnügen kann. Selbstverständlich kann ihr Aufbau in der Praxis an die jeweiligen Gege­benheiten angepaßt sein. Als Werkstoff für die Scheiben eignet sich be­sonders gut Aluminium oder ein anderes Leichtmetall. In die Scheiben sind jeweils zehn ringnutförmige, konzentrische Ausnehmungen 22 eingelassen, deren Ausbildung im vergrößerten Maßstab von Figur 3 besser erkennbar wird. Die Seitenwände der Ausnehmungen 22 verlaufen in einem spitzen Winkel, so daß sich der Querschnitt der Ausnehmungen zum Nutgrund hin erweitert. Rotorkerne 24 und Statorkerne 26 mit Polen 28 entstehen auf folgende Weise: In die Ausnehmungen 22 wird weichmagnetisches Material eingepreßt. Das kann z. B. durch Einsintern von ferritkeramischem Mate­rial geschehen. Durch die Abschrägung der Seitenwände der Ausnehmungen 22 erhält man eine praktisch unlösbare Verankerung der Kerne 24, 26 in den Scheiben 16, 12. Aus dem eingesinterten ferritkeramischen Material wird eine Nut 30 herausgestochen, so daß die Pole 28 entstehen. In jede Nut 30 wird eine vorgefertigte Wicklung 32 eingelegt. Die Windungszahlen der Wicklungen 32 können so gewählt sein, daß die Induktivitäten der Wicklungen 32 im wesentlichen gleich werden. Zum Herausführen der An­ schlußdrähte 38 sind Bohrungen 34, 36 vorgesehen, die durch die Kerne 26, 24 und Scheiben 12, 16 hindurchtreten. Die Wicklungen 32 werden an­schließend mit einem geeigneten Kunstharz vergossen. Hernach werden die Oberflächen der Scheiben 12, 16 plan gedreht, so daß sie in geringem Ab­stand sich gegenüberstehend angeordnet werden können, wie dies in Figur 2 dargestellt ist.

[0007] Die Figuren 4 und 5 zeigen eine abgewandelte Rotierübertrageranordnung 110 mit ebenfalls zehn Rotierübertragern 11. Im abgewandelten Anwen­dungsbeispiel ergibt sich bei gleichbleibendem Außendurchmesser eine wesentlich vergrößerte Durchlaßöffnung 120. In entsprechender Weise hätte sich auch bei gleichbleibender Durchlaßöffnung eine Reduzierung des Außendurchmessers herbeiführen lassen. Im folgenden sollen nur die Einzelteile beschrieben werden, die von zuvor beschriebenen abweichen. Bei übereinstimmenden Einzelteilen wird auch die Bezugsnummer beibehal­ten. Bei den Figuren 4 und 5 handelt es sich wiederum um zwei aufeinan­der senkrecht stehende Schnitte und zwar bei Figur 4 um einen Schnitt entlang einer Linie IV-IV in Figur 5, bei Figur 5 um einen Schnitt ent­lang einer Linie V-V in Figur 4. An einem Statorsystem 114 ist eine Sta­torscheibe 112 befestigt. Diese besitzt auf beiden Seiten je fünf Aus­nehmungen 22, die dem Ausnehmungen nach Figur 3 voll entsprechen. Der Statorscheibe 112 steht auf beiden Seiten je eine Rotorscheibe 116 ge­genüber, mit jeweils fünf Ausnehmungen 22. Die beiden Rotorscheiben 116 sind untereinander verbunden durch ein Rohr 40 und stehen in kraft­schlüssiger Verbindung mit einem Rotorsystem 118. In den Ausnehmungen 22, die sich wiederum paarweise gegenüberstehen, sind die Rotierübertra­ger 11 in der gleichen Weise aufgebaut, wie das in Figur 3 dargestellt ist: mit Rotorkern 24, Statorkern 26, Polen 28 und zwischen den letzte­ren gebetteter Wicklung 32. Auch die Herstellung der Rotierübertrager 11 kann in der zuvor beschriebenen Weise vorgenommen werden. Die beid­seitig mit Ausnehmungen 22 und mit Rotierübertragerhälften ausgestattete Scheibe 112 kann auch als Rotorscheibe eingesetzt werden. In diesem Fal­le wäre sie mit dem Rotorsystem zu verbinden, während die beiden Schei­ben 116 mit dem Statorsystem zu verbinden wären.

[0008] In den Figuren 8 und 9 ist wiederum ein Ausschnitt aus einer Stator- oder Rotorscheibe 216 dargestellt und zwar in Figur 8 in Draufsicht auf die Oberfläche 235 der Scheibe 216 und in Figur 9 im Schnitt entlang der Li­nie IX - IX. In Ausnehmungen 222 der Scheibe 216 ist, wie oben beschrie­ben unter hohem Druck weichmagnetisches Material eingepreßt worden, so daß auf diese Weise magnetische Kerne 226 entstanden sind. Aus diesen Kernen 226 sind flache ringförmige Nuten 230 herausgedreht oder -gefräst, deren Tiefe gering ist gegenüber der Tiefe eines Kernes 226 und die je­weils kreisförmige Ausbuchtungen 218 aufweisen. Innerhalb der Ausbuchtun­gen 218 sind Löcher 219 durch die Scheibe 216 gebohrt, die zur Durchfüh­rung von Anschlußdrähten dienen sollen. Die Figuren 6 und 7 zeigen in Draufsicht bzw. im Schnitt entlang einer Linie VII - VII zwei flache Ringe 232 aus Isoliermaterial, z. B. glasfaserverstärktem Epoxidharz, wie es üblicherweise zur Anfertigung von Leiterplatten benutzt wird. Die Unterseite (bezogen auf Figur 6) der Ringe 232 trägt einen spiral­förmigen Leiterzug 234, der nach einer bekannten Technik in der Art der gedruckten Schaltungen hergestellt worden ist und der am linken Ring 232 von Figur 6 am besten zu erkennen ist. Die Ringe 232 dienen als Wicklun­gen für die Rotierübertrager und besitzen zu diesem Zwecke Anschlußen­den 236 innerhalb von Verbreiterungen 238. Die Ringe 232 der Rotierüber­trager der Stator- bzw. Rotorscheibe können jeweils nach einem gemeinsa­men Layout aus jeweils einer Leiterplatte hergestellt werden, indem man aus der letzteren die einzelnen Ringe unterschiedlicher Durchmesser heraustrennt. Anschließend werden die Ringe 232 in die ringförmigen Nu­ten 230 eingelegt und dort verklebt, wie aus Figur 10 zu ersehen ist. Die aus der Oberfläche 235 der Stator- oder Rotorscheibe 216 herausra­genden Teile der Rückseite der Ringe 232 werden schließlich durch Ab­drehen oder Abfräsen entfernt, so daß wiederum eine glatte Oberfläche 235 entsteht, die gegenüber einer entsprechenden Partneroberfläche sehr eng benachbart angebracht werden kann. Die Nut 230, die den die Wicklung darstellenden Leiterzug 234 enthält, kann nach der beschriebenen Technik in einer extrem geringen Tiefe ausgeführt sein. Da gleichfalls der axiale Abstand zwischen benachbarten Kernen 226 gering gehalten werden kann, er­geben sich, ohne daß in radialer Richtung unnötig Raum verschenkt werden muß, d. h. trotz schmaler Pole 240, sehr gute Übertragungseigenschaften. Die Streuung wird klein, entsprechend groß der Wirkungsgrad. Die Ein­streuung von Fremdspannung, insbesondere das Übersprechen von Kanal zu Kanal läßt sich auf sehr geringe Werte reduzieren.

[0009] Neben der oben beschriebenen sehr vorteilhaften Technik mit Ringen 232 aus starrem Leiterplattenmaterial kann man im Rahmen der Erfindung als Wicklungen auch solche einsetzen, bei denen ein Leiterzug auf eine bieg­same dünne Folie aus Isoliermaterial aufgebracht worden ist. In diesem Falle muß, um die nötige mechanische Festigkeit zu erzielen, die Nut 230 mit Kunstharz ausgegossen und später abgedreht werden.

Ansprüche

1) Rotierübertrageranordnung (10; 110) zum Übertragen elektrischer Sig­nale zwischen einem Statorsystem (14;114) und einem diesem gegenüber eine Rotationsbewgung ausführenden Rotorsystem (18; 118) mit mehre­ren Rotierübertragern (11), von denen jeder je einen am Statorsystem (14; 114) befestigten, zwei Pole (28) aufweisenden ringförmigen Sta­torkern (26) aus ferromagnetischem Material und je eine zwischen die Pole (28) gebettete Wicklung (32) besitzt, von denen jeder ferner je einen an Rotorsystem (18; 118) befestigten, zwei Pole (28) aufwei­senden, ringförmigen Rotorkern (24) aus ferromagnetischem Material und je eine zwischen die Pole (28) gebettete Wicklung (32) besitzt, wobei die Pole (28) des Stator- und Rotorkernes (26, 24) jeweils eines Rotierübertragers (11) sich gegenüberstehen, dadurch gekenn­zeichnet,
daß die Pole (28) der Stator- und Rotorkerne (26, 24) sich in axialer Richtung gegenüberstehen, daß die Rotierübertrager (11) un­terschiedliche Durchmesser aufweisen und daß sie in radialer Rich­tung übereinander angeordnet sind.

2) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß entweder am Rotor oder am Stator zusätzlich Rotor bzw. Statorkerne (26) mit entsprechenden Wiclungen (32) befestigt sind, deren Pole (28) in die entgegengesetzte Richtung der übrigen Pole (28) dieses Systems weisen und denen jeweils am Stator oder Rotor befestigte Stator- bzw. Rotorkerne 824) mit entsprechenden Wicklun­gen (32) gegenüberstehen.

3) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet,
daß Stator- und/oder Rotorsystem (14, 114; 18, 118) mindestens eine Stator- bzw. Rotorscheibe (12, 112; 16, 116) besitzen, in die jeweils ringnutförmige Ausnehmungen (22, 122) zum Aufnehmen der Sta­tor- bzw. Rotorkerne (26; 24) eingelassen sind.

4) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stator- und Rotorscheiben (12, 112; 16, 116) aus Leichtmetall hergestellt sind.

5) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­zeichnet,
daß die ringnutförmigen Ausnehmungen (22) sich nach außen hin verengend ausgeführt sind und daß die Querschnitte der Stator- bzw. Rotorkerne (26, 24) an diese Verengung angepaßt sind.

6) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 3 - 5, dadurch gekennzeich­net,
daß die Stator- bzw. Rotorkerne (26, 24) hergestellt werden, indem zunächst in die ringförmigen Ausnehmungen (22) weichmagne­tisches Material eingepreßt wird und anschließend ringförmige Nuten (30) zur Aufnahme der Wicklungen (32) aus dem eingepreßten Material herausgearbeitet werden.

7) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß vorgefertigte Wicklungen (32) in die ringförmigen Nuten (30) eingelegt und dort verklebt und/oder vergossen werden, daß an­schließend die Oberflächen der Stator- und Rotorscheiben (12, 112; 16, 116) plangedreht werden.

8) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 3 oder einem der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß entweder die Stator- oder die Rotorscheibe (12, 112; 16, 116) auf beiden Seiten ringnutförmige Ausnehmungen (22) besitzt, in denen sich Stator- bzw. Rotorkerne (26, 24) befinden, deren Pole (28) in axial entgegengesetzten Richtungen weisen und daß jeder Seite dieser Stator- oder Rotorscheibe (12, 112; 16, 116) eine Ro­tor- bzw. Statorscheibe (16, 116; 12, 112) gegenübersteht.

9) Rotierübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stator- und/oder Rotorscheiben (12, 112; 16, 116) je­weils eine zentrale Öffnung (20, 120) aufweisen, durch die zu prü­fende Teile oder dgl. geführt werden können.

10) Rotierübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf Grund der unterschiedlichen Durchmesser der Ro­tierübertrager (11) sich ergebenden Unterschiede der Induktivitäten durch entsprechende Unterschiede der Windungszahlen der Wicklungen (32) ausgeglichen werden.

11) Rotierübertrageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß in die ringförmigen Nuten (230) flache Ringe (232) aus Isoliermaterial eingelegt werden, auf die nach Art der gedruckten Schaltungen ein spiralförmiger Leiterzug (234) aufgebracht wurde und daß die Ringe (232) in den ringförmigen Nuten (230) verklebt und/oder vergossen werden.

12) Rotierübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Verkleben und/oder Vergießen der Ringe (232) in den ringförmigen Nuten (230) die Oberflächen (235) der Stator- und Rotorscheiben (216) plan bearbeitet werden.

13) Rotierübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefe der ringförmigen Nuten (230) klein ist gegen­über der Tiefe der Stator- oder Rotorkerne (226).

14) Rotierübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringe (232) mit dem Leiterzug (234) nach innen in die ringförmigen Nuten (230) eingelegt werden und daß aus der Oberflä­che (235) der Stator- und Rotorscheiben (216) herausragende Teile der Rückseiten der Ringe (232) durch Bearbeiten entfernt werden.

Zeichnung