AT401108B

AT401108B - Ermittlung von querschnittflächenänderungen eines drahtseiles

Info

Publication number: AT401108B
Application number: AT0286988A
Authority: AT
Original assignee: Anglo Amer Corp South Africa
Priority date: 1987-11-23
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1996-06-25
Also published as: IT1235156B; CA1314934C; DE3839481A1; GB8827212D0; CH677275A5; GB2212926B; ZW15388A1; ATA286988A; BR8806235A; US4929897A; GB2212926A; FR2623614B1; ZW15488A1; DE3839481C2; AU607283B2; FR2623614A1; AU2583088A; IT8848583A0

Description

ΑΤ 401 108 Β

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Feststellen von Querschnittsflächenänderungen in einem magnetisierbaren langgestreckten Objekt, bspw. einem Drahtseil, bei dem das Objekt in Längsrichtung durch einen Magnetisierkopf geführt und über wenigstens zwei aneinander grenzende Abschnitte in einander entgegengesetzten Richtungen entlang seiner Längsachse magnetisiert wird. Förderseile aus Stahl werden in vielen Anwendungen zum Transport von Personen oder Material eingesetzt. Derartige Seile müssen regelmäßig untersucht werden, um sicherzustellen, daß Betriebsstandards jeweils eingehalten werden, und um ein Schadhaftwerden, der Seile festzustellen, bevor Sicherheitsprobleme entstehen können.

Defekte in Drahtseilen können im allgemeinen in eine der drei Gruppen eingeteilt werden, welche Querschnittsflächenveränderungen, Änderungen im Drahtkontaktmuster des aus mehreren in einem speziellen Muster angeordneten Drahtlitzen hergestellten Seiles und gebrochene Seile umfassen.

Die Erfindung betrifft vor allem die erstgenannten charakteristischen Merkmale der Querschnittsflächenveränderungen in einem Seil. Die Stärke eines Drahtseiles hängt von seiner Stahlquerschnittsfläche ab, und diese kann beispielsweise durch üblichen Verschleiß, Korrosion oder durch eine Querschnittsverminderung auf Grund einer Dehnung eines schwachen Bereiches vermindert werden.

In der EP-A-239 537 ist eine Vorrichtung zum Feststellen von Querschnittsflächenänderungen eines langgestreckten Objekts beschrieben. Mit einem Magnetisierungskopf kann auf das Objekt ein erstes und ein zweites magnetisches Feld aufgebracht werden. Hiebei grenzt das zweite magnetische Feld an das erste magnetische Feld an und ist gegenüber dem ersten magnetischen Feld in entgegengesetzter Richtung gerichtet. Hiebei können bei dem Magnetisierungskopf Sattelspulen zum Einsatz kommen. Diese Spulen messen an einer bestimmten Stelle den axialen Fluß z.B. in einem Seil.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen Querschnittsänderungen von magnetisierbaren langgestreckten Objekten durch Messung des radialen magnetischen Flusses, der aus dem Objekt austritt oder in dieses eintritt, festgestellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch - Ermitteln eines aus dem langgestreckten Objekt austretenden oder in dieses eintretenden radialen magnetischen Flusses und - Messen von Änderungen im radialen magnetischen Fluß über den axialen magnetischen Fluß, welcher radiale magnetische Fluß in das langgestreckte Objekt eintritt oder aus diesem austritt, wenn das Objekt durch zwei gegenüber voneinander auf verschiedenen Seiten und am Umfang der magnetisierten, aneinander angrenzenden Abschnitte des langgestreckten Objekts positionierten Sattelspulen bewegt wird, wobei eine erste Halbumfangs-Wicklung jeder Sattelspule an einer Stelle, wo die Magnetflußdichte in dem langgestreckten Objekt in einer Richtung ihren Maximalwert hat, und eine zweite, axial beabstandete Halbumfangs-Wicklung jeder Sattelspule an einer Stelle vorgesehen wird, wo die Magnetflußdichte in dem langgestreckten Objekt einen Maximalwert in umgekehrter Richtung oder den Wert Null annimmt.

Es wird im folgenden gezeigt werden, daß die Dichte des radialen magnetischen Flusses dem Dichtegradienten des axialen magnetischen Flusses proportional ist. Änderungen des radialen magnetischen Flusses können durch Verwendung von Sattelspulen gemessen werden. Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Feststellen von Querschnittsflächenänderungen in einem langgestreckten Objekt, mit einem Magnetisierungskopf zur Aufbringung eines ersten magnetischen Feldes und wenigstens eines zweiten magnetischen Feldes, das an das erste magnetische Feld angrenzt und das zum ersten magnetischen Feld in entgegengesetzter Richtung gerichtet ist, mit einem Mittel zur Bildung eines Pfades, der es dem langgestreckten Objekt erlaubt, sich in einer axialen Richtung durch das erste und das zweite magnetische Feld zu bewegen, so daß das langgestreckte Objekt durch das erste und das zweite magnetische Feld in einander entgegengesetzten axialen Richtungen magnetisiert wird, wobei wenigstens zwei Sattelspulen einander gegenüberliegend an entgegengesetzten Seiten des Pfades angeordnet sind, bei welcher jede Sattelspule wenigstens erste und zweite Halbumfangs-Wicklungen aufweist, die axial versetzt mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die ersten Halbumfangs-Wicklungen der jeweiligen Sattelspule an einer Stelle angeordnet sind, wo die magnetische Flußdichte in dem Objekt einen Maximalwert in einer Richtung hat, und die zweiten Halbumfangs-Wicklungen an einer Stelle angeordnet sind, wo die magnetische Flußdichte in dem Objekt einen Maximalwert in einer entgegengesetzten Richtung oder Null annimmt, und daß Mittel zum Feststellen einer in den Sattelspulen induzierten Spannung vorgesehen sind. 2 ΑΤ 401 108 Β

Die Sattelspulen können dabei derart miteinander verbunden sein, daß ein Rauschen oder jegliche andere, beiden Spulen gemeinsame Faktoren ausgeschaltet oder reduziert werden und daß die in den zwei Sattelspulen induzierte Nettospannung, welche im wesentlichen lediglich Querschnittsflächenänderungen in Gegenwart zuordenbar ist, ermittelt werden kann.

Jede Sattelspule kann eine Vielzahl von Windungen aufweisen.

Die in den Sattelspulen induzierte Spannung kann in der Zeit oder über die axiale Länge integriert werden, um ein Maß für Querschnittsflächenveränderungen zu erhalten.

Geschwindigkeitsänderungen können dabei kompensiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Sattelspulen über einen verstellbaren Widerstand verbunden, der zur Kompensierung des ggf. in den Spulen induzierten Rauschens einstellbar ist.

In besonders vorteilhafter Weise ist der Magnetisierungskopf so ausgebildet, daß dieser einen inneren Pol mit einer ersten Polarität, zwei äußere Pole mit einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität, und Permanentmagnet-Schichten zwischen dem inneren Pol und jedem äußeren Pol aufweist.

Wie oben erwähnt, findet die Erfindung insbesondere beim Testen von Drahtseilen Anwendung.

Die Erfindung ist weiters im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, wobei:

Fig. 1 einen Abschnitt eines zu magnetisierenden Stahlzylinders darstellt, welcher beispielsweise aus einem Längenabschnitt eines Drahtseiles besteht: Fig. 2 im Querschnitt und von der Seite einen Magnetisierkopf zum Magnetisieren eines Drahtseiles und neben dem Magnetisierkopf eine graphische Darstellung der Änderung der magnetischen Flußdichte und der Änderungsrate der magnetischen Flußdichte über die Länge des Magnetisierkopfes zeigt; Fig. 3 einen Abschnitt eines Stahlzylinders zeigt, nahe welchem entsprechende Sattelspulen angeordnet sind; die Fig. 4 bis 7 Endansichten von verschiedenen Anordnungen jeweils eines Paares von Sattelspulen um den Stahlzylinder zeigen; Fig. 8 in einer Seitenansicht und einer Endansicht ein zu testendes Seil darstellt; Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Schaltkreises zur Aufnahme des von dem in Fig. 3 gezeigten Sattelspulenpaares erzeugten Ausgangssi-gnales ist; die Fig. 10 und 11 Kurven des in Fig. 9 dargestellten Schaltkreises zeigen; die Fig. 12 und 13 die mit einer Ausführungsvariante der Erfindung erzeugten Kurven zeigen; Fig. 14 eine mögliche, in den Schaltkreis der Fig. 9 aufnehmbare Modifikation zeigt; Fig. 15 eine andere Kurvenform darstellt, und Fig. 16 eine graphische Darstellung der Flußänderung als Funktion einer Flächenänderung ist.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Die erfindungsgemäßen Prinzipien werden im folgenden zuerst unter Erörterung der theoretischen Basis der Erfindung und daran anschließend unter Betrachtung eines Beispieles einer praktischen Ausführungsform der theoretischen Prinzipien beschrieben.

Theoretische Überlegungen

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Stahlzylinders 10, welcher in diesem Beispiel einen Längenabschnitt eines Drahtseiles mit Radius r und einer Querschnittsfläche A darstellt. Eine Spule 12 mit einem Radius R ist um ein Element des Drahtseiles einer Länge Al angeordnet.

Es wird angenommen, daß das Drahtseil axial magnetisiert ist und daß die axiale magnetische Flußdichte Ba ist. Der axiale Fluß auf der linken Seiten des Elementes ist <?a, während der Fluß auf der rechten Seite des Elementes <t>a + Aoa beträgt. Über die Länge ΔΙ des Elementes ist die radiale Flußdichte B, und der radiale Fluß Φ,.

Die Beziehung zwischen dem axialen Fluß und der axialen Flußdichte kann folgendermaßen ausgedrückt werden: *a = BaA (1)

Der totale, in der Spule 12 umschlossene axiale Fluß ist ö, und ist gegeben durch den Ausdruck: O, = <Öa + <ÖS (2) wobei der intrinsische Fluß in der Gesamtfläche der Spule ist.

Gl. (2) kann folgendermaßen umgeschrieben werden: (3) <St - Ba A + Bs7tR2 3 (4;

AT 401 108 B wobei Bs die Flußdichte im Raum ist und gegeben ist durch:

J1 wobei Uo die Permeabilität des Vakuums und u die Permeabilität des Drahtseilelementes bei einer Fluödichte Ba ist.

Bei Kombination der Gl. (3) mit Gl. (4) kann Gl. (3) umgeschrieben werden als: i =8 A + w B_ (8)

Tt a _2_ α μ

Falls Gl. (5) nach A differenziert wird, um den Zusammenhang zwischen dem gesamten Fluß durch die Spule 12 und einer Änderung der Querschnittsfläche des Seiles 10 zu erhalten, gelangt man zu folgender Gleichung: 3a (6)

dA

Gl. (6) bedeutet, daß bei einer Änderung der Querschnittsfläche ΔΑ des betrachteten Drahtseilelementes eine Änderung des axialen Flusses im Element ΔΦ3 resultiert, welche dieselbe ist wie die Änderung im Fluß durch die Spule 12, welche gegeben ist als Δφ, und welche durch die folgende Gleichung beschrieben wird: Δφ, = Ba ΔΑ (7)

Aus Gl. (7) kann abgeleitet werden, daß für ein axial magnetisiertes Drahtseilelement bei beliebiger Flußdichte Änderungen der Querschnittsfläche des Drahtseilelementes durch Messung von Änderungen im totalen axialen magnetischen Fluß im Drahtseilelement gemessen werden können.

Fig. 1 zeigt eine Situation, in welcher der axiale Fluß im Drahtseilelement 10 um einen Betrag δφ3 über die Länge ΔΙ variiert. Das Flußgesetz von Gauss besagt, daß Flußlinien kontinuierlich verlaufen und keinen Ursprung aufweisen. Daraus ergibt sich, daß eine Änderung des. axialen Flusses, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. von einer Änderung des radialen Flusses Φ, über die Länge ΔΙ begleitet wird. ΔΙ soll klein genug angenommen werden, so daß die radiale Flußdichte 8r beim Radius R der Spule 12 als konstant angenommen werden kann.

Die daraus resultierende Beziehung kann somit folgendermaßen geschrieben werden: Δφ3 = AcBf (8) wobei Ac als Wandfläche eines Zylinders mit Radius R und einer Länge ΔΙ folgendermaßen gegeben ist:

Ac = Συ-ΗΔί (9)

Bei Verwendung von Gl. (9) kann Gl. (8) umgeschrieben werden als: ΔΦ3 =A(AcBr) = 2wRAl Br (10)

Falls die Fläche, über welche eine Flußdifferenz Αφ3 stattfindet, konstant ist, so erhält man: δ©3 =δ(Β3 α) = δβ3 α. 4

AT 401 108 B

Gl. (10) kann somit umgeschrieben werden als: B, = Δβ. a (r.) ~ZTX 2Τ>"ίΤ

Falls Δ1 — 0 ist, so kann Gl. (11) in folgender Form geschrieben werden: c£= = ErU; (12) "gT ~

Gl. (12) ergibt den Zusammenhang zwischen der axialen Flußdichte und der radialen Flußdichte als Funktion der Länge t des Drahtseilelementes 10.

Eine Integration der Gl. (12) über die Länge des Drahtseilelementes zwischen den Grenzen ί^ und t2 ergibt folgende Beziehung: O ) di welche geschrieben werden kann als: t U~) - J = = ilt re L· 'S i £

Gl. (14) kann so interpretiert werden, daß eine Änderung des axialen Flusses zwischen 2wei beliebigen Punkten entlang der Länge eines magnetisierten Zylinders gleich der Änderung des radialen Flusses ist, weicher den Zylinder zwischen diesen zwei Punkten durchdringt. Dieser Zusammenhang ist nicht nur richtig für radiale Oberflächen mit einem konstanten Radius R, sondern für beliebige Oberflächen, unabhängig von der Form des Umfanges, vorausgesetzt, daß Br als normal auf die Umfangsfläche über den gesamten Umfang definiert ist.

Gl. (7) zeigt, daß ein Wechsel im Fluß durch die Spule 12 abhängig von jeglicher Flächenänderung des Drahtseilelementes 10 ist, und Gl. (14) zeigt, daß der Flußwechsel durch einen, eine Integration der radialen Flußdichte enthaltenden Vorgang gemessen werden kann. Diese zwei Gleichungen können kombiniert werden, um den folgenden Zusammenhang zu erhalten: Δ

(15)

Ein Beispiel der Erfindung basierend auf den obengenannten theoretischen Überlegungen

Fig. 2 zeigt von der Seite und im Querschnitt einen Magnetisierkopf 14, wie er im südafrikanischen Patent Nr. 87/1964 geoffenbart ist. Dieser Kopf weist einen zentralen Nordpol 16 und zwei außenliegende Südpole 18 und 20 auf. Permanentmagnetstapel 22 und 24 sind zwischen diesen und zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der Polpaare angeordnet. 5

AT 401 108 B

Die Magnetstapel und die Polstücke sind um Umfang eines Spulenkörpers 26 angeordnet, welcher einen axialen Durchtritt durch den Magnetisierkopf für ein zu testendes Seil 28 freigibt. Über der Darstellung des Magnetisierkopfes 14 ist ein Graph 30, welcher die Änderung der Flußdichte B im Drahtseil 28 darstellt, sowie ein Graph 32, welcher die Änderung des Flußdichtegradienten im Seil darstellt, wobei beide Graphen als Funktion der axialen Position im Kopf dargestellt sind. An den Stellen 11, I2, 13 und t* ist die Kurve 32 Null. Die Kurve 30 ist Null an der Stelle ts, welche ungefähr der zentralen Position des Nordpoles entspricht, sowie an den Stellen ti und U. Eine maximale Flußdichte in negativem Sinn tritt an der Stelle t2 und in positivem Sinn an der Stelle I3 auf.

Verschiedene kritische Punkte der Kurven 30 und 32 sind mit Bezugszeichen a bis g bezeichnet.

Eine Verwendung von Gl. (14) und Integration in jedem einzelnen Fall zwischen den Stellen li und I2, t2 und 13, sowie t3 und U ergibt folgende Ausdrücke: -3m A = - 2*rtR yBr(i) äJi (15) 17) (16) = - 2-ftR (Flache unter Kurve abc) - A - 8^= - 2HR k{i) til 2rt: (Roche unter Kurve ede)

E A rr = (flache unter Kurve e f q )

Gl. (18) ist beispielsweise ein Ausdruck für den radialen Nettofluß, welcher in die Umfangsfläche des Seiles zwischen den Positionen t3 und U eindringt.

Fig. 3 zeigt eine Sattelspule 34 mit ersten und zweiten, sich über den halben Umfang erstreckenden Windungen 36 und 38, sowie eine Sattelspule 40, mit sich über den halben Umfang erstreckenden Windungen 42 und 44. Die sich über den halben Umfang erstreckenden Windungen 36 und 42 sind an axial einander entsprechenden Positionen, jedoch an unterschiedlichen Seiten des Seiles in im Körper 26 an der Stelle 13 vorgesehenen Schlitzen angeordnet, während die sich über den halben Umfang erstreckenden Windungen 38 und 44 in ähnlicher Weise in im Körper an der Position u des Magnetisierkopfes 14 vorgesehenen Schlitzen angeordnet sind. Wie bereits festgestellt, ist an diesen Stellen die entsprechende Flußdichte Bm und Null. Die Punkte A bis H und J bis N, P, Q und R sind an den Spulen markiert.

Wenn die radiale Flußdichte Br über den gesamten Umfang des Zylinders, welcher mit den Oberflächen der Spule mit Radius R zusammenfällt, konstant ist und nur eine Funktion der axialen Länge t ist, so ist der gesamte, radiale, durch die obere Sattelspule 34 hindurchtretende Fluß gegeben als: = (t&rce SED) ß ii) a-e (19:

Wenn das Seil 28 diese Spule mit einer Geschwindigkeit passiert, so ist die zwischen den Enden A und H induzierte Spannung VAH gegeben als: 6

AT 401 108 B (20) dt wobei N die Anzahl der Umkehrungen in der Windung 34 ist. Gl. (20) kann umgeschrieben werden als: (21) VAH(t) = -N $ Φ34.

Die Seilgeschwindigkeit r ist gegeben durch den Ausdruck: (22)

Einsetzen dieses Ausdruckes und von Gl. (19) in Gl. (21) ergibt die induzierte Spannung als eine Funktion der Seillänge:

L = - f.VvL&noe 8C0) d

lAH^ ^ (23)

Auf Grund ähnlicher Überlegungen ergibt sich die in der unteren Sattelspule 40 induzierte Spannung VJR durch den Ausdruck: f(La ree N?C) d cl

(26)

Fig. 3 zeigt H und J miteinander verbunden. Die derart auftretende Spannung zwischen den Enden A und R ist additiv und durch folgenden Ausdruck gegeben:

v.-u; = - fvuw~ (Lcirce B3D -r Lance ·\Ρ-) o_ _U) cl (2Ξ}

Fig. 4 zeigt von einem Ende, d.h. im Querschnitt, eine ideale Situation, worin die Länge DE im Raum mit der Länge NM zusammenfällt und wobei die Länge GH im Raum mit der Länge KJ zusammenfällt. In diese idealen Fall ergibt der Ausdruck:

(Länge BCD + Länge NPQ) = 2wR

Bei Verwendung dieses Ausdruckes und von Gl. (18) läßt sich Gl. (25) umschreiben als:

V_(£) = - Nu 2-fl.R

(26) 7

AT 401 108 B A kann aus Gl. (26) herausgezogen werden und ausgedrückt werden als: A(t) = - 1

AR (£) - A0 (27) wobei Ao der Wert von A(l) bei t =0 ist.

Gl. (27) kann verwendet werden, um einen Ausdruck für Querschnittsflächenänderungen des Drahtseiles 28 als Funktion der Länge zu erhalten, wobei dies geschrieben werden kann als: Δϋ£) = i =i i2E)

Nv-E r.

Aus Gl. (28) folgt, daß Querschnittsflächenänderungen des Seiles 28 durch Integration der im Sattelspulenpaar 34 und 40 induzierten Spannung gemessen werden können, welche, wie oben definiert, sich zwischen den Positionen t3 und U erstrecken, wobei der im südafrikanischen Patent Nr. 87/1964 geoffenbarte Magnetisierkopf Verwendung findet. Dieser Kopf magnetisiert alle Teile des Drahtseiles in der in Fig. 2 gezeigten Art beim axialen Durchtritt des Seiles durch den Kopf mit einer Geschwindigkeit

Gl. (28) wurde, wie dies festgehalten wurde, für den Idealfall abgeleitet, in welcher die axialen Längen der Windungen ED und GH mit den axialen Längen der Windungen NM und KJ zusammenfallen, da unter diesen Bedingungen die in diesen Längen induzierten Spannungen einander aufheben. Die in der sich über den halben Umfang erstreckenden Windung BCD induzierte Spannung addiert sich zu der in der sich über den halben Umfang erstreckenden Windung NPQ induzierten Spannung ebenso wie sich die in der über den halben Umfang erstreckenden Windung EFG induzierte Spannung zu der in der sich über den halben Umfang erstreckenden Windung KLM induzierten Spannung addiert. Das erste Paar von Spannungen weist jedoch ein zum zweiten Paar von Spannungen entgegengesetztes Vorzeichen auf. Dies bedeutet, daß ein Paar von abgeglichenen Sattelspulen der oben beschriebenen Art, deren axiale Komponenten der Windungen im Raum zusammenfallen, zwei das Seil vollständig umgebenden Spulen an den selben Stellen entsprechen, welche jedoch in Serie gegeneinander geschaltet sind.

Es ist jedoch nicht möglich, die axialen Komponenten der Windungen der Spulen im Raum exakt aufeinander abzustimmen. Die Fig. 5 bis 7 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten.

Wie in Fig. 5 dargestellt, existiert ein möglichst kleiner Spalt g zwischen den axialen Komponenten der Windungen der Sattelspulen. Es wird somit nicht der gesamte radiale Fluß zwischen den Positionen (3 und gemessen, sondern nur ein Teil -n* davon.

Wenn g « irR ist, so beträgt der in Gl. (28) aufzunehmende Korrekturfaktor: (1 + Sr) und Gl. (28) kann folgendermaßen modifiziert werden: L·

{P

(23) 8

AT 401 108 B

Die Fig. 6 und 7 zeigen unterschiedliche Zugänge, in welchen die axialen Komponenten der Windungen der Sattelspulen so gegeneinander versetzt sind, daß bei einer Betrachtung von der Seite die Komponenten zwar zusammenfallen, während jedoch bei der in der Zeichnung gezeigten Ansicht von einem Ende die Komponenten gegeneinander versetzt sind. In jedem Fall wird der gesamte radiale Fluß zwischen den Positionen t3 und U gemessen, und es muß kein Korrekturfaktor verwendet werden. In diesem Fall ist jedoch die Konstruktion des Spulenkörpers und der Pole des magnetischen Testkopfes komplizierter.

Es soll festgestellt werden, daß die Sattelspulen nicht genau halbkreisförmig ausgebildet sein müssen, sondern daß sie eine beliebige geeignete Form aufweisen können, vorausgesetzt, daß die sich über den halben Umfang erstreckenden Windungen radial benachbart zueinander angeordnet sind.

Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist, daß die vorangehende Analyse unter Bezugnahme auf die Positionen £3 und £* durchgeführt wurde. Wie aus den Gl. (16) und (17) ersichtlich, können ähnliche Analysen unter Bezugnahme auf die Positionen ti und £2 oder t2 und £3 durchgeführt werden.

Unter experimentellen Bedingungen wurden Paare von Sattelspulen mit jeweils fünfundzwanzig Wicklungen in geeigneten Schlitzen im Spulenkörper 26 des in Fig. 2 gezeigten Magnetisiertestkopfes 14 gewickelt. Für die Positionen £3 und £♦ betrugen die Flußdichten Bm = 2,29 Tesla bzw. Null. Ein Testseil 28 mit einem Durchmesser von 38 mm und einer Querschnittsfläche von 719 mm2 wurde verwendet. Dieses Seil ist in Fig. 8 dargestellt. Eine künstliche stufenförmige Änderung der Fläche von 105,9 mm2 und 600 mm Länge wurde im Testseil durch axiale Anordnung von sechsundvierzig Drähten am Umfang des Testseiles in der gezeigten Weise hergestellt. Das Testseil 38 war etwa 30 m lang und zwischen zwei Ankerpunkten mit einer Kraft von 10 t gespannt. Der Testkopf 14 wurde um das Seil angeordnet und längs des Seiles mit einer konstanten Geschwindigkeit von bis zu 4 m/s mit Hilfe eines Seilzuges bewegt.

Es wurde der in Fig. 9 schematisch dargestellte Meßaufbau verwendet, welcher die miteinander verbundenen Sattelspulen 34 und 40, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert wurde, einen Integrator 48, einen Verstärker 50 und ein Aufzeichnungsgerät 52 zeigt. Die Verwendung eines Verstärkers ist nicht zwingend und hängt von den Spulenwicklungen und der Empfindlichkeit des Meßgerätes 52 ab. Die Kurve in Fig. 10 zeigt das Ausgangssignal der Sattelspulen und zeigt eine erste Spannungsspitze beim Beginn der künstlichen Flächenänderungen und eine zweite Spannungsspitze am Ende dieser Flächenänderung und demonstriert die Effektivität der hierin enthaltenen Prinzipien. Es soll festgehalten werden, daß diese Kurve unter Verwendung der Meßpositionen, welche der Gl. (16) entsprechen, erhalten wurde. Eine ähnliche Kurve wird bei Verwendung der der Gl. (18) entsprechenden Meßpositionen erhalten.

Die in Fig. 11 gezeigte Kurve wurde bei Verwendung eines digitalen Integrators zur Integration des Ausgangssignales der Sattelspulen für eine Flächenänderung von 35 mm2 für das oben genannte Seil erhalten, welche Änderüng 4,9% der Seilquerschnittsfläche entspricht. Diese Kurve entspricht wiederum Meßpositionen, welche mit Gl. (16) oder (18) in Verbindung gebracht werden. Die Kurven der Fig. 12 und 13 basieren auf Meßpositionen entsprechend Gl. (17). Fig. 12 zeigt Ausgangsspitzen der Sattelspulen, und Fig. 13 das Integral davon für eine Querschnittsflächenänderung im Seil von 4,9%.

Die Verwendung von zwei Sattelspulen, welche so ähnlich wie möglich konstruiert sind, und welche unter Berücksichtigung der oben genannten Kriterien ideal angeordnet sind, eliminiert zu einem Großteil die Effekte eines Rauschens oder jeglichen anderen Faktors, welcher einen gemeinsamen Einfluß auf beide Spulen ausübt, beispielsweise ein Streufluß, welcher durch beide Spulen hindurchtreten kann. Das Ausgangssignal der kombinierten Spulen ist daher im Idealfall repräsentativ nur für Querschnittsflächenänderungen. Es ist jedoch trotz aller Vorkehrungen nicht möglich, zwei Spulen derart aufeinander abzustimmen, daß die in ihnen induzierten Signale genau ausgeglichen sind. Die in Fig. 14 gezeigte Anordnung kann für eine Verbesserung des Abgleiches zwischen den Spulen Verwendung finden. Die Figur zeigt zwei Spulen 34 und 40, welche miteinander parallel über einen geerdeten Zwischenpunkt verbunden sind. Die Enden der Spulen sind über einen Widerstand 54 mit einem variablen Abgriff 56 miteinander verbunden. Ein Abgleich des Abgriffes um einen Nullpunkt kann in vielen Fällen das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Ausgangssignales verbessern, welches dann Querschnittsflächenänderungen im Seil genauer anzeigt.

Die Rauschminderungsschaltung der Fig. 14 zeigt einen deutlichen Effekt auf die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dies ist in der Kurve der Fig. 15 veranschaulicht, welche auf der Gl. (17) basiert und somit der Kurve der Fig. 13 entspricht, wobei sie jedoch für eine Flächenänderung von 10,6 mm2, welche 1,5% der Seilquerschnittsfläche entspricht, erhalten wurde.

Der Graph der Fig. 16 zeigt die gemessene Flußänderung als eine Funktion von ΔΑ (Querschnittsflächenänderung) für das oben genannte Seil. Geringfügige Flächenänderungen können eindeutig festgestellt werden, und es existiert ein linearer Zusammenhang.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein Drahtseil beschrieben. Selbstverständlich können diese Prinzipien auf einen Test von länglichen Gegenständen, beispielsweise Zylindern, Rohren, Stangen od.dgl., angewandt werden. 9

Claims

AT 401 108 B Patentansprüche 1. Verfahren zum Feststellen von Querschnittsflächenänderungen in einem magnetisierbaren langgestreckten Objekt, bspw. einem Drahtseil, bei dem das Objekt in Längsrichtung durch einen Magnetisierkopf geführt und über wenigstens zwei aneinander grenzende Abschnitte in einander entgegengesetzten Richtungen entlang seiner Längsachse magnetisiert wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Ermitteln eines aus dem langgestreckten Objekt austretenden oder in dieses eintretenden radialen magnetischen Flusses und - Messen von Änderungen im radialen magnetischen Fluß über den achsialen magnetischen Fluß, welcher radiale magnetische Fluß in das langgestreckte Objekt eintritt oder aus diesem austritt, wenn das Objekt durch zwei gegenüber voneinander auf verschiedenen Seiten und am Umfang der magnetisierten aneinander angrenzenden Abschnitte des langgestreckten Objekts positionierten Sattelspulen bewegt wird, wobei eine erste Halbumfangs-Wicklung jeder Sattelspule an einer Stelle, wo die Magnetflußdichte in dem langgestreckten Objekt in einer Richtung ihren Maximalwert hat, und eine zweite, achsial beabstandete Halbumfangs-Wicklung jeder Sattelspule an einer Stelle vorgesehen wird, wo die Magnetflußdichte in dem langgestreckten Objekt einen Maximalwert in umgekehrter Richtung oder den Wert Null annimmt.
2. Vorrichtung zum Feststellen von Querschnittsflächen-Änderungen in einem langgestreckten Objekt, mit einem Magnetisierungskopf zur Aufbringung eines ersten magnetischen Feldes und wenigstens eines zweiten magnetischen Feldes, das an das erste magnetische Feld angrenzt und das zum ersten magnetischen Feld in entgegengesetzter Richtung gerichtet ist, mit einem Mittel zur Bildung eines Pfades, der es dem langgestreckten Objekt erlaubt, sich in einer axialen Richtung durch das erste und das zweite magnetische Feld zu bewegen, so daß das langgestreckte Objekt durch das erste und das zweite magnetische Feld in einander entgegengesetzten axialen Richtungen magnetisiert wird, wobei wenigstens zwei Sattelspulen einander gegenüberliegend an entgegengesetzten Seiten des Pfades angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sattelspule (34,40) wenigstens erste und zweite Halbumfangs-Wicklungen (36,38:42,44) aufweist, die axial versetzt mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die ersten Halbumfangs-Wicklungen (36,42) der jeweiligen Sattelspule (34,40) an einer Stelle (b) angeordnet sind, wo die magnetische Flußdichte in dem Objekt (28) einen Maximalwert in einer Richtung hat, und die zweiten Halbumfangs-Wicklungen (38,44) an einer Stelle (L) angeordnet sind, wo die magnetische Flußdichte in dem Objekt (28) einen Maximalwert in einer entgegengesetzten Richtung oder Null annimmt, und daß Mittel (48,50,52) zum Feststellen einer in den Sattelspulen (34,40) induzierten Spannung vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sattelspule (34,40) eine Mehrzahl von Windungen enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sattelspulen (34,40) über einen verstellbaren Widerstand (54) verbunden sind, der zur Kompensierung des ggf. in den Spulen induzierten Rauschens einstellbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetisierungskopf (14) einen inneren Pol (16) mit einer ersten Polarität, zwei äußere Pole (18,20) mit einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität, und Permanentmagnet-Schichten (22,24) zwischen dem inneren Pol und jedem äußeren Pol aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integriermittel (48) zum Integrieren der in den Sattelspulen (34,40) induzierten Spannung über der Zeit oder dem Weg entlang einer Längsachse des langgestreckten Objekts (28) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sattelspulen (34,40) derart miteinander verbunden sind, daß sie im wesentlichen unempfindlich gegenüber Rauschen sind und daß eine in den Sattelspulen (34,40) induzierte Netto-Spannung ermittelbar ist. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 10