Einrichtung zur Erfassung der Exzentrizität ummantelter Metallstäbe und Drähte in bezug auf die Ummantelung.
In der Technik kann die genaue Kenntnis der Lage eines ummantelten Stabes oder Drahtes in seiner Ummantelung von grosser Wichtigkeit sein, so zum Beispiel bei der Umhüllung von elektrischen Drähten mit Isoliermaterial oder bei der Ummantelung von Schweisselektroden mit dem FlussmitteI, indem eine exzentrische Lage des Stabes oder Drahtes in bezug auf den Mantel eine lmer- wünschte, ungleichmässige Stärke der Ummantelung zur Folge hat. Es ist insbesondere wichtig, eine einfache Methode zu besitzen, die während der Fabrikation von isolierten Drähten, von ummantelten Schweisselektro- den usw. laufend die Erfassung der Exzentrizität des ummantelten Kernes in bezug auf die Ummantelung gestattet.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Einrichtung, mit deren Hilfe man diese Prüfung laufend vornehmen kann. Die Erwindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem den Prüfling umschliessen- den Prüfkopf mit Wechselstrom zu beschikkende Spulen angeordnet sind, deren elektrische Impedanz durch den Kern des ummantelten Prüflings beeinflusst wird und die in eine Brückenschaltung eingeschaltet sind, welche bei zentraler Lage des Kernes im Gleichgewicht ist.
Für die Prüfung wird der ummantelte Stab oder Draht, auch kurz Prüfling genannt, zweckmässigerweise durch eine der äussern Form des Stabes oder Drahtes mit wenig Spiel angepasste Öffnung des Prüfkopfes hindurchgeschoben. Eine allfällige exzen tische Lage des ummantelten Kernes in bezug auf die Ummantelung hat demnach eine entsprechende exzentrische Lage des Kernes in der Öffnung des Prüfkopfes zur Folge.
Durch diese Exzentrizität wird eine elektrische Schaltung in der Weise beeinflusst, dass die Exzentrizität beispielsweise an einem Anzeigeinstrument abgelesen werden kann.
Es ist auch möglich, die Schaltung mit einem Relais auszurüsten, welches beim t erschreiten einer bestimmten maximalen Exzentrizität während der Fabrikation ein akustisches oder optisches Alarmsignal auslöst oder auch beispielsweise den Fabrika tionsvorgang zwecks Vermeidung von Ausschussware korrigierend beeinflusst oder stoppt. aDie Abweichungen lassen sich auch mit einem schreibenden Instrument laufend registrieren, womit eine nachträgliche Kontrolle der Fabrikation ermöglicht wird.
Es besteht die Möglichkeit, die Brückenschaltung eine oder mehrphasig auszubilden, wobei die Speisung der Brückenschaltung aus dem Kraftnetz oder aus besonders bereitgestellten rotierenden Generatoren oder Röhrengeneratoren erfolgen kann.
Nach der Art der Brückenschaltung richtet sich die Zahl und die Anordnung der Spulen des Prüfkopfes. Die Beeinflussung der elektrischen Impedanz dieser Spulen er folgt je nach dem Kerumaterial auf physikalisch verschiedene Art. Besteht der um mantelte Stab oder Draht aus einem ferromagnetischen Material, so wird durch eine Änderung der Lage des magnetischen Kernes gegenüber den Prüfspulen hauptsächlich deren Induktivität, das heisst deren Blind widerstand verändert. Ist der : Kern jedoch nicht ferromagnetisch, so muss die Arbeitsfrequenz der Brückenschaltung so hoch gewählt werden, dass im-Kern eine starke Wir beistrombildung eintritt.
Bei einer Lagen- änderung des Kernes in bezug auf die Prüf spulen erfolgt in diesem Falle zur je Haupt- sache eine Änderung des Wirkwiderstandes der Spulen.
Besondere Aufmerksamkeit ist der Ausbildung der Öffnung des Prüfkopfes zuzuwenden, durch die das zu prüfende Material dauernd geschoben wird. Zweckmässigerweise wird man diese Öffnung, die den Prüfling mit wenig Spiel umschliessen muss, in einem rohrförmigen Körper vorsehen, der aus einem sehr harten und verschleissfesten Ma- terial besteht, z. B. künstlichem : Korund.
Durch diese Massnahme kann eine allzu rasche Abnützung der Öffnung und damit verbundene unzulässige Vergrösserung des Spiels zwischen Prüfling und Führungsöffnung vermieden werden, Das Material des Führungskörpers ist ferner vorteilhaft nicht ferromagnetisch und besitzt keine oder nur geringe elektrische Leitfähigkeit, um dadurch die Arbeitsweise des Prüfkopfes möglichst wenig zu beeinflussen.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, Dabei stellt Fig. 1 eine einphasige Brückenschaltung dar, deren Brückenzweige als Prüfspulen ausgebildet sind. Der zu dieser Schaltung gehörige Prüfkopf ist in Fig. 2 dargestellt, Die Fig. 3 und 4 zeigen eine dreiphasige Brückenschaltung mit dem zugehörigen Prüfkopf. In der Fig. 1 sind mit 1 bis 4 als Brückenschaltung angeordnete Prüfspulen bezeichnet, die von der Wechselstromquelle 5 gespeist werden. In die Brüekendiagonale ist ein anzeigendes oder registrieren des Instrument 6 eingeschaltet. Ausser diesem Instrument kann eine Alarmeinrichtung oder son steige, e, irgendeine Funktion auslösende Ein- richtung vorgesehen werden.
Bei geringer lJeistungsabgabe der Brückenschaltung in der Brückendiagonale wird man ; zweckmässiger- weise für die Anzeige Röhrenvoltmeter und zur Betätigung der genannten Einrichtungen empfindliche Relaissehaltungen oder Röhrenverstärker vorsehen.
Der zu dieser Schaltung gehörige Prüf Iiopf ist in der Fig. 2 zur Dar, stellung gebracht. Dabei sind die Prüfspulen wie in der Fig. 1 mit den Ziffern 1 bis 4 versehen wor- den. l Mit 7 ist der Kern und mit 8 der Man- tel des Prüflings bezeiehnet. Der Prüfling wird bei der Messung durch einen rohrförmigen, aus hartem, verschleissfes tem Material bestehenden Führungskörper 9 geschoben, der den Prüfling mit wenig Spiel umschliesst.
Die Prüfspulen können Luftspulen sein oder auf Spulenlierne 10 gewickelt sein, die je nach der verwendeten Prüffrequenz und der erwünschten Wirkung entweder einfach aus Isoliermaterial oder aus einem magnetischen Material, wie lameiliertes Eisen, oder aus Hochfrequenzpulvereisen (Massekerne) bestehen können.
Die ganze Einriehtung funktioniert folgendermassen: Es ist ohne nähere Begründung ersichtlich, dass bei zentrischer Lage des Kernes des Prüflings die Impedanzen aller vier Prüfspulen gleich gross sind und die Brückenschaltung sich damit im Gleichgewicht befindet. Der in der Brückendiagonale angeordnete Indikator 6 spricht in diesem Fall nicht an. Bei einer Exzentrizität des Kernes werden die Impedanzen der Prüfspulen jedoch verschieden beeinflusst, womit die Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht gerät und der Indikator 6 anspricht.
Es ist offensichtlich, dass dies nur dann eintritt, wen der Rern 7 aus einem ferromagnetischen Material oder mindestens elektrisch gut leitendem Stoff besteht und die magnetischen bezw. elektrizitätsleitenden Material eigenschaften des Mantels s gegenüber denen des Kernes stark zurücktreten, so dass die magnetischen : Kraftfelder der Prüfspulen durch den Mantel 8 ungeschwächt oder nur wenig geschwächt bis zum Kern vordringen können.
So wird zum Beispiel im Falle eines ferromagnetischen Kernes durch eine Exzen tnzität des Kernes nach rechts die Induktivität der Spule 4 erhöht, diejenige der Spule 2 verkleinert, während die Spulen 1 und 3 keine wesentliche Beeinflussung erfahren. Aus dem Schaltungsbild der Fig. 1 ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Brückenschaltung in diesem Fall aus dem Gleich: gewicht gerät. Fällt jedoch die Exzentrizität in die Winkelhalbierende der Spulenachsen 1 und 2 bezw. 3 und 4, so werden die Impedanzen der Spulen 1 und 2 bezw. 3 und 4 im gleichen Sinn und in der gleichen Stärke ver ändert, und die Brückenschaltung bleibt im Gleichgewicht. Eine Exzentrizität in Rich tung dieser Winkelhalbierenden ist somit nicht wahrnehmbar, wenn nicht besondere
Vorkehrungen getroffen werden.
Eine solche Verkehr besteht darin, entweder den Prüfling oder den Prüfkopf während der Messung um die Längsachse des Prüflings zu dre hen, wodurch eine allfällige e Exzentrizität, trotz Vorhandensein der neutralen Achse, in jedem Fall entdeckt wird. : Eine andere Mass- nahme zur Unschädlichmachung der neutra len Achse eines Prüfkopfes kann darin bestehen, dass zwei Prüfköpfe mit der zugehörigen Schaltung, also zwei vollständig getrennte, gleichartige Messsysterbe hintereinander gesetzt werden, wobei die neutralen Achsen der beiden Prüfköpfe senkrecht zuein ander stehen.
In der Fig. 3 ist eine dreiphasige Brükkenschaltung und in Fig. 4 der zugehörige Prüfkopf dargestellt. Diese Anordnung weist den Nachteil des Vorhandenseins einer neutralen Achse nicht auf. Bei dieser Einrichtung speist ein Dreiphasengenerator 11 einen mit drei in Stern geschalteten Prüfspulen 12, 13, 14 versehenen Prüfkopf nach Fig. 4, in welchem der Kern des Prüflings, sein Mantel, der Führungskörper und der in diesem beispiels gemeinsame Prüfspulenkern mit den gleichen Ziffern wie die entsprechenden Teile in Fig. 2 versehen sind.
Bei vollkommener Zentrizität des Prüflings ist das durch die drei Prüfspulen gebildete dreiphasige Belastungssystem symmetrisch, so dass sein Sternpunkt in jedem Zeitpunkt das gleiche Potential wie das äussere, die Priifspulen speisende Dreiphasensystem besitzt. Ein zwischen diese beiden Sternpunkte geschaltetes Instrument 15 zeigt In diesem Falle keinen Ausschlag. In der Fig. 3 ist der Sternpunkt des speisenden Dreiphasensystems künstlich durch die drei gleichen Widerstände 16, 17 und 18, die auch als beliebige, aber unter sich gleiche Impedanzen ausgebildet sein können, hergestellt worden. An die Stelle dieses künstlich hergestellten Sternpunktes kann auch der Stern- punkt des Generators 11 treten.
Um kleine Ungleichmässigkeiten der Dreiphasensysteme ausgleichen zu können, werden die Widerstände 16, 17 und 18 in vorteilhafter Weise in geringen Grenzen veränderbar ausgebildet, womit durch Einstellen dieser Widerstände die dreiphasige Brückenschaltung in jedem Fall vollkommen ins Gleichgewicht gebracht werden kann. Tritt bei der besekriebenen Einrichtung eine Exzentrizität nach einer beliebigen Richtung des E;ernes 7 des Prüflings auf, so wird der Sternpuukt des Prilf- spulensystems der Grösse und Richtung der Exzentrizität entsprechend verlagert, die Dreiphasenbrücke wird dadurch aus dem Gleichgewicht gebracht und das in der Brücken diagonale angeordnete Instrument 15 schlägt aus.
Das Instrument 15 kann auf die Exzentrizität des Kernes geeicht sein, so dass die Einrichtung eine direkte Erfassung der Exzentrizität erlaubt.
Es ist selbstverständlich, dass die Querschnittsform des Prüflings nicht, wie dargestellt, nur rund sein darf. Beim Prüfkopf nach Fig. 2 lässt sich bei entsprechender Ausbildung des Führungskotrpers auch eine quadratisehe oder achteckige und beim Prüf- kopf nach Fig. 4 eine drei- oder sechskantige Querschnittsform des Prüflings verwenden, ohne dass damit die Symmetrie der Anordnung gestört wird.
Um die Pole der Spulenkerne 10 möglichst nahe an den Prüfling heranzubringen und damit die Empfindlichkeit der Einrichtung zu erhöhen, kann die Wand des Fith- rungskörpers 9 Öffnungen aufweisen, in welche die Pole der Spulenkerne hineinragen und dadurch in unmittelbare Nähe des Prüflings gelangen. Das gleiche Ergebnis erreicht man mit einem Führungskörper, der lediglich aus zwischen den Polen der Prüfspulen lie genden : Führungsschienen besteht. Bei dieser ausführungsform des Fünrungskörpers ist es möglich, als Baumaterial für den Führungskörper einen beliebigen Stoff zu wählen, z. B. gehärteten Stahl.
PBTENTBNSPRUCH :
Einrichtung zur Erfassung der Exzentrizität ummantelter Metallstäbe und Drähte in bezug auf die Ummantelung, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem den Prüfling umschliessenden Prüfkopf mit Wechselstrom zu beschickende Spulen angeordnet sind, deren elektrische Impedanz durch den Kern des ummantelten Prüflings beeinflusst wird und die in eine Brückenschaltung eingeschaltet sind, welche bei zentraler Lage des Kernes im Prüfkopf im Gleichgewicht ist.
Device for detecting the eccentricity of covered metal rods and wires with respect to the covering.
In technology, precise knowledge of the position of a sheathed rod or wire in its sheathing can be of great importance, for example when sheathing electrical wires with insulating material or when sheathing welding electrodes with the flux by placing an eccentric position of the rod or Wire has an undesirable, uneven thickness of the sheath with respect to the sheath. It is particularly important to have a simple method which, during the manufacture of insulated wires, covered welding electrodes, etc., allows the eccentricity of the covered core with respect to the covering to be continuously detected.
The present invention consists of a device by means of which this test can be carried out continuously. The invention is characterized in that in at least one test head enclosing the test object there are arranged coils to be charged with alternating current, the electrical impedance of which is influenced by the core of the encased test object and which are switched into a bridge circuit which, when the core is in the central position Balance is.
For the test, the sheathed rod or wire, also called the test object for short, is expediently pushed through an opening of the test head that is adapted to the external shape of the rod or wire with little play. Any eccentric position of the sheathed core with respect to the sheathing therefore results in a corresponding eccentric position of the core in the opening of the test head.
This eccentricity influences an electrical circuit in such a way that the eccentricity can be read off, for example, on a display instrument.
It is also possible to equip the circuit with a relay that triggers an acoustic or visual alarm signal when a certain maximum eccentricity is reached during manufacture or, for example, corrects or stops the manufacturing process in order to avoid rejects. aThe deviations can also be continuously recorded with a writing instrument, which enables subsequent control of the production.
There is the possibility of designing the bridge circuit with one or more phases, it being possible for the bridge circuit to be fed from the power network or from rotating generators or tube generators that are specially provided.
The number and arrangement of the coils of the test head depends on the type of bridge circuit. The influence of the electrical impedance of these coils he follows depending on the core material in physically different ways. If the sheathed rod or wire is made of a ferromagnetic material, a change in the position of the magnetic core relative to the test coils mainly their inductance, i.e. their Blind resistance changed. However, if the core is not ferromagnetic, the working frequency of the bridge circuit must be selected so high that a strong electrical current builds up in the core.
If the position of the core changes in relation to the test coils, in this case there is a change in the effective resistance of the coils in each case.
Particular attention should be paid to the design of the opening of the test head through which the material to be tested is pushed continuously. This opening, which has to enclose the test specimen with little play, is expediently provided in a tubular body made of a very hard and wear-resistant material, e.g. B. artificial: corundum.
Through this measure, too rapid wear of the opening and the associated inadmissible increase in the play between the test object and the guide opening can be avoided. The material of the guide body is also advantageously non-ferromagnetic and has little or no electrical conductivity, thereby minimizing the functioning of the test head to influence.
1 to 4 show two exemplary embodiments of the subject matter of the invention. FIG. 1 shows a single-phase bridge circuit, the bridge branches of which are designed as test coils. The test head associated with this circuit is shown in FIG. 2. FIGS. 3 and 4 show a three-phase bridge circuit with the associated test head. In FIG. 1, test coils, which are arranged as a bridge circuit and are fed by the alternating current source 5, are designated by 1 to 4. A displaying or registering instrument 6 is switched on in the bridge diagonal. In addition to this instrument, an alarm device or other device that triggers any function can be provided.
If the power output of the bridge circuit in the bridge diagonal is low, one becomes; It is advisable to provide for tube voltmeters for the display and for the operation of the devices mentioned, sensitive relay positions or tube amplifiers.
The test head belonging to this circuit is shown in FIG. 2. As in FIG. 1, the test coils have been provided with the numbers 1 to 4. l With 7 the core and with 8 the jacket of the test object. During the measurement, the test specimen is pushed through a tubular guide body 9 made of hard, wear-resistant material, which surrounds the test specimen with little play.
The test coils can be air-core coils or be wound on bobbin core 10, which, depending on the test frequency used and the desired effect, can consist either simply of insulating material or of a magnetic material, such as laminated iron, or of high-frequency powder iron (earth cores).
The whole arrangement works as follows: It can be seen without further justification that if the core of the test object is in the center, the impedances of all four test coils are the same and the bridge circuit is thus in equilibrium. The indicator 6 arranged in the bridge diagonal does not respond in this case. If the core is eccentric, however, the impedances of the test coils are influenced differently, with the result that the bridge circuit is out of balance and the indicator 6 responds.
It is obvious that this only occurs when the core 7 is made of a ferromagnetic material or at least electrically highly conductive material and the magnetic respectively. The electrically conductive material properties of the cladding strongly recede compared to those of the core, so that the magnetic force fields of the test coils can penetrate through the cladding 8 without weakening or only slightly weakened to the core.
For example, in the case of a ferromagnetic core, an eccentricity of the core to the right increases the inductance of the coil 4, that of the coil 2 decreases, while the coils 1 and 3 are not significantly influenced. From the circuit diagram of FIG. 1 it can be readily seen that the bridge circuit is out of balance in this case. However, if the eccentricity falls in the bisector of the coil axes 1 and 2 respectively. 3 and 4, the impedances of the coils 1 and 2 respectively. 3 and 4 changes in the same sense and in the same strength, and the bridge circuit remains in equilibrium. An eccentricity in the direction of this bisector is therefore imperceptible, if not particular
Precautions are taken.
Such traffic consists in rotating either the test object or the test head during the measurement around the longitudinal axis of the test object, whereby any eccentricity is detected in any case, despite the presence of the neutral axis. : Another measure to render the neutral axis of a test head harmless can be that two test heads with the associated circuit, i.e. two completely separate, identical measuring systems are placed one behind the other, with the neutral axes of the two test heads being perpendicular to one another.
A three-phase bridge circuit is shown in FIG. 3 and the associated test head is shown in FIG. This arrangement does not have the disadvantage of having a neutral axis. In this device, a three-phase generator 11 feeds a test head with three star-connected test coils 12, 13, 14 according to FIG. 4, in which the core of the test object, its jacket, the guide body and the test coil core common in this example have the same numbers as the corresponding parts in Fig. 2 are provided.
If the test object is completely centric, the three-phase load system formed by the three test coils is symmetrical, so that its star point has the same potential at all times as the external three-phase system feeding the test coils. An instrument 15 connected between these two star points shows no deflection in this case. In FIG. 3, the star point of the feeding three-phase system has been artificially produced by means of the three identical resistors 16, 17 and 18, which can also be designed as any, but identical impedances. The star point of the generator 11 can also take the place of this artificially produced star point.
In order to be able to compensate for small irregularities in the three-phase systems, the resistors 16, 17 and 18 are advantageously designed so that they can be changed within small limits, so that the three-phase bridge circuit can be completely balanced in any case by adjusting these resistances. If an eccentricity occurs in the described device in any direction of the E; ernes 7 of the test object, the star point of the test coil system is shifted according to the size and direction of the eccentricity, the three-phase bridge is thereby unbalanced and that in the bridge diagonally arranged instrument 15 deflects.
The instrument 15 can be calibrated to the eccentricity of the core, so that the device allows a direct detection of the eccentricity.
It goes without saying that the cross-sectional shape of the test item must not be round, as shown. With the test head according to FIG. 2, if the guide body is designed accordingly, a square or octagonal cross-sectional shape and with the test head according to FIG. 4 a triangular or hexagonal cross-sectional shape can be used without disturbing the symmetry of the arrangement.
In order to bring the poles of the coil cores 10 as close as possible to the test item and thus to increase the sensitivity of the device, the wall of the fitting body 9 can have openings into which the poles of the coil cores protrude and thereby come into close proximity to the test item. The same result can be achieved with a guide body that consists only of guide rails located between the poles of the test coils. In this embodiment of the Fünrungskörpers it is possible to choose any material as a building material for the guide body, such. B. hardened steel.
PBTENT APPLICATION:
Device for detecting the eccentricity of sheathed metal rods and wires in relation to the sheathing, characterized in that coils to be charged with alternating current are arranged in at least one test head surrounding the test object, the electrical impedance of which is influenced by the core of the jacketed test object and which are connected to a bridge circuit are switched on, which is in equilibrium with the core in the probe in the center.