CH615758A5

CH615758A5 -

Info

Publication number: CH615758A5
Application number: CH561077A
Authority: CH
Inventors: Frank Kitzinger; Gregory A Wint
Original assignee: Noranda Mines Ltd
Priority date: 1976-05-06
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1980-02-15
Also published as: FR2350600A1; FR2350600B1; IT1084632B; CA1038037A; GB1539313A; AT376805B; US4096437A; SE424775B; SE7705144L; ATA317477A

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Prüfgerät zum Auffinden von Fehlern in länglichen, ferromagnetischen Objekten, wie Drahtseile, Stangen, Stahlrohre oder dergleichen.

Verschiedene bekannte magnetische Prüfgeräte dieser Art besitzen im allgemeinen Elektromagnete oder Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetflusses in dem zu messenden

Objekt und Einrichtung zum Aufspüren von Magnetflussverlusten, die durch äussere und innere Fehler der Messobjekte auftreten (US - PS 3 424 976). Diese Geräte sind jedoch nicht geeignet zum Aufspüren eines Materialverlustes aufgrund von 5 Abnutzung, Korrosion oder durch andere widrige Umstände, weil diese Schadstellen im allgemeinen keinen genau zu lokalisierenden Magnetfluss verursachen.

Zweck der Erfindung ist daher die Schaffung eines magnetischen Prüfgerätes, welches einen merklichen Verlust an Matern rial in länglichen Messobjekten sowie gleichzeitig auch andere Fehler aufzufinden vermag, die einen Magnetflussverlust in den zu messenden Objekten verursachen.

Hierzu ist ein Prüfgerät der eingangs erwähnten Art erfin-dungsgemäss gekennzeichnet durch i s a) einen Permanentmagneten mit im Abstand voneinander angeordneten Polen zur Erzeugung eines das Messobjekt sättigenden Magnetflusses,

b) zwei rohrförmige Polschuhe an den Polen des Permanentmagneten, durch welche das Messobjekt hindurchzuführen

20 ist, um den Magnetfluss in radialer Richtung in das Messobjekt ein- und auszukoppeln.

c) Hall-Sensoren um wenigstens einen Polschuh zur Messung des radialen, in das Messobjekt eintretenden Magneflusses und

25 d) Mittel zur Messung von Änderungen des Magnetflusses als Mass des Materialverlustes am Messobjekt.

Dabei kann jeder der Polschuhe aus zwei Teilen bestehen, von denen der eine zum Ansetzen entlang des zu messenden Objektes abklappbar ist.

3o Das Prüfgerät kann ferner zweckmässigerweise noch einen Magnetflussverlust-Sensorzwischen den Polschuhen aufweisen zum Auffinden äusserer und innerer Fehler in dem Messobjekt sowie eine magnetische Abschirmung dieses Sensors von den Polschuhen. Ein solcher Magnetflussverlust-Sensor kann dabei 35 aus einem ersten Ring konzentrisch um das Messobjekt und aus einem zweiten Ring konzentrisch um den ersten Ring und mit einer Mehrzahl gegen den ersten Ring gerichteter Vorsprünge bei einem geringstmöglichen Spalt zwischen diesen Vorsprüngen und dem ersten Ring zur Konzentrierung des Magnetfluss-40 Verlustes an diesem Spalt bestehen sowie aus einem Hall-Sensor an jedem Vorsprung zur Messung des Magnetflusses durch diesen Spalt und aus Magnetflusslenkungen an dem ersten und dem zweiten Ring zur Schliessung des Magnetflusses. Dieser Magnetflussverlust-Sensor besteht ebenfalls zweckmässiger-45 weise aus zwei Teilen, von denen der eine zum Ansetzen des zu messenden Objektes abklappbar ist.

Weiterhin können Führungen zur Zentrierung des Messobjektes längs der Mittelachse der Polschuhe und des Magnetflussverlust-Sensors vorgesehen werden, die aus einem Polyamid-50 Kunststoff bestehen können.

Es ist ferner zweckmässig, ein Rohrstück aus nicht ferromagnetischem und elektrisch nicht leitendem Material zur Trennung der Polschuhe von den Polen des Magneten und zur Bildung eines vorbestimmten magnetischen Widerstandes in 55 dem Magnetfeld vorzusehen, welches zweckmässigerweise aus einem Gewebe/Phenolharz-Verbundmaterial bestehen kann.

In den beigefügten Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Prüfungsgerätes dargestellt, wobei zeigen:

60 Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des magnetischen Prüfgerätes nach der Erfindung,

Fig. 2 ebenfalls in perspektivischer Darstellung einen Permanentmagneten zur Verwendung in dem erfindungsgemäss ausgebildeten Prüfgerät,

65 Fig. 3 und 4 im einzelnen den Materialverlust-Sensor des Prüfgerätes nach Fig. 1,

Fig. 5 und 6 im einzelnen den Magnetflussverlust-Sensor des Gerätes nach Fig. 1,

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Fig. 7-11 Darstellung der Arbeitsweise des erfindungsgemäss ausgebildeten Prüfgerätes und

Fig. 12 ein Blockdiagramm mit Anschlussgeräten für das erfindungsgemäss ausgebildete Prüfgerät.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Prüfgerätes besitzt einen U-Magneten 10, welcher aus einer Aluminiun/Nickel/Kobalt-Legierung bestehen kann, die in einem Zinkgehäuse 12 eingeschlossen ist. Der Zweck dieses Gehäuses besteht darin, weicheres Material zum Bohren von Löchern zur Verfügung zu haben, um die anderen Elemente des Prüfgerätes befestigen zu können. Der Permanentmagnet 10 selbst ist in Fig. 2 dargestellt und besitzt zwei Nordpole 13, die von einem halbkreisförmigen Abschnitt 14 getrennt sind, und zwei Südpole 15, die ebenfalls durch einen halbkreisförmigen Abschnitt 16 voneinander getrennt sind. Materialverlust-Sensoren 17 und 18 sind in diesen halbkreisförmigen Abschnitten 14 und 16 angeordnet, während ein Magnetflussverlust-Sensor 19 zwischen den Nord- und Südpolen des Magneten sitzt.

Die Materialverlust-Sensoren sind näher in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Danach besteht jeder der Sensoren aus zwei Teilen. Einer dieser Teile sitzt fest an dem Magneten und der andere Teil ist abklappbar, um das Gerät an das zu messende Objekt ansetzen zu können. Jeder Sensorteil besitzt einen halbkreisförmigen Polschuh 20, welcher aus einem halbkreisförmigen Teil 22 aus nicht ferromagnetischem und elektrisch nicht leitendem Material besteht, beispielsweise aus einem Gewebe/Phenol-harz-Verbundmaterial. Jeder dieser Teile 22 ist an einer Platte 24 befestigt, die selbst wieder über die Platten 26 und 28 an dem Magneten 10 befestigt ist. Jeder abklappbare Teil 22 ist an einem äusseren, halbkreisförmigen Gehäuse 30 befestigt, welches an der Platte 28 mittels eines Scharniers 32 angelenkt ist.

Innerhalb jedes Polschuhes 20 befindet sich eine auswechselbare Führung 34 zur Zentrierung des länglichen Messobjektes längs der Mittelachse der Polschuhe 20. Diese Führungen bestehen aus einem harten Kunststoffmaterial, beispielsweise aus einem Polyamid.

In Nuten 36 der Polschuhe 20 sitzen in regelmässigen Abständen Hall-Sensoren 38. Diese Sensoren sind nach der Darstellung in Fig. 4 in etwa 120° zueinander versetzt angeordnet. Die Anzahl und damit die Anordnung dieser Hall-Sensoren kann variieren in Abhängigkeit von der Grösse des zu erhaltenden Signals. Die Signale aller Hall-Sensoren werden addiert und verstärkt, um den Materialverlust an irgendeiner Stelle des Umfanges des Messobjektes empfindlich aufspüren zu können und auch den Einfluss einer leichten Verkantung des Messobjektes gegenüber der Mittelachse der Polstücke zu eliminieren.

Der Magnetflussverlust-Sensor 19 ist näher in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Dieser Sensor besteht ebenfalls aus zwei Teilen, von denen ein Teil an dem Magnet 10 befestigt ist und der andere Teil zum Ansetzen des zu messenden Objektes abklappbar ist. Jede Sensorhälfte besteht aus einem ersten halbkreisförmigen Sensorring 40, einem zweiten halbkreisförmigen Sensorring 42, welcher konzentrisch um den ersten Sensorring angeordnet ist, ferner aus zwei Magnetflusslenkungen 44 auf jeder Seite des zweiten halbkreisförmigen Ringes und aus einem Block 46 aus nicht magnetischem und nicht leitendem Material innerhalb der Magnetflusslenkungen 44, welcher die beiden Sensorringe in einem bestimmten Abstand voneinander hält.

Wie Fig. 6 zeigt, besitzt der Sensorring 42 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 48, die gegen den ersten Sensorring 40 gerichtet sind und einen vorbestimmten, geringstmöglichen Spalt zwischen diesen Vorsprüngen und dem ersten Ring bilden, um den Magnetflussverlust an diesem Spalt zu konzentrieren. Ein Hall-Sensor 50 sitzt an jedem der Vorsprünge 48, um den Magnetflussverlust durch die Spalten zu messen.

Die feste Sensorhälfte wird zwischen den Polen des Magneten 10 mittels eines Blockes 52 aus hartem, nicht ferromagnetischem und elektrisch nicht leitendem Material gehalten. Dieser Block ist an dem Magneten 10 mittels Aluminiumplatten 54 5 befestigt. Die feste Sensorhälfte sitzt an dieser Aluminiumplatte 56, die an dem Block 52 befestigt ist. Diese Platten bestehen aus Aluminium, um einen unerwünschten Magnetfluss zu verhindern, welcher von dem Magneten kommt und in das magnetische Feld des Magnetflussverlust-Sensors eintritt.

i „ Die abklappbare Sensorhälfte sitzt an einem Block 58 aus nicht ferromagnetischem und elektrisch nicht leitendem Material, welcher mittels eines Scharniers 60 an dem Magneten angelenkt ist und in seiner geschlossenen Stellung durch eine Verriegelung 61 gehalten wird. Eine Aluminiumplatte 62 sitzt i5 am Aussenteil jeder abklappbaren Führung 44, um einen unerwünschten Magnetfluss in das Magnetfeld des Magnetflussver-lust-Sensors zu verhindern.

Halbkreisförmige Führungen 64 sind an den festen und abklappbaren Sensorhälften vorgesehen, um das zu messende 20 Objekt zu zentrieren. Diese Führungen können aus einem Polyamid-Kunststoff bestehen.

Die Arbeits- und Wirkungsweise dieses magnetischen Prüfgerätes wird nachfolgend mit Bezug auf die schematischen Darstellungen in den Fig. 7 bis 11 der Zeichnungen be-25 schrieben.

Fig. 7 zeigt den Magnetfluss, welcher von dem Magnet 10 in Abwesenheit eines Messobjektes innerhalb der Polschuhe 20 erzeugt wird, während Fig. 8 den Magnetfluss in Anwesenheit eines länglichen Messobjektes, beispielsweise eines Drahtseiles 3o 66, zeigt. Daraus ergibt sich, dass der grösste Teil des Magnetflusses radial von dem Nordpol N des Magneten 10 in das Drahtseil 66 geht, dann zwischen den Polen des Magneten längs entlang des Drahtseiles und dann radial wieder aus dem Drahtseil heraus zu dem Südpol S des Magneten. Dieser Magnetfluss 35 geht durch die Hall-Sensoren 38, welche, wie allgemein bekannt, eine Ausgangsspannung liefern, die proportional dem Magnetfluss ist, welcher rechtwinklig durch sie hindurchgeht. Die Grösse dieser Spannung hängt von dem magnetischen Wiederstand des Magnetfeldes und damit von dem Spalt zwischen 40 dem Magneten und dem Drahtseil ab. Dieser Spalt vergrössert sich an der Stelle eines Verlustes an Material in dem Drahtseil und vermindert dadurch den Magnetfluss durch das Drahtseil. Ausserdem vermindert der geringere Querschnitt des Drahtseiles auch den Magnetfluss. Als Mass für diesen Magnetfluss ist 45 die Grösse der Ausgangsspannung der Hall-Sensoren zu nehmen. Als sehr wesentlich ist hierbei darauf hinzuweisen, dass die Amplitude des Ausgangssignals weitgehend unabhängig von der Geschwindigkeit ist, womit das Drahtseil durch den Magneten läuft, weil die Hall-Sensoren ein Ausgangssignal liefern, welches so durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Messobjektes innerhalb weiter Geschwindigkeitsbereiche nicht beeinflusst wird.

Fig. 9 zeigt den Magnetflussverlust bei Anwesenheit eines Drahtbruches 67 und Fig. 10 zeigt die Ausgangsspannung V der Hallsensoren 50 als Funktion der Drahtbruchstelle. Diese Aus-55 gangsspannung ist Null, wenn sich der Bruch unmittelbar unter den Hall-Sensoren befindet, weil dann der Magnetfluss längs der Hall-Sensoren geht. Wenn sich dagegen die Bruchstelle den Hall-Sensoren nähert oder davon entfernt, so durchläuft die Grösse der gemessenen Spannung Maximal- und Minimal-60 werte.

Fig. 11 zeigt den Magnetfluss 68, wenn das Drahtseil durch den Magnetflussverlust-Sensor in Richtung des Pfeils 70 bewegt wird.

63 Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm zur Auswertung des erfindungsgemäss ausgebildeten Prüfgerätes. Danach gehen die Ausgangssignale des magnetischen Prüfgerätes 71 zu einem Analogsignalsammler 72. Ausserdem gehen zu diesem Analogsignal-

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Sammler 72 auch die Ausgangssignale eines Fehlerlokalisierungssensors 74, welcher in Form eines Rollenpaares in Kontakt mit dem zu messenden Drahtseil ist. Diese Rollen können in geeigneter Weise so ausgebildet sein, dass sie vom Anfang des zu messenden Drahtseiles an in regelmässigen Abständen Ausgangssignale senden.

Die Ausgangssignale des Analogsignalsammlers gehen zu einem 2-Kanal-Schreiber 76, welcher auf einem ersten Kanal die Abweichungen als Angabe von Drahtbrüchen in dem Drahtseil und auf einem zweiten Kanal den Verlust an Material aufzeichnet. Die Laufgeschwindigkeit des Aufzeichners ist proportional der Laufgeschwindigkeit des Drahtseiles.

Die Ausgangssignale des Analogsignalsammlers gehen auch an einen Analog/Digital-Wandler 78, welcher Ausgangssignale an einen Digitaldrucker 80 liefert, womit Typ und Lockalisie-rung der Drahtbrüche und periodisch der Verlust an Material ausgedruckt wird. Die Ausgangssignale des Sammlers 72 und des Analog/Digital-Wandlers 78 gehen auch zu einem 3-Kanal-

Aufzeichner 82 zur Aufzeichnung der Informationen, die von dem magnetischen Prüfgerät 71 ermittelt ist.

Auf diese Weise kann man mit dem beschriebenen Prüfgerät eine vollständige Geschichte des gemessenen Drahtseiles 5 erhalten. Selbst wenn das Drahtseil möglicherweise abgenutzt ist, können nämlich noch immer Vergleiche mit vorhergehenden Aufzeichnungen angestellt werden, um den Verlust an Metallmasse seit der vorhergehenden Untersuchung zu bestimmen.

Selbstverständlich sind konstruktive Abwandlungen des m vorstehend beschriebenen Gerätes möglich. So kann beispielsweise der Permanentmagnet gegen jede andere Einrichtung ausgetauscht werden, die entlang eines Abschnittes an dem zu messenden Objekt Magnetpole entgegengesetzter Polarität zu erzeugen vermag. Auch können die konstruktiven Einzelheiten i5 der Materialverlust- und Magnetflussverlust-Sensoren in verschiedener Weise verändert werden, was von der besonderen Form des Magneten und der Form der zu messenden Objekte abhängt.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Magnetisches Prüfungsgerät zum Auffinden von Fehlern in länglichen, ferromagnetischen Objekten, gekennzeichnet durch a) einen Permanentmagneten (10) mit im Abstand voneinander angeordneten Polen (13,15) zur Erzeugung eines das Messobjekt (66) sättigenden Magnetflusses,

b) zwei rohrförmige Polschuhe (20) an den Polen der Permanentmagneten, durch welchen das Messobjekt hindurchzuführen ist, um den Magnetfluss in radialer Richtung in das Messobjekt ein- und auszukoppeln.

c) Hall-Sensoren (38) um wenigstens einen Polschuh zur Messung des radialen, in das Messobjekt eintretenden Magnetflusses und d) Mittel (17,18) zur Messung von Änderungen des Magnetflusses als Mass des Materialverlustes am Messobjekt.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Polschuhe (20) aus zwei Teilen, von denen der eine zum Ansetzen entlang des zu messenden Objektes abklappbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Magnetflussverlust-Sensor (19) zwischen den Polschuhen (20) zum Auffinden äusserer und innerer Fehler im Messobjekt (66) und durch eine magnetische Abschirmung (56) dieses Sensors von den Polschuhen.

4. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Magnetflussverlust-Sensor (19) aus einem ersten Ring (40) konzentrisch um das Messobjekt und aus einem zweiten Ring (42) konzentrisch um den ersten Ring und mit einer Mehrzahl gegen den ersten Ring gerichteter Vorsprünge (48) bei einem geringstmöglichen Spalt zwischen diesen Vorsprüngen und dem ersten Ring zur Konzentrierung des Magnetflussverlustes an diesem Spalt sowie aus einem Hall-Sensor (50) an jedem Vorsprung zur Messung des Magnetflusses durch diesen Spalt und durch Magnetflusslenkungen (44) an dem ersten und zweiten Ring zur Schliessung des Magnetflusses.

5. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Magnetflussverlust-Sensor (19) aus zwei Teilen, von denen der eine zum Ansetzen des zu messenden Objektes abklappbar ist.

6. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Führungen (34,64) zur Zentrierung des Messobjektes (66) längs der Mittelachse der Polschuhe (20) und des Magnetflussverlust-Sensors (19).

7. Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Führungen (34,64) aus einem Polyamid-Kunststoff.

8. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Rohrstück (22,58) aus nicht ferromagnetischem und elektrisch nicht leitendem Material zur Trennung der Polschuhe (20) von den Polen (13,15) des Magneten (10) und zur Bildung eines vorbestimmten magnetischen Widerstandes in dem Magnetfeld.

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Rohrstücke (22,58) aus einem Gewebe/Phenolharz-Verbundmate-rial.

10. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Montagestück (46) zur Fixierung des ersten und des zweiten Ringes (40,42).

11. Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Montagestück aus einem Rohrstück (46) aus nicht ferromagnetischem Material, welches den ersten Ring (40) von dem zweiten Ring (42) und der Magnetflusslenkung (44) trennt.