CH667327A5 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen der wandstaerke einer isolierenden schicht. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum pruefen der wandstaerke einer isolierenden schicht. Download PDF

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CH667327A5
CH667327A5 CH2939/84A CH293984A CH667327A5 CH 667327 A5 CH667327 A5 CH 667327A5 CH 2939/84 A CH2939/84 A CH 2939/84A CH 293984 A CH293984 A CH 293984A CH 667327 A5 CH667327 A5 CH 667327A5
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CH2939/84A
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Hubert Merki
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Zumbach Electronic Ag
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Description

BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein bekanntes Verfahren dieser Art beruht darauf, Maxima und Minima der Wandstärke zu erfassen, zu speichern und Maximal- und/oder Minimalwerte anzuzeigen, eventuell auch Alarm auszulösen, wenn Grenzwerte überschritten werden. Die Wandstärkenmessung erfolgt mittels induktivem Geber. Infolge der Abhängigkeit der Messung von der Temperatur und anderen Einflüssen, ist eine Absolutmessung erschwert. Es ist zwar bekannt, den oder die Messköpfe periodisch von dem zu messenden Objekt, z.B. Kabel oder Draht, abzuheben, um einen Nullabgleich vorzunehmen. Dieses Vorgehen ist aber umständlich, und man verliert dabei unter Umständen wichtige Messwerte.
Es ist auch bekannt, einen Messkopf dauernd um ein Kabel oder einen Draht zu drehen und Messwerte bezogen auf die Wandstärke der Isolation für bestimmte Stellungen zu erfassen. Mit Hilfe dieser Messwerte, die nicht Extremwerte sind, wird auf einer Kathodenstrahlröhre bildlich die Exzentrizität angezeigt. Genaue Werte der Exzentrizität und/oder der Wandstärke sind aber nicht oder nur mit den oben erwähnten Massnahmen zu beschaffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Wandstärke der Isolation sowie bei Kabeln und Drähten für die Exzentrizität, genauere Messwerte ohne die erwähnten aufwendigen Massnahmen und ohne den Verlust von Messwerten zu erzielen. Die Lösung kommt im Kennzeichen des Anspruchs 1 zum Ausdruck. Während die Absolutwerte der Wandstärken- , messung der erwähnten Unsicherheit infolge ändernder Messbedingungen unterworfen sind, unterliegen die Differenzen dieser Messwerte trotz einer gewissen Alinearität der Messfunktion, sehr geringen Einflüssen durch Änderungen der Messbedingungen. Da als Messwerte nur Maxima und Minima erfasst werden, braucht auf den Ort dieser Extremwerte am Objekt nicht unbedingt geachtet zu werden. Es kann daher bei der Prüfung von Drähten mit einer feststehenden Messvorrichtung gearbeitet werden, und den Drähten kann künstlich eine regelmässige Verdrehung erteilt werden, sofern dieselben nicht ohnehin in einer vorangehenden Sprühkühleinrichtung eine genügende Verdrehung erfahren.
Die Erfindung betrifft nach eine Messvorrichtung, die im Anspruch 10 umschrieben ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in welcher
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
667 327
Figur 1 die Messstelle der Vorrichtung zeigt,
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen isolierten Draht oder ein Kabel, wobei die Wandstärke der Isolation zwecks klarerer Darstellung stark übertrieben ist,
Figur 3 zeigt schematisch die Prüfung eines isolierten Drahtes in einer Produktionslinie,
Figuren 4 und 5 zeigen eine Verdreheinrichtung der Messvorrichtung schematisch in Seitenansicht und in Draufsicht,
und
Figur 6 zeigt eine Variante der Messvorrichtung.
Die in Figur 1 dargestellte Messvorrichtung zur Prüfung der Isolation eines Drahtes oder Kabels 1, mit Leiter la und Isolation lb, weist ein Messgerät 2 mit einem Senderteil 2a und einem Empfängerteil 2b, zur optischen Messung des Aussendurchmessers D und der Position des Drahtes 1 bzw. dessen Isolation lb, auf. Messgeräte dieser Art sind verfügbar, und ihre Messung kann als Absolutmessung gelten. Ein zweites Messgerät 3 dient der Messung der Wandstärke W der Isolation lb. Geräte dieser Art, insbesondere induktiv arbeitende Geräte, die den Abstand zum Leiter la des Drahtes 1 und damit die örtliche Isolationsdicke messen, sind auch bekannt. Ihre Messung ist als «relativ» anzusprechen, denn der Messwert ist von äusseren Bedingungen, insbesondere der Temperatur sowie dem Leiterdurchmesser jj_und dessen Aufbau (Litze, Seil), abhängig. Wie erwähnt, bezweckt die Erfindung, auf einfachem Wege eine hohe Unabhängigkeit von der Messempfindlichkeit der Wandstärkenmessung zu erreichen. Für die folgenden Betrachtungen wird angenommen, der Durchmesser ji_des Leiters la sei konstant und bekannt, doch kann er in gewissen Fällen auch gemessen werden, wie später erläutert wird.
Wie eingangs erwähnt, wird angestrebt, alle Messungen auf die Differenz Wmax - Wmin zwischen Maxima und Minima der gemessenen Wandstärke abzustellen. Aus Figur 2 sind die verschiedenen, bisher erwähnten Werte ersichtlich. Es ergeben sich folgende Zusammenhänge für die meist interessierenden Werte einer zu errechnenden minimalen Wandstärke WBmi„ und die Exzentrizität E des Leiters in der Isolation:
Minima der Wandstärke zu korrigieren, was zu folgenden ergänzten Formeln führt:
2 \ 2
Wmax — Wmjn
D / d \ D-d
WBmin = f + E J = E
E =
(I)
(II)
wird E aus II in I eingesetzt, ergibt sich für D-d Wmax - Wmin
WBmin
Beide interessierenden Werte, insbesondere aber die berechnete minimale Wandstärke WBmj„, sind damit nicht mehr von einer «Absolutmessung» der Wandstärke sondern nur noch von einer Differenz ermittelter Maxima und Minima abhängig. Es handelt sich nur noch darum, die Grösse der Differenz Wmax -Wmin in die richtige Relation zu bringen zu den «absoluten» Grössen_D und d, z.B. durch die Wahl der Verstärkung im Messkanal des Messgerätes 3. Gegenüber einer bisher üblichen Direktmessung der Wandstärke lässt sich damit für eine Wandstärkendifferenz von 10% die Abweichung des berechneten Wertes vom wirklichen Wert unfeinen Faktor 20 herabsetzen.
Der Aussendurchmesser D der Drähte und Kabel ist erfah-rungsgemäss Schwankungen unterworfen. Es kann daher richtig sein, einen mittleren Wert zwischen Extremwerten Dmax und Dmin von D zu bilden und auch die Differenz der Maxima und
(W max — Wmin)
(D max — Dmin)
E =
Dmax "f" Dmin
WBmin =
Wmax-Wmin Dmax—D
max-'-'mm
Für diese oder die obenstehenden Berechnungen kann ein Mikroprozessor herangezogen werden. Dabei werden je während bestimmter Messperioden oder Messabschnitten bestimmter Länge die Werte erfasst und gespeichert und anschliessend 20 verarbeitet. Es ist jedoch auch eine analog arbeitende Messanlage möglich.
Im Folgenden werden einige Möglichkeiten erläutert, wie in der Praxis die gewünschten Maximal- und Minimal-Messwerte erfasst werden.
25 Figur 3 zeigt eine Anlage zur Ummantelung eines Drahtes la mit einem Isolationsmantel aus Kunststoff. Der eintretende Draht la, der direkt aus einer vorgeschalteten Ziehmaschine stammen kann, durchläuft vorerst eine Messeinrichtung 4 zur Ermittlung des Drahtdurchmessers d. Der blanke Draht tritt so-30 dann in den Extruder 5 ein, in welchem er mit dem Isolationsmantel aus Kunststoff ummantelt wird. Das Produkt durchläuft dann ein Kühlbad 6 und anschliessend einen Sprühkühler 7, in welchem der Draht 1 mehrmals um Walzen 8 geführt ist. Es folgt dann die Messvorrichtung mit dem Dickenmessgerät 3 35 und dem Messgerät 2 für den Aussendurchmesser, worauf der Draht 1 auf eine Haspel 9 aufgewickelt wird. Die ermittelten Werte W und D werden einem Rechner 10 zugeführt, dessen Ausgang mit einem Anzeigegerät 11 verbunden ist.
Erfahrungsgemäss erfährt der Draht im Sprühkühler 7, in 40 welchem er mehrfach um die Walzen 8 geführt ist, eine derartige Verdrehung, dass auch im Bereiche der Messgeräte 2 und 3 noch eine genügende Verdrehung zur Messung der Wandstärke bzw. des Durchmessers am ganzen Drahtumfang erfolgt. Im Rechner 10 werden diese Werte gemäss Obenstehendem verar-45 beitet, und die Anzeige 11 zeigt laufend beispielsweise die Exzentrizität in Absolut- oder Relativwerten und die minimale Wandstärke an. Bei Überschreitung einer bestimmten Exzentrizität und/oder Unterschreitung einer bestimmten Wandstärke kann auch ein Alarm ausgelöst werden, und/odèr eine Regeso lung zur Behebung der aufgetretenen Mängel kann wirksam werden.
Wenn die Anlage keinen Sprühkühlpr 7 aufweist, oder wenn die Verdrehung des Drahtes in diesem Sprühkühler zu unsicher oder ungenügend ist, kann eine forcierte Verdrehung des Drah-55 tes erzielt werden. Die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch eine Zusatzeinrichtung zur Verdrehung des Drahtes. Der mittels Stäben 20 geführte Draht läuft zwischen zwei Walzen 12 und 13 durch, die wechselweise in entgegengesetzter Richtung bezüglich der Drahtachse schief gestellt werden können, wie in Figur 5 60 angedeutet. Wie auch Figur 5 zeigt, sind die beiden Walzen 12 und 13 in je einem Lagerbügel gelagert, der um eine Vertikalachse 14 verschwenkt werden kann. Jeder Lagerbügel weist einen am Ende mit einem Schlitz versehenen Arm 15 auf. Jedem dieser Arme ist eine obere und untere Scheibe 16 zugeord-65 net, welche an den Enden einer antreibbaren Vertikalwelle angeordnet sind. Die obere Scheibe weist einen nach oben und die untere Scheibe einen nach unten frei vorragenden Stift 17 auf, und jeder dieser Stifte greift in den Schlitz eines der Arme 15.
667 327
Bei der gemeinsamen Drehung der Scheiben 16 werden die Arme 15, und damit die Walzen 12 und 13, im Gegentakt hin- und hergeschwenkt und werden daher bezüglich der Drahtachse periodisch in der dargestellten oder in entgegengesetzter Richtung geneigt. Der durchlaufende Draht wird hierbei abwechslungsweise in der einen oder anderen Richtung verdreht und durchläuft in verdrehtem Zustand die Messvorrichtung derart, dass Maxima und Minima der Wandstärke am ganzen Umfang erfasst werden.
Bei dickeren Drähten oder Kabeln, bei welchen keine selbsttätige Verdrehung in der Anlage zu erwarten ist und auch mit einer Einrichtung gemäss Figuren 4 und 5 keine oder keine genügende Verdrehung zu erzielen wäre, ist das Messaggregat 2, 3 so anzuordnen, dass es mindestens eine Umdrehung um das Kabel ausführen kann. In Figur 6 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Messgeräte 2 und 3 an einem Ring 18 befestigt sind, der in einem Gehäuse 19 drehbar angeordnet ist. Der Ring wird entweder periodisch um einen Winkel von mindestens 360° hin- und herbewegt, in welchem Falle eine direkte galvanische Verbindung der Messgeräte mit der Energieversorgung und dem Rechner 10 möglich ist, oder aber der Ring 18 mit den Geräten 2 und 3 wird in einer bestimmten Richtung gleichmässig angetrieben, in welchem Falle die Verbindungen nach aussen über Schleifringe oder Drehtransforma-toren erfolgen müssen.
Wie oben bereits erwähnt, kann das Gerät zur Messung des Durchmessers ji des Leiters wegfallen, wenn dieser Durchmesser als konstant und gegeben angenommen werden kann, was häufig zutrifft. Es kann dann in den Rechner ein fester Wert für diesen Durchmesser eingegeben werden.
Es ist oben darauf hingewiesen worden, dass Änderungen des Aussendurchmessers D der Isolation in Längsrichtung des Drahtes erfasst und berücksichtigt werden. Durchmesserunterschiede ergeben sich natürlich auch, wenn die Aussenfläche der Isolation nicht streng zylindrisch sondern oval oder elliptisch ist. In Bezug auf die Messung der minimalen Wandstärke, ergeben sich hierbei keine grundsätzlichen Fehler. Dagegen können Fehler entstehen, wenn die Richtung der Exzentrizität des Leiters in der Isolation nicht mit der Längsachse der Ovalität der Aussenfläche übereinstimmt. Will man in diesem Falle Unge-nauigkeiten vermeiden und über die Form der Aussenfläche sowie die Lage des Leiters in der Isolation völlige Klarheit schaffen, kann eine zweite Messvorrichtung zur Erfassung des Aussendurchmessers D, in einer rechtwinklig zur Messrichtung gemäss Figur 1 stehenden Richtung vorgesehen sein. Es würden in diesem Falle gleichzeitig die Durchmesser in Richtung X und Y gemessen, und aus diesen Werten könnten alle interessierenden
Grössen mit grosser Genauigkeit ermittelt werden. Im Falle einer Messung gemäss Vorrichtung nach Figur 6 ist es möglich, die absolute Position des Innenringes 18, und deshalb auch der Messgeräte 2 und 3, mit Hilfe eines speziellen Gebers dem Rechner 10 zuzuführen. Ein derartiges Vorgehen ist allerdings nur sinnvoll, wenn das Kabel ohne eigene Verdrehung in ganz bestimmter Lage die Messvorrichtung durchläuft.
Es ist oben von einer Eichung des Messgerätes 3 zur Erfassung der Wandstärke der Isolation gesprochen worden. Diese Eichung kann so erfolgen, dass entweder ein blanker Leiter oder ein genau genormter Draht oder genormtes Kabel der Messvorrichtung 3 angenähert wird, wobei jederzeit die Position des Drahtes, Leiters oder Kabels, und damit der Abstand von der Messvorichtung 3 mit Hilfe des Messgerätes 2, und der Messwert der Messvorrichtung 3 ermittelt werden. Durch Veränderung beispielsweise eines Verstärkungsfaktors kann die Eichung erfolgen. Im Falle einer digitalen Messwertverarbeitung mittels Mikroprozessor ist es auch möglich, bei dieser Eichung in genügend feiner Abstufung Messwerte abzuspeichern, in welchem Falle auch noch die Alinearität des Messwertverlaufes bezüglich der Distanz mitberücksichtigt, und damit eine Linearisierung der Messung erreicht werden kann, welche die Messgenauigkeit zusätzlich erhöht.
Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung bei der Prüfung der Isolation von isolierten Drähten und Kabeln, die einen Extruder verlassen, wie oben dargelegt worden ist. Es sind jedoch auch andere Anwendungen möglich. Man könnte beispielsweise die Wandstärke extrudierter Rohre aus Kunststoff ermitteln, indem die Distanz zu einem im Inneren des Rohres angebrachten leitenden Teil erfasst wird. Es wäre aber auch denkbar, andere, nicht runde Objekte auf Gleichmässigkeit einer isolierenden Schicht zu prüfen.
Falls die Analyse der Messwerte mittels Mikroprozessor erfolgt, sind besondere Massnahmen möglich, um falsche Messwerte auszuscheiden, bzw. für die Berechnung der Exzentrizität und/oder minimalen Wandstärke nicht zu berücksichtigen. Das kann einerseits dadurch geschehen, dass übermässig von einem vorher ermittelten Mittelwert abweichende Messwerte einfach ausgeschieden werden. Ein besonderer Vorteil der Kombination der beiden Messgeräte 2 und 3 resultiert auch daraus, dass, wie oben erwähnt, das Messgerät 2 zur Ermittlung der vertikalen Position des Drahtes oder Kabels 1 benutzt werden kann. Es ist damit auch möglich festzustellen, ob der Draht oder das Kabel korrekt auf dem Messgerät 3 gleitet oder von demselben abgehoben ist. Messwerte, die bei abgehobenem Draht oder Kabel erfasst werden, sind zweifellos falsch und können ausgeschieden werden.
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3 Blätter Zeichnungen

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1. Verfahren zum Prüfen der Wandstärke einer isolierenden Schicht, wobei an verschiedenen Stellen der Schicht die Wandstärke durch Ermitteln des Abstandes eines leitenden Teils von der zugänglichen Oberfläche der Schicht mittels eines ausschliesslich von aussen wirkenden Messgerätes (3) ermittelt wird, und wobei Maxima und minima des gemessenen Wertes erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass ausser Maxima und Minima der Wandstärke (Wmax, Wmin) zugleich mindestens eine Aussenabmessung (D) gemessen wird, und dass mittels Auswertungsschaltung (10) aus der Differenz (Wmax - Wmin) zwischen Maxima und Minima der Wandstärke und der äusseren Abmessung (D) auf mindestens eine weitere Grösse geschlossen wird.
2 V 2 4 /
2 / Wmax—Wmin Dmax~Dmin\
WBmin = ( -
2
ermittelt wird.
2
E =
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem weiteren Messgerät (2) die Aussenabmessung (D) und die Lage der Aussenoberfläche der Schicht bezüglich des Messgerätes (3) für die Schichtdicke erfasst wird.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (D) eines Objekts, z.B. eines isolierten Kabels oder Drahtes gemessen und zusammen mit dem vorgegebenen oder gemessenen Durchmesser (d) eines Innenteils, z.B. des Leiters (la) des Kabels oder Drahtes (1) und der Differenz (Wmax - Wmj„ ) zwischen Maxima und Minima der Wandstärke der Schicht, z.B. Isolation in der Auswertungsschaltung (10), zur Ermittlung der Exzentrizität (E) und/oder der minimalen Wandstärke (WBmjn) herangezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (D) aufeinanderfolgend an verschiedenen Stellen, bzw. für verschiedene Positionen des Kabels oder Drahtes (1) ermittelt wird, und dass ein Mittelwert zwischen ermittelten Maxima und Minima gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität E in der Auswertungsschaltung (10) aus Maxima Wmax und Minima Wmin der Wandstärke sowie Maxima Dmax und Minima Dmin des Aussendurchmessers nach der Formel
(D max ~ Dmin)
(Wmax - Wmin)
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswertungsschaltung (10) eine minimale Wandstärke WBmin aus Maxima Dmax und Minima Dmin des Aussendurchmessers, dem Leiterdurchmesser_d sowie der ermittelten Differenz zwischen Maxima Wmax und Minima Wmin der gemessenen Wandstärken gemäss folgender Formel berechnet wird:
Dmax + Dmin d
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Drähte (1) zur Prüfung der Wandstärke oder Exzentrizität ihrer Isolation gegenüber einer ortsfesten Messvorrichtung (2, 3) hin und her verdreht werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (D) zugleich in zwei Richtungen, insbesondere zwei senkrecht stehenden Richtungen, ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das das Wandstärke-Messgerät (3) durch bemessenes Annähern eines Musters, z.B. Kabels oder Drahtes, bzw. eines blanken Leiters, gegen dieselbe geeicht wird.
10. Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch je ein Messgerät (2, 3) zum Erfassen der Isolationswandstärke (W) und des Aussendurchmessers (D), sowie durch einen Rechner in einer Auswertungsschaltung (10) zur Berechnung der Exzentrizität (E) und/oder der minimalen Wandstärke, mit Hilfe der Differenz zwischen einer gemessenen maximalen und minimalen Wandstärke (Wmax, Wmi„).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine dem Messgerät vorgeschaltete Verdreheinrichtung (12-17) für durchlaufende, zu messende Drähte oder Kabel (1).
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel (18, 19), zum fortgesetzten Hin- und Herdrehen des Messgerätes (2, 3) um mindestens 360°.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, gekennzeichnet durch einen Messwertspeicher zur Abspeicherung von gegebenen Wandstärken zugeordneten Messwerten zwecks Linearisierung der Wandstärkemessung.
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