CH677275A5

CH677275A5 -

Info

Publication number: CH677275A5
Application number: CH4346/88A
Authority: CH
Inventors: Der Walt Nicolaas Tjaart Van
Original assignee: Anglo Amer Corp South Africa
Priority date: 1987-11-23
Filing date: 1988-11-23
Publication date: 1991-04-30
Also published as: ZW15388A1; AT401108B; DE3839481A1; DE3839481C2; ATA286988A; FR2623614B1; AU2583088A; AU607283B2; IT8848583A0; IT1235156B; CA1314934C; US4929897A; FR2623614A1; GB2212926B; GB8827212D0; GB2212926A; BR8806235A; ZW15488A1

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen von Querschnittsflächen-veränderungen in einem ausgedehnten Objekt gemäss dem Oberbegriff von Anspruch t sowie eine Vorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens gemäss dem Oberbegrif von Anspruch 5.

Ganz allgemein befasst sich die vorliegende Erfindung mit dem elektromagnetischen Prüfen von ausgedehnten Objekten, wie beispielsweise Drahtseilen, und bezieht sich im speziellen auf das Ermitteln von Querschnittsflächenveränderungen in einem Drahtseil.

Stahlhebe- oder Förderseile werden in den verschiedensten Anwendungen zum Befördern von Personen und Materialien verwendet. Diese Stahl- oder Drahtseile müssen regelmässig überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Betriebsnormen lückenlos und ununterbrochen eingehalten werden und dass Mängel oder Alterserscheinungen in den Drähten erfasst werden, bevor Sicherheitsprobleme auftreten können.

Defekte in Drahtseilen können in drei Kategorien eingeteilt werden, nämlich in Querschnittsflächenveränderungen, Veränderungen in der Drahtkontaktkonstruktionsausführung eines Seils, welches aus Drahtsträngeh in einer speziellen Konstruktionsausführung gewickelt worden ist, und in gebrochene Drähte.

Die Erfindung bezieht sich primär auf die erstgenannte Charakteristik, nämlich auf Veränderungen in der Querschnittsfläche eines Seiles. Die Festigkeit von einem Drahtseil ist von seiner Querschnittsstahlfläche abhängig, und sie kann z.B. durch normale Abnützung oder Rissbildung, Korrosion und Dehnverengung des Drahtes an einer schwachen Stelle reduziert werden.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Erfassen von Querschnittsflächenveränderungen in einem ausgedehnten Objekt, das die Schritte der axialen Magnetisierung des Objektes und die Erfassung von Veränderungen im axialen Magnetfluss im Objekt umfasst, die den Querschnittsflächenveränderungen zuzuordnen sind.

Die axialen Magnetflussveränderungen können dadurch ermittelt werden, indem die Veränderungen im radialen Magnetfluss gemessen werden, der vom Objekt ausgeht oder zum Objekt hin strömt.

Wie später dargestellt, ist die radiale Magnetflussdichte proportional zum axialen Magnetflussdichtegradienten.

Veränderungen im axialen Magnetfluss können unter Venwendung von Sattelspulen gemessen werden.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens, umfassend

- einen Magnetisierkopf zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes und mindestens eines zweiten Magnetfeldes, das benachbart zum ersten Magnetfeld angeordnet ist, wobei die beiden Magnetfelder zueinander in entgegengesetzter Richtung verlaufen;

- einen Durchgang, der für das Objekt ausgebildet ist, damit das Objekt in axialer Richtung durch das erste Magnetfeld und durch das zweite Magnetfeld hindurchgelangen kann, wobei das Objekt in entgegengesetzter axialer Richtung durch das erste und entsprechend durch das zweite Magnetfeld magnetisiert wird;

- mindestens zwei Sattelspufen, die an entgegengesetzten Seiten des Durchganges zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei jede Sattelspule mindestens erste und zweite Halbumfangswindungen (half circumferential windings) umfasst, die axial voneinander in Abstand angeordnet sind, und

- Mittel zum Erfassen einer Spannung, die in den Sattelspulen induziert wird, die einer Veränderung der Querschnittsfläche des Objekts zuzuordnen ist.

In einer Ausführungsart der Erfindung sind entgegengesetzte Halbumfangswindungen der betreffenden Sattelspulen an einer Stelle angeordnet, wo die Magnetflussdichte im Objekt einen maximalen Wert aufweist, und die anderen Halbumfangswindungen an einer Stelle angeordnet, wo die Magnetflussdichte im Objekt Null ist. In einer alternativen Ausführungsart sind die zwei entgegengesetzten Paare von Halbumfangswindungen an Stellen angeordnet, wo die Magnetflussdichte im Objekt in einer Richtung einen maximalen Wert aufweist und entsprechend einen maximalen Wert in einer entgegengesetzten Richtung.

Die Sattelspulen sind miteinander verbunden, um Rauschen oder irgendeinen anderen Faktor, der beiden Spulen gemeinsam ist, zu unterdrücken oder zu reduzieren, so dass die resultierende Spannung oder Restspannung, induziert in den beiden Sattelspulen und die weitgehendst nur den Querschnittsflächenveränderungen im Objekt zuzuordnen ist, ermittelt werden kann.

Jede Sattelspule kann eine Vielzahl von Umwicklungen umfassen.

Die in den Sattelspufen induzierte Spannung kann in bezug auf Zeit oder axiale Distanz integriert werden, um ein Mass für Veränderungen der Querschnittsfläche zu erhalten.

Geschwindigkeitsveränderungen können kompensiert werden.

In einer alternativen Ausführungsvariante sind die Sattelspulen über eine Brücke verbunden, die derart einstellbar ist, um weiter Rauschen zu kompensieren oder, anders gesetzt, um die Spulen besser auszugleichen. Die Brücke kann die Form eines Widerstandes haben mit variablem Unterteilungspunkt.

Wie bereits ausgeführt worden ist, findet die Erfindung im speziellen Anwendung zum Prüfen von Drahtseilen.

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Die Erfindung wird weiter anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil von einem Stahlzylinder, der z.B. aus einem Längsstück eines Drahtseiles besteht, der magnetisiert ist,

Fig. 2 im Querschnitt und seitlich einen Magnetisierkopf, weicher für das Magnetisieren eines Drahtseiles verwendet wird und, benachbart neben dem Magnetisierkopf, graphisch dargestellt, die Veränderung der Magnetflussdichte und die Veränderung der Magnetflussdichte relativ zur Länge des Magne-tisierkopfes,

Fig. 3 einen Teil eines Stahlzylinders, der Sattelspulen angepasst ist, die benachbart angeordnet sind, Fig. 4 bis 7 Endansichten von verschiedenen Anordnungen von Paaren von Sattelspulen, angeordnet um den Stahlzylinder,

Fig. 8 in Seitenansicht und Endansicht ein Kabel in Prüfung,

Fig. 9 ein Blockdiagramm von einer Schaltung, welche verwendet wird, um ein Output-Signal, erzeugt durch das Sattelspulenpaar gemäss Fig. 3, zu kontrollieren,

Fig. 10 und 11 Wellenformen, welche im Schaltkreis gemäss Fig. 9 erzeugt worden sind,

Fig. 12 und 13 Wellenformen, erzeugt in einer Variation gemäss der Erfindung,

Fig. 14 eine mögliche Modifikation, welche in den Schaltkreis von Fig. 9 einbaubar ist,

Fig. 15 eine weitere Wellenform und

Fig. 16 eine graphische Darstellung der Magnetflussänderung als Funktion einer Flächenveränderung.

Die Grundlagen der Erfindung werden nachfolgend zunächst durch Beschreiben der theoretischen Basis der Erfindung und nachfolgend durch Berücksichtigung eines Beispieles der praktischen Anwendung der theoretischen Prinzipien näher beschrieben.

Theoretische Betrachtungen

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Stahlzylinders 10, welcher z.B. eine Länge eines Drahtseiles mit dem Radius r und der Querschnittsfläche A darstellt. Eine Spule 12 mit dem Radius R ist um ein Element des Drahtseiles der Länge al angeordnet.

Es wird angenommen, dass das Drahtseil axial magnetisiert ist und dass die axiale Magnetflussdichte Ba ist. Der axiale Magnetfluss auf der linken Seite des Elementes ist 0a, während an der rechten Seite des Elementes der Magnetfluss 0a + A0a ist.

Über die Länge A£ des Elementes ist die radiale Flussdichte Br und der radiale Magnetfluss 0r. Das Verhältnis zwischen dem axialen Magnetfluss und der axialen Magnetflussdichte kann wie folgt ausgedrückt werden:

0a = BaA (1)

Der totale axiale Magnetfluss, welcher durch die Spule 12 beinhaltet ist, ist 0t und kann wie folgt ausgedrückt werden:

0t = 0a + 0 s (2)

wobei 0s der eigentliche Magnetfluss in der totalen Querschnittsfläche der Spule ist.

Formel (2) kann ebenfalls geschrieben werden als:

0t » Ba A + Bs JtR2 (3)

wobei Bs die Magnetflussdichte im Raum (in space) ist und durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

wobei ho die wahre Permeabilität im freien Raum ist und h die wahre Permeabilität des Drahtseilelementes bei der Magnetflussdichte Ba.

Durch Verbinden der Gleichung (3) mit der Gleichung (4) kann Gleichung (3) wie folgt umgeschrieben werden:

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Die Gleichung (5) wird differenziert auf bezug zu A, um das Verhältnis zwischen dem totalen Magnetfluss durch die Spule 12 und eine Veränderung in der Querschnittsfläche des Drahtes 10 zu bestimmen, wobei man zur folgenden Gleichung gelangt:

Gleichung (6) ergibt, dass, falls eine Veränderung in der Querschnittsfläche eines Drahtseilelementes gleich ÀA betrachtet wird, die resultierende Veränderung des axialen Magnetflusses im Element A0a ist, die gleich ist wie die Veränderung des Magnetflusses durch die Spule 12, die A0t ist und die durch die folgende Gleichung gegeben ist:

A0t = Ba-AA (7)

Aus der Gleichung (7) kann man schliessen, dass für ein Drahtseilelement, welches axial magnetisiert ist, und bei jeder Magnetflussdichte, Veränderungen in der Querschnittsfläche von einem Drahtseilelement durch das Messen des totalen axialen Magnetflusses im Drahtseilelement bestimmt werden können.

Fig. 1 zeigt eine Situation, wo der axiale Magnetfluss im Drahtseilelement 10 durch einen Wert A0a über die Länge Al variiert. Das Flussgesetz von Gauss sagt aus, dass Magnetflusslinien kontinuierlich sind und keinen Anfang haben. Konsequenterweise muss eine Veränderung des Magnetflusses, wie in Fig. 1 gezeigt, durch eine Veränderung des radialen Magnetflusses 0r über die Länge Al begleitet sein.

Es wird davon ausgegangen, dass Al klein genug ist, damit die radiale Flussdichte Br bei einem Radius R der Spule 12 als konstant angenommen werden kann. Das resultierende Verhältnis kann wie folgt ausgedrückt werden:

A0a=AcBf (8)

wobei Ag gleich der Wandfläche eines Zylinders mit dem Radius R und der Länge Al ist und durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

Ac = 2jtRAl (9)

Durch die Verwendung der Gleichung (9) kann Gleichung (8) wie folgt umgeschrieben werden:

A0a=AcBr = 2 % R 01 Br (10)

Falls die Fläche, über welche die Magnetflussdifferenz A0a auftritt, konstant ist, dann gilt A0a — A(BaA) = ABaA.

Die Gleichung (10) kann dann wie folgt umgeschrieben werden:

(6)

dA

B

r

AB A a

(11)

ài 2irR

Falls Al 0 strebt, kann die Gleichung (11 ) in der folgenden Form ausgedrückt werden:

dB

d£

a

2irR Br (iL ) A

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Gleichung (12) ergibt das Verhältnis zwischen der axialen Magnetflussdichte und der radialen Flussdichte als Funktion der Länge £ des Drahtseilelementes 10.

Die Integration der Gleichung (12) über eine Länge des Drahtseilelementes zwischen der Stelle £\ und der Stelle £z ergibt die folgende Gleichung;

%2

Ba(A2) ~ Ba^l} 86 27rR f Br(£)d£ (13)

a "

was ebenso geschrieben werden kann als:

a

0a(Ä2> " 0a(£l) = A0a = A0t = 2irR /B (i)cLJt (14)

Die Interpretation auf bezug zur Gleichung (14) ergibt, dass eine Veränderung im axialen Magnetfluss zwischen irgend zwei Punkten entlang der Länge eines magnetisierten Zylinders gleich der Veränderung im radialen Magnetfluss ist, welcher durch den Zylinder zwischen diesen beiden Punkten hindurchpene-triert. Diese Gleichung ist nicht nur gültig für eine radiale Oberfläche mit einem konstanten Radius R, sondern für irgendeine Oberfläche, ungeachtet der Ausbildung des Umfanges, vorausgesetzt, dass Br als auf der Umfangsoberfläche senkrecht stehend definiert ist, entlang der gesamten Umfangslänge.

Gleichung (7) zeigt, dass die Veränderung im Magnetfluss durch die Spule 12 abhängig ist von irgendeiner Flächenveränderung des Drahtseilelementes 10, und Gleichung (14) zeigt, dass die Magnetflussveränderung durch ein Verfahren gemessen werden kann, das die Integration der radialen Magnetflussdichte umfasst. Diese zwei Gleichungen können kombiniert werden und ergeben die folgende Gleichung:

AA = 2irR / (JL) d£ (15)

- o '

Ba

Anschliessend wird nun ein Beispiel der Erfindung, basierend auf den vorab beschriebenen theoretischen Betrachtungen, näher erläutert,

Fig. 2 zeigt von der Seite und im Querschnitt einen Magnetisierkopf 14 gemäss der Art, wie im Süd-Afrika Patent Nr. 87/1964 beschrieben. Dieser Magnetisierkopf umfasst einen zentralen Nordpol 16 und zwei äussere Südpole 18 und 20. Permanentmagnetbündel (magnet stacks) 22 und 24 sind auf Formkörpern zwischen den entgegengesetzten Enden der Polpaare angeordnet.

Die Magnetbündel und die Polstücke sind im Kreisumfang auf einem Formkörper 26 angeordnet, welcher mit einem axialen Durchgang durch den Magnetisierkopf versehen ist, für ein Kabel 28, das zu prüfen ist.

Über der Darstellung des Magnetisierkopfes 14 ist eine graphische Kurve 30 dargestellt, die die Veränderung der Magnetflussdichte B im Drahtseil 28 darstellt, und eine graphische Kurve 32, welche die Veränderung des Magnetflussdichtegradienten im Draht wiedergibt, beide als Funktion der axialen Position innerhalb des Kopfes. An den Stellen £\, £z, £3 und £4 hat die Kurve 32 einen Nullwert. Die Kurve 30 hat einen Nullwert an der Stelle £5, der ungefähr der zentralen Position des Nordpoles entspricht, sowie an den Stellen £\ und £4. Maximale Magnetflussdichtewerte entstehen, im negativen Sinn, bei £z und, im positiven Sinn, bei £3.

Verschiedene kritische Punkte auf den Kurven 30 und 32 sind mit Referenzzahlen a bis g bezeichnet.

Unter Verwendung der Gleichung (14) und Integration, für jeden Fall, zwischen den Stellen £1 und £2, £z und £3, und £3 und £4, ergibt sich die folgende Gleichung:

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-Bm A = - 2itR

=- 2jcR (Fläche unter der Kurve abc) (16)

-Bm A - Bm A = - 2ttR B U) di,

=- 2jcR (Fläche unter der Kurve cde) (17)

B A = 2ttR / B U)dA

m / r

= 2itR (Fläche unter der Kurve efg) (18)

Gleichung (18), z.B., ist ein Ausdruck für den Nettoradialmagnetfluss, welcher durch die Umfangs-oberfiäche des Drahtes zwischen den Stellen £3 und £a eintritt.

Fig. 3 zeigt eine Sattelspule 34, welche erste und zweite Umfangswindungen 36 und 38 umfasst, und eine Sattelspule 40, welche Halbumfangswindungen 42 und 44 umfasst. Die Halbumfangswindungen 36 und 42 sind an axial koinzidierenden Stellen angeordnet, jedoch auf entgegengesetzten Seiten des Drahtes, in Durchgangsöffnungen, ausgebildet im Formkörper 26 an der Stelle £3, während die Halbumfangswindungen 38 und 44 ähnlich angeordnet sind in Durchgangsöffnungen, ausgebildet im Formkörper an der Stelle £a des Magnetisierkopfes 14. Wie bereits festgestellt worden ist, sind an diesen Stellen die entsprechenden Magnetflussdichten Bm und 0. Punkte A bis H und J bis N, P, Q und R sind auf den Windungen bezeichnet.

Falls die radiale Magnetfiussdichte Br konstant entlang des Umfanges des Zylinders ist, welcher übereinstimmend ist mit der Oberfläche der Spule und den Radius R aufweist, und nur eine Funktion der axialen Länge £ ist, dann ist der totale radiale Fluss, welcher durch die obere Sattelspule 34 hindurchtritt:

-4

034 = (Länge BCD) / BrU)dÄ

*3

Falls das Seil 28 diese Spule mit einer Geschwindigkeit v passiert, ist die Spannung Vah> induziert zwischen den Terminals A und H:

VM(t) = - K d034 (20)

dt wobei N die Anzahl der Umdrehungen der Windungen 34 ist. Gleichung 20 kann folgendermassen umgeschrieben werden;

VAH(t) = -N dl d 034 (21)

dt d&

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Die Seilgeschwindigkeit v ist gegeben durch den Ausdruck:

v = dl (22)

dt und indem man diesen Ausdruck und die Gleichung (19) in die Gleichung (21) substituiert, ergibt die induzierte Spannung als Funktion der Seillänge den folgenden Ausdruck:

VÄH(£) = - NV d 034

dit

-Nv(Länge BCD) d ^B^{l)dl (23)

^4

r dl

Mittels einer ähnlichen Analyse ist die Spannung Vjr, induziert in der unteren Sattelspule 40, gegeben durch den folgenden Ausdruck:

h •

Vjr(£) = - Nv(Länge NPQ) d \BrU) d£ (24)

d& 12

Fig. 3 zeigt, dass H und J miteinander verbunden sind. Die Spannung, welche dann zwischen den Terminals A und R entsteht, ist additiv und gegeben durch den folgenden Ausdruck:

Ä4

VärW = - Nv (Länge BCD + Länge NPQ) d ^{lidl (25)

dl l3

Fig. 4 zeigt von einem Ende, d.h. im Querschnitt, eine ideale Situation, wobei die Länge DE identisch ist im Raumabstand mit der Länge NM, und die Länge GH deckungsgleich in Raumlänge mit der Länge KJ ist. In diesem idealen Fall gilt der Ausdruck:

(Länge BCD + Länge NPQ) = 2kR

Unter Verwendung dieser Gleichung und der Gleichung (18) kann die Gleichung (25) folgendermassen geschrieben werden:

•V_„(£) - - Nv 2-irR d /BmA\ (26)

AK ™

M

\27TR/

d£

A kann aus der Gleichung (26) isoliert werden und ergibt folgenden Ausdruck:

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A (A) = - 1 JVar(£) dl + A0 (27)

NvB m wobei Ao der Wert ist für A(£) bei i = o.

Gleichung (27) kann verwendet werden, um einen Ausdruck für die Veränderung der Querschnittsfläche von einem Drahtseil 28, als Funktion der Länge, herzuleiten, wobei Gleichung (27) wie folgt umgeformt werden kann:

aa(£) =1 / varu) d£ (28)

NvB

m

/■

Aus der Gleichung (28) folgt, dass Veränderungen in der Querschnittsfläche des Drahtseiles 28 durch Integration der Spannung gemessen werden können, welche durch das Sattelspulenpaar 34 und 40 induziert wird, weiches sich zwischen den Stellen £3 und £4 erstreckt, wie vorab definiert, und unter Verwendung eines Magnetisierkopfes, beschrieben im südafrikanischen Patent Nr. 87/1964. Dieser Kopf magnetisiert alle Stellen des Drahtseiles in der Art, wie gezeigt in der Fig. 2, wenn das Seil axial durch den Kopf mit der Geschwindigkeit v hindurchtritt.

Gleichung (28) wurde hergeleitet, wie beschrieben, für den idealen Fall, in welchem die axialen Längen der Windungen ED und GH deckungsgleich sind mit den axialen Längen der Windungen NM respektive kj, wodurch, unter diesen Bedingungen, die induzierten Spannungen in diesen Längen einander gegenseitig aufheben. Allerdings wird die Spannung, welche in der Halbumfangswindung BCD induziert wird, zu der Spannung, induziert in der Halbumfangswindung NPQ, addiert, und ähnlich wird die Spannung, induziert in der Halbumfangswindung EFG, zu der Spannung, induziert in der Halbumfangswindung KLM, addiert. Trotzdem ist das erstere Paar von Spannungen entgegensetzt zu dem letzteren Paar von Spannungen. Dies bedeutet, dass ein Paar von passenden Sattelspulen der beschriebenen Art, deren axiale Komponenten der Windungen deckungsgleich in ihrer Raumlänge (in space) sind, äquivalent ist zu zwei Spulen, die an derselben Stelle das Seil komplett umgeben, jedoch gegensinnig in Serie verbunden sind.

Es ist natürlich nicht möglich, die axialen Komponenten der Windungen der Spulen exakt deckungsgleich in ihrer Raumlänge zu machen. Fig. 5 bis 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten.

In bezug auf Fig. 5 ist ein Spalt g dargestellt, welcher so klein wie möglich ist und der zwischen den axialen Komponenten der Windungen der Sattelspulen besteht. Nicht die Gesamtheit des radialen Magnetflusses zwischen den Stellen £3 und £4, wird gemessen, sondern nur ein Teil,

ttR - g,

irR

davon.

Falls g «ti: R, ist der Korrekturfaktor, welcher in Gleichung (28) zu verwenden ist, der folgende:

tL + g

\ 7r und Gleichung (28) kann wie folgt modifiziert werden:

)

AAU) = ( 1 + g \ 1 /VARU) äl (29)

Nv B J m '

Fig. 6 und 7 zeigen verschiedene Annäherungen, wobei die axialen Komponenten der Windungen von Sattelspulen voneinander abweichen, so dass, wenn man von der Seite schaut, die Komponenten wohl deckungsgleich sind, dass, falls man jedoch von einem Ende schaut, wie in den Figuren dargestellt, die

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Komponenten gegeneinander verschoben sind. In beiden Fällen wird der totale radiale Fluss zwischen den Stellen £3 und £4 gemessen, und kein Korrekturfaktor muss verwendet werden. Allerdings wird die Konstruktion des Spulenkörpers und der Pole des magnetischen Testkopfes komplizierter.

Es ist zu bemerken, dass die Sattelspulen nicht strikte halbkreisförmig sein müssen, sie können jedoch in irgendeiner geeigneten Form ausgebildet sein, vorausgesetzt, dass die Halbumfangswindungen radial benachbart zueinander liegen.

Ein anderer Punkt, der berücksichtigt werden muss, besteht darin, dass die vorangehende Analyse ausgeführt wurde in bezug auf die Stellen £3 und £4. Aus den Gleichungen (16) und (17) ist es offensichtlich, dass ähnliche Auswertungen durchgeführt werden können unter Bezug auf die Stellen £\ und £z und entsprechend £z und £3.

Unter experimentellen Bedingungen wurde ein Paar von Sattelspulen, jede mit fünfundzwanzig Windungen, in geeigneten Aussparungen im Spuienformkörper 26 des Magnetisiertestkopfes 14 gemäss Fig. 2 gewickelt. Für die Stellen £3 und £4 waren die Magnetflussdichten Bm = 2,29 tesla, resp. 0. Ein Testseii 28 von 38 mm Durchmesser und mit einer Querschnittsfläche von 719 mm2 wurde verwendet. Dieses Seil ist in Fig. 8 gezeigt. Eine künstliche Stufenveränderung in der Fläche von 105,9 mm2 und 600 mm Länge wurde im Testseil erzeugt, wie dargestellt, durch das Beifügen von Drähten 46, axial zum Aussenumfang des Testseiles. Das Testseil 28 war ca. 30 Meter lang und wurde zwischen zwei Verankerungspunkten mit einer Kraft von 10 Tonnen gestreckt. Der Testkopf 14 war um das Seil angeordnet worden und axial entlang des Seils mit einer konstanten Geschwindigkeit mit bis zu 4 Metern pro Sekunde durch ein Rollenzugsystem bewegt worden.

Verwendet wurde ein Messsystem, schematisch in Fig. 9 dargestellt, das die Sattelspulen 34 und 40 darstellt, die wie unter Verweis auf Fig. 3 miteinander verbunden sind, weiter ein Integrator 48, ein Verstärker 50 und ein Messschreiber 52. Das Miteinbeziehen eines Verstärkers ist fakultativ und hängt von den Spulenwicklungen und der Empfindlichkeit des Messschreibers 52 ab. Die Kurve in Fig. 10 stellt ein Output-Signal der Sattelspulen dar und zeigt eine erste Spannungsspitze beim Beginn einer künstlichen Flächenveränderung und eine zweite Spannungsspitze am Ende der Flächenveränderung und demonstriert die Wirksamkeit der Prinzipien, die vorab beschrieben worden sind. Es ist noch zu erwähnen, dass diese Kurve erzeugt wurde unter Verwendung der Messstellen, welche der Gleichung (16) entsprechen. Eine ähnliche Kurve wird erzeugt in bezug auf die Stellen, welche der Gleichung (18) entsprechen.

Die Kurve, gezeigt in Fig. 11, wurde erzeugt durch Verwendung eines digitalen Integrators, um das Outputsignal der Sattelspulen für eine Flächenveränderung von 35 mm2 zu integrieren, und zwar für das vorab erwähnte Seil, die somit 4,9% der Seilquerschnittsfläche darstellt. Diese Kurve ist äquivalent zu verwenden zu den Messstellen, verbunden mit den Gleichungen (16) oder (18). Die Kurven der Fig. 12 und 13 basieren auf den Messstellen, verbunden mit der Gleichung (17). Fig. 12 zeigt Ausgangsspitzen durch die Sattelspulen, und Fig. 13 das Integral davon, für eine Querschnittsflächenveränderung im Seil von 4,9%.

Die Verwendung von zwei Saftelspulen, die so ähnlich wie möglich ausgelegt und konstruiert sind und welche ideal angeordnet sind in Übereinstimmung mit den vorab beschriebenen Kriterien, eliminieren weit-gehendst das Auftreten von Rauschen oder anderen Faktoren, welche einen gemeinsamen Einfluss auf beide Spulen haben, wie beispielweise Streuungsfluss (stray flux), welcher durch beide Spulen hindurchtreten kann. Das Ausgangssignal der kombinierten Spulen ist daher idealerweise nur repräsentativ für Querschnittsflächenveränderungen. Trotz aller Vorsichtsmassnahmen aber ist es nicht möglich, zwei Spulen derart auszulegen, dass die Signale, die in ihnen induziert werden, exakt ausgeglichen sind. Die Anordnung gemäss Fig. 14 kann verwendet werden, um den Ausgleich zwischen den Spulen zu verbessern. Diese Figur zeigt zwei Spulen 34 und 40, die parallel miteinander verbunden sind, wobei jedoch die Verbindung geerdet ist. Die Terminals der beiden Spulen sind über einen Widerstand 54 mit va* riablem Unterteilungspunkt 56 verbunden. Ein Ausgleichen des Unterteilungspunktes auf einen Nullpunkt hin kann in vielen Fällen das Signal auf Rauschniveau des Output-Signales verbessern, welches dann Querschnittsflächenveränderungen im Drahtseil genauer repräsentiert.

Der Rauschenreduktionsschaltkreis von Fig. 14 hat einen bemerkenswerten Effekt auf die Empfindlichkeit des Gerätes gemäss der Erfindung. Dies ist aus der Kurve von Fig. 15 zu schliessen, welche auf Gleichung (17) basiert und welche daher mit der Kurve von Fig. 13 korrespondiert, jedoch erzielt für eine Flächenveränderung von 10,6 mm2, die 1,5% der Seilquerschnittsfläche darstellt.

Die graphische Kurve von Fig. 16 stellt die gemessene Flussveränderung als Funktion von aA (Querschnittsflächenveränderung) für das vorab erwähnte Seil dar. Teilweise Flächenveränderungen sind klar detektierbar, und es besteht ein lineares Verhältnis.

Die Erfindung wurde in bezug auf ein Drahtseil beschrieben. Selbstverständlich sind die Prinzipien gemäss der Erfindung auf irgendeine Prüfung von längs ausgestreckten Objekten anwendbar, wie beispielsweise Zylinder, Rohre, Stäbe und ähnlichen.

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Erfassen von Querschnittsflächenveränderungen in einem ausgedehnten Objekt (28), dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte des axialen Magnetisierens des Objektes umfasst,

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sowie des Erfassens von Veränderungen des axialen Magnetflusses im Objekt, die Querschnittsflächenveränderungen zuzuordnen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Magnetflussveränderungen dadurch erfasst werden, indem die Veränderungen des radialen Magnetflusses gemessen werden, der vom Objekt ausgeht oder zu diesem hinströmt.

3, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Magnetflussveränderungen gemessen werden unter Verwendung von mindestens zwei Sattelspulen (34, 40), die an entgegengesetzten Seiten des ausgedehnten Objektes angeordnet sind.

4- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt über zwei benachbarte Abschnitte in entgegengesetzter Richtung magnetisiert wird und dass die Sattelspulen in axialer Richtung mindestens einen Bereich des Objektes durchlaufen, in welchem sich die Magnetflussdichte von Null zu einem Maximalwert verändert.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:

- einen Magnetisierkopf (14) zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes und mindestens eines zweiten Magnetfeldes', das benachbart zum ersten Magnetfeld angeordnet ist, wobei die beiden Magnetfelder zueinander in entgegengesetzter Richtung verlaufen,

- einen Durchgang (26), der für das Objekt ausgebildet ist, damit das Objekt in axialer Richtung durch das erste Magnetfeld und durch das zweite Magnetfeld hindurchgelangen kann, wobei das Objekt in entgegengesetzter axialer Richtung durch das erste und entsprechend das zweite Magnetfeld magnetisiert wird,

- mindestens zwei Sattelspulen (34, 40), die zueinander entgegengesetzt auf entgegengesetzten Seiten des Durchganges angeordnet sind, wobei jede Sattelspule erste und zweite Halbumfangswindungen (36, 38; 42,44) umfasst, die axial voneinander in Abstand angeordnet sind, und

- Mittel (48, 50, 52) zum Erfassen einer Spannung, die in den Sattelspulen induziert wird und die einer Veränderung der Querschnittsfläche des Objektes zuzuordnen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass entgegengesetzte Halbumfangswindungen (36, 38; 42, 44) der entsprechenden Sattelspulen an einer Stelle angeordnet sind, wo die Magnetflussdichte im Objekt einen maximalen Wert aufweist (£z, £3) und die anderen Halbumfangswindungen an einer Steile {£% £4, £5) angeordnet sind, wo die Magnetflussdichte im Objekt Null ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei entgegengesetzten Paare von Halbumfangswindungen an Stellen (£2, £3) angeordnet sind, wo die Magnetflussdichte im Objekt in einer Richtung einen Maximalwert einnimmt und entsprechend einen Maximalwert in einer entgegengesetzten Richtung.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sattelspulen (34,40) miteinander verbunden sind, um Rauschen oder um andere Faktoren, die den beiden Spulen gemeinsam sind, zu eliminieren oder zu reduzieren, und dass damit die Restspannung, induziert in den beiden Sattelspulen und die weitgehendst nur den Querschnittsflächenveränderungen im Objekt zuzuordnen ist, erfasst werden kann.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sattelspule eine Vielzahl von Wicklungen umfasst.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass weiter Integrationsmittel (48) vorgesehen sind, um die Spannung, induziert in den Sattelspulen, in bezug auf Zeit oder axiale Distanz zu integrieren, um ein Mass für Querschnittsflächenveränderungen zu erhalten,

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sattelspulen über eine Brücke (Fig. 14) verbunden sind, die verstellbar ist, um Rauschen auszugleichen, das in den Spulen auftreten kann.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang für das Objekt durch einen Formkörper (26) gebildet wird, der sich durch den Magnetisierkopf erstreckt, und dass die Sattelspulen am Formkörper angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetisierkopf einen inneren Pol (16) mit erster Polarität umfasst und zwei äussere Pole (18, 20) von einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, und weiter Permanentmagnetbündel (22, 24), angeordnet zwischen dem inneren Pol und entsprechend jedem der äusseren Pole.

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