-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Wirbelstromprüfverfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Wirbelstromprüfvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
-
Aus
der
DE 43 33 830 C2 und
der
DE 195 36 162
A1 sind Wirbelstromprüfverfahren zur zerstörungsfreien
Zerrüttungsprüfung von Bauteilen bekannt. Das
Wirbelstromprüfverfahren beruht auf elektromagnetischer
Induktion. Zum zerstörungsfreien Prüfen eines
Bauteils auf Oberflächen-Zerrüttung wird bei bekannten
Wirbelstromprüfverfahren eine, eine Spule enthaltende,
Prüfsonde eingesetzt, die von einem hochfrequenten Wechselstrom
durchflossen wird. In dem Bauteil bilden sich in der Folge in der Nähe
der Prüfsonde Wirbelströme aus, die auf das ursprüngliche
elektromagnetische Feld rückwirken. Dadurch ändert
sich bei Annäherung der Prüfsonde ihr komplexer
Widerstand, was zu einem messbaren Sondensignal führt.
Die bekannten Wirbelstromprüfverfahren dienen als Fertigungskontrolle
und haben zum Ziel, zu ermitteln, ob es sich bei dem zu prüfenden
Bauteil um ein Gut- oder Schlechtbauteil handelt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einsatzgebiet von Wirbelstromprüfverfahren
zu erweitern. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine entsprechende
Wirbelstromprüfvorrichtung vorzuschlagen.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Wirbelstromprüfverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Wirbelstromprüfvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen
sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als
vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar
sein. Ebenso sollen vorrichtungsgemäß offenbarte
Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten
und beanspruchbar sein.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den zu einem bestimmten Messzeitpunkt
an dem zu überprüfenden Bauteil mittels des Wirbelstromprüfverfahrens
ermittelten Messwert mit einem Eichdatensatz, insbesondere einer
Eich- bzw. Referenzkurve, zu vergleichen und auf Basis dieses Vergleichs auf
die Restlebensdauer des Bauteils zum Messzeitpunkt zu schließen.
Um dies zu ermöglichen, enthält der Eichdatensatz
mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei nacheinander, vorzugsweise
in bestimmten Zeitabständen und/oder quasi-kontinuierlich,
in einem Zeitintervall mittels des Wirbelstromprüfverfahrens
an mindestens einem Vergleichsbauteil gemessene Vergleichswerte.
Anders ausgedrückt umfasst der Eichdatensatz zeitlich versetzt
aufgenommene Vergleichsmesswerte, die jeweils einer kummulierten
Belastung bzw. Zerrüttung des Vergleichsbauteils zu dem
jeweiligen Vergleichsmesszeitpunkt, an dem die Vergleichsmessung
an Vergleichsbauteil durchgeführt wurde, entsprechen. Zusätzlich
oder alternativ zu Vergleichsmesswerten kann der Eichdatensatz Vergleichswerte
umfassen, die auf Basis von Vergleichsmesswerten ermittelt sind.
Bei den Vergleichswerten handelt es sich beispielsweise um aus Vergleichsmesswerten
ermittelte Durchschnittswerte und/oder mittels Korrekturfaktoren
korrigierte bzw. angepasste (Vergleichsmess-)Werte. Mit dem nach
dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Wirbelstromprüfverfahren
und der entsprechenden Wirbelstromprüfvorrichtung lassen
sich also nicht nur einmalige Belastungen identifizieren, sondern
das Verfahren ist in der Lage auf Basis der Betrachtung von kummulierten
Schäden bzw. Zerrüttungen eine Restlebensdaueraussage durch
Vergleich mit einem Eichdatensatz abzuleiten.
-
Das
nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Verfahren ermöglicht
es, auf einfache, kostengünstige Weise Vorhersagen über
die zu erwartende Restlebensdauer eines Bauteils zu machen. Hierdurch
eignet sich das Verfahren, wie später noch erläutert
werden wird, insbesondere zur quasi-kontinuierlichen Überwachung
oder zur regelmäßigen Überwachung von
im bestimmungsgemäßen Einsatz befindlichen Bauteilen
in bestimmten Serviceintervallen. Es können also Zwischenbefundungen
von Bauteilen durchgeführt werden und es kann somit eine Aussage
darüber gemacht werden, wann ein Austausch des Bauteils
erwartungsgemäß sinnvoll ist. Das Verfahren eignet
sich weiterhin zur deutlichen Reduktion des Testaufwandes bei der
Neuentwicklung von Bauteilen, insbesondere von wälzbeanspruchten
Bauteilen, da es nicht mehr wie bisher notwendig ist, den Probenkörper
zur Ermittlung des Schädigungsgrades zu einem bestimmten
Zeitpunkt zu zerstören.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Wirbelstromprüfverfahrens,
bei dem der Eichdatensatz zu jedem Vergleichswert einen Vergleichsmesszeitpunkt
und/oder eine Restlebensdauerinformation enthält. Bei Bedarf
kann die Information (Zeitangabe) über die Restlebensdauer
des Vergleichsbauteils auch bei jedem Vergleich durch Differenzbildung
zwischen der Gesamtlebensdauer des Vergleichsbauteils und einem
einem Vergleichswert zugeordneten Vergleichsmesszeitpunkt ermittelt werden.
Zur Bestimmung der Information über die voraussichtliche
Restlebensdauer des Bauteils wird der zu einem Messzeitpunkt ermittelte
Messwert mit den Vergleichsmesswerten im Eichdatensatz verglichen, woraufhin
zu einem dem Messwert zumindest näherungsweise entsprechenden
Vergleichswert ein zugehöriger Vergleichszeitpunkt ermittelt
wird. Falls der Vergleichsdatensatz keinen dem Messwert entsprechenden
Vergleichswert enthält, kann ein dem Messwert entsprechender
Vergleichswert, beispielsweise durch Interpolation zweier benachbarter
Vergleichswerte des Eichdatensatzes, auf einfache Weise rechnerisch
ermittelt werden, wobei dann auch ein dem Vergleichswert entsprechender
Vergleichsmesszeitpunkt oder eine Vergleichsrestlebensdauerinformation,
beispielsweise durch Interpolation vorhandener Vergleichsmesszeitpunkte,
rechnerisch ermittelt werden kann. Die zu erwartende Restlebensdauer
kann dann aus dem dem Messwert zugeordneten Vergleichsmesszeitpunkt,
beispielsweise, wie erwähnt, durch Differenzbildung ermittelt
werden.
-
Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Wirbelstromprüfverfahrens,
bei der die voraussichtliche Restlebensdauer des Bauteils der Restlebensdauer
des Vergleichsbauteils bzw. einer durchschnittlichen Restlebensdauer
von Vergleichsbauteilen an einem dem Messzeitpunkt entsprechenden
Vergleichszeitpunkt entspricht. Ggf. können unter Berücksichtigung
von Korrekturfaktoren genauere Aussagen gemacht werden, wobei die Korrekturfaktoren
insbesondere bauteilspezifische und/oder belastungsspezifische Informationen
bzw. Parameter berücksichtigen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass Vergleichsmesswerte
eines Vergleichsbauteils über einen langen Zeitraum ermittelt werden,
um eine möglichst genaue Restlebensdaueraussage machen
zu können. Vorzugsweise werden dabei Vergleichsmesswerte
bei einer Vielzahl von Vergleichsbauteilen ermittelt, um Informationen über
die Streuung der gemessenen Beschädigung zu erhalten. Dies
ist wichtig, um Fehleinschätzungen des Schädigungsgrades
des zu prüfenden Bauteils bzw. dessen Restlebensdauer zu
vermeiden. Bevorzugt entspricht das Zeitintervall, in dem die Vergleichsmessungen
zur Erstellung des Eichdatensatzes vorgenommen werden, zumindest
näherungsweise der gesamten Lebensdauer des Vergleichsbauteils.
Anders ausgedrückt, werden Vergleichsmesswerte ab Beginn
des Einsatzes bzw. ab beginnender Belastung des Vergleichsbauteils
ermittelt, bis das Vergleichsbauteil schließlich aufgrund
der im Betrieb andauernden oder wiederkehrenden Belastungen zerstört
ist, d. h., insbesondere aus Sicherheitsgründen, nicht
mehr bestimmungsgemäß verwendbar ist. Von besonderem
Vorteil ist es, die Messwerte an einer Stelle oder einem Bereich
des Bauteils zu messen, die bzw. der der Stelle bzw. dem Bereich entspricht,
an dem die Vergleichsmesswerte am Vergleichsbauteil ermittelt wurden.
-
Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das mindestens eine Vergleichsbauteil
in dem Zeitintervall, in dem der Eichda tensatz aufgenommen bzw. ermittelt
wird, zumindest näherungsweise, den gleichen (realistischen)
Belastungen ausgesetzt ist, wie das Bauteil dessen Restlebensdauer
zu ermitteln ist. Ist das Bauteil also beispielsweise ein Ventilkopf
in einer Pumpe und sollen Restlebensdaueraussagen über
das Bauteil während des Betriebs gemacht werden, so wird
das Vergleichsbauteil vorzugsweise unter zumindest näherungsweise
den gleichen Betriebsbedingungen getestet bzw. vermessen, denen auch
das Bauteil im Betrieb ausgesetzt ist.
-
Im
Hinblick auf möglichst exakte Restlebensdaueraussagen ist
es von Vorteil, wenn das Bauteil und das Vergleichsbauteil, zumindest
näherungsweise, vorzugsweise exakt identisch ausgebildet
sind.
-
Das
Wirbelstromprüfverfahren eignet sich insbesondere zum Vorhersagen
der wahrscheinlichen Restlebensdauer eines Bauteils, das Bestandteil
einer komplexen Vorrichtung ist. Üblicherweise handelt
es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil einer insbesondere großen,
komplexen Pumpe oder um ein Bauteil eines Rollen-/Nocken-Triebwerks
einer Kraftstoff- und/oder Hydraulikpumpe.
-
Wie
eingangs angedeutet, ist eine Ausführungsform des Wirbelstromprüfverfahrens
bevorzugt, bei dem quasi-kontinuierlich mittels des Wirbelstromprüfverfahrens
ermittelte Messwerte an einem Bauteil erfasst werden, welches sich
bevorzugt im bestimmungsgemäßen Praxis-Einsatz
befindet. Besonders vorteilhaft ist es, diese quasi-kontinuierliche Messung
inline, d. h. während des Betriebs des Bauteils oder einer
das Bauteil aufweisenden Vorrichtung durchzuführen. Hierzu
ist es notwendig, mindestens ei ne Prüfsonde in unmittelbarer
Nähe des Bauteils anzuordnen. Bevorzugt wird zu jedem Messwert
oder einer Gruppe von Messwerten eine Information über die
zu erwartende Restlebensdauer des Bauteils auf Basis eines Vergleichs
mit einem Eichdatensatz ermittelt.
-
Anstelle
einer quasi-kontinuierlichen Inlinemessung ist es möglich,
Messwerte an zeitlich beabstandeten Messzeitpunkten, vorzugsweise
zu bestimmten Servicezeitpunkten, an einem Bauteil zu ermitteln,
welches sich vorzugsweise in bestimmungsgemäßem
Einsatz befindet. Hierzu kann es notwendig sein, dem Betrieb des
Bauteils oder einer das Bauteil aufweisenden Vorrichtung (kurzzeitig)
einzustellen und ggf. das Bauteil zu demontieren. Vorzugsweise wird
zu den ermittelten Messwerten eine Restlebensdauerinformation ermittelt.
-
Besonders
bevorzugt ist es, zur Ermittlung der Restlebensdauer auf Basis eines
Vergleichs des mindestens einen Messwertes mit dem Eichdatensatz
eine Logikeinheit einzusetzen.
-
Ferner
betrifft die Erfindung eine Wirbelstromprüfvorrichtung,
die vorzugsweise zum Durchführen eines zuvor beschriebenen
Wirbelstromprüfverfahrens ausgebildet ist. Die Wirbelstromprüfvorrichtung
umfasst mindestens eine Messsonde zum Bestimmen des Messwertes zu
einem Messzeitpunkt. Ferner umfasst die Wirbelstromprüfvorrichtung
eine Logikeinheit, die auf einem, vorzugsweise in einem Speicher
abgelegten Eichdatensatz zugreifen kann, wobei der Eichdatensatz
wie zuvor beschrieben ausgebildet ist und eine Vielzahl von in einem
Zeitintervall (Vergleichsintervall) gemessene Vergleichsmesswerte
mindestens eines Vergleichsbauteils enthält. Die Logikeinheit
ermittelt auf Basis eines Vergleichs mindestens eines mittels der
Messsonde bestimmten Messwertes mit dem Eichdatensatz eine Information über
die voraussichtliche Restlebensdauer des Bauteils. Anders ausgedrückt
ist die Logikeinheit zum Treffen einer Vorhersage über
die wahrscheinliche Restlebensdauer des Bauteils ausgebildet.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen 1 den
prinzipiellen Aufbau einer Wirbelstromprüfvorrichtung.
-
Ausführungsform der
Erfindung
-
In 1 ist
eine Wirbelstromprüfvorrichtung 1 zum quasi-kontinuierlichen
Bestimmen von Informationen über die voraussichtliche Restlebensdauer eines
Bauteils 2 gezeigt. Dabei ist das Bauteil 2 Bestandteil
einer lediglich schematisch angedeuteten komplexen Vorrichtung 3,
die zusammen mit dem Bauteil 2 bestimmungsgemäß betrieben
wird.
-
Die
Wirbelstromprüfvorrichtung 1 umfasst eine an sich
bekannte Messsonde 4 (Prüfsonde). Diese enthält
eine nicht gezeigte Spule, die von einem hochfrequenten Wechselstrom
durchflossen ist. In dem auf Zerrüttung zu prüfenden
Bauteil 2 bilden sich Wirbelströme aus, die auf
das ursprüngliche elektromagnetische Feld der Spule zurückwirken. Hierdurch ändert
sich der komplexe (komplexwertige) Wechselstromwiderstand, also
die Impedanz (Scheinwiderstand) der von einer Elektronik 5 gemessen
wird. Zusätzlich oder al ternativ sind andere physikalische
Größen als Messwert messbar. Der erhaltene Messwert
ist ein Maß für die Zerrüttung bzw. Schädigung
des Bauteils 2, die durch die Belastungen im bestimmungsgemäßen
Betrieb entsteht. Der zu einem Messzeitpunkt ermittelte Messwert
wird über eine Datenleitung 6 an eine Logikeinheit 7 weitergeleitet,
die in einem Speicher einen hier als Referenz- bzw. Eichkurve dargestellten
Eichdatensatz 8 enthält. In dem Eichdatensatz 8 ist
jedem in einem Zeitintervall (Vergleichszeitintervall) an einem
Vergleichsbauteil gemessenen Vergleichsmesswert M ein Vergleichsmesszeitpunkt
t zugeordnet. Zusätzlich oder alternativ zu dem Vergleichsmesszeitpunkt
t kann jedem Vergleichsmesswert M unmittelbar eine Vergleichs-Restlebensdauer
zugeordnet sein. Die Logikeinheit 7 ermittelt also aus
dem Eichdatensatz 8 einen Vergleichsmesswert M (alternativ
Vergleichswert), der dem mittels der Messsonde 4 ermittelten Messwert
entspricht. Zu diesem Vergleichsmesswert M wird in den Eichdatensatz 8 ein
Vergleichsmesszeitpunkt t oder unmittelbar eine Vergleichs-Restlebensdauer
ermittelt. Um in der Lage zu sein, eine absolute Restlebensdauer
zu ermitteln, müssen noch Informationen zur bisherigen
Lebensdauer bekannt sein, d. h. entweder muss die Logikeinheit 7 (Prüfeinheit)
noch einen Betriebsstunden- oder Lastwechselzähler enthalten
(oder eine Möglichkeit diese Informationen extern vorzugeben)
oder die Restlebensdauer kann nur relativ (in Prozent) angegeben
werden. Falls der Eichdatensatz 8 keine Vergleichsrestlebensdauerinformation
enthält, kann die Logikeinheit 7 alternativ die
Vergleichs-Restlebensdauer, beispielsweise durch Differenzbildung,
berechnen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die
entweder unmittelbar aus dem Eichdatensatz 8 oder der Berechnung
ermittelte Vergleichs-Restlebensdauer als Information über
die voraussichtliche Restlebensdauer des Bauteils 2 auf
einer Anzeigeeinheit 9 dargestellt. Zusätzlich
oder alternativ kann die Lebensdauer des Bauteils 2 mit
einer in einem Speicher abgelegten, minimal zulässigen
Restlebensdauer verglichen werden. Wird diese unterschritten, kann
von der Logikeinheit 7 ein entsprechendes Signal ausgegeben
und/oder der Betrieb der komplexen Vorrichtung 3 zum Austausch
oder zur Überprüfung des Bauteils 2 gestoppt
werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4333830
C2 [0002]
- - DE 19536162 A1 [0002]