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Die Erfindung betrifft eine Streuflusssonde zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung von Körpern aus magnetisierbarem Werkstoff, insbesondere von Rohren aus ferromagnetischem Stahl, mit einer Vielzahl von Spulen zur Detektion von oberflächennahen Fehlern in dem Körper, wobei die Spulen eine Empfindlichkeit aufweisen, die von der Ausrichtung der Fehler in dem Körper abhängig ist.
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Es ist allgemein bekannt, zur zerstörungsfreien und oberflächennahen Prüfung von Körpern aus magnetisierbarem Werkstoffen ein sogenanntes Streuflussverfahren einzusetzen. Hierfür werden die zu prüfenden Körper temporär durch Elektromagnete, Zylinderspulen oder Stromdurchflutung magnetisiert. In einem homogenen und fehlerfreien ferromagnetischen Werkstoff verteilen sich die magnetischen Feldlinien gleichmäßig über die Oberfläche. Falls die Homogenität des Werkstoffs durch oberflächennahe Ungänzen, wie beispielsweise Risse, Lunker, Einschlüsse, Poren oder Dopplungen gestört ist, können magnetische Feldlinien als sogenannter Streufluss aus dem Werkstück im Bereich der Ungänze austreten. Dieser Streufluss kann von Sonden berührungslos oder berührend detektiert werden. Eine entsprechende Prüfeinrichtung umfasst üblicherweise eine Magnetisierungseinheit, eine Handhabungseinheit für den Körper, einen Prüfschuh mit den Streuflusssonden, eine Auswerteeinheit sowie gegebenenfalls eine Entmagnetisierungseinhheit. Als Streuflusssonden zum Messen der magnetischen Streuflussdichte kommen Induktionssonden, Giant-Magneto-Resistance-Sonden (GMR-Sonden) oder Hall-Sonden zum Einsatz.
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Diese bekannte Streuflussprüfung wird beispielsweise auch bei Rohren aus ferromagnetischem Stahl angewendet, um in Längsrichtung der Rohre gesehen längs- und querorientierte sowie oberflächennahe Ungänzen an den Innen- und Außenoberflächen zu detektieren. Üblicher Weise wird hierbei eine Gleichfeldmagnetisierung des Rohres eingesetzt, da hiermit Fehler an der Außenoberfläche und an der Innenoberfläche des Rohres detektiert werden können. Mit einer Wechselfeldmagnetisierung, die beispielsweise bei Stangenmaterial eingesetzt wird, können nur Fehler an der Außenoberfläche detektiert werden. Für eine Prüfung des Rohres auf Längsfehler wird ein Magnetfeld rechtwinklig und für eine Querfehlerprüfung parallel zur Längsachse des Rohres aufgebracht. Um die gesamte Oberfläche bei der Längsfehlerprüfung des Rohres zu erfassen, werden das Rohr und der Prüfkopf wendelförmig zueinander bewegt. Für eine Querfehlerprüfung wird üblicherweise um das Rohr ein Prüfkopf mit einem Sondenkranz fest positioniert, durch den dann das Rohr in Längsrichtung bewegt wird. Zum Abgleich der Prüfeinrichtung werden eine oder mehrere auf einem Referenzwerkstück eingebrachte Nuten als Testfehlerreferenz verwendet. Die Nuten simulieren Längs-, Schräg- und Querfehler.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 198 23 453 C2 ist bereits eine Streuflusssonde zur zerstörungsfeien Prüfung von langgestreckten und rotationssymmetrischen Körpern, insbesondere von Rohren, auf Längs- oder Querfehler bekannt. Die Streuflusssonde besteht im Wesentlichen aus einer linealförmigen Leiterplatte, auf deren dem zu prüfenden Körper zugewandten Seite eine Vielzahl von Spulenpaaren aufgedruckt ist. Es sind insgesamt 16 Spulenpaare vorgesehen, die in Längsrichtung der Leiterplatte gesehen im jeweils gleichen Abstand aufeinander folgend angeordnet sind. Jede einzelne Spule eines Spulenpaares weist eine langgestreckte im Wesentlichen stadionartige Wicklung auf. Jede Wicklung ist ringförmig mit einer zentralen Längsachse. Die Spulen eines Spulenpaares sind jeweils leicht schräg in Bezug auf die Längsrichtung der Leiterplatte angeordnet, so dass jeweils die Längsachse der Spulen und die Längsrichtung der Leiterplatte in etwa einen Winkel von 10 Grad einschließen. Außerdem sind beiden Spulen eines Paares in Längsrichtung der Leiterplatte gesehen seitlich mit Abstand nebeneinander angeordnet und in Längsrichtung der Leiterplatte zueinander versetzt, so dass in Längsrichtung der Leiterplatte gesehen die rechte Spule eines Paares etwa zwei Drittel der Länge der Spule gegenüber der linken Spule vorsteht. Hierbei sind die Spulen eines Paares nach rechts geneigt.
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Mit der bekannten Streuflussprüfung werden mit zwei voneinander getrennten Prüfeinrichtungen in einer ersten Prüfung etwaige Längsfehler und in einer zweiten Prüfung Querfehler sicher erkannt. Die Längsfehler- und die Querfehlerprüfung erkennt nur in einem begrenzten Maße schräg zur Magnetfeldrichtung verlaufende Schrägfehler.
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Des Weiteren ist aus der japanischen Offenlegungsschrift
JP 59 202 057 A eine Sensoreinheit zur magnetischen Rissprüfung bekannt. Die Sensoreinheit besteht aus vier hintereinander in Reihe angeordneten und elektrisch in Reihe geschalteten Sensoren.
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Jeder der Sensoren ist vergleichbar mit einer GMR-Sonde aufgebaut und deren Detektionssystem basiert auf magnetischer Widerstandsänderung. Außerdem besteht jeder Sensor aus zwei hintereinander in Reihe angeordneten ersten und zweiten Sensorteilen, die jeweils mäanderförmig beziehungsweise kammartig ausgebildet ist. Hierbei verlaufen die Zinken des Kamms des ersten Sensorteils rechtwinklig zu denen des zweiten Sensorteils. Zwischen den ersten und zweiten Sensorteilen und am Anfang und Ende der Sensoreinheit sind elektrische Kontakte vorgesehen. Diese Sensoreinheit soll den Vorteil haben, dass eine Einstellung der Verstärkung der Empfindlichkeit je Sensor vermieden werden soll.
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Das kanadische Patent
CA 2 431 008 C beschreibt ein Verfahren zur Messung von Eigenspannungen in erdverlegten Rohren mittels eines in dem Rohr verfahrbaren Prüfwagens. An dem Prüfwagen sind über den Umfang gleichmäßig verteilt vier Sensorlineale angeordnet, die in Fahrtrichtung des Prüfwagens beziehungsweise in Längsrichtung des zu prüfenden Rohres ausgerichtet sind. Auf jedem Sensorlineal sind in Fahrtrichtung hintereinander vier Sensoren angeordnet. Jeder der Sensoren weist neben einer Erregerspule für eine magnetische Wechselstrom-Erregung im zu prüfenden Rohr zwei Typen von Detektionsspulen und eine Spule zur Abstandsmessung auf. Der eine Spulentyp detektiert eine gerichtete effektive Permeabilität (DEP: directional effective permeability), aus der Eigenspannungen ermittelt werden können; der andere Spulentyp wird genutzt, um eine spannungsinduzierte magnetische Anisotropie (SMA: stressinduced magnetic anisotropy) zu messen, die mit Eigenspannungen korreliert werden können. Alle verwendeten Sensoren sind baugleich. Der erste Sensor je Sensorlineal ist mit seinem Magnetfeld parallel zur Fahrtrichtung ausgerichtet, der zweite 90° hierzu, der dritte 45° hierzu und der vierte 135° hierzu.
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Ferner ist aus der japanischen Offenlegungsschrift
JP 07 294 490 A eine weitere Sensoreinheit zur mechanischen Rissprüfung bekannt, mit der besonders gut schräg verlaufende Risse erkannt werden sollen. Hierfür sind insgesamt 16 Sensoren vorgesehen, die auf einem linealförmigen Halteelement angeordnet sind. Hierbei sind jeweils zwei Sensoren in Form eines Paares nebeneinander und in Längsrichtung des Halteelements gesehen leicht zueinander versetzt angeordnet. Von dieses Paaren sind insgesamt 8 in Längsrichtung des Halteelements gesehen hintereinander angeordnet, so dass die Anordnung der Sensoren auf dem Halteelement als insgesamt zick-zack-förmig beschrieben werden kann. Für die Erkennung der Risse werden jeweils zwei der Sensoren in Differenzschaltung betrieben. Wenn eine negativ schräge Richtung der Risse erkannt wird, werden zwei in Längsrichtung des Halteelements gesehen nebeneinander angeordnete Sensoren in Differenzschaltung zusammen geschaltet. Für den Fall einer Erkennung einer positiv schrägen Richtung der Risse, werden zwei in Längsrichtung des Halteelements gesehen hintereinander und nebeneinander angeordnete Sensoren in Differenzschaltung zusammen geschaltet. Durch diese variable Differenzschaltung können in Abhängigkeit einer Ausrichtung eines erkannten Risses unterschiedliche Sensoren in Differenzschaltung miteinander verbunden werden.
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Außerdem offenbart die Patentschrift
US 4 675 604 A eine Streuflusssonde zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung von Rohren mit einer Vielzahl von Spulen mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten für Längsfehler oder Querfehler beziehungsweise Schrägfehler. Die Spulen sind wendelförmig gewickelt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Streuflusssonde zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung von Körpern aus magnetisierbarem Werkstoff, insbesondere von Rohren aus ferromagnetischem Stahl, sowie eine Anordnung mit einer derartigen Streuflusssonde zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung zu schaffen, die neben einer Längsfehler- beziehungsweise Querfehlererkennung eine optimierte Empfindlichkeit in Bezug auf die Detektion von Schrägfehlern aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Streuflusssonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anordnung mit einer derartigen Streuflusssonde mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 und 8 angegeben.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Streuflusssonde sowie bei einer Anordnung mit einer derartigen Streuflusssonde zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung von Körpern aus magnetisierbarem Werkstoff, insbesondere von Rohren aus ferromagnetischem Stahl, mit einer Vielzahl von Spulen zur Detektion von oberflächennahen Fehlern in dem Körper, wobei die Spulen eine Empfindlichkeit aufweisen, die von der Ausrichtung der Fehler in dem Körper abhängig ist, neben einer Längsfehler- beziehungsweise Querfehlererkennung eine optimierte Empfindlichkeit in Bezug auf Schrägfehler dadurch erreicht, dass in der Streuflusssonde Spulen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit angeordnet sind und ein erster Spulentyp bei der Längsfehlerprüfung eine hohe Empfindlichkeit für Längsfehler oder Querfehler hat und ein zweiter Spulentyp eine hohe Empfindlichkeit für Schrägfehler hat, die Spulen als gestreckte Ringspulen und als Rundspulen in Form von Flachspulen ausgebildet sind, die Ringspulen eine langgestreckte und ringförmige Flachwicklung aufweisen, die Rundspulen eine kreisringförmige Flachwicklung aufweisen, die gestreckten Ringspulen eine hohe Empfindlichkeit für Schrägfehler und die Rundspulen eine hohe Empfindlichkeit für Längsfehler oder Querfehler haben. Durch die Erfindung wird eine Integration einer sicheren Prüfung auf schrägliegende Fehler in die Prüfung auf Längsfehler oder Querfehler erreicht. Diese bisherigen Längs- und Querfehlerprüfungen konnten nicht die Lücke zur Detektion von Schrägfehlern schließen. Gleiches ist auch für die Prüfung auf Querfehler realisierbar. Die gestreckten Ringspulen haben eine hohe Empfindlichkeit für Schrägfehler und die Rundspulen eine gleichbleibende hohe Empfindlichkeit im Bereich der Längs- und Schrägfehler. Durch dieses innovative Spulendesign kann in eine Streuflussprüfung auf Längsfehler auch eine sichere Prüfung auf schrägliegende Fehler aufgenommen werden. Die Rundspulen zeigen in Hinblick auf Schrägfehler eine ausgewogenere Charakteristik der Messwerte gegenüber der gestreckten Ringspule auf.
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Die erfindungsgemäße Streuflusssonde sowie eine Anordnung mit einer derartigen Streuflusssonde eignen sich insbesondere für eine Fehlerprüfung von langgestreckten und rotationssymmetrischen Körper, insbesondere von warmgewalzten und nahtlosen Rohren. Fehler, die an der Außen- oder Innenoberfläche des Rohres liegen, können unterschiedliche Ursachen haben. Diese können beispielsweise aus den vorangegangenen Fertigungsschritten (fehlerhafte Innenwerkzeuge oder Walzen) oder aus Fehlern im Vormaterial herrühren. Mit der erfindungsgemäßen Streuflusssonde sowie mit der Anordnung mit einer derartigen Streuflusssonde ist eine frühzeitige Fehlereingrenzung und Fehlererkennung möglich. Hierdurch können nach entsprechenden Korrekturmaßnahmen hohe Ausfall- und Nacharbeitungsquoten vermieden werden.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Spulen als Induktionsspulen ausgebildet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Spulen als aufgedruckte Flachspulen ausgebildet sind, die entweder eine langgestreckte und ringförmige Wicklung (gestreckte Ringspule) oder eine kreisringförmige Flachwicklung (Rundspule) aufweisen. Vorzugsweise sind die Spulen eines Spulentyps paarweise nebeneinander angeordnet und die Spulen eines Paares miteinander verschaltet. Über eine Differenzschaltung der Spulen wird eine sichere Detektion erreicht. Auch sind die unterschiedlichen Paare von Spulentypen benachbart angeordnet, um somit Längsfehler und auch Schrägfehler sicher erfassen zu können.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Längserstreckung der Flachspulen eines Flachspulenpaares parallel zu einer ersten Mittellinie verläuft, die Rundspulen eines Rundspulenpaares achsensymmetrisch zu einer zweiten Mittellinie ausgerichtet sind und die erste Mittellinie in einem Winkel von 30° bis 45°, vorzugsweise 40°, zur Längserstreckung eines Längsfehlers und die zweite Mittellinie in einem Winkel von 40° bis 60°, vorzugsweise 53°, zur Längserstreckung eines Längsfehlers ausgerichtet ist. Durch diese gewählten Geometrien wird eine Anpassung der Empfindlichkeit der Spulen an Längs- oder Schrägfehler erreicht. In einem Versuch mit einem Rohr mit künstlichen Fehlern in Form von Nuten, die jeweils um 5° versetzte Winkellagen von 0° bis 90° aufwiesen, konnten Signalamplitudenhöhen über einen weiten Bereich von 0° bis etwa 50° erreicht werden, die weitgehend konstante Werte aufweisen. Mit dieser Streuflusssonde ist somit eine kombinierte Längs- und Schrägfehlerprüfung möglich.
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In einer Ausgestaltungsform sind die beiden verschiedenen Spulentypen abwechselnd hintereinander angeordnet. Somit wird eine Streuflusssonde mit einem größeren Detektionsbereich geschaffen.
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Im Rahmen einer zerstörungsfreien Streuflussprüfung weist eine entsprechende Prüfeinrichtung im Sinne einer Anordnung mit einer Streuflusssonde neben der Streuflusssonde eine Magnetisierungseinheit auf, mit der der Körper für die Streuflussprüfung mit einem Magnetfeld magnetisiert wird. Hierbei ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass der Körper ein Rohr ist, das für die Streuflussprüfung mit einem Gleichfeld magnetisiert ist und das Magnetfeld mit seinen Feldlinien senkrecht zu etwaigen Längsfehlern in dem Rohr ausgerichtet ist. Der Vorteil der Gleichfeldmagnetisierung liegt darin, dass hiermit Fehler an der Außenoberfläche und an der Innenoberfläche des Rohres detektiert werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in mehreren Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung von Rohren,
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2 eine Ansicht einer Leiterplatte einer Streuflusssonde,
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3 eine Ausschnittsvergrößerung von 2 aus dem Bereich eines Paares von Flachspulen und
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4 eine Ausschnittsvergrößerung von 2 aus dem Bereich eines Paares von Rundspulen.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung eines warmgewalzten nahtlosen Rohres 4 aus ferromagnetischem Stahl in Hinblick auf Längsfehler und Schrägfehler. Das Rohr 4 weist in üblicher Weise eine zentrale und in dessen Längsrichtung verlaufende Rohrachse R auf. Der Kernbestandteil der Prüfvorrichtung ist eine Streuflusssonde, die Bestandteil eines Prüfschuhes 5 ist. Für die Prüfung wird das Rohr 4 in Vorschubrichtung V bewegt und der Prüfschuh 5 wird in Umfangsrichtung U um das Rohr 4 herumbewegt, so dass das Rohr 4 auf einer wendelförmigen Bahn untersucht wird. Eine Prüfung auf Querfehler erfolgt mit einem weiteren nicht dargestellten Prüfschuh mit einer entsprechend angepassten Streuflusssonde. Unter Fehlern werden hier oberflächennahe Ungänzen, wie beispielsweise Risse, Lunker, Einschlüsse, Poren oder Dopplungen verstanden. Der Prüfschuh mit der Streuflusssonde ist üblicher Weise Bestandteil einer Prüfeinrichtung, die außerdem noch eine Magnetisierungseinheit, eine Handhabungseinheit für das Rohr, eine Auswerteeinheit sowie eine Entmagnetisierungseinheit aufweist.
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Die 2 zeigt eine Ansicht einer Leiterplatte 1 einer Streuflusssonde. Von der Leiterplatte 1 ist eine Ansicht auf eine sogenannte Prüfseite 1a gezeigt, die dem zu prüfenden Körper – hier dem Rohr – zugewandt ist. Die Leiterplatte 1 hat eine langgestreckte und rechteckige Form nach Art eines Lineals mit einer in seine Längserstreckung weisenden Längsrichtung L. Auf der Prüfseite 1a der Leiterplatte 1 sind eine Vielzahl von Spulen aufgedruckt, die als gestreckte Ringspulen 2 und als Rundspulen 3 ausgebildet sind. Die Leiterplatte 1 weist eine Breite B auf, die so gewählt ist, dass jeweils in der Längsrichtung L gesehen zwei der gestreckten Ringspulen 2 in Form eines Ringspulenpaares 2a nebeneinander und jeweils zwei der Rundspulen 3 in Form eines Rundspulenpaares 3a nebeneinander angeordnet werden können. Außerdem ist aus der 1 ersichtlich, dass mit einem ersten Ringspulenpaar 2a beginnend in Längsrichtung L der Leiterplatte 1 aufeinander folgend abwechselnd ein Ringspulenpaar 2a und ein Rundspulenpaar 3a aufgedruckt sind. Insgesamt sind acht Ringspulenpaare 2a und acht Rundspulenpaare 3a vorgesehen.
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Auf der der Prüfseite 1a gegenüberliegenden und nicht dargestellten Rückseite der Leiterplatte 1 sind Leiterbahnen aufgedruckt, um die einzelnen gestreckten Ringspulen 2 und die Rundspulen 3 elektrisch an einen ebenfalls auf der Rückseite der Leiterplatte 1 befestigten Steckkontakt anzuschließen.
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Für eine Prüfung eines Rohres ist die Leiterplatte 1 und somit die Streuflusssonde mit ihrer Längsrichtung L parallel zu einer längsgerichteten Rohrachse R des Rohres ausgerichtet. Die Rohrachse R verläuft zentral in dem Rohr und in dessen Längsrichtung. Üblicher Weise werden unter Längsfehlern F1 Fehler verstanden, deren Längserstreckung parallel also unter einem Winkel von 0° zur Rohrachse R verläuft. Demnach verlaufen Querfehler F2 rechtwinklig, d. h. unter einem Winkel von 90°, zur Rohrachse R. Schrägfehler F3 liegen im Bereich zwischen 0° bis 90° vor. In Bezug auf warmgewalzte und nahtlose Rohre kommen auf Grund des Herstellungsverfahrens Schrägfehler F3 mit einer Ausrichtung zwischen 90° und 180° kaum vor. Neben dem Prüfkopf mit der Streuflusssonde gehört zu der Prüfeinrichtung noch die Magnetisierungseinheit, um das Rohr temporär mit einen Magnetfeld M zu magnetisieren. Die Feldlinien des Magnetfeldes M verlaufen hierbei rechtwinklig zur Rohrachse R, da im vorliegenden Fall die Prüfeinrichtung zur Erkennung von Längsfehlern F1 und einem weiten Bereich von Schrägfehlern F3 ausgelegt ist.
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Des Weiteren ist aus der 2 ersichtlich, dass die Ringspulenpaare 2a und Rundspulenpaare 3a zwar nebeneinander aber in Bezug auf die Längsrichtung L zueinander versetzt ausgerichtet sind.
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Die Ringspulenpaare 2a bestehen jeweils aus zwei gestreckten Ringspulen 2, die jeweils die Form einer Stadionlaufbahn haben und etwa ein Längen-/Breitenverhältnis von 3:1. Um die Position der beiden gestreckten Ringspulen 2 innerhalb eines gestreckten Ringspulenpaares 2a beschreiben zu können, wird eine in der Mitte zwischen den beiden gestreckten Ringspulen 2 verlaufende erste Mittellinie MF definiert, die parallel zur Längserstreckung jeder der beiden gestreckten Ringspulen 2 verläuft. Der von der ersten Mittellinie MF und der Längsrichtung L eingeschlossene erste Winkel a liegt im Bereich von 30° bis 45° und ist vorzugsweise 40°. Außerdem sind die beiden gestreckten Ringspulen 2 eines Ringspulenpaares 2a derart in Bezug auf die Längsrichtung L zueinander versetzt, dass die gestreckten Ringspulen 2 mit ihren Kurvenabschnitten in Bezug auf die Längsrichtung L in etwa auf einer Höhe liegen.
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Demgegenüber bestehen die Rundspulenpaare 3a jeweils aus zwei Rundspulen 3, die die Form eines kreisrunden Rings haben. Zur Beschreibung der Ausrichtung der Rundspulen 3 des Rundspulenpaares 3a auf der Leiterplatte 1 wird eine durch die Mittelpunkte der beiden Rundspulen 3 verlaufende Hilfslinie HR und eine hierzu in einem rechten Winkel verlaufende zweite Mittellinie MR definiert. Die zweite Mittelinie MR verläuft hierbei in der Mitte zwischen den beiden Rundspulen 3. Der von der zweiten Mittellinie MR und der Längsrichtung L eingeschlossene zweite Winkel b liegt im Bereich von 40° bis 60° und ist vorzugsweise 53°.
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Anhand dieser Ausrichtung der gestreckten Ringspulen 2 und der Rundspulen 3 zur Rohrachse R tastet die Streuflusssonde mit ihren Ringspulenpaaren 2a und Rundspulenpaaren 3a einen durch etwaige Längs- und Schrägfehler F1, F3 hervorgerufenen Streufluss in der Weise ab, dass ein etwaiger Längs- und Schrägfehler von den beiden gestreckten Ringspulen 2 des Ringspulenpaares 2a und den beiden Rundspulen des Rundspulenpaares 3a zeitlich nacheinander detektiert wird. Mit Hilfe der Ringspulenpaare 2a werden die Schrägfehler F3 in einem Winkelbereich ab 30° bis etwa 70° sicher erkannt. Die Rundspulenpaare 3a decken die Längsfehler F1 und den Bereich der Schrägfehler F3 in einem Winkelbereich zwischen 0° bis etwa 40° sicher ab. Mit einer üblicher Weise vorhandenen Querfehlerprüfung werden auch die verbleibenden etwaigen Schrägfehler F3 im Bereich größer 60° erkannt. Mit der erfindungsgemäßen Streuflusssonde kann somit die Lücke der Schrägfehlerkennung bei einer kombinierten zweistufigen Längsfehler- und Querfehlerprüfung geschlossen werden.
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Zum Abgleich der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung werden eine oder mehrere auf einem Referenzwerkstück eingebrachte Nuten als Testfehlerreferenz verwendet. Die Nuten simulieren Längs-, Schräg- und Querfehler. Es zeigt sich, dass die Amplitudenhöhe der Messsignale bei gleichartigen Testfehlern – wie hier in Form von Nuten –, die in unterschiedlicher Orientierung zur Rohrachse R liegen, die Empfindlichkeit der Spulen 2, 3 von der jeweiligen Winkellage der Nuten im Bereich von 0° bis 90° abhängt. Eine Änderung der Winkellage um 5° kann eine Änderung der Amplitudenhöhe um 10–20% ausmachen. Da die Änderung der Amplitudenhöhe ein Maß für die Permeabilitätsänderung ist und somit die Relevanz eines Fehlers beziehungsweise einer Ungänze darstellt, ist nun mit der Kombination von gestreckten Ringspulen 2 und Rundspulen 3 eine Unterscheidung zwischen nicht zu registrierenden, in günstiger Orientierung gelegenen zu relevanten Ungänzen mit ungünstigen Winkellagen möglich.
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Die 3 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung von 2 aus dem Bereich eines Ringspulenpaares 2a von gestreckten Ringspulen 2. Jede gestreckte Ringspule 2 besteht aus einer ringförmigen Flachwicklung 2b, die einen Innenraum 2g begrenzt. In dem Innenraum 2g ist jeweils eine Kontaktfläche 2c angeordnet, die jeweils mit einer Leiterbahn auf der Rückseite der Leiterplatte 1 elektrisch verbunden ist. Ausgehend von der linken der beiden Kontaktflächen 2c verläuft ein Wicklungsleiter 2d spiralförmig von innen nach außen, um die Flachwicklung 2b der linken gestreckten Ringspule 2 zu bilden. Hierbei verläuft der Wicklungsleiter 2d stadionförmig durch zwei parallele und mit Abstand gegenüberliegende Geradabschnitte 2e, die an ihren Endbereichen über zwei mit Abstand gegenüberliegende 180°-Kurvenabschnitte 2f verbunden sind, um die langgestreckte Form der gestreckten Ringspule 2 zu bilden.
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Wie bereits beschrieben sind die Ringspulen 2 langgestreckt ausgebildet. Deren Längsausrichtung kann durch eine durch die Scheitelpunkte der beiden 180° Kurvenabschnitte 2f laufende zweite Hilfslinie HF1 für die linke gestreckte Ringspule 2 und dritte Hilfslinie HF2 für die rechte gestreckte Ringspule 2 definiert werden. Da die beiden nebeneinander angeordneten gestreckten Ringspulen 2 in Bezug auf Ihre Längserstreckung parallel ausgerichtet sind, verlaufen die zweite Hilfslinie HF1 und die dritte Hilfslinie HF2 parallel zueinander. Eine zwischen den Flachwicklungen 2b der rechten und linken gestreckten Ringspule 2 verlaufende erste Mittellinie MF, über die die Ausrichtung der gestreckten Ringspule 2 definiert werden kann, verläuft ebenfalls parallel zu der zweiten Hilfslinie HF1 und der dritten Hilfslinie HF2.
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Die gestreckten Ringspulen 2 eines Ringspulenpaares 2a weisen einen gemeinsamen Wicklungsleiter 2d auf und sind somit in Reihe geschaltet. Dementsprechend wird von dem Wicklungsleiter 2d der Flachwicklung 2b der linken gestreckten Ringspule 2 auch die Flachwicklung 2b der rechten gestreckten Ringspule 2 gebildet. Hierfür verlässt der Wicklungsleiter 2d die Flachwicklung 2b der linken gestreckten Ringspule 2 in ihren Außenbereich, wird seitlich leicht versetzt und bildet dann spiralförmig von außen nach innen den Wicklungsbereich 2b der rechten gestreckten Ringspule 2. Von innen nach außen gesehen sind die beiden Flachwicklungen 2b gegen den Uhrzeigersinn gewickelt. Am Ende des Wicklungsbereichs 2b der rechten gestreckten Ringspule 2 ist der Wicklungsleiter 2d an einer rechten Kontaktfläche 2c angeschlossen.
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Des Weiteren ist der 2 zu entnehmen, dass die rechte und die linke gestreckte Ringspule 2 zwar nebeneinander aber in Bezug auf die Längsrichtung L leicht gegeneinander versetzt angeordnet sind, so dass bezogen auf die Länge der gestreckten Ringspule 2 die beiden gestreckten Ringspulen 2 etwa um ein Sechstel der Länge einer der gestreckten Ringspulen 2 zueinander versetzt sind. Hierdurch können trotz der schrägen Anordnung auf der Leiterplatte 1, die gestreckten Ringspulen 2 und Rundspulen 3 in Längsrichtung L gesehen nah hintereinander angeordnet werden.
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In der 4 ist eine Ausschnittsvergrößerung von 2 aus dem Bereich eines Paares 3a von Rundspulen 3 gezeigt. Jede Rundspule 3 besteht aus einer kreisrunden Flachwicklung 3b mit einem Innenraum 3e und einer im Innenraum 3e angeordneten Kontaktfläche 3c, die mit einer Leiterbahn auf der Rückseite der Leiterplatte 1 elektrisch verbunden ist. Ausgehend von der linken Kontaktfläche 3c verläuft ein Wicklungsleiter 3d spiralförmig von innen nach außen, um die Flachwicklung 3b der linken Rundspule 3 zu bilden. Auch die Rundspulen 3 eines Rundspulenpaar 3a weisen einen gemeinsamen Wicklungsleiter 3d auf und sind in Reihe geschaltet. Dementsprechend wird von dem Wicklungsleiter 3d der Flachwicklung 3b der linken Rundspule 3 auch die Flachwicklung 3b der rechten Rundspule 3 gebildet. Hierfür verlässt der Wicklungsleiter 3d die Flachwicklung 3b der linken Rundspule 3 in ihren Außenbereich und bildet dann spiralförmig von außen nach innen den Wicklungsbereich 3b der rechten Rundspule 3. Von innen nach außen gesehen sind die beiden Flachwicklungen 3b gegen den Uhrzeigersinn gewickelt. Am Ende des Wicklungsbereichs 3b der rechten Rundspule 3 ist der Wicklungsleiter 3d an einer rechten Kontaktfläche 3c angeschlossen.
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Auch ist in der 2 gezeigt, dass die rechte und die linke Rundspule 3 zwar nebeneinander aber in Bezug auf einen Punkt auf der Längsachse in Längsrichtung L um den gemeinsamen Mittelpunkt gedreht angeordnet sind, so dass bezogen auf den Durchmesser der Rundspule 3 die beiden Rundspulen 3 etwa um drei Viertel des Durchmessers der Rundspule 3 zueinander versetzt sind. Hierdurch können trotz der schrägen Anordnung der Rundspulen 3 auf der Leiterplatte 1, die gestreckten Ringspulen 2 und Rundspulen 3 in Längsrichtung L gesehen nah hintereinander angeordnet werden.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel beschreibt die Sonden als Induktionssonden mit gestreckten Ringspulen 2 und Rundspulen 3. Grundsätzlich ist auch denkbar, andere Spulenformen zu wählen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leiterplatte
- 1a
- Prüfseite
- 2
- gestreckte Ringspule
- 2a
- Ringspulenpaar
- 2b
- Flachwicklung
- 2c
- Kontaktflächen
- 2d
- Wicklungsleiter
- 2e
- Geradabschnitt
- 2f
- 180°-Kurvenabschnitt
- 2g
- Innenraum
- 3
- Rundspule
- 3a
- Rundspulenpaar
- 3b
- Flachwicklung
- 3c
- Kontaktflächen
- 3d
- Wicklungsleiter
- 3e
- Innenraum
- 4
- Rohr
- 5
- Prüfschuh
- a
- erster Winkel
- b
- zweiter Winkel
- B
- Breite
- F1
- Längsfehler
- F2
- Querfehler
- F3
- Schrägfehler
- HF1
- zweite Hilfslinie
- HF2
- dritte Hilfslinie
- HR
- erste Hilfslinie
- M
- Magnetfeld
- MF
- erste Mittellinie
- MR
- zweite Mittellinie
- L
- Längsrichtung
- R
- Rohrachse
