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Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromsonde zur Ermittlung von Schadstellen in aus elektrisch leitfähigem Material hergestellten Rohren, insbesondere von solchen Rohren im Bereich eines die Rohre haltenden Rohrbodens, mit einem eine Mittelachse, vorzugsweise Längsmittelachse, definierenden Spulenträger, der mit mindestens zwei elektrischen Spulen versehen ist, die voneinander elektrisch getrennt und koaxial zu der Mittelachse des Spulenträgers gewickelt sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit einer Spannungsversorgungs- und Auswerteeinheit, die für ein Anlegen einer Wechselspannung an Spulen einer Wirbelstromsonde hergerichtet ist und eine Auswerteeinrichtung aufweist, sowie mit mindestens einer Wirbelstromsonde gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgestattet ist.
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Die Wirbelstromprüfung ist ein etabliertes Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von elektrisch leitfähigen Materialien. Bei dieser Prüfung werden mittels einer wechselstromdurchflossenen Spule einer Prüfsonde, die ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, in dem zu prüfenden Material Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme erzeugen wiederum elektromagnetische Felder, die mit einem Empfangsteil erfasst werden. Bei der Messung wird mittels eines Sensors, der auch die Erregerspule enthalten kann, die Wirbelstromdichte durch das vom Wirbelstrom erzeugte Magnetfeld detektiert. Die gemessenen Parameter sind die Amplitude und die Phasenverschiebung zum Erregersignal. Zur Messung dieser Parameter wird in dem Sensor üblicherweise eine zweite Spule als Empfängerspule verwendet. Bei der Wirbelstromprüfung wird der technische Effekt genutzt, dass die meisten Beschädigungen in einem elektrisch leitfähigen Material eine andere elektrische Leitfähigkeit oder eine andere Permeabilität als das unbeschädigte Material haben. Die Wirbelstromprüfung wird insbesondere zur Erkennung von oberflächenoffenen und oberflächennahen Defekten wie Rissen oder Poren eingesetzt.
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Wirbelstromsonden, die eine Erregerspule und eine davon getrennte Empfängerspule aufweisen, wobei eine Kopplung zwischen der Erregerspule und der Empfängerspule über das Prüfmaterial erfolgt, werden als transformatorische Wirbelstromsonden bezeichnet. Dagegen werden Wirbelstromsonden, bei denen die Erregerspule und die Empfängerspule durch dieselbe Spule gebildet werden, als parametrische Wirbelsonden bezeichnet.
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Des Weiteren wird nach der Art des Aufbaus der Empfängerspulen und der dadurch bedingten Messwerterfassung zwischen sogenannten Absolutspulen und sogenannten Differenzspulen unterschieden, bei denen die Empfängerspulen in Absolutanordnung bzw. in Differenzanordnung betrieben werden.
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Absolutspulen können in relativ kleinen Dimensionen hergestellt werden, so dass sie Messungen mit hoher Ortsauflösung ermöglichen. Bei Absolutspulen hängt die Stärke des Messsignals stark vom Abstand sowie von der Neigung der Empfängerspule gegenüber der Prüflingsoberfläche ab. Ferner hat der laterale Abstand der Messposition gegenüber einem Rand oder einer Kante des zu prüfenden Materials, d.h. dem Übergang zu Luft oder einem Material mit anderer elektrischer Leitfähigkeit, einen erheblichen Einfluss auf die Signalstärke.
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Bei der Differenzspule induzieren wechselstromdurchflossene Spulen der Prüfsonde Wirbelströme in die Prüflingsoberfläche, wobei jede Spule eine oder mehrere gleichsinnig verlaufende Windungen hat und die Windungen der Spulen zueinander gegensinnig verlaufen. Werden die Spulen vom primären und vom sekundären Magnetfeld durchsetzt, entspricht das Messsignal der Differenz der in den Spulen induzierten Spannungen. Im Unterscheid zu Absolutspulen wird an homogenem, defektfreiem Material jeweils keine Signalspannung erzeugt, da an den Spulen der Differenzspule gleiche Bedingungen und somit gleiche induzierte Spannungen vorliegen. Die Differenzspannung bleibt in solchen Fällen unverändert bei null Volt. Wird die Differenzsonde hingegen entlang eines Risses bewegt, wird der induzierte Wirbelstrom teilweise unterbrochen und abgeschwächt. Daraus resultierend erhöht sich zuerst der magnetische Fluss an der einen, dann an der anderen Spule. Dementsprechend ergibt sich eine Differenzspannung. Im Vergleich zur Absolutspule zeichnet sich eine Differenzspule typischerweise durch ein besseres Ansprechverhalten aus und besitzt daher eine hohe Messempfindlichkeit zur Detektion von Defekten wie Rissen. Allerdings müssen bei der Herstellung von Differenzspulen enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden, um den gewünschten Kompensationseffekt der Spulen zu erreichen. Der Kanteneffekt ist bei Differenzspulen in der Regel stärker als bei Absolutspulen. Ferner ergeben sich bei Differenzspulen prinzipbedingt größere Sondengrößen, so dass die erzielbare Ortsaulösung geringer ist als bei Absolutspulen.
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Wirbelstromprüfungen kommen insbesondere zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren aus paramagnetischem, diamagnetischen sowie aus ferromagnetischem Material zur Anwendung. Beispielsweise lassen sich Kondensatorrohre aus Messing, Kupfernickel oder Edelstahl effizient mittels Wirbelstromsonden auf Risse, Korrosion oder andere Inhomogenitäten prüfen.
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Herkömmliche Wirbelstromsonden zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren weisen, wie in 1 skizziert, Spulen 1, 2 auf, die koaxial zu der Längsmittelachse M der Sonde bzw. des prüfenden Rohres um den Spulenträger 3 gewickelt sind. Die von diesen koaxial gewickelten Spulen 1, 2 in das zu prüfende Rohr induzierten Wirbelströme haben eine Flussrichtung, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Rohres verläuft. Die Empfindlichkeit solcher Wirbelstromsonden für eine Detektion von Materialdefekten wie Rissen, die parallel zu der Rohrachse verlaufen, ist deutlich höher als für eine Detektion von Rissen, die in Umfangsrichtung des Rohres verlaufen. Eine weitere Einschränkung solcher herkömmlicher, durch ein zu prüfendes Rohr hindurchgezogener Wirbelstromsonden besteht darin, dass sich das vom Wirbelstrom erzeugte Magnetfeld in erheblichem Maße über die Außenseite des Rohres hinaus erstreckt, so dass die entsprechende Prüfvorrichtung empfindlich auf an der Außenseite des Rohres befindliche elektrisch leitfähige Bauteile wie z. B. Rohrböden oder Stützbleche reagiert. Die Prüfung von Rohrenden im Einwalz- oder Rohrbodenbereich stellt daher mit herkömmlichen Wirbelstromsonden ein erhebliches Problem dar. Dies gilt insbesondere für als Differenzsonden ausgeführte herkömmliche Wirbelstromsonden.
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Zur Lösung dieses Problems wurden rotierende Sondensysteme entwickelt. Diese auch als Wirbelstromrotiersonden bezeichneten Systeme haben einen rotierenden Spulenträger, der mit Spulen versehen ist, deren jeweilige Wickelachse radial zu der Drehachse des Spulenträgers bzw. radial zu der Längsmittelachse des zu prüfenden Rohres verläuft. Diese bekannten Rotiersonden sind aufgrund des rotierenden Spulenträgers und der drehbaren elektrischen Ankopplung der Spulen an das Messkabel des zugehörigen Wirbelstrom-Prüfgeräts vergleichsweise teuer.
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Des Weiteren sind Wirbelstromsonden mit einer Vielzahl von Spulen in tangentialer Anordnung bekannt, die eine Prüfung von Rohrenden im Einwalz- oder Rohrbodenbereich ermöglichen und z. B. mehrere duzende Miniaturspulen aufweisen, deren Wickelachsen radial zu der Mittelachse der Sonde verlaufen, wobei die Spulen nebeneinander, über den Umfang der Sonde verteilt angeordnet sind, und wobei die Wickelebene oder Wickelfläche der jeweiligen Spulen tangential zum Umfang der Sonde liegt. Jedoch sind auch diese vergleichsweise teuer.
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Aus der
US 5 134 367 A ist eine Wirbelstromsonde mit einem rotierenden, kreuzgewickelten Wirbelstromkopf zur Prüfung von Rohren bekannt. Ein Hauptkörperabschnitt dieser Wirbelstromsonde weist einen Spulenbefestigungsarm auf, der schwenkbar in einer in dem Hauptkörperabschnitt ausgebildeten Bohrung angebracht ist, die eine radiale Bewegung des Arms ermöglicht. Eine kreuzgewickelte Wirbelstromspule ist angrenzend an das dem schwenkbaren Befestigungspunkt des Arms gegenüberliegende Ende des Arms angebracht. In dem Hauptkörperabschnitt und dem Spulenbefestigungsarm angebrachte gegenüberliegende Magnete spannen den Arm und die Spule radial nach außen vor, so dass die Spule der Innenfläche des zu prüfenden Rohres folgt und nur einen Punkt in dem Rohr erfasst. Indem der Wirbelstromkopf axial durch das zu prüfende Rohr bewegt wird, während der Wirbelstromkopf gleichzeitig gedreht wird, ergibt sich ein spiralförmiger Prüfungspfad. Diese bekannte Wirbelstromsonde ist für die Prüfung von Rohren vorgesehen, in die eine Hülse eingebracht ist, welche der Abdichtung einer Schadstelle des zu prüfenden Rohres dient.
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Die
US 3 444 459 A beschreibt eine Wirbelstromvorrichtung zur Detektion von Fehlern an zylindrischen Körpern, insbesondere Rohren, die mindestens einen elektrisch leitfähigen Oberflächenabschnitt aufweist. Diese bekannte Vorrichtung weist spiralförmige Spulen auf, die einen Testpfad und damit den zu prüfenden zylindrischen Körper bei der Prüfung umgeben.
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Die
US 4 906 927 A beschreibt eine ähnliche Wirbelstromvorrichtung zur Detektion von Fehlern an Rohren, bei der spiralförmige Spulen das zu prüfende Rohr bei der Prüfung umgeben.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine schnelle und zuverlässige Prüfung von Rohrenden im Einwalz- oder Rohrbodenbereich ohne Messlücke ermöglicht sowie relativ kostengünstig realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird zunächst durch eine Wirbelstromsonde mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einer erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde der eingangs genannten Artist eine erste der Spulen derart ausgebildet ist, dass sie bogenförmige Spulenabschnitte aufweist, die in Bezug auf die Mittelachse zueinander axial versetzt angeordnet sind, wobei die bogenförmigen Spulenabschnitte dieser ersten Spule über mindestens einen doppelkurvenförmigen Spulenabschnitt miteinander verbunden sind, wobei eine zweite der Spulen derart ausgebildet ist, dass sie bogenförmige Spulenabschnitte aufweist, die in Bezug auf die Mittelachse zueinander axial versetzt angeordnet sind, wobei die bogenförmigen Spulenabschnitte dieser zweiten Spule über mindestens einen doppelkurvenförmigen Spulenabschnitt miteinander verbunden sind, und wobei sich die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte der ersten Spule und der zweiten Spule kreuzen.
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Durch diese Ausführung der Spulen einer Wirbelstromsonde der eingangs genannten Art wird erreicht, dass mit der vorzugsweise als Differenzsonde bzw. zur Differenzprüfung ausgeführten Wirbelstromsonde eine Prüfung von Rohrenden im Einwalz- oder Rohrbodenbereich schnell und zuverlässig durchgeführt werden kann, wobei sich die erfindungsgemäße Wirbelstromsonde im Vergleich sowohl zu Wirbelstromrotiersonden als auch zu Wirbelstromsonden mit einer Vielzahl kleiner Spulen in tangentialer Anordnung relativ kostengünstig realisieren lässt. Die erfindungsgemäße Wirbelstromsonde zeichnet sich durch einen relativ einfachen und damit kostengünstigen Aufbau aus.
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Die bogenförmigen Spulenabschnitte der ersten Spule der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde sind vorzugsweise in Umfangsrichtung des Spulenträgers und/oder fluchtend zu den bogenförmigen Spulenabschnitten der zweiten Spule angeordnet. Hierdurch wird ermöglicht, dass ein bogenförmiger Spulenabschnitt der ersten Spule und ein bogenförmiger Spulenabschnitt der zweiten Spule zeitgleich in einen zu prüfenden, im Einwalz- oder Rohrbodenbereich befindlichen Rohrabschnitt bewegt oder in einem solchen Rohrabschnitt angeordnet und beide Spulen für eine taugliche Differenzprüfung genutzt werden können.
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Vorzugsweise sind die bogenförmigen Spulenabschnitte als kreisbogenförmige Spulenabschnitte ausgebildet. Dies ist hinsichtlich der üblichen Konstruktion und Abmessungen von Rohrböden sowie Rohrstützblechen von Vorteil. Ferner bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass sich Ringnuten zur Aufnahme und Lagefixierung der Spulen bzw. Spulenabschnitte kostengünstig herstellen lassen. Die Ringnuten können anschließend an bestimmten Stellen durch Materialabtragung, z. B. durch Fräsen, miteinander verbunden werden, wobei diese Stellen der Anordnung der doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte dienen.
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Beispielsweise fluchtet ein in Richtung der Mittelachse des Spulenträgers gesehen vorderer kreisbogenförmiger Spulenabschnitt der ersten Spule mit einem vorderen kreisbogenförmigen Spulenabschnitt der zweiten Spule, während ein hinterer kreisbogenförmiger Spulenabschnitt der ersten Spule mit einem hinteren kreisbogenförmigen Spulenabschnitt der zweiten Spule fluchtet. Die miteinander fluchtenden Spulenabschnitte liegen jeweils im Wesentlichen in einer quer bzw. orthogonal zu der Mittelachse liegenden Ebene. Die kreisbogenförmigen Spulenabschnitte sind dabei vorzugsweise im Wesentlichen gleich lang. Sie erstrecken sich beispielsweise jeweils über ein Winkelmaß, das im Bereich von ca. 175° bis 180° liegt.
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Die erfindungsgemäße Wirbelstromsonde ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger mit mindestens vier elektrischen Spulen versehen ist, die voneinander elektrisch getrennt und koaxial zu der Mittelachse des Spulenträgers gewickelt sind, wobei eine dritte der Spulen derart ausgebildet ist, dass sie bogenförmige Spulenabschnitte aufweist, die in Bezug auf die Mittelachse zueinander axial versetzt angeordnet sind, wobei die bogenförmigen Spulenabschnitte dieser dritten Spule über mindestens einen doppelkurvenförmigen Spulenabschnitt miteinander verbunden sind, wobei eine vierte der Spulen derart ausgebildet ist, dass sie bogenförmige Spulenabschnitte aufweist, die in Bezug auf die Mittelachse zueinander axial versetzt angeordnet sind, wobei die bogenförmigen Spulenabschnitte dieser vierten Spule über mindestens einen doppelkurvenförmigen Spulenabschnitt miteinander verbunden sind, wobei sich die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte der dritten Spule und der vierten Spule in einer Stelle kreuzen, die von einer Stelle, an der sich die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte der ersten Spule und der zweiten Spule kreuzen, um ein Winkelmaß beabstandet ist, und wobei der Scheitelpunkt des Winkels auf der Mittelachse liegt.
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Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine Messlücke, die sich an der Stelle ergibt, an welcher sich die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte der ersten Spule und der zweiten Spule kreuzen, schließen, indem ein aufgrund der Messlücke nicht erfasster Bereich des zu prüfenden Rohres mittels eines bogenförmigen Spulenabschnitts der dritten Spule bzw. der vierten Spule erfasst wird.
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Das Winkelmaß, um welches die Stelle, an welcher sich die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte der dritten Spule und der vierten Spule kreuzen, von der Stelle, an der sich die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte der ersten Spule und der zweiten Spule kreuzen, beabstandet ist, liegt beispielsweise im Bereich von 5° bis 175°, vorzugsweise im Bereich von 80° bis 100°.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen, die jeweils mindestens einen doppelkurvenförmigen Spulenabschnitt aufweisen, bezogen auf die Mittelachse des Spulenträgers im Wesentlichen gleichmäßig axial voneinander beabstandet sind. Diese Ausgestaltung ist für eine lückenlose Differenzprüfung eines zu prüfenden Rohres und hinsichtlich einer dazu geeigneten Messtechnik, insbesondere elektrotechnischen Messschaltung, von Vorteil.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde sieht vor, dass der Spulenträger mit mindestens sechs elektrischen Spulen versehen ist, die voneinander elektrisch getrennt und koaxial zu der Mittelachse des Spulenträgers gewickelt sind, wobei eine fünfte und eine sechste der Spulen als ringförmige, vorzugsweise kreisringförmige Spulen ausgebildet sind, die entlang ihres vollständigen Umfangs im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die sechste Spule ist vorzugsweise gegensinnig zu der fünften Spule um den Spulenträger gewickelt. Die fünfte und die sechste der Spulen sind dabei vorzugsweise Differenzspulen, die koaxial zu der Längsmittelachse der Sonde bzw. des prüfenden Rohres um den Spulenträger gewickelt sind. Die fünfte und die sechste der Spulen liefern bei der Rohrprüfung außerhalb eines Einwalz- oder Rohrbodenbereichs ein ruhigeres Messsignalbild als die anderen Spulen, die jeweils mindestens einen doppelkurvenförmigen Spulenabschnitt aufweisen. Somit lässt sich die Rohrprüfung außerhalb eines Einwalz- oder Rohrbodenbereichs in gewohnter Weise relativ schnell und zuverlässig durchführen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde sind die fünfte und die sechste Spule bezogen auf die Mittelachse axial weiter von den Spulen, die jeweils mindestens einen doppelkurvenförmigen Spulenabschnitt aufweisen, beabstandet als diese letztgenannten Spulen voneinander. Diese Ausgestaltung ist günstig, um eine messtechnische Beeinflussung der fünften Spule und der sechsten Spule einerseits von den Spulen mit doppelkurvenförmigen Spulenabschnitten andererseits und umgekehrt zu verhindern.
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Der Spulenträger der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei die Spulen bei einer mehrteiligen Ausführung des Spulenträgers auf verschiedenen Teilen des Spulenträgers angeordnet sein können. Beispielsweise können eine oder mehrere Spulen der besagten Spulen auf einem Teil des Spulenträgers und eine oder mehrere andere Spulen der besagten Spulen auf einem anderen Teil des Spulenträgers angeordnet sein.
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Für eine Differenzprüfung sind die Spulen, deren doppelkurvenförmige Spulenabschnitte sich kreuzen, vorzugsweise gegensinnig um den Spulenträger gewickelt.
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Die erfindungsgemäße Wirbelstromsonde ist vorzugsweise als parametrische Wirbelstromsonde ausgeführt, so dass jede der Spulen als Erregerspule und als Empfängerspule genutzt wird.
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Des Weiteren wird die oben angegebene Aufgabe durch ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Das erfindungsgemäße Wirbelstrom-Prüfgerät umfasst eine Spannungsversorgungs- und Auswerteeinheit, die für ein Anlegen einer Wechselspannung an Spulen einer Wirbelstromsonde hergerichtet ist und eine Auswerteeinrichtung aufweist, sowie mindestens eine erfindungsgemäße Wirbelstromsonde entsprechend einer der voranstehenden Ausgestaltungen, wobei die Spannungsversorgungs- und Auswerteeinheit eine Messeinrichtung in Form einer Brückenschaltung, vorzugsweise einer Wheatstone'sche Messbrücke aufweist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wirbelstrom-Prüfgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung mit einer Anzeigevorrichtung versehen ist, die einen oder mehrere Bildschirme aufweist, der geeignet ist bzw. die geeignet sind, Messsignale von verschiedenen Spulenpaaren auf unterschiedlichen Bildschirmabschnitten oder auf unterschiedlichen Bildschirmen anzuzeigen. Diese Ausgestaltung des Wirbelstrom-Prüfgerätes ist insbesondere von Vorteil, wenn die daran angeschlossene Wirbelstromsonde die oben angegebenen Spulenpaare mit sich kreuzenden doppelkurvenförmigen Spulenabschnitten und zudem das Spulenpaar aus ringförmigen, vorzugsweise kreisringförmigen Spulen aufweist, die entlang ihres vollständigen Umfangs im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Wirbelstromsonde zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren aus elektrisch leitfähigem Material, in einer Draufsicht bzw. Längsseitenansicht;
- 2 eine erfindungsgemäße Wirbelstromsonde zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren aus elektrisch leitfähigem Material, in einer Draufsicht bzw. Längsseitenansicht;
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren aus elektrisch leitfähigem Material, in einer Draufsicht bzw. Längsseitenansicht; und
- 4 ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit einer erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren aus elektrisch leitfähigem Material, in einer Draufsicht bzw. Längsseitenansicht.
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Die in 2 skizzierte Wirbelstromsonde 4 hat einen zylindrischen Grundkörper 5, der mit einem zylindrischen oder ringförmigen Spulenträger 3 versehen ist. Der Spulenträger 3 definiert eine Längsmittelachse M. Er ist vorzugsweise aus verschleißfestem Kunststoff gefertigt und weist umlaufende Nuten 6 für die Aufnahme von elektrischen Spulen 7, 8, 9, 10 auf. Der die Spulen 7, 8, 9,10 aufweisende Abschnitt des Spulenträgers 3 ist in 2 vergrößert dargestellt. In dem Spulenträger 3 sind radiale Aussparungen angeordnet, die in mindestens eine radiale Aussparung im Grundkörper 5 münden. Durch diese radialen Aussparungen sind Anschlussdrähte der Spulen 7, 8, 9, 10 in eine zentrale axiale Aussparung des zylindrischen Grundkörpers 5 geführt und dort mit Enden von Litzendrähten elektrisch leitend verbunden (z. B. durch Löten). Die Litzendrähte haben jeweils einen Isoliermantel und sind in die zentrale axiale Aussparung des zylindrischen Grundkörpers 5 eingeführt. Die Verbindungen der Anschlussdrähte an den Litzendrähten sowie die dortigen Enden der Isoliermäntel der Litzendrähte sind vorzugsweise mit dem zylindrischen Grundkörper 5 durch Einbringen einer Isoliergießmasse in die zentrale Aussparung vergossen. Die Außenseite des Spulenträgers 3 oder zumindest die Außenseite der Spulen 7, 8, 9, 10 ist mit einer abriebfesten Schicht versehen.
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An seinen Stirnenden ist der zylindrische Grundkörper 5 mit Zentrierkörpern 11, 12 versehen. Mindestens einer der Zentrierkörper (z. B. der Zentrierkörper 12) weist auf seiner dem Spulenträger 3 abgewandten Seite ein Anschlussstück für einen Zug- oder Schubschlauch 13 auf. In dem Zug- oder Schubschlauch 13 sind die mit Isoliermänteln versehenen Litzendrähte angeordnet, deren dem Grundkörper 5 abgewandte Enden unmittelbar über einen Kontaktstecker oder unter Zwischenordnung von Koaxialkabeln mit einem Wirbelstrom-Prüfgerät verbunden sind. Optional kann in dem Zug- oder Schubschlauch 13 auch ein Zugseil angeordnet sind, dessen Ende mit dem zylindrischen Grundkörper 5 verbunden ist.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Wirbelstromsonde 4 sich kreuzende Spulen 7, 8, 9, 10 auf. Hierzu sind die der Aufnahme der Spulendrähte bzw. Spulen 7, 8, 9, 10 dienenden Nuten 6 an bestimmten Stellen miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Nuten 6 im Bereich der Kreuzungsstellen 14, 15 tiefer und/oder breiter ausgebildet als im restlichen Nutverlauf, so dass die Kreuzungsstellen 14, 15 der Spulen 7, 8, 9, 10 einschließlich ihrer außenseitig aufgebrachten abriebfesten Schicht nicht nach außen über die Außenfläche des Spulenträgers 3 vorstehen.
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Die Spulen 7, 8, 9, 10 sind voneinander elektrisch getrennt. Sie sind aus mit einer Isolierhülle ummanteltem Draht gewickelt, wobei der Draht einer Spule 7 oder 9 gegensinnig zu dem Draht der benachbarten Spule 8 bzw. 10 um den Spulenträger 3 gewickelt ist. Eine erste (7) der Spulen ist derart ausgebildet, dass sie bogenförmige, vorzugsweise kreisbogenförmige Spulenabschnitte 7.1, 7.2 aufweist, die in Bezug auf die Längsmittelachse M des zylindrischen Spulenträgers 3 zueinander axial versetzt angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die erste Spule 7 zwei kreisbogenförmige Spulenabschnitte 7.1, 7.2 auf, die über zwei doppelkurvenförmige Spulenabschnitte 7.3 miteinander verbunden sind. In 2 ist lediglich einer dieser doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte 7.3 der Spule 7 zu sehen. Eine zweite (8) der Spulen ist entsprechend der ersten Spule 7 ausgebildet, indem sie ebenfalls zwei kreisbogenförmige Spulenabschnitte 8.1, 8.2 aufweist, die in Bezug auf die Mittelachse M zueinander axial versetzt angeordnet sind, wobei die kreisbogenförmigen Spulenabschnitte 8.1, 8.2 der zweiten Spule 8 ebenfalls über zwei doppelkurvenförmige Spulenabschnitte 8.3 miteinander verbunden sind. In 2 ist wiederum lediglich einer dieser doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte 8.3 der zweiten Spule 8 zu sehen. Zudem sind die beiden Spulen 7 und 8 derart ausgebildet, dass sich ihre doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte 7.3, 8.3 einander kreuzen.
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Des Weiteren ist aus 2 ersichtlich, dass die kreisbogenförmigen Spulenabschnitte 7.1, 7.2 der ersten Spule 7 mit den kreisbogenförmigen Spulenabschnitten 8.1, 8.2 der zweiten Spule fluchten. Anders ausgedrückt, fluchtet ein in Richtung der Mittelachse M gesehen vorderer kreisbogenförmiger Spulenabschnitt 7.1 der ersten Spule 7 mit einem vorderen kreisbogenförmigen Spulenabschnitt 8.1 der zweiten Spule 8, während ein hinterer kreisbogenförmiger Spulenabschnitt 7.2 der ersten Spule 7 mit einem hinteren kreisbogenförmigen Spulenabschnitt 8.2 der zweiten Spule 8 fluchtet. Die miteinander fluchtenden Spulenabschnitte 7.1, 8.1 bzw. 7.2, 8.2 liegen jeweils im Wesentlichen in einer quer bzw. orthogonal zu der Mittelachse M liegenden Ebene. Die kreisbogenförmigen Spulenabschnitte 7.1, 7.2, 8.1 8.2 sind im Wesentlichen gleich lang und erstrecken sich jeweils über ein Winkelmaß, das im Bereich von ca. 175° bis 180° liegt.
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Neben dem aus der ersten Spule 7 und der zweiten Spule 8 gebildeten Spulenpaar weist die in 2 skizzierte Wirbelstromsonde 4 vorzugsweise ein zweites Spulenpaar 9, 10 auf, so dass der Spulenträger 3 mit mindestens vier elektrischen Spulen 7, 8, 9, 10 versehen ist, die voneinander elektrisch getrennt und koaxial zu der Mittelachse M des Spulenträgers 3 gewickelt sind. Das zweite Spulenpaar 9, 10 ist ähnlich dem aus der ersten Spule 7 und der zweiten Spule 8 bestehenden Spulenpaar 7, 8 ausgeführt, indem eine dritte Spule 9 ebenfalls bogenförmige, vorzugsweise kreisbogenförmige Spulenabschnitte 9.1, 9.2 aufweist, die in Bezug auf die Längsmittelachse M des Spulenträgers 3 zueinander axial versetzt angeordnet sind. Auch sind die kreisbogenförmigen Spulenabschnitte 9.1, 9.2 über zwei doppelkurvenförmige Spulenabschnitte 9.3 miteinander verbunden. Eine vierte (10) der Spulen ist entsprechend der dritten Spule 9 ausgebildet, indem sie ebenfalls zwei kreisbogenförmige Spulenabschnitte 10.1, 10.2 aufweist, die in Bezug auf die Mittelachse M des Spulenträgers 3 zueinander axial versetzt angeordnet sind, wobei diese Spulenabschnitte 10.1, 10.2 ebenfalls über zwei doppelkurvenförmige Spulenabschnitte 10.3 miteinander verbunden sind. Die dritte und vierte Spule 9, 10 sind wiederum derart ausgebildet, dass sich ihre doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte 9.3, 10.3 einander kreuzen.
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Die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte 9.3, 10.3 kreuzen an einer Stelle, die von einer Stelle, an welcher sich die doppelkurvenförmigen Spulenabschnitte 7.3, 8.3 der ersten Spule 7 und der zweiten Spule 8 kreuzen, um ein Winkelmaß im Bereich von vorzugsweise 80° bis 100°, beispielsweise von ca. 90° beabstandet ist. Der Scheitelpunkt des Winkels liegt dabei auf der Mittelachse M des zylindrischen Spulträgers 3. Die vier Spulen 7, 8, 9, 10 sind bezogen auf die Mittelachse M des Spulenträgers 3 im Wesentlichen gleichmäßig axial voneinander beabstandet.
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Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde unterscheidet sich von dem in 2 skizzierten Beispiel dadurch, dass der Spulenträger 3 mit mindestens sechs elektrischen Spulen 1, 2, 7, 8, 9, 10 versehen ist, die voneinander elektrisch getrennt und koaxial zu der Mittelachse M des Spulenträgers 3 gewickelt sind, wobei eine fünfte und eine sechste der Spulen 1, 2 als ringförmige Spulen ausgebildet sind, die entlang ihres vollständigen Umfangs im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Der die Spulen 1, 2, 7, 8, 9, 10 aufweisende Abschnitt des Spulenträgers 3 ist in 3 vergrößert dargestellt. Das aus der fünften Spule 1 und der sechsten Spule 2 gebildete zusätzliche Spulenpaar 1, 2 entspricht beispielsweise einem herkömmlichen Spulenpaar 1, 2 gemäß 1. Die fünfte Spule 1 sowie die sechste Spule 2 sind vorzugsweise jeweils im Wesentlichen kreisringförmig ausgeführt.
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Des Weiteren ist in 3 gezeigt, dass die fünfte und die sechste Spule 1, 2 bezogen auf die Mittelachse M des Spulenträgers 3 axial weiter von den sich kreuzenden Spulen 7, 8, 9, 10 beabstandet sind als letztere voneinander.
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Die Wirbelstromsonde 4 gemäß 2 oder 3 ist an ein Wirbelstrom-Prüfgerät 20 angeschlossen (4). Das Prüfgerät 20 hat eine Spannungsversorgungs- und Auswerteeinheit, die für ein Anlegen einer Wechselspannung an die Spulen 7, 8, 9, 10 und gegebenenfalls die Spulen 1, 2 der Wirbelstromsonde 4 hergerichtet ist und eine Auswerteeinrichtung aufweist. Die Spannungsversorgungs- und Auswerteeinheit umfasst eine Messeinrichtung in Form einer Brückenschaltung, vorzugsweise einer Wheatstone'sche Messbrücke. Die Auswerteeinrichtung des Prüfgerätes 20 ist mit einer Anzeigevorrichtung versehen, die einen oder mehrere Bildschirme 21 aufweist, der oder die geeignet sind, Messsignale von verschiedenen Spulenpaaren 7, 8 und 9, 10 und/oder 1, 2 auf unterschiedlichen Bildschirmabschnitten oder auf unterschiedlichen Bildschirmen anzuzeigen.
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Mittels der Wirbelstromsonde 4 gemäß 2 oder 3 lassen sich Schadstellen, insbesondere Risse in aus elektrisch leitfähigem Material hergestellten Rohren im Bereich eines die Rohre haltenden Rohrbodens oder Stützblechs ermitteln bzw. detektieren, wobei die Wirbelstromsonde 4 in Kombination mit einem Wirbelstrom-Prüfgerät 20 der voranstehend genannten Art verwendet wird.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung skizzierten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind eine Vielzahl von Varianten denkbar, die auch bei von den skizzierten Beispielen abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.
