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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Drahtschäden erkennt, indem es Ultraschallschwingungen in einem Seil durch Magnetostriktionseffekt erzeugt.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Bei herkömmlichen magnetostriktiven Drahtseilsonden sind eine Vielzahl von Magneten und ein Paar Spulenbaugruppen so angeordnet, dass sie den gesamten Umfang eines Drahtseils umgeben. Zwischen jeder der Spulenbaugruppen und dem Drahtseil ist ein magnetostriktives Band angeordnet.
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Jeder der Magnete beaufschlagt das Drahtseil und das magnetostriktive Band mit einem Gleichstrommagnetfeld. Das Drahtseil wird mit Ultraschallwellen beaufschlagt, indem ein Wechselstrommagnetfeld unter Verwendung der Spulenanordnung angelegt wird, um das magnetostriktive Band durch den Magnetostriktionseffekt in Schwingung zu versetzen. Reflektierte Ultraschallwellen durch Beschädigung des Drahtseils werden von der Spulenanordnung durch umgekehrten Magnetostriktionseffekt im magnetostriktiven Band detektiert (siehe z.B. Patentliteratur 1).
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LISTE DER ZITIERUNGEN
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Patentliteratur
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[Patentliteratur 1]
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ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEM, DAS DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN IST
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Bei herkömmlichen magnetostriktiven Sensorsonden wie der oben beschriebenen umgibt die Sonde den gesamten Umfang des Drahtseils, um Anomalien über den gesamten Umfang des Drahtseils zu erkennen. Aus diesem Grund dauert es lange, die Sonde zu montieren. Darüber hinaus ist die Gesamtgröße der Sonde groß, und wenn zwei oder mehr Drahtseile in unmittelbarer Nähe angeordnet sind, wie beispielsweise in Aufzügen, ist es möglicherweise nicht möglich, die Sonde zu montieren.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung bereitzustellen, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Schäden an einem Drahtseil unter Verwendung eines kompakten Aufbaus erkennen kann, indem sie nur einem Umfangsabschnitt einer äußeren Umfangsfläche des Drahtseils zugewandt ist.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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Bei einer Seilschadendiagnose-Testvorrichtung, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Beschädigung in einem Drahtseil erkennt, um dessen Außenumfang herum eine Vielzahl von Außenlagensträngen angeordnet sind, wobei jeder der Außenlagenstränge eine Vielzahl von Außenlagendrähten aufweist, die um einen Außenumfang davon angeordnet sind, weist die Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf: einen Ultraschall-Applikator, der aufweist: einen Magneten, der das Drahtseil mit einem Gleichstrommagnetfeld beaufschlagt; und eine Erregungsspule, die das Drahtseil mit einem Wechselstrommagnetfeld beaufschlagt, wobei der Ultraschall-Applikator Ultraschallwellen in dem Drahtseil erzeugt, indem er das Drahtseil aufgrund des Magnetostriktionseffekts in Schwingung versetzt; und einen Detektor, der ein Detektionselement aufweist, das Änderungen in einem Ausbreitungszustand der Ultraschallwellen im Drahtseil detektiert, und die Erregungsspule und das Detektionselement in einem Parallelogramm angeordnet sind, das als erste gegenüberliegende Seitenlänge eine Länge eines Abschnitts des Drahtseils aufweist, in dem einer der Außenlagenstränge einen Umlauf um das Drahtseil macht, und das als zweite gegenüberliegende Seitenlänge ein Produkt eines Durchmessers und einer Anzahl der Außenlagendrähte aufweist, die in einem der Außenlagenstränge enthalten sind.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Bei der Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, weil die Erregungsspule und das Detektionselement in einem Parallelogramm angeordnet sind, das als erste gegenüberliegende Seitenlänge eine Länge eines Abschnitts des Drahtseils aufweist, in dem einer der Außenlagenstränge einen Umlauf um das Drahtseil macht, und das als zweite gegenüberliegende Seitenlänge ein Produkt eines Durchmessers und einer Anzahl der Außenlagendrähte aufweist, die in einem der Außenlagenstränge enthalten sind, kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Beschädigungen im Drahtseil unter Verwendung eines kompakten Aufbaus erkannt werden, indem sie nur einem Umfangsabschnitt einer äußeren Umfangsfläche des Drahtseils zugewandt ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schrägansicht, die eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist ein Schaltplan für die Seilschadendiagnose-Testvorrichtung in 1;
- 3 ist ein Querschnitt eines Drahtseils aus 1;
- 4 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Layout einer Erregungsspule in Bezug auf das Drahtseil aus 1 zeigt, das parallel zu einer Richtung betrachtet wird, die senkrecht zu einer Längsrichtung des Drahtseils verläuft;
- 5 ist ein Aufbaudiagramm, das eine erste Variation der Erregungsspule in 4 zeigt;
- 6 ist ein Aufbaudiagramm, das eine zweite Variation der Erregungsspule in 4 zeigt;
- 7 ist ein Aufbaudiagramm, das eine dritte Variation der Erregungsspule in 4 zeigt;
- 8 ist eine Schrägansicht, die eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 9 ist eine Schrägansicht, die eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen erläutert.
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Ausführungsform 1
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1 ist eine Schrägansicht, die eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist ein Schaltplan für die Seilschadendiagnose-Testvorrichtung in 1. In den Figuren ist ein Gehäuse 1 eines Seilschaden-Diagnosegerätes so angeordnet, dass es einem Längsabschnitt eines Drahtseils 2 zugewandt ist. Während des Testens des Drahtseils 2 wird das Drahtseil 2 relativ zum Gehäuse 1 bewegt. In 1 ist das Gehäuse 1 transparent dargestellt.
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Ein Ultraschall-Applikator 3, eine Erregungsquelle 4, ein Detektor 5 und eine Signalverarbeitungseinheit 6 sind im Gehäuse 1 untergebracht. Der Ultraschall-Applikator 3 verfügt über einen Beaufschlagungsmagneten 7 und eine Erregungsspule 8. Der Beaufschlagungsmagnet 7 besteht aus einem Permanentmagneten und beaufschlagt das Drahtseil 2, das einen Magnetkörper bildet, mit einem Gleichstrommagnetfeld. Die Erregungsspule 8 beaufschlagt das Drahtseil 2 mit einem Wechselstrommagnetfeld und lässt Induktionsströme (Wirbelströme, Wechselströme) in Umfangsrichtung des Drahtseils 2 fließen.
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Der Ultraschall-Applikator 3 lässt das Drahtseil 2 durch Magnetostriktionseffekt axial schwingen, was Ultraschallwellen im Drahtseil 2 erzeugt. Die im Drahtseil 2 erzeugten Ultraschallwellen breiten sich axial durch das Drahtseil 2 entlang einer schraubenförmigen Drahtstruktur aus. Wenn im Drahtseil 2 eine Beschädigung, d.h. ein Drahtbruch vorliegt, werden die Ultraschallwellen an der Schadstelle reflektiert oder deutlich gedämpft.
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Die Erregungsquelle 4 ist mit der Erregungsspule 8 verbunden und verfügt über eine Hochfrequenzquelle 4a, die hochfrequenten elektrischen Strom in einem kHz- bis MHz-Bereich erzeugt.
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Der Detektor 5 ist so angeordnet, dass er in Längsrichtung des Drahtseils 2 vom Ultraschall-Applikator 3 beabstandet ist. Der Detektor 5 hat: einen Detektionsmagneten 9; und eine Detektionsspule 10, die als Detektionselement fungiert. Der Detektionsmagnet 9 besteht aus einem Permanentmagneten und beaufschlagt das Drahtseil 2 mit einem Gleichstrommagnetfeld. Die Detektionsspule 10 detektiert die Ultraschallwellen, die sich durch das Drahtseil 2 ausbreiten, als Wechselspannung. Die Detektionsspule 10 detektiert dabei Veränderungen im Ausbreitungszustand der Ultraschallwellen im Drahtseil 2.
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Die Signalverarbeitungseinheit 6 weist eine Wellenform-Bestimmungsschaltung 11 und eine Steuerungskommunikationsschaltung 12 auf. Die Wellenform-Bestimmungsschaltung 11 detektiert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Drahtbruch im Drahtseil 2 aus einer hochfrequenten elektrischen Stromwellenform und der Detektionsspannungswellenform in der Detektionsspule 10. Die Steuerungskommunikationsschaltung 12 steuert die Hochfrequenzquelle 4a und die Wellenform-Bestimmungsschaltung 11. Die Steuerungskommunikationsschaltung 12 überträgt auch Messergebnisse, d.h. Informationen über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Drahtbrüchen, an einen externen Computer. Darüber hinaus empfängt die Steuerungskommunikationsschaltung 12 Signale vom externen Computer wie Betriebseinstellungen, d.h. Beginn und Ende der Messung, Frequenz und Amplitude der Hochfrequenzquelle 4a, Kriterien für Drahtbruch usw.
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3 ist ein Querschnitt eines Drahtseils aus 1 und zeigt einen Querschnitt, der senkrecht zu einer Längsrichtung verläuft. Das Drahtseil 2 hat: ein Kernseil 21, das zentral angeordnet ist; und eine Vielzahl von Außenlagensträngen22a bis 22h, die um einen Außenumfang des Kernseils 21 herum miteinander verdrillt sind. In diesem Beispiel werden acht Außenlagenstränge 22a bis 22h verwendet. Eine Querschnittskonstruktion des Kernseils 21 entfällt in 3, aber es können verschiedene Konstruktionen hierfür verwendet werden.
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Jeder der Außenlagenstränge 22a bis 22h ist ein Litzendraht, der aufweist: einen zentralen Draht 23 aus Stahl; neun äußere Schichtdrähte 24 aus Stahl, die an einem äußeren Umfang angeordnet sind; und neun Zwischendrähte 25 aus Stahl, die zwischen dem zentralen Draht 23 und den Außenlagendrähten 24 angeordnet sind. Ein Durchmesser der Zwischendrähte 25 ist kleiner als ein Durchmesser des zentralen Drahtes 23 und ein Durchmesser der Außenlagendrähte 24.
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Bei Aufzugsdrahtseilen 2 kann es zu einem Bruch der Außenlagendrähte 24 der Außenlagenstränge 22a bis 22h an den Abschnitten, die Seilrollen berühren, kommen, als „Kronenbruch“ bezeichnet, und zu einem Bruch der Außenlagendrähte 24 an den Abschnitten, die die benachbarten Außenlagenstränge 22a bis 22h, genannt „Talbruch“, berühren.
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4 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Layout der Erregungsspule 8 in Bezug auf das Drahtseil 2 aus 1 zeigt, das parallel zu einer Richtung (einer Z-Achsen-Richtung) betrachtet wird, die senkrecht zu einer Längsrichtung des Drahtseils verläuft 8. Die Erregungsspule 8 ist in einem Parallelogramm angeordnet, das als erste gegenüberliegende Seitenlänge eine Länge eines Abschnitts des Drahtseils 2 aufweist, in dem eine einzelner Außenlagenstrang, wie beispielsweise der Außenlagenstrang 22a, einen Umlauf um das Drahtseil 2 macht, und das als zweite gegenüberliegende Seitenlänge ein Produkt aus einem Durchmesser und einer Anzahl der Außenlagendrähte 24 aufweist, die in einem einzelnen Außenlagenstrang, wie beispielsweise der Außenlagenstrang 22a, enthalten sind.
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In 4 ist die Erregungsspule 8 um den Außenumfang des Parallelogramms herum angeordnet, um so den Bereich des oben genannten Parallelogramms vollständig zu umgeben. Somit wird die Erregungsspule 8 einen identischen Außenlagendraht 24 nicht gleichzeitig an zwei oder mehr Positionen mit Ultraschallwellen beaufschlagen, während alle Außenlagendrähte 24 aller Außenlagenstränge 22a bis 22h mit Ultraschallwellen beaufschlagt werden.
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Die Detektorspule 10 ist ebenfalls ähnlich oder identisch zur Erregungsspule 8 angeordnet. Somit wird die Detektionsspule 10 nicht gleichzeitig Ultraschallwellen von einem identischen Außenlagendraht 24 an zwei oder mehr Positionen erfassen, während sie die Ultraschallwellen von allen Außenlagendrähten 24 aller Außenlagenstränge 22a bis 22h detektiert.
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Die aufgrund der Vibration des Drahtseil 2 erzeugten Ultraschallwellen breiten sich axial durch das Drahtseil 2 entlang einer schraubenförmigen Drahtstruktur aus 24. Bei Unregelmäßigkeiten im Inneren des Drahtseils 2 reflektieren oder dämpfen die Ultraschallwellen an dieser Stelle. Der Detektor 5 detektiert die Ultraschallwellen, die als Wechselspannung durch das Drahtseil 2 verlaufen, durch umgekehrte Umwandlung der angelegten Ultraschallwellen. Somit wird eine Beschädigung des Drahtseils 2 durch Wechselstromschwankungen erkannt.
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Bei einer derartigen Seilschadendiagnose-Testvorrichtung, da die Erregungsspule 8 und die Detektionsspule 10 auf den oben genannten Parallelogrammen angeordnet sind, kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Beschädigung des Drahtseils 2 unter Verwendung eines kompakten Aufbaus detektiert werden, indem sie nur einem Umfangsabschnitt einer äußeren Umfangsfläche des Drahtseils 2 zugewandt ist.
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Die Montage und Demontage des Gerätes kann somit in kurzer Zeit erfolgen. Darüber hinaus kann die Vorrichtung auch dann noch leicht montiert werden, wenn zwei oder mehr Drahtseile 2 in unmittelbarer Nähe angeordnet sind, wie z.B. bei Aufzügen.
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Darüber hinaus ist in dem vorstehenden Beispiel die Erregungsspule 8 so angeordnet, dass sie den Bereich des vorgenannten Parallelogramms vollständig umschließt, aber die Erregungsspule 8 kann in segmentierte Spulen 8a bis 8h unterteilt werden, die der Anzahl der Außenlagenstränge 22a bis 22h entsprechen, so dass benachbarte segmentierte Spulen verbunden sind, wie in 5 dargestellt. Wie in 6 dargestellt, können die benachbarten segmentierten Spulen 8a bis 8h in umgekehrter Richtung angeschlossen werden. Modifikationen, die denen der Erregungsspule 8 ähnlich oder identisch sind, sind auch für die Detektionsspule 10 möglich.
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Wie in 7 dargestellt, kann jeder der Außenlagenstränge 22a bis 22h mit Ultraschallwellen beaufschlagt werden, ohne die segmentierten Spulen 8a bis 8h miteinander zu verbinden, wobei Ultraschallwellen auch in der Detektionsspule 10 für jeden der Außenlagenstränge 22a bis 22h detektiert werden. Das Signal-Rausch-Verhältnis in der Drahtbrucherkennung kann dadurch verbessert werden.
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Darüber hinaus ist das Detektionselement nicht auf die Detektionsspule 10 beschränkt und kann beispielsweise ein Hall-Element oder ein magnetoresistives Element sein. Als magnetoresistives Element kann ein anisotropes magnetoresistives (AMR) Element, ein supermagnetoresistives (GMR) Element oder ein Tunnel-magnetoresistives (TMR) Element verwendet werden.
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Ausführungsform 2
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8 ist eine Schrägansicht, die eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. In Ausführungsform 2 detektiert eine Erregungsspule 8 reflektierte Ultraschallwellen, die sich nach der Beaufschlagung mit Ultraschallwellen durch ein Drahtseil 2 ausbreiten. Mit anderen Worten, die Erregungsspule 8 wird als weitere Detektionsspule verwendet, und reflektierte Wellen von einem beschädigten Abschnitt 2a des Drahtseils 2 werden von der Erregungsspule 8 detektiert. Ein verbleibender Teil des Aufbaus ist ähnlich oder identisch mit dem von Ausführungsform 1.
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Bei einer derartigen Seilschadendiagnose-Testvorrichtung kann das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Drahtbrucherkennung verbessert werden, indem die reflektierten Wellen aus dem beschädigten Abschnitt 2a zusätzlich zu den Ultraschallwellen detektiert werden, die durch einen Abschnitt des Drahtseils 2 zwischen dem Ultraschall-Applikator 3 und dem Detektor 5 übertragen werden.
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Darüber hinaus kann durch den Vergleich der Ankunftszeiten der reflektierten Ultraschallwellen und der gesendeten Wellen der Abstand von der Erregungsspule 8 zum beschädigten Abschnitt 2a ermittelt und Geschwindigkeitsschwankungen der Ultraschallwellen aufgrund von Spannungsschwankungen des Drahtseils 2 können aufgehoben werden.
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Darüber hinaus ist eine Modifikation des Aufbaus der Erregungsspule 8 und der Detektionsspule 10 in ähnlicher oder identischer Weise wie bei Ausführungsform 1 auch in Ausführungsform 2 möglich.
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Eine Modifikation des Detektionselements im Detektor 5 in ähnlicher oder identischer Weise wie bei Ausführungsform 1 ist auch bei Ausführungsform 2 möglich.
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Ausführungsform 3
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Als nächstes ist 9 eine Schrägansicht, die eine Seilschadendiagnose-Testvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Ausführungsform 3 entfällt ein Detektor 5 aus dem Aufbau von Ausführungsform 2. Der Ultraschall-Applikator 3 dient auch als Detektor, indem die Erregungsspule 8 auch als Detektionselement verwendet wird. Die Erregungsspule 8 detektiert reflektierte Ultraschallwellen, die sich nach der Beaufschlagung mit Ultraschallwellen durch ein Drahtseil 2 ausbreiten. Die Signalverarbeitungseinheit 6 erkennt unter Verwendung der reflektierten Ultraschallwellen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Drahtbrüchen.
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Bei einer derartigen Seilschadendiagnose-Testvorrichtung kann die Gesamtgröße durch Weglassen des Detektors 5 reduziert werden.
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Darüber hinaus ist eine Modifikation des Aufbaus der Erregungsspule 8 in ähnlicher oder identischer Weise wie bei Ausführungsform 1 auch in Ausführungsform 3 möglich.
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Bei den Ausführungsformen 1 bis 3 können Elektromagnete als Magnete verwendet werden, die das Drahtseil 2 mit Gleichstrommagnetfeldern beaufschlagen.
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Darüber hinaus kann die Seilschadendiagnose-Testvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch auf andere Seile als Aufzugsseile angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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