DE1934799U

DE1934799U - DEVICE FOR MEASURING METALLIC PROTECTIVE COATINGS.

Info

Publication number: DE1934799U
Application number: DEH54316U
Authority: DE
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1966-01-20
Filing date: 1966-01-20
Publication date: 1966-03-17

Description

RA. 032272*20.1.66RA. 032272 * 1/20/66

^ meta.lliaop.$r_ S c im tji se Mc h ten^ meta.lliaop. $ r_ S c im tji se Mc h th

Die Feuerung betrifft eine Vorrichtung £ur Messungjder Dicke metallischer Schutzschichten auf ferromagnetisehen Prüflingen} insbesondere der Chromschichtdicke von Stahlstäben unter .Ausnutzung des Skin- Effektes und Verwendung eines koaxialen Resonators«The furnace concerns a device for measuring the thickness of metallic protective layers on ferromagnetic test objects, in particular the chrome layer thickness of steel rods, utilizing the skin effect and using a coaxial resonator.

Derartige Stahlstäbe werden in der industriellen Fertigung häufig zur Verbesserung ihrer Oberflächeneigenschaften mit einer .-Ghromsehieht überzogen. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Kolbenstangen für hydraulische Schwingungsdämpfer mit der Verbesserung der Oberfläche eine Verlängerung der lebensdauer der Dichtungsteile durch Verringerung der Reibung zwischen Kolbenstangen-Gleitfläche und Dichtung angestrebt..Such steel rods are often used in industrial production to improve their surface properties one.-Ghromseh looks coated. For example, the Manufacture of piston rods for hydraulic vibration dampers with the improvement of the surface an extension the service life of the sealing parts by reducing friction Aimed at between the piston rod sliding surface and the seal.

Die gewünschten Oberflächen-Eigenschaften werden u«a<, nur dann erreichtj wenn eine Mindestschichtdicke der Chromauflage an keiner Stelle der Gleitfläche unterschritten wird«The desired surface properties are u «a <, only then reached if a minimum layer thickness of the chrome plating is not achieved on any Position of the sliding surface is undershot "

In der Vergangenheit sind im wesentlichen zwei physikalische Messmethoden aur Bestimmung der Chromschichtdicke bekannt geworden« Das eine Verfahren basiert auf der Messung des Abstandes zwischen einem oder zwei kleinen Elektromagneten und dem Stahlträger der Chromstahlcht. Dieses Verfahren eignet sich auch sur Bestimmung der Dl^ke anderer Schichten auf magnetischen trägern, sofern die Schichten keine ferromagnetische Eigenschaften haben«. Es hat jedoch den für eine laufende Jroduktionskontrolle erhebliehenIn the past two are essentially physical Measurement methods for determining the chrome layer thickness become known « One method is based on measuring the distance between one or two small electromagnets and the steel girder of the Chrome steel. This method is also suitable for determination the thickness of other layers on magnetic carriers, provided that the Layers do not have ferromagnetic properties «. It has however, they are required for ongoing production control

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Nachteil, daß es jeweils nur eine wenige mm den Elektromagneten entsprechende große Fläche mißt ο Sie Messung der gesamten Oberfläche eines längeren Stabes "beansprucht demzufolge eine verhältnismäßig lange Zeit. Sin weiterer Hachteil des Verfahrens tritt durch die bei induktiver Burchiaufhärtung des Trägermaterials - der Stahlstäbe - windeähnlich entstehende zonenunterschiedliche Permeabilität auf. Hierdurch werden im Meßgerät Schiehtdickenänderungen störenden Ausmaßes vorgetäuscht.Disadvantage that it only a few mm the electromagnets corresponding large surface ο measures to measure the entire surface of a longer rod "claimed consequently a relatively long time Sin further Hachteil of the process occurs by the case of inductive Burchiaufhärtung of the carrier material -. The steel bars - winch similar The resulting zone-different permeability, thereby simulating changes in layer thickness of a disruptive extent in the measuring device.

Das andere bekannte Verfahren benutst die an ζ.B. einer Chromschicht entstehende Refraktion eines Betastahles. Die Refraktion ist unter gewissen Voraussetzungen abhängig von der Schichtdicke. Für eine schnelle Fertigungskontrolle ist hierbei ebenfalls die durch jede einzelne Messung erfaßte Oberfläche des Stabes su gering.The other known method uses the instructions given in ζ .B. A beta steel refraction resulting from a chromium layer. Under certain conditions, the refraction depends on the layer thickness. For a quick production control, the surface of the rod covered by each individual measurement is also small.

Die genannten Verfahren sind daher für eine Fertigungskontrolle nu: unter Einschränkungen brauchbar, d.h. dann, wenn es sich um Prüfungen handelt, die für Stichproben in Betracht kommen»The named procedures are therefore only for a production control: usable with restrictions, i.e. when it comes to tests that are suitable for random samples »

Die Aufgabe, die der Neuerung zugrundeliegt, besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen für ein Verfahren, das mit einer einzigen Messung die gesamte Oberfläche des Prüflings erfaßt, so daß entsprechende Stichproben während der Fertigung entfallen und die gesamte Fertigung einer solchen Messung unterworfen ist.The task on which the innovation is based is to To create an apparatus for a method that is carried out with a single measurement covers the entire surface of the test object, so that corresponding random samples are not required during production and the entire production process is subject to such a measurement.

Bekannt ist aus der Hochfrequena-Cechnik der Skineffekt< > Hierunter versteht man die physikalische Erscheinung;, daß die Stroiawege der Wechselströme hoher Frequenz im G-egensats au Gleichströmen den Leiterquerschnitt nicht gleichmäßig ausfüllen= Sie v/erden durch die Induktionswirkung im elektrischen Leiter zur Oberfläche hin verdrängt und verlaufen an der Oberfläche ₀ Die Stromverdrängung nimmt mit wachsender Freqiiena zu. Ferromagnetische,, sich wie Sisen magnetisch verhaltende Stoffe, 2.B« Stahl₅ sind bei hohen Frequenzen (Dezimeterwellen) als Leiter besonders ungeeignet, v/eil die äquiralente Leitschichtdicke beispielsweise im Stahl um das 1000-fache kleiner ist als in einem äußerlich gleichen Leiter aus Chrom? obwohl der spezifische Widerstand des Stahles gleich oder kleiner als der des Chromes ist ο ^Dev spezifische Widerstand reiner Metalle bei 0° C beträgt 8,7 für Eisen und 15?0 für Chrom (elektrolytisch rein) (d'ans-Laz 1943, S. 1211, 1212)ο Hierdurch wird bei richtiger Wahl der Länge des au prüfenden Stabes und / oder der Frequenz des Prüfstromes erreicht, daß lediglich der elektrische Widerstand der Chromschicht in die Messung eingeht und die Chromschicht vom Trägermaterial scheinbar elektrisch isoliert ist«.The skin effect is known from high-frequency technology towards displaced and extend to the surface ₀ the current displacement increases with increasing Freqiiena. Ferromagnetic substances, which behave magnetically like iron, steel ₅ are particularly unsuitable as conductors at high frequencies (decimeter waves), especially the equivalent thickness of the conductive layer in steel, for example, is 1000 times smaller than in an externally identical conductor made of chrome? although the specific resistance of steel is equal to or less than that of chromium ο ^ Dev specific resistance of pure metals at 0 ° C is 8.7 for iron and 15? 0 for chromium (electrolytically pure) (d'ans-Laz 1943, p . 1211, 1212) ο With the correct choice of the length of the rod to be tested and / or the frequency of the test current, this means that only the electrical resistance of the chromium layer is included in the measurement and the chromium layer is apparently electrically isolated from the carrier material «.

Bekannt ist weiter aus der Hochfrequenzteehnik der koaxiale Resonator»The coaxial one is also known from high-frequency technology Resonator »

Die Neuerung sieht eine Vorrichtung vor, die darin besteht, daß der den Prüfling aufnehmende Resonator einen elektrischen Endkontakt, den Prüfling haltende ELektromagnete sowie sich an den Prüfling anlehnende, mit dem Resonator verbundene Kontaktfedern aufweisto . - 4 -The innovation provides a device that consists in that the resonator receiving the test object has an electrical end contact, the electromagnet holding the test object and the Has contact springs which lean against the test object and are connected to the resonator - 4 -

Über einen Verzögerungsschalter v/ird der Generator eingeschaltet und eine das Verhältnis der in den Resonator eingehenden zur ausgehenden Leistung messende Quotienten-Meßeinrichtung setzt das Meßergebnis sur Steuerung einer den gemessenen Prüfling aufnehmenden Sortiereinrichtung ein. Hierbei ist der Resonator mit dem Generator kapazitiv und mit der Quotienten-Meßeinrichtung induktiv gekoppelt» Für das zur Anwendung gelangende Meßverfahren erscheint der Viertelwellen-Kesonator wegen seiner elektrisch eindeutigen und mechanisch einfachen Verhältnisse am geeignetsten-, Die länge des Prüflings ergibt die Frequenz des Prüfstroms dadurch? daß der Prüfling im Resonator die elektrische länge einer Viertelwelle der verwendeten Schwingung annimmt, doh. bei einem Stab des Prüflings mit einer elektrischen länge von etwa 25 cm müßte eine Wellenlänge von 1 ja verwendet werden_? sofern man den Resonator in der Viertelwellenmethode betreibt° Prinzipiell ist es jedoch möglich, den Resonator in einem Vielfachen von einer Viertelwelle, also mit einer Halbwellenlänge, mit einer Dreiviertelwellenlänge oder einer ganzen Wellenlänge zu betreibenο Vorversuche haben gezeigt, daß die Wahl einer Viertelwellenlänge bswo einer Dreiviertelwellenlänge die günstigsten Ergebnisse lieferteThe generator is switched on via a delay switch and a quotient measuring device, which measures the ratio of the power entering the resonator to the power output, uses the measurement result to control a sorting device that receives the measured test object. Here, the resonator with the generator is inductively coupled and capacitively the quotient measuring device "of the quarter-wave Kesonator appears For reaching the application measuring method on geeignetsten- because of its electrically distinct and mechanically simple ratios, the length of the specimen results in the frequency of the test characterized ? that the test object in the resonator assumes the electrical length of a quarter wave of the oscillation used, doh. With a rod of the test object with an electrical length of about 25 cm, a wavelength of 1 would have to be used _? as long as the resonator is operated in the quarter-wave method ° In principle, however, it is possible to operate the resonator in a multiple of a quarter wave, i.e. with a half-wave length, with a three-quarter wave length or a whole wave length gave the best results

Der Prüfling wird dem Resonator als Innenleiter zugeführt ο Die Kreisgüte des Resonators ist nun im wesentlichen abhängig von dem Quadrat des elektrischen Y/iderstandes der äquivalenten Leitschichtdicke des Resonatorinnerenο Um den Widerstand derThe test item is fed to the resonator as an inner conductor ο The circular quality of the resonator is now essentially dependent on the square of the electrical Y / resistance of the equivalent Conductive layer thickness of the interior of the resonator ο To reduce the resistance of the

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äquivalenten Leitschichtdicke in den übrigen Resonatorteilen gering su halten, v/erden diese Teile in genügender Dicke versilberte Keep the equivalent conductive layer thickness in the other resonator parts low, so these parts are silver-plated to a sufficient thickness

Die Ankopplung des Generators;, der die Prüf frequenz liefert, und des Messgeräts kann induktiv und/oder kapazitiv in bekannter Weise erfolgen» Die Kopplung muß jedoch so lose wie möglich erfolgen? damit eine Belastung des Resonators und hierdurch eine Verschlechterung der Leerlauf-ICreisgüte des Resonators vermieden wirdο Vorteilhaft ist es, den Generator kapazitiv und das Messgerät induktiv anzukoppeln» Die das Messergebnis störende Grundkopplung zwischen Generator und Messgerät ist dann minimal und die Blindanteile an der Ein- und Auskoppelseite des Resonators lassen sich einfacher kompensieren, so daß ebenfalls das Messergebnis störende Reflektionen an den Koppelstellen vermieden werden ο Y/eiterhin läßt sich der Einfluß der Änderung der Ausgangsleistung des Generators auf das Messergebnis durch eine Quotienten-Messeinrichtung, die nur das Verhältnis der in den Resonator eingehenden zur ausgehenden Leistung mißt, was letztlich das Ergebnis die gesuchte, von der ChiOmschiehtdicke und Homogenität abhängige Kreisgüte des Resonators ist, ausschalten₀ The coupling of the generator, which supplies the test frequency, and the measuring device can be inductive and / or capacitive in a known manner. so that a load on the resonator and a deterioration in the no-load circuit quality of the resonator is avoided ο It is advantageous to couple the generator capacitively and the measuring device inductively The coupling-out side of the resonator can be compensated more easily, so that reflections at the coupling points that interfere with the measurement result are also avoided The resonator measures the incoming to the outgoing power, which ultimately is the result of the sought-for circular quality of the resonator, which is dependent on the thickness and homogeneity of the layer, switch off ₀

Anhand der rein schematisch die !feuerung wiedergebende Zeichnung wird die Vorrichtung in Verbindung mit dem Meßverfahren im nachfolgenden im einzelnen beschrieben₀ On the basis of purely schematically the! Firing reproducing drawing, the device in connection with the measurement method is hereinafter described in detail ₀

Von einem UKW-Generator 1 wird eine Leistung passender Frequenz j die mit der Länge und dem lurchmessor eines Prüflings 2 variiert, geliefert» Die Leistung wird zunächst einem Richtkoppler 3 über Kabel 4 zugeführt<, Mit dem Richtkoppler 3 wird diejenige Leistung bestimmt, die in den Resonator der 2oBo die 3?orm eines Topfes hat? über die eine Kopplung 6 augeführt wird ο Die Richtspannung des Eichtkopplers 3 betätigt die eine Spule der Quotient-Meßeinrichtung 7° Die Güte des Resonators 5 ist u»ao abhängig von der Güte des Prüflings 2» Hierdurch ist die über eine Koppelschleife 8 aus dem Resonator ausgekoppelte Leistung ihrem Betrag nach bestimmte Der Betrag der ausgekoppelten Leistung wird mit einem v/eiteren Riehtkoppler 9 festgestellte Um zu verhindern? daß Leistung vom Abschluß des Kabels reflektiert wird, ist der Verbraueherwiderstand 10 vorgesehen ο Die Richtspannung des Richtkopplers 9 wird auf die andere Spule des Quotient-Iießwerks 7 geführt« Das Quotient-Meßwerk 7 zeigt somit das Verhältnis der in den Resonator 5 eingekuppelten? zu der aus dem-selben ausgekoppelten Leistung an*. Eine einfache, selbsttätige Beschickung des Resonators erfolgt beispielsweise mittels einer schiefen Sbene₀ Der Prüfling 2 rutscht in den Resonator 5, ein elektrischer Bndkontakt 11 bewirkt über Elektromagnete 12, daß der Prüfling 2 im Resonator 5 festgehalten wirdo Gleichzeitig v/erden Kontaktfedern 13 angedrückt, die die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen dem Prüfling 2 und dein Resonator 5 herstellen₀ Danach üird über einen Verzögerungsschalter der Generator 1 eingeschaltet und die Messung durchgeführt ο Sodann werden die den Prüfling 2 haltenden Elektro-From a VHF generator 1, a power of the appropriate frequency j, which varies with the length and diameter of a test object 2 , is supplied. »The power is first fed to a directional coupler 3 via cable 4 the resonator of the 2oBo has the 3? orm of a pot? Via which a coupling 6 is carried out ο The directional voltage of the calibration coupler 3 actuates the one coil of the quotient measuring device 7 ° The quality of the resonator 5 is, among other things, dependent on the quality of the test object 2 The amount of the decoupled power is determined with a further directional coupler 9. To prevent? that power is reflected from the termination of the cable, the consumer resistor 10 is provided ο The directional voltage of the directional coupler 9 is fed to the other coil of the quotient Iiesswerk 7 «The quotient measuring mechanism 7 thus shows the ratio of the coupled into the resonator 5? to the power decoupled from the same *. A simple, automatic loading of the resonator takes place, for example, by means of an inclined plane _0. The test object 2 slides into the resonator 5, an electrical band contact 11 causes the test object 2 to be held in the resonator 5 via electromagnets 12 the necessary electrical connections between the device under test 2 and 5 produce your resonator ₀ Thereafter üird via a delay switch the generator 1 is switched on and the measurement carried out ο Then, the candidate 2, the holding electric

magnete 12 abgeschaltet und der Prüfling 2 rutscht aus dem
Resonator 5 und der Eingang des Resonators 5 wird für einen weiteren Prüfling freigegebenο Ber aus dem Resonator 5
rutschende Prüfling 2 geht auf eine vom Messergebnis eingestellte Sortierweiche? so daß eine Aussortierung nach guten und schlechten Prüflingen erfolgtemagnets 12 switched off and the test object 2 slips out of the
Resonator 5 and the input of resonator 5 are released for a further test object o Ber from resonator 5
Sliding test item 2 goes to a sorting gate set by the measurement result? so that there was a sorting out according to good and bad test items

Claims

P.A.032 272 * 20.1. SchutaanspjTüche

1) A device for measuring the thickness of a metallic protective layers on f erromagnetischen tests ;, in particular the chromium layer thickness of steel rods taking advantage of the skin effect and use of a coaxial! Resonator ₅ characterized ^ gekgnnze2 _v chn_et that of the test piece (2) receiving! Resonator (5) in the shape of a Hesonator pot has an electrical end contact (11), electromagnets (12) holding the test specimen and contact springs (15) which lean against the test specimen and are connected to the resonator c