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Vorrichtung zur Feststellung einer Unstetigkeit im Oberflächenzustand
eines beweglichen Teils.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche es ermöglicht, eine
Unstetigkeit im Oberflächenzustand eines relativ zu der Vorrichtung beweglichen
Teils festzustellen und/oder zu lokalisieren. In den meisten Fällen ist die Vorrichtung
feststehend und das Teil ist beweglich, doch ist diese Bedingung nicht zwingend.
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Die Vorrichtung eignet sich für jede beliebige Art von Unstetigkeiten
und für jede beliebige Beschaffenheit des die Oberfläche bildenden Mateials. Sie
ist besonders vorteilhaft, wenn die Unstetigkeit eine kleine geometrische Abmessung
hat, doM kann sie auch zur Feststellung von Fehlern mit zuvor festgelegter Abmessung
verwendet werden.
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Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der minderung der Impedanz,
welche durch die örtlich begrenzte Zone der Oberfläche gebildet wird, in der sich
die Unstetigkeit befindet. Diese Impedanzänderung wird dadurch festgestellt, dass
der Fluss gemessen wird, der durch diese örtlich begrenzte Oberflächenzone hindurchgeht,
wenn diese durch einen Raum bewegt wird, in dem ein MagnetfeLd herrscht,
das
von einer magnetischen Einrichtung oder einem elektromagnetischen Kreis erzeugt
wird, der ein Teil der Messeinrichtung bildet. Vorzugsweise erfolgt die Massung
durch ein Nullabgleichsverfahren.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt eine sehr grosse Anpassungsfähigkeit
bei der Verwendung. Insbesondere kann die Impedanzänderung, welche das Messsignal
hervorruft, durch eine geometrische Unregelmassigkeit des betreffenden Punktes der
Oberfläche, eine Anderung ihrer elektrischen Eigenschaften (Widerstand), ihrer magnetischen
Eigenschaften (Permeabilität) oder ihrer dielektrischen Eigenschaften (Dielektrizitätskonstante)
usw. verursacht werden. Das Anwendungsgebiet ist daher ausserordentlich breit. Die
von dem Magnetfeld der magnetischen Einrichtung erfasste Zone des Raums definiert
die Abmessung der Unstetigkeiten, dieffestgestellt werden können. Diese Abmessungen
sind daher durch die Kenngrössen der magnetischen Einrichtung festgelegt. Die Empfindiichkeit
der Feststellung ist sehr gross, wenn die erwähnte bevorzugte Ausführungs -form
angewendet wird, wie dies für alle Nullabgleichsverfahren bekannt ist. Die impfindlichkeit
kann in der allgemein bekannten Weise durch die Verwendung von Verstärkern und/oder
Schwellwertschaltungen an die verschiedenen Anforderungen der Benutzer angepasst
werden.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber
beschrieben. Darin zeigen: Fig.i und 2 Prinzipdarstellungen von zwei Ausführungsformen
der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig.3 eine nach der Erfindung ausgeführte
Vorrichtung,
bei welcher das Prinzip angewendet wird.
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Fig. 1A und 1B zeigen das Prinzipschema und das entsprechende elektrische
Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der VOrrichtung zur Feststellung von
Oberflächenunstetigkeiten, bei welcher das Nullabgleichsverfahren angewendet wird.
Die Vorrichtung dient zur Feststellung der elektrischen Unsteigkeiten einer Fläche
1 , die beispielsweise metallisch ist. Bei dieser Fläche handelt es sich um die
Oberfläche eines Teils, das sich in der Richtung des Pfeils 2 bewegt. In der Nähe
der Oberfläche wird die Vorridtunç angebracht, die eine offene magnetische Einrichtung
3 aufweist, die symmetrisch in Bezug auf die Senkrechte auf die Bewegungsrichtung
der Oberfläche 1 ist. Diese Einrichtung ist durch die beiden Spulenpaare 4 und 5
dargestellt, deren Streufelder durch die gestrichelten Linien 4' und 5 dargestellt
sind. Wie durch Pfeile angedeutet ist, sind die Felder entgegengesetzt gerichtet
und so eingestellt, dass sie den gleichen Absolutwert haben. Ein veränderliches,
in den meisten Fällen sinusförmiges Signal , das von einer Quelle 6 geliefert wird,
wird der magnetischen Einrichtung 3 durch magnetische Kopplung mit den Spulen 4
und 5 zugeführt, wie bei 7 und 8dargestellt ist. ir eigentliche Messtromkreis wird
durch einen Verstärker 9 gebildet, der die algebraische Summe derSignale an den
Klemmen der Spulen 4 und 5 empfängt. Dieses Signal wird einem Verbraucherkreis zugeführt,
das in Form eines Relais 10 dargestellt ist. Die von den Spulenpaaren 4-7 und 5-8
gebildeten Transformatoren sind so ausgeführt, dass das entstehende T'sagnetfeLd
in den Zonen A und B durch die Fläche 1 hindurchgeht. Der in den Spulen fliessende
Strom
hängt von dem magnetischen Widerstand dieser Zonen ab. Das gleiche gilt für die
algebraische Summe dieser Stroxe. Vor der Messung kann eine Eichung des Geräts durchgeführt
werden, damit die durch die Wicklungen 4 und 5 entweder bei Fehlen der Fläche 1
oder in Gegenwart eine Eichfläche, deren elektrische Kontinuität zuvor festgestellt
worden ist, abgeglichen werden. Die Abmessungen der Zonen A und B hängen von den
Kenngrössen des Aufbaus ab. Dje Empfindlichkeit des Geräts hangt gleichfalls von
dem Aufbau ab, ( insbesondere von der magnetischen Eopplung zwischen der Einrichtung
3 und der Fläche 1), sowie on der Verstärkung des Verstärkers g und der Empindlichkeitsschwelle
des bei 10 dargestelltenrbrauchergeräts.
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Das elektrische Schaltbild von Fig.1B zeigt die gleichen Bozugszeichen
wie das Schema von Fig.1A. Die Impedanzen Z stelLen symbolisch die Impedanz des
Messkreises dar.
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r Die gleichen Bezugszelchen sind auch bei dex Schema von Fig.2A
verwendet, um die Teile zu bezeichnen, die bereits an Hand von Fig.1A beschrieben
worden sind. Die magnetische Einrichtung 3 von Fig.2A enthält nur eine einzige Wicklung
t1, welche die beiden Wicklungen 4 und 5 der zuvor beschriebenen Ausführungsform
ersetzt. Diese Wicklung ist magnetisch mit den Wicklungen 7 und 8 gekoppelt, die
mit der die veränderlichen Signale liefernden Quelle 6 verbunden sind, wobei die
Kopplungsrichtungen dieser Spulen entgegengesetzt sind. Eine Eichung des Geräts
vor der Messung ermöglicht den Abgleich der Schaltung in der Weise, däss das Signal
an den Klemmen der Spule 11 Null ist, wenn die magnetischen Widerstände der Zonen
A und B derFläche gleich sind. Fig. 23 zeigt das Ersatzschaltbild für die Anordnung
von Fig.2A.
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wenn die Quelle 6 ein sinusförmiges Signal liefert, wird der optimale
Wert der Frequenz dieses Signals in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des die
Fläche 1 bildenden Materials gewählt. Im Fall von M<terialien mit grosser magnetischer
Permeabilität kann die Frequenz unter einigen 10 kHz liegen. Im Fall von leitenden,
nicht magnetischen Matrialien, wird die Frequenz vorzugsweise in der Grössenordnung
von mehreren 10 kHz gewählt, unter Berücksichtigung der Eindringtiefe des Skineffekts
in Abhängigkeit von der Frequenz in Bezug auf die Tiefe , welche die festzustellenden
Unstetigkeiten in dem Material haben können. Im Fall von Isoliermaterialien muss
die Frequenz im Bereich der Dezimeterwellen oder Zentimeterwellen liegen, damit
eine ausreichende Empfindlichkeit gewährleistet ist.
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Fig.3 zeigt eine Anordnung, die zur Überwachung der Kontinuität eines
metallischen Gebildes tatsächlich verwendet wird. Zur Erleichterung desVerständnisses
sind die Teile, die mit den Teilen der zuvor beschriebenen Figuren identisch sind,
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der dargestellten Vorrichtung handelt
es sich darum, die Kontinuität entlang einer Mantel linie eines leitenden Zylinders
1 zu überwachen. Dieses Gerät kann insbesondere zur Kontrolle der Kontinuität eines
Metallrohres dienen, das durch Verschweissung der beiden KAnten eines zuvor gerollten
Metallbandes gebildet ist.
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Natürlich ist die beschriebene Vdrrichtung nicht auf diesen 4 nwehdungsfall
b.schränt.
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Bei der in Fig.3 dargestellten Anordnung wird die in Fig.2A und 23
dargestellte Ausführungsform angowondot,
Man erkennt die Quelle
6 für die Signale, welche die beiden Wicklungen 7 und 8 speisen, die einer gemeinsamen
magnetischen Einrichtung 3' zugeordnet sind, deren mittleres Teil die Wicklung 11
trägt, die mit dem vom Verstärker 9 gebildeten Ausgangskreis verbunden ist. Dieser
Verstärker speist den Verbraucherkreis, der durch das Relais 10 und eine Registrierschaltung
12 dargestellt ist. Vorzugsweise sind die Bewegungsgeschwindigkeit des Rohres 1
und die Vorschubgeschwindigkeit des Registriergeräts 12 einander proprtional, so
dass das Registriergerät nicht nur die Zahl der Mängel, sondern auch ihre Lage auf
dem Rohr anzeigt. In den Verbraucherkreis kann auch eine Markierschaltung eingebaut
sein, die eine automatische ?rkierung der Lage des Mangels auf dem Rohr 1 vornimmt.
Im Fall von Aluminiumrohren mit einer Dicke in der Grössenordnung von Millimtern,
hat eine Anordnung, welche die Feststellung von Schweissfehlern ermöglicht, die
in Form eines Schlitzes von einigen Zehntel Millimetern Breite und einer Mindestlänge
in der Grössenordnung von 5 Millimetern suftreten, die folgenden Kenngrössen: -
Frequenz der Quelle 6: 120 kHz - magnetische Einrichtung 3': E-förmiger Magnetblech-Stapel
oder Ferritkern mit einem Querschnitt von etwa 15 xm2 tUr Jeden Schenkel und Wicklungen
7, 11, 8 aus dtlnne. Draht von 5G Windungen; - Luftswlt zwischen 3' und 1: 3 om
- Vorschubgeschwindigkeit des Rohres 1: 6 m/min.
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- Verstärker 9: Auf die Frequenz der Quelle 6 abgestimmter Detektor.
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Im Fall von Stahlrohren mit analogen Abmessungen hat die Anordnung
die gleichen Kenngrössen, doch kann der Luftspalt etwas vergrössert und die Empfindlichkeit
des Detektors etwas verringert sein.
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Natürlich kann das von der Quelle 6 abgegebene veränderliche Signal
ausser der Sinusform auch Jede andere Form haben, beispielsweise impulsförmig sein.
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