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Vorrichtung zur magnetischen Untersuchung von ferromaanetischen Streifen
Die Erfindung bezieht sich aur die magnetische PrUfung von ferromagnetischem Material
und insbesondere auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen magnetischen Prüfung
von PUr elektrische Zwecke verwendeten Stahlblechen.
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Die Herstellung von ferromagnetischen Blechen oder Streifen insbesondere
von magnetisch weichen Blechen und Streifen, wie z.B.
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Weicheisen mit geringem Kohlenstoffgehalt oder tUr elektrische Zwecke
verwendetem Stahl mit einem Siliziumgehalt mit Konzentrationen von bis zu 6obNichtßprozenton
umfaßt eine Anzahl von GlUh- und VergUtungsbehandlungen zur Erzielung der erforderlichen
mechanischen und magnetischen Eigenschaften. Es hat sich herausgestellt, daß die
verschiedenen Gltihbehandlungen, denen das Blech unterworfen wird, und insbesondere
das abschließende Anlassen erheblich die magnetischen Eigenschaften beeinflussen,
so daß eine gewisse Steuerung der GlUh- ynd Anlaßbedingungen erfolgen muß, um magnetische
Eigenschaften innerhalb annehmbarer Grenzen aufrechtzuerhalten0 Ein wichtiger magnetischer
Parameter, der
innerhalb festgelegter Grenzen gesteuert werden muß,
ist der Oesamtleistungsverlust, der in demElech auftritts wenn dieses von magnetischen
Wechselfeldenerregt wird. Weil dieser Parameter ein anerkanntes Qualit&tskriterium
ist, ist die genaue Messung eines derartigen Leistungsverlustes wichtig.
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Üblicherweise wird dieser Leistungsverlust durch PrUfen kleiner Streifenproben
abgeschätzt, die von in der Produktion befindlichem Material abgeschnitten werden
und die so angeordnet werden, daß sie einen magnetischen Kreis bilden. Ein bekanntes
Verfahren zur Prilfung des Leistungsverlustes ist als das Epstein'sche Rahmenverfahren
bekannt. Dies ist ein statisches Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
es nur relativ seltene Prüfungen eines Streifens ermöglirht, der auf einer kontinuierlichen
Basis erzeugt wird.
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Wenn ein Streifen auf einer kontinuierlichen Basis produziert wird9
muß die genaue Messung des Leistungsverlustes relativ schnell erfolgen, wenn die
Menge des mit unrichtigen magnetischen Eigen schaften erzeugen Streifens auf ein
Minimum verringert werden soll oder wenn die Produktionsgeschwindigkeit nicht verringert
werden soll, wKhrend Streifenproben für die Prüfung nach dem Epstein'schenVerfahren
abgeschnitten und gemessen werden.
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Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurde eine Anzahl von Verfahren
für die kontinuierliche Prüfung des Leistungsverlustes im Produktionsvorgang vorgeschlagen.
Einige dieser Verfahren werden durch Fehler beeinträchtigt, die sich aus unerwUnschtenWirbelströmen
ergeben, die in unterschiedlichem Ausmaß in dem geprUften Streifen entsprechend
dem verwendeten Verfahren der mag netisohenErregung induziert werden» während bei
anderen Verfah ren die Geometrie des magnetischen Musters nicht erzielbar ist.
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Im allgemeinen :1;Sugtjedes Erregungsverfahren, das einen Fluß senkrecht
zur Streifenoberfläche erzeugt» Wirbelströme, die in der Ebene des Streifens liegen
und die zum Fehler bei der Leistungsverlustmessung beitragen.
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Eine erfindungsgem§ß ausgebildete Vorrichtung zur PrUfung von ferromagnetischem
Streifenmaterial umfaßt eine Magnetspule, die so angeordnet ist, daß sie bei Erregung
den Streifen magnetisiert, zumindest zwei Joche oder Anordnungen von Jochen, die
in der Nähe einer oder beider Stirnfllchen der Ebene eines Bleches angeordnet sind,
wobei jede Anordnung einen Teil eines geschlossenen, das Blech oder den Streifen
einschließenden Magnetkreises bildet, und einen Meßfühles, der so angeordnet ist,
daß er in die magnetischen Kreise eingekoppelt ist und einen Ausgang liefert, der
den in dem Blech durch die Erregung der Magnetspule induzierten magnetischen Fluß
darstellt, wobei die Joche oder Anordnungen von Jochen durch einen Zwischenraum
getrennt sind, der im Sinne einer Trennung der jeweiligen magnetischen Kreise der
Joche wirkt, so daß Fehler, die durch von den erregten Magnetspulen induzier';'
Wirbelströmen hervorgerufen werden, verringert werden.
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Die Leistungsverlustwerte können durch geeignetes Kombinieren des
Signals von dem Meßfühler mit einem das Magnetisierungsfeld darstellenden Signal
abgeleitet werden.
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Vorzugsweise ist der Zwischenraum zwischen den Jochen oder den Anordnungen
von Jochen ausreichend, um einen Grad der magnetischen Trennung hervorzurufen, der
in dem Streifen eine Auftrennung unerwUnschter induzierter Wirbeiströme im wesentlichen
in unabhingige geschlossene Kreise jeweils auf entgegengesetzten Seiten des Zwischenraumes
bewirkt, Dieses Aufteilen des Wirbelstromes in unabhängige geschlossene Kreise verringert
die Verluste, die aus unerwUnschden Wirbelstrmen.entstehen und vergrößert damit
die Genauigkei@ der Vorrichtung.
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In dem Fall, in dem eine Anordnung von Jochen auf jeder Seite des
Zwischenraumes verwendet wird, ist der Abstand zwischen den Anordnungen großer als
der Abstand zwischen einzelnen Jochen in jeder Anordnung. Ein geeignetes Verhältnis
des Zwischenraums mischen den Anordnungen und dem Joeh-zu-Joeh-Abstand in jeder
Anordnung ist größer als 10:1 und vorzugsweise größer als 20 wo Mit geeignetem Abstand
angeordnete Joche oder Anordnungen von Jochen sind in der Nähe jeder der entgegengesetzten
Flächen des geprtlften Bleches angeordnet, wodurch sich zwei spiegelbildliche Sätze
von magnetischen Kreisen ergeben, Hierbei sollten die Joche oder Anordnungen von
Jochen mit ihren Stirnflächenenden so nahe wie möglich an der Oberfläche des Bleches
angeordnet werden, um die magnetische Reluktanz auf ein Minimum zu verringern0 In
dem Fall, in dem das geprUfte Blech kontinuierlich in Form eines Streifens erzeugt
wird, sind die Joche und damit die Richtung d es erregten Magnetfeldes mit der Richtung
der Streifenführung ausgerichtet0 Zweckmäßigerweise umfaßt der Meßfühler eine weitere
Magnetspule oder Wicklung, .die induktiv mit dem Streifen beispielsweise dadurch
gekoppelt ist, daß sie um den Streifen koaxial mit und vorzugsweise innerhalb der
Magnetisierungs-Magnetspule gewickelt ist0 Der Meßfühlerausgang kann zusammen mit
einem den Stromfluß in der Erregungsmagnetspule darstellenden Signal in einer geeigneten
Um setznngsschaltung kombiniert werden, um eine sichtbare Anzeige der Leistungsverluste
zu erzielen und/oder er kann zur Steuerung der Betriebsbedingungen eines Glühofens
in Abhängigkeit von den gemessenen Leistungsverluständerungen verwendet werden.
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GemU einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung spricht die
Umsetzungsschaltung sowohl auf den Meßfhhlerausgang und die
Erregungsstromsignale
als auch auf ein Signal an, das die Querschnitts£läche des geprüften Streifens darstellt.
Das Meßfühlerausgangssignal wird gegenüber änderungen der Querschnittsfläche des
Streifens kompensiert, so daß der Kernverlust in bezug auf eine festgelegte und
konstante Magnetflußdichte gemessen werden kann und eine genaue Messung unabhängig
von Xnderungen der Streifendicke und -breite erzielt werden kann.
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Eine geeigente Form eines Dickenfühlers umfaßt eine kontaktfreie Strahlungs-Dickenmeßlehre,
die vorzugsweise 80 angeordnet ist, daß sie eine mittlere Anzeige der Lehre über
die gesamte Breite des Streifens ergibt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels noch naher erläutert.
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Inder Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer
Ausführungsform cler Vorrichtung für eine kontinuierliche Messung des Leistungsverlustes
in einem für elektrische Zwecke bestimmten Stahlstreifen in der Produktions linie;
Fig. 2 eine teilweise weggeschnitten dargestellte Ansicht nach Fig. 1.
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Die in den Figg. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung
ist zur kontinuierlichen Messung des Leistungsverlustes in einem siliziumhaltigen
für elektrische Zwecke bestimmten Stahlstreifen bei einer Magnetisierung entlang
der Richtung der Streifen zufuhr bestimmt. Die Vorrichtung wird in Verbindung mit
einer Anordnung von Walzen oder einem anderen Fdrdersystem verwendete das eine Halterung
für den Streifen bildet und diese Vorrichtung ist
bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel an einer Stelle zwischen einem letzten Glühofen und einer geeigneten
Streifenaufwickelvorrichtung angeordnet.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung umfaßt eine allgemein
mit 2 bezeichnete nichtmagnetische Halterung mit zwei End-Stücken 4, die ein hohles
querteil 6 haltern, das mit einem in der Mitte angeordneten und allgemein horizontalen
Schlitz 8 zur Aufnahme des zu prüfenden Stahlstreifens 10 versehen ist.
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Um einen innerhalb des querteil 6 angeordneten Formkern 12 ist eine
Maanetisierungs-Magnetspule 16 gewickelt, deren Wcklung such im wesentlichen entlang
der gesamte Länge des Formkerns 12 erstreckt. Innerhalb der Magnetspule 16 die mit
einer geeigneten Wechselstromquelle verbindbar ist, ist eine Meßfühlerwicklung mit
einer Spule 18 gewickelt, die koaxial zur Magnetisierungs=Magnetspule 16 ist. Die
Spule 18 erzeugt einen Spannungsausgaxig mit einer Komponente, die den Magnetfluß
darstellt, der in dem Stahlstreifen induziert wird, wenn dieser magnetisch durch
einen Wechsel strom in der Magnetspule 16 erregt wird.
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Die magnetischen Kreise, die durch die erregte Magnetspule 16 induziert
werden und die den Streifen 10 einschließen, werden durch zwei Anordnungen von Jochen
20, 20' in der Nähe jeder der entgegengesetzten Flächen des Streifens 10 vervollständigt.
Jede Anordnung 20 oder 20 besteht aus einer Vidzahl, in diesem Fall aus acht unabhängigen
U-förmigenKernelementen 22, die voneinander getrennt sind und deren Endstirnflächen
so nahe wie es zweckmäßigerweise möglich ist, an dem Streifen 10 angeordnet sind,
so daß die Reluktanz in diesem Bereich der magnetischen Kreise auf ein Minimum verringert
wird.
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Die Anordnungen von Jochen 20, 20' in der Nähe jeder Fläche des Streifens
10 sind durch einen Zwischenraum 24 getrennt der größer
als der
Abstand zwischen einzelnen Kernelementen 22 ist und der einen gewissen isolationsgrad
zw83hen den magnetischen Kreisen aut jeder Seite des Zwischenraums hervorruft, Die
Isolation wird in beiden Sätzen der spiegelblldlidhen magnetischen Kreise hervorgerufen,
die durch identische Anordnungen von Jochen 20, 20 gut beiden entgegengesetzten
Flächen des Streifens 10 vervollstindigt sind, Die Isolation zwischen diesen nicht
dargestellten magnetischen Kreisen bewirkt die Unterteilung des in dem Streifen
10 indu= zierten Wirbelstroms in eine Anzahl von unabhängigen Kreisen, die relativ
kleiner sind, als die, die sich bei Fehlen des Zwisohenraums 24 argeben wUrden.
Dieses Unterteilen der Wlrbelströmep das noch durch die Trennung der einzelnen Kernelemente
22 in jeder Anordnung 20, 20 verbessert wird, verringert die Wirbelstromverluste
in dem Blech und trägt damit zur verbesserten Genauigkeit der Vorrichtung bei der
Messung von Leistungsverlustai bei.
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Z«r weiteren Verbesserung der Genauigkeit wird der Ausgang von den
Meßfühlerspulen 18 so verarbeitet, daß sich eine Anzeige der Magnetflußilchte ergibt,
die gegenüber änderungen des gesamten magnetischen Flusses in dem Streifen kompensiert
ist, die aus Xnderungen in der Streifenbreite und Dicke entstehen, Die Kompensation
wird dadurch erzielt, daß die resultierende Ausgangsspannung von der Spule 18 in
Abhängigkeit von Änderungen der Querschnittsfläche des Streifens bewertet wird0
Die Querschnittsfläche des gezeigten Streifens wird aus Signalen abgeleitet, die
jeweils die Dicke und die Breite darstellen, und die zur Bewertung des Ausganges
von den Meßfühlerspulen 18 in einer geeigneten Bewertungsschaltung verwendet werden.
Ein die Streifenbreite darstellendes Signal wird entweder manuell der
Umsetzerschaltungdes
Meßsystems zugeführt oder ein derartiges Signal wird von einer automatischen Breitenmeßvorrichtung
wie sie in der Technik bekannt ist, zugeführt. Der Umsetzerschaltung wirdwsiterhin
ein die Dicke darstellendes Signal zugeführt, das von einem DickenmeßfUhlerabgeleitet
wird, der eine Anordnung von mit Abstand angeordneten Gammaßtrahlungsquellen umfaßt,
die Uber die Breite des Streifens in Laufrichtung des Streifens vor oder hinter
der Vorrichtung nach den Figg. 1 und 2 angeordnet sind. Eine ähnliche Anordnung
von Detektoren in der Nähe der entgegengesetzten Fläche des Streifens ist so ausgerichtet,
daß diese Detektoren die von den Quellen durch den Streifen hindurch ausgesandte
Strahlung empfangen. Die Detektoren sind so angeschaltet, daß sie eine mittlere
Anzeige liefern, die die Därnpfung der Gammastrahlung von den Quellen durch den
Streifen und damit die Streifendicke anzeigt.
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In ist verstän9lioh, daß auch andere Formen von Dickenlehren für den
Streifen verwendet werden können, um die Bewertung des Aus ganges von der Meßfühlerspule
18 zu ermöglichen.
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Patentansprüche: