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Verfahren zur analogen Messung des Querschnittes von Drähten mit digitaler
Querschnittsanzeige sowie Registrierung der prozentualen Querschnittsänderung Die
Erfindung bezieht sich auf die berührungsfreie und genaue Messung des Querschnittes
von Drähten, die im Walz- oder Ziehprozess hergestellt werden.
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Insbesondere besteht das Ziel der Erfindung in einer direkten digitalen
Anzeige bzw. einem digitalen Ausdrucken der Quadratmillimeter des Drahtquerschnittes
sowie einer Registrierung des Drahtouerschnittes, wobei unabhängig von dem Drahtdurchmesser
die Breite des Reglstrierstreifens einer bestimmten Plus/Minus-Abweichung, z.B.
von 5 oder 10 % des Querschnittes, vom Sollwert entspricht.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zeigt unabhängig von der Durchlaufgeschwindigkeit
des Drahtes und unabhängig von Bewegungen des Drahtes senkrecht zur Bewegungsrichtung
den Drahtquerschnitt sowie die prozentische Abweichung des Drahtquerschnittes vom
Sollwert an.
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Als Messprinzip dient die Ausblendung des Flächenanteiles des zu messenden
Drahtquerschnittes aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld besonders hoher
Homogenität.
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Es sind Verfahren bekannt geworden (deutsche Offenlegungsschrift 2
020 749 und franzosische Patentschrift 1 505 716), bei denen zur Querschnittsmessung
von Drähten wechselstromdurchflossene Spulen herangezogen wurden, wobei jedoch dem
ausserordentlich störenden Effekt der Bewegungen des Drahtes senkrecht zur Draht-und
Spulenachse nicht Rechnung getragen wurde.
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In der deutschen Patentschrift 2 228 679 vom 13. Juni 1972 wurde dieser
Bewegungseffekt der zu vermessenden Drähte, der
dadurch entsteht,
dass an den Spulenenden das Feld inhomogen ist, kompensiert durch den Effekt der
Kapazität zwischen Draht und Spulenwicklung. Dabei wird die Länge der Spulenwicklung
so dimensioniert, dass das Produkt aus Gesamtinduktivität und Gesamtkapazität bei
Lageänderungen des zu messenden Drahtes konstant ist. Die Spule dient hierbei als
Induktivität eines elektromagnetischen Schwingkreises, während die Frequenz des
Schwingkreises die Messgrösse ist, aus welcher der Querschnitt des zu messenden
Drahtes zu errechnen ist.
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Dieses Verfahren zeigt jedoch eine Reihe von Nachteilen. Einmal hängt
die Frequenz eines Schwingunyskreises nicht nur von den Daten der Kapazität und
Induktivität, sondern von den Schaltelementen, den Spannungen usw. ab, insbesondere,
wenn die Güte des Schwingungskreises nicht sehr hohe lSerte aufweist. Der Schwingkreis
zur Drahtquerschnittsmessung zeigt tatsächlich eine verhältnismässig sehr geringe
Güte gegenüber üblichen elektrischen Schwingungskreisen, und zwar aus zwei Gründen:
einmal dämpft der noch verbleibende imaginäre Teil der sogenannten effektiven Permeabilität
des Messdrahtes den Resonanzkreis, zum anderen wird seine Güte durch den galvanischen
Nebenschluss deF bei Heissdraht notwendigen Wasserkühlung verringert.
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Diese relativ niedrige Güte des Resonanzkreises zur Messung von Drahtquerschnitten
ist aber mit einer entsprechend geringen Frequenzstabilität des Schwingungskreises
gekoppelt. Anderer seits wird aber, um z.B. die gewünschte Messgenauigkeit des Drahtquerschnittes
von t- 1 % zu zu erhalten, eine hohe Frequenzkonstanz erforderlich, wie das folgende
Beispiel zeigt, welches aus einer diesbezüglichen Veröffentlichung der in der deutschen
Patentschrift 2 228 679 genannten Erfinder entnommen ist Gegeben sei ein Draht mit
einem Querschnitt von 2 2 e r.= sprechend einem Durchmesser von d = 5,04 mm. Der
Durchmesser der Schwingspule berechnet sich aus der betreffenden VerörrenE-lichung
zu
D = 22,9 mm. Die Frequenzänderung, welche sich für eine Querschnittsschwankung von
+ 1 % bei einer Resonanzfrequenz von 8,930 MHz ergibt, ist 8,930(1 - 0,000261) MHz
Es ist jedoch unmöglich, einen Schwingkreis mit verhältnismässig sehr geringer Güte
bei 8 MHz auf + 0,026 % konstant zu halten. Deshalb wird in der Veröffentlichung
der drei in der deutschen Patentschrift 2 228 679 genannten Erfinder ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die "Nullfrequenz zwischen zwei Walzdrähten gemessen und
in den Computer zur Berücksichtigung bei der Berechnung eingegeben wird. Das heisst,
es wird damit gerechnet, dass während der Zeit des Walzvorganges eines Drahtringes
die Frequenz des Schwingungskreises bei exakt konstantem Drahtquerschnitt keine
Änderung erfährt, die grösser als + 0,026 % ist. Weiterhin ist das Verfahren nicht
in der Lage, eine Direktanzeige des Querschnittes des Messdrahtes zu bewirken, sondern
die Messgrösse, d.h. die Frequenz f, hängt in komplizierter Weise von dem Querschnitt
des Drahtes und dem Querschnitt der Spule nach Gleichung (1) ab:
L = Induktivität der leeren Spule, C = Kapazität, d = Durchmesser des als Kreis
zylinder angenommenen Drahtquerschnittes d2 i5/4, D = Durchmesser der Spule mit
der Leerinduktivität L, /Ueff real = Korrektionsfaktor, der bei unendlich grosser
Frequenz gleich Null wird, der jedoch z.B. bei glühenden Stahldrähten von 0,5 cm
Durchmesser und einer Messfrequenz von 8 MHz über 7 % des Drahtquerschnitteinflusses
ausmacht. Das heisst, bei Nichtberücksichtigung dieses Korrektionsfaktors /Ueff
real wird bei einem Drahtdurchmesser von 0,5 cm der Drahtquerschnitt um 7,12 % zu
gering gemessen.
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Wie Gleichung (1) zeigt, erscheint die primäre Messgrösse d = Durchmesser
des als Kreiszylinder angenommenen Messdrahtes in komplizierter Weise in der angezeigten
Messgrösse f, d.h. es ist in jedem Fall ein Computer mit einem Frequenzmesser erforderlich,
um aus der Frequenz bei gegebenem Spulendurchmesser die gesuchte Grösse, Drahtquerschnitt
Q d2 ' , auszurechnen.
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4 Weiterhin ist zu beachten, dass der in der deutschen Patentschrift
2 228 679 angestrebte Kompensationseffekt von Zunahme der Kapazität und Abnahme
der Selbstinduktion bei Lageveränderungen des Messdrahtes zwangsläufig die Herabsetzung
der Messempfindlichkeit zur Folge hat. Bei Einführen des Drahtes in den Schwingkreis
nimmt als erwünschter Effekt die Selbstinduktion der Spule ab, d.h. die Eigenfrequenz
des Resonanzkreises nimmt zu. Jedoch gleichzeitig nimmt mit Einführen des Drahtes
die Gesamtkapazität des Schwingungskreises zu, wodurch die Frequenz des Schwingungskreises
wieder abnimmt.
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Der Messdraht mit dem Durchmesser d bildet mit der Spulenwicklung
mit dem DurchmesserD und der Länge e einen Zylinder-Kondensator mit der Kapazität
Cz. z Der Zusammenhang dieser Zylinderkapazität mit dem Durchmesser des zu messenden
Drahtes und dem Spulendurchmesser ist durch Gleichung (2) gegeben:
Die Grösse g stellt die relative Dielektrizitätskonstante dar, die im vorliegenden
Falle etwas grösser als 1 ist wegen des Keramikmaterials, auf welches die Spule
gewickelt ist.
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Gleichung (1) in der deutschen Patentschrift 2 228 679 muss daher
korrekterweise folgendermassen geschrieben werden:
Durch das Einführen des Messdrahtes in die Spule tritt also eine zusätzliche Kapazität
z auf. Gleichung (3) lässt sich umformen in Gleichung (4):
Dabei ist f die Eigenfrequenz des Schwingkreises mit einvoll geführtem Draht und
f die Eigenfrequenz des Schwingkreises leer vor dem Einführen des Drahtes. Das heisst,
die Gleichung (4) lässt deutlich erkennen, dass die Kapazität C2 z des in die Spule
eingeführten Drahtes die Messempfindlichkeit, d.h. den Frequenzeffekt des Drahtdurchmessers
um so mehr herabsetzt, je kleiner der Wert (d/D) ist. Schliesslich wird die Messempfindlichkeit,
d.h. die Abhängigkeit der Frequenz von dem Durchmesser d des Drahtes gleich Null,
wenn bei kleinen (d/D) ²Werten Cz = d ² C ( D ) z d2 c = Der Einfluss der Kapazität
zwischen dem in der Spule befindlichen Draht und der Spulenwicklung auf die Messempfindlichkeit
ist in starkem Masse abhängig von dem Drahtdurchmesser, weil dessen Einfluss auf
die Induktivität der Spule mit dem Quadrat anwächst, während der den Messeffekt
vermindernde Effekt der Kapazität nach einem logarithmischen Gesetz mit dem Drahtdurchmesser
entsprechend Gleichung. (2) zusammenhängt. Das
heisst, bei kleinem
Füllungsgrad ist die Wirkung des Drahtes auf die Induktivität klein, jedoch der
Kapazitätseffekt zwischen Draht und Spulenwicklung schon verhältnismässig gross.
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Im Gegensatz zu den Nachteilen, welche dem Verfahren zur Querschnittsmessung
von Walzdraht anhaften, welches, wie vorher beschrieben, den heutigen Stand der
Technik verkörpert, zeichnet sich das im folgenden geschilderte erfindungsgemässe
Verfahren durch folgende Vorteile aus: 1.) direkte digitale Anzeige der Quadratmillimeter
des Drahtquerschnittes, 2.} Schreiber und Anzeigeinstrument für Querschnittsabweichungen
zeigen eine lineare Skala von = = + 5 % oaer + 10 %, und zwar unabhängig von dem
Absolutwert des Drahtquerschnittes.
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3.) Die Anzeige des Querschnittes bzw. der Querschnittsabweichungen
ist völlig unabhängig von den Abmessungen der Prüfspule.
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4.) er Einfluss des Lageeffektes des Messdrahtes auf die Querschnittsanzeige
ist im Gesamtbereich der Messspule gleich Null.
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5.p Die Prüfspule hat eine Länge von nur etwa 5 mm.
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6. Die Bedienbarkeit des Verfahrens ist äusserst einfach und der technische
Aufwand ist verhältnismässig sehr gering, da ohne elektrischen Zähler und ohne Computer
der Quer schnittsmesswert direkt in Quadratmillimeter angezeigt wird.
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7.i Die vom Querschnitt Messgerät abgegebenen Messspannungen sind
linear proportional zu dem Drahtquerschnitt.
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8.) Die Stabilität des Querschnitt-Messverfahrens liegt um mehr als
eine Zehnerpotenz über derjenigen der Verfahren, welche den Stand der Technik verkörpern.
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9.) Durch Einstellung eines Drehknopfes auf den Wert des gerade gewalzten
Drahtdurchmessers wird quantitativ er Korrekturfaktor (l + µeff real) berücksichtigt,
der z.B. bei einem
Drahtdurchmesser von 0,5 cm und einer Frequenz
von 8 MHz bereits 7,12 % beträgt, und der in der deutschen Patentschrift 2 228 679
keine Berücksichtigung findet.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, zunächst einen gewissen Raum
mit möglichst homogener Feldstärke des hochfrequenten Wechselfeldes zu schaffen
und in diesem Feld mit hochgradiger Homogenität durch eine besondere erfindungsgemässe
Sekundärspulenanordnung den Querschnitt des durch die Sekundärspulenanordnung laufenden
Drahtes quantitativ und unabhängig von der Sekundärspulenanordnung zu messen.
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Zunächst wird zur Erzeugung des primären hochfrequenten Wechselfeldes
von einer an sich bekannten sogenannten Helmholtz-Spule ausgegangen. Diese wird
gebildet durch zwei Ringspulen, z.B. mit einem Durchmesser von je 10 cm, wobei beide
Ringspulen in-halbem Abstand des Ringdurchmessers entsprechend Bild 1 befestigt
sind. Dann berechnet sich die Axialfeldstärke im Sym-.
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metriemittelpunkt, d.h. in der Mitte zwischen den beiden Ringspulen,
zu
Dabei stellt nH I die Amperewindungszahl und DH den Durchmesser der Helmholtz-Ringspulen
dar. Diese Helmholtz-Anordnung zeigt bereits in der Senkrechten zur Spulenmittenachse
über dem Symmetriepunkt P Bild 1 einen Bereich hoher Feldhomogenität auf.
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Z.B. ergibt sich in einer senkrechten Entfernung vom Symmetriepunkt
von + 0,25 des Helmholtz-Spulenradius, also über 25 mm bei einem Helmholtz-Spulendurchmesser
von 10 cm, erst eine maximale Abweichung von - 1,67 Promille gegenüber dem Feld
im Symmetriepunkt P.
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Durch eine Korrektionsspule SK mit speziellem Durchmesser und einer
speziellen Amperewindungszahl lässt sich nunmehr
der senkrechte
Bereich mit verschwindender Inhomogenität über oder unter dem Symmetriepunkt P bedeutend
erweitern.
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Das wird erreicht, weil bei der Helmholtz-Anordnung nach Bild 1 die
Feldstärke oberhalb und unterhalb des Symmetriepunktes P schwächer wird. Bei der
Korrektionsspule SK ist es jedoch gerade umgekehrt, da bei einer Scheibenspule entsprechend
5K die Axialfeldstärke von dem Spulenmittelpunkt ausgehend in Richtung auf die Ringwicklung
anwächst. Es gibt nun ein bestimmtes optimales Verhältnis der Durchmesser D K der
Kompensationsspule und DH der Helmholtz-Spule bei einem bestimmten Verhältnis der
Amperewindungszahl n IK der Kompensations-und n IH der Helmholtz-Spule, wo die Abnahme
der Axialfeldstärke der Helmholtz-Spule über einen maximalen Bereich senkrecht über
und unter dem Symmetriepunkt P kompensiert wird durch die entsprechende Zunahme
der Axialfeldstärke der Kompensationsspule.
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In diesen Raum mit einer Homogenitätsabweichung des Feldes unter 1
Promille wird eine Sekundär-Doppelspulen-Anordnung gebracht, die entsprechend Bild
2 aus zwei konzentrischen Wicklungen besteht, die auf verschiedene Spulendurchmesser
gewickelt sind. Hinsichtlich der Durchmesser D1 (innen) und D2 (aussen) sowie der
Windungszahl dieser konzentrischen 2 2 Spulenanordnung gilt D2 N N D1 nl = N n2
wobei für den allgemeinen Fall die Zahl N Werte grösser als 1 bedeutet.
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Aus der homogenen Feldstärke Ho am Ort der Sekundärspulenanordnung
sowie aus der Windungszahl n lässt sich für jede der beiden konzentrischen Spulen
die Leerspannung berechnen, welche für die Spule 1 und Spule 2 durch folgende Formeln
beschrieben ist:
Wird nun die Bedingung nl= N n2 und D12 = D2 / N in Gleichung (6) eingesetzt, so
ergibt sich
d.h. N hebt sich heraus, und es ergibt sich für E2 die genau gleiche Spannung wie
für E1. Das heisst, wenn die beiden entsprechend Bild 2 gewickelten konzentrischen
Spulen gegeneinander geschaltet werden, ergibt die Differenzspannung im leeren Zustand
immer den Wert 0.
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Wird nunmehr ein Draht mit dem Durchmesser d in die Sekundärspulenanordnung
Bild 2 eingeführt, tritt an den Enden der beiden konzentrischen Sekundärspulen je
eine Spannung auf, die sich folgendermassen berechnet:
In Gleichung (8) wird D1² entsprechend der gestellten Bedin-2
gung für die Sekundärspulenanordnung durch D2 / N und n1 durch N n2 n2 ersetzt.
Das ergibt Gleichung (9):
Die Differenz der Spannungen E1 und E2, welche durch Gegeneinanderschaltung der
beiden konzentrischen Sekundärspulen mit dem Durchmesser D2 und D1 erhalten wird,
berechnet sich
Gleichung (10) nimmt eine besonders einfache Form an, wenn für die frei wählbare
Grösse N > 1 der Wert 2 eingesetzt wird. Dann schreibt sich Gleichung (10)
Gleichung (10) und (11) zeigen das bemerkenswerte Ergebnis, dass einmal die Spannungsdifferenz
E2 - E1 direkt proportional d2 zu der zu messenden Primärgrösse: Drahtquerschnitt
d² #= Q 4 Draht ist, während zum anderen die Dimensionen D2 und D1 der Sekundärspulenanordnung
in der Messgrösse E2 - E1 = E nicht mehr enthald²# ten sind. Der Drahtquerschnitt
4 = Qd berechnet sich aus Gleichung (11)e
Da es sich bei dem Korrektionsfaktor / Ueff real um Werte von einigen Prozent handelt,
kann der Faktor 1 1- /Ueff real durch (1 + eff real) ersetzt werden.
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Werden die Gerätekonstanten f = feste Frequenz, n2 = Windungszahl
der äusseren Sekundärspule, Feldstärke Ho der Helmholtz-Spulenanordnung am Ort der
Sekundärspule, gemessen in Oersted, zu einer Gerätekonstanten K zusammengefasst:
so ergibt sich als Endformel:
Die Konstante K in Gleichung (14) enthält entsprechend Gleichung (13) neben der
Messfrequenz und der Windungszahl der äusseren Spule der Sekundärspulenanordnung
noch die Feldstärke Ho[Oe]des Helmholtz-Feldes. Dieses Helmholtz-Feld Ho am Ort
der Sekundärspulenanordnung berechnet sich aus dem Helmholtz-Spulendurchmesser D
H und der Windungszahl einer Helmholtz-Spule nH sowie dem Spulenstrom I in Ampere
zu:
Liegt die Messfrequenz im MHz-Bereich, so berechnet sich für die
verschiedenen Drahtdurchmesser der Faktor /ueff real nach der Näherungsformel (16),
die in dem MHz-Bereich eine Abweichung von dem exakten Wert um weniger als 1 Promille
ergibt:
f = Messfrequenz in Hz,f = elektrische Leitfähigkeit in m/#mm² (für warmgewalzte
Stahldrähte bei etwa 1000 °C # = 1 m/#mm²), d = Drahtdurchmesser in cm, µrel = magnetische
Permeabilität (für Eisen über dem Curiepunkt ist µrel = 1).
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Wird in Gleichung (16) f = 8 . 106 Hz, # = 1 m/# mm² und µrel = 1
gesetzt, so ergibt sich für den Korrektionswert µeff real in Abhängigkeit vom Messdrahtdurchmesser
d in cm die einfache Beziehung: 0,0356 µeff real = d (17) Tabelle 1 zeigt die Korrektionswerte
/ Ueff real für den üblichen Durchmesserbereich eines Drahtwalzwerks: dDraht Korrekturfaktor
(1 + µeff real) 0,5 cm 1,071 1,0 " 1,036 1,5 " 1,024 2,0 " 1,018 2,5 " 1,014 3,0
" 1,012 Tabelle 1
Wie aus Gleichung (14) zu erkennen ist, wird
bei Nichtberücksichtigung des Korrekturfaktors (1 + /ueff real) der Drahtquerschnitt
um diesen Faktor zu gering gemessen, was natürlich auch für das Verfahren nach der
deutschen Patentschrift 2 228 679 gilt, bei dem die Korrektur unberücksichtigt bleibt.
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In der vorliegenden Patentschrift wird gezeigt, wie dieser Korrekturfaktor
durch eine sehr einfache Anordnung quantitativ bei der Drahtquerschnittsmessung
berücksichtigt wird.
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Werden die experimentellen Daten des Gerätes: Frequenz = 8 MHz der
Helmholtz-Spule, D = 10 cm, I n = 1 Amperewindungen und der Sekundärwindungszahl
n2 = 10 in Gleichung (13) und (14) eingesetzt, so ergibt sich der exakt berechnete
Zusammenhang zwischen dem Drahtquerschnitt Draht und der Messspannung E:
Umgekehrt zeigt Tabelle 2 die von der Sekundärspulenanordnung für den üblichen Durchmesserbereich
von Drahtwalzwerken von d - 5 bis 30 mm abgegebene Messspannung E, wenn die vorher
wiedergegebenen Gerätedaten eingehalten sind. Tabelle 2 lässt erkennen, dass die
Grundlagen des erfindungsgemässen Verfahrens zur Draht-Querschnittsmessung so durchsichtig
sind, dass die Messgrösse: elektrische Spannung in Abhängigkeit vom Drahtquerschnitt
quantitativ aus den Gerätekonstanten zu berechnen ist.
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dDraht Messspannung Draht Draht in Volt 0,5 cm 19,63 mm2 0,166 1,0
" 78,54 " 0,694 1,5 " 176,7 " 1,562 2,0 " 314,2 " 2,793 2,5 " 491,0 " 4,381 3,0
" 707,0 " 6,323 Tabelle 2 Bild 3 zeigt eine von mehreren möglichen Anordnungen zur
erfindungsgemässen quantitativen Draht-Querschnittsmessung.
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Die Helmholtz-Spule 1 dient zur Erzeugung eines hochgradig homogenen
Feldes am Ort der Sekundärspulenanordnung 2. Die gegeneinander geschalteten Wicklungen
der beiden konzentrischen Sekundärspulen entsprechend Bild 2 führen zu einem Präzisionsgleichrichter
4, welcher die gleichgerichtete Spannung der Sekundärspulenanordnung einer Widerstandskombination,
bestehend aus dem hintereinandergeschalteten Widerstand 7 und dem Potentiometer
6, zuführt, wobei der Kondensator 5 zur Glättung der gleichgerichteten Hochfrequenzspannung
dient. Das Potentiometer 6, das eine Skala für die Drahtdurchmesser des üblichen
Walzbereiches von 5 - 30 mm zeigt, repräsentiert den Korrektionsfaktor (1 + /Ueff
real) in Formel (14), während die Messspannung E ohne Korrektionsfaktor am unteren
Anschlag, d.h. der Nullstellung 8 des Korrektionspotentiometers angezeigt wird.
Das Korrektionspotentiometer 6 gestattet, den Wert E mit Faktoren von 1,0 bis 1,1
zu multiplizieren entsprechend den Werten der Korrekturfaktoren (1 + /ueff real
in Tabelle 1, Spalte 3.
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Zur quantitativen Messung des Drahtquerschnittes unter Berücksichtigung
des drahtdurchmesserabhängigen Korrekturfaktors
ist das Korrektionspotentiometer
6 lediglich mit seinem Zeigerknopf auf der Durchmesserskala auf den für den Walzprozess
vorgesehenen Durchmesser einzustellen. Dabei kommt es bei der Durchmesser-Einstellung
des Korrektionspotentiometers 6 nicht auf grosse Genauigkeit an, da es sich um kleine
Korrektionsfaktoren handelt, die bei den bisher bekannt gewordenen elektromagnetischen
Verfahren zur Querschnittsmessung überhaupt keine Berücksichtigung finden. Das Korrektionspotentiometer
6 ist aber von erheblicher Bedeutung, wenn im unteren Drahtdurchmesserbereich gewalzt
wird und man aus technologischen Gründen die Messfrequenz nicht so hoch wählen möchte,
dass der Korrektionsfaktor /Ueff real z.B. einen Fehler in der Draht Q schnittsmessung
nicht grösser als 1 % ergibt.
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Nachdem von dem Querschnitts-Messverfahren für die Praxis der Stahlindustrie
eine Genauigkeit von + 1 % verlangt wird, zeigt Tabelle 3, bei welchem Drahtdurchmesser
welche Messfrequenzen erforderlich sind, um den Querschnitts-Messfehler bei einer
Nichtberücksichtigung der /ueff real -Korrektur gerade auf 1 % zu halten. Aus Gleichung
(16) berechnet sich Tabelle 3, indem für /Ueff real der Wert 0,01 = 1 % gesetzt
wird.
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Q; und /ueff werden wiederum mit dem Wert 1 in Gleichung (16) eingesetzt.
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d 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 (cm) f (MHz) 405,3 101,3 45,03 25,3 16,21
11,26 Tabelle 3 Nachdem bekannt ist, wie die experimentellen Schwierigkeiten zunehmen,
wenn bei einer Frequenz von 100 MHz oder mehr gearbeitet wird, ist aus Tabelle 3
zu erkennen, welche Vorteile das Korrekturpotentiometer 6 in Bild 3 aufweist, da
es bei Einhaltung der geforderten Querschnitts-Messgenauigkeit von
1
% ermöglicht, bei einer im Verhältnis zu den in Tabelle 3 angegebenen Frequenzen
niedrigen und damit leicht zu beherrschenden Frequenz zu arbeiten.
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Wie aus Gleichung (18) zu ersehen ist, besteht ein linearer 2 Zusammenhang
zwischen dem Drahtquerschnitt in mm und der von der Sekundärspulenanordnung abgegebenen
Spannung E, welche ihrerseits durch Einstellen des Korrektionspotentiometers 6 in
Bild 3 auf den für die Walzung vorgesehenen Drahtdurchmes-0v0356> ser mit dem
Faktor (1 + d multipliziert wird. Durch den Verstärker 9 mit dem digitalen Voltmeter
10 wird die Messspannung, welche vorn Schleifer 11 des Korrektionspotentiometers
abgenommen wird, für eine bestimmte Prüfspule einmal so eingestellt, dass die digital
angezeigte Spannung des Voltmeters 10 in den numerischen Werten genau dem Drahtquerschnitt
in mm2 entspricht. Diese einmalige Einstellung des Verstärkers bzw.
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Abschwächers 9 auf einen solchen Wert, dass die numerische Spannungsanzeige
des digitalen Voltmeters identisch ist mit der Zahl der Quadratmillimeter des Drahtquerschnittes,
ergibt auf ausserordentlich einfache Weise ohne Computer über den gesamten Drahtdurchmesserbereich
die jeweilige Zahl der Quadratmillimeter des Drahtquerschnittes an.
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Damit ist ein gesetztes Ziel der Erfindung erreicht, nämlich die direkte
digitale Anzeige des Querschnittes in Quadratmillimeter des durch die Prüfanlage
laufenden heissen oder kalten Drahtes, und zwar mit einem Minimum an apparativem
Aufwand.
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Im folgenden wird-die erfinderische Lösung der zweiten Aufgabe behandelt,
nämlich dass Schreiber- und Anzeigeinstrument für die Querschnittsabweichungen diese
auf einer linearen Skala von A Q = + 5 % oder + 10 %wiedergeben, und zwar unab-Q
hängig von dem jeweiligen Absolutwert des Querschnittes Q.
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Hierzu wird die an dem Schleifer 11 des Potentiometers 6
liegende,
dem Drahtquerschnitt proportionale Spannung nachgebildet durch eine Spannung, die,
von einer konstanten Spannungsquelle herrührend, an dem Präzisionspotentiometer
12 eingestellt wird. Die Schleifer 11 und 13 führen zu einem in der Verstärkung
regelbaren Differenzverstärker 14. Der Verstärkungsregler 15 des Differenzverstärkers
14 ist in mm2 des Drahtquerschnittes geeicht. Die Eichskala des Verstärkungsreglers
15 ist so ausgeführt, dass alle durch das digitale Voltmeter angezeigten Querschnitte
auf den gleichen Spannungswert gebracht werden. Das heisst, für einen Draht mit
5 mm Durchmesser wird ein entsprechend höherer Verstärkungsgrad gewählt als für
einen Draht mit z.B. 20 mm Durchmesser. In der einfachsten, nicht automatischen
Ausführung wird lediglichder vom digitalen Voltmeter 10 angezeigte Drahtquerschnittswert
auf der Skala 15 des in Quadratmillimeter geeichten Verstärkers 14 eingestellt.
Schreiber 16 und Anzeigegerät 17 sind durch den Schleifer 13 des Potentiometers
12 zur Kompensation der Spannung am Schleifer 11 des Potentiometers 6 auf die Mitte
ihres Messbereiches eingestellt. Wenn durch eine Querschnittsänderung des Drahtes
sich die Spannung am Schleifer 11 des Potentiometers 6 ändert, tritt am Differenzverstärker
eine Spannung auf, da die Spannung am Schleifer 13 des Potentiometers der konstanten
Spannungsquelle konstant bleibt. Durch die Regelung 15 des Verstärkungsgrades des
Differenzverstärkers 14 entsprechend dem von dem digitalen Voltmeter 10 angezeigten
Querschnittswert erscheinen auf der Registrierbreite des Schreibers 16 und der Skala
des Abweichungs-Anzeigeinstrumentes 17 prozentische Abweichungen z.B.
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vom Drahtquerschnitt von + 5 % ode t 10 % in der gewünschten Dehnung
in linearer Wiedergabe.
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Anstatt an das Kompensationspotentiometer 12 eine von einer konstanten
Quelle herrührende Spannung zu legen, kann erfindungsgemäss vorteilhaft die Speisung
des Kompensationspotentiometers 12 durch eine in der Nähe einer Wicklung der Helmholtz-Spule
angebrachte feinstufig verschiebbare Spule 18
erreicht werden.
Die Achse der Spule 18 steht senkrecht auf der Helnholtz-Spulenachse, so dass die
in der Nähe der Wicklung der einen Helmholtz-Spulenhälfte ringförmigen Kraftlinien
senkrecht in die Fläche der Kompensationsspule 18 eintreten. Die in dieser Spule
durch den Wicklungsring der Helmholtz-Spule induzierte und durch geometrische Verschiebung
weich regelbare Wechselspannung wird durch den Gleichrichter 19 gleichgerichtet
und durch den Kondensator 20 geglättet.
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Das bedeutet, dass Mess- und Kompensationskreis völlig gleich aufgebaut,
aus der gleichen Spannungsquelle des hochfrequenten Feldes der Helmholtz-Spule betrieben
werden, wodurch eine besonders hohe Konstanz und Stabilität der Messwertanzeige
erreicht wird.
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Durch eine präzise verstellbare Schwalbenschwanzführung lässt sich
Spule 18 sehr weich auf den maximalen Spannungswert des Potentiometers 12 einstellen,
welcher'dem höchsten Spannungswert am Schleifer 11 für den grössten, in der betreffenden
Messspulenanordnung messbaren Drahtquerschnitt entspricht.
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In einfacher Weise lässt sich ein bestimmter Querschnitts-Sollwert
für die Schreibermitte und Anzeigeinstrumentenmitte vorwählen, so dass auf dem Schreiber
unmittelbar die Abweichullgen von einem vorgeschriebenen Querschnitt erscheinen.
Diese Vorwahl eines bestimmten Soll-Querschnittes des Drahtes lässt sich vor dem
Walzprozess leicht programmieren, indem der Schleifer 11 durch einen Umschalter
vom Verstärker 9 abgeschaltet wird und statt dessen der Verstärker 9 an Kontakt
22 des Umschalters 21 gelegt wird. Damit liegt der Schleifer 23 des Potentiometers
24 an dem Verstärker 9. Potentiometer 23 liegt parallel zu dem Kompensationspotentiometer
12.
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Nun wird der Schleifer 23 des Potentiometers 24 so verstellt, bis
das digitale Voltmeter 10 den Sollwert des Querschnittes des zu walzenden Drahtes
anzeigt. Bei manuellem Betrieb wird
an Regler 15 des Differenzv-erstärkers
14 ebenfalls der Sollwert des Drahtquerschnittes eingestellt, und mit dem Schleifer
13 des Kompensationspotentiometers 12 der Schreiber 16 und das Anzeigeinstrument
17 auf die Skalenmitte gestellt.
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Zum Messbetrieb beim Walzvorgang wird dann einfach der Umschalter
21 von dem Potentiometer-Schleifer 23 auf den Schleifer 11 zurückgeschaltet.
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Zur Registrierung der prozentualen Plus/Minus-Abweichung des Drahtquerschnittes
von einem bestimmten Sollwert lautet daher die Einstellvorschrift: 1.) Nach Umschalten
von Umschalter 21 von Kontakt 11 auf 22 am Schleifer 23 den Sollwert des zu walzenden
Drahtquerschnittes auf dem Digital-Voltmeter 10 einstellen, 2.) am Einstellknopf
15 mit geeichter Querschnitts-Skala ebenfalls den Sollwert des Drahtquerschnittes
einstellen, 3.) am Schleifer 13 des Kompensationspotentiometers die Schreibernadel
des Schreibers 16 und damit den Zeiger des Toleranzinstrumentes 17 auf Skalenmitte
stellen, 4.) Schalter 21 wieder auf Schleifer 11 umschalten.
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Nunmehr zeigt Digital-Voltmeter 10 den Absolutwert des Drahtquerschnittes
in mm2 und der Schreiber sowie das Toleranzanzeigeinstrument die Abweichung des
Querschnittes in Prozent des Sollquerschnittes an, und zwar unabhängig vom Drahtquerschnitt
selbst.
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Im folgenden wird beschrieben, wie das Draht-Querschnitts-Messverfahren,
das, wie vorher dargestellt, mit zwei gegeneinander geschalteten konzentrisch gewickelten
Sekundär spulen arbeitet, auch mit einer Sekundärspule realisiert werden kann.
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Bild 4 zeigt die Schaltung. Die Helnrholtz-Spulenanordnung 25 erzeugt
ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld mit hohem Homogenitätsgrad am Ort der
Sekundärspule 26.
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Im Leerzustand steht an den Enden der Wicklung der Sekundärspule eine
Spannung an
f = Frequenz in Hz, n = Sekundärwindungszahl, D5 = Wicklungsdurchmesser der Sekundärspule
in cm, Ho Oe = Feldstärke der Helmholtz-Spule am Ort der Sekundärspule. Diese Spannung
wird durch den Präzisionsgleichrichter 27 gleichgerichtet und erscheint auf dem
Widerstand 28 als Gleichspannung.
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Der gleiche Wert dieser Gleichspannung entsprechend Gleichung (19)
wird über einer zweiten Widerstandskombination, bestehend aus Potentiometer 32 und
regelbarem Widerstand 33 nachgebildet. Das kann erreicht werden, indem anders wie
in Bild 4 gezeichnet eine konstante Gleichspannungsquelle an diese Widerstandskombination
32, 33 angeschlossen wird, oder aber entsprechend Bild 4 wird der Spannungswert
Eo der leeren Spule nachgebildet durch- die fein verstellbare Spule 29, deren Spannung
aus dem Feld des Helmholtz-Spulenringes entstammt.
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Diese feinstufig regelbare Spannung an Spule 29 wird über Gleichrichter
30 gleichgerichtet. Durch Verschiebung der Kompensationsspule 29 wird über der Widerstandskombination
32,33 die genau gleiche Spannung Eo eingestellt, die über dem Widerstand 28 - herrührend
von der leeren Sekundärspule 26 - liegt. Dazu -wird der Umschalter 36 mit Punkt
37 verbunden. Dann liegt an dem Differenzverstärker 42 die Leerspan-.
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nung entsprechend Gleichung (19) über Widerstand 28 sowie die durch
Spule 29 nachgebildete Leerspannung über der Widerstandskombination 32, 33.
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Spule 29 wird solange im Abstand zur Helmholtz-Ringwicklung verschoben
(z.B. mit einem Schalalbenschwanz-Schlitten, der durch eine Rändelschraube sehr
weich verstellt werden kann), bis am Differenzverstärker 42 gleiche Spannungen liegen,
so dass der Schreiber 43 und das Toleranzmessinstrument 44 auf Skalenmitte stehen.
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Mit dem Umschalter 36 ist der Umschalter 39 gekuppelt, so dass beim
Anlegen der Leerspannung der Sekundärspule über Widerstand 28 und der nachgebildeten
Leerspannung über Widerstandskombination 32, 33 an dem Differenzverstärker 42 gleichzeitig
die nachgebildete Leerspannung durch den gekuppelten Umschalter 39 und Kontakt 40
am Verstärker bzw. Abschwächer 45 liegt. Dieser wird so eingestellt, dass auf dem
digitalen Voltmeter 46 der numerische Wert der Quadratmillimeter des Wicklungsquerschnittes
der Sekundärspule 26 erscheint.
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Damit ist das Absolutmessverfahren für die Draht-Querschnittsmessung
bereits geeicht, denn wegen der hohen Homogenität des Helmholtz-Feldes muss beim
Durchlauf des Messdrahtes die Leersapnnung bis auf den früher diskutierten Korrektionsfaktor
(1 + /ueff real) genau proportional zum Drahtquerschnitt abnehmen. Das heisst, bei
dem hypothetischen Fall, dass der Messdraht die Spule total ausfüllen würde, müsste
bis auf den Faktor /ueff real die Spannung über dem Widerstand 28 zu Null werden.
Die Leerspannung Eo, welche proportional zu dem Sekundärspulenquerschnitt ist, nimmt
nach Einführen eines Drahtes bis auf den Korrektionsfaktor genau proportional zum
Drahtquerschnitt ab. Für die Spannung an der Sekundärspule S mit einem Wicklungsquerschnitt
Q5 = D5 g /4 und einem Messdraht-Querschnitt Qd = d2 i7/4 gilt:
Diese Spannung Ed entspricht genau der Spannung zwischen Schleifer 35 des Potentiometers
32 und Verbindungspunkt zwischen Potentiometer 32 mit dem Gleichrichter 30.
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Zur Anzeige des Drahtquerschnittes und der Draht-Querschnittsabweichung
wird der gekuppelte Schalter 36 und 39 umgeschaltet, so dass die Spannung des Schleifers
35 über Kontakt 41 des Umschalters 39 an das digitale Voltmeter 46 mit der direkten
numerischen Querschnittsanzeige über den Eichverstärker 45 gelegt wird. Gleichzeitig
schaltet der gekuppelte Schalter 36 über den Kontakt 38 die Spannung des Schleifers
35 an den Differenzverstärker 42.
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Aus Gleichung (23) ergibt sich der quantitative Zusammenhang zwischen
dem Drahtquerschnitt Qd entsprechend Gleichung (18):
Dabei berechnet sich die Konstante K zu
Gleichung (24) und (25) zeigen den gleichen quantitativen Zusammenhang zwischen
Drahtquerschnitt und Messspannung E wie die Gleichungen (13) und (14) bei dem konzentrischen
Doppelsekundärspulenverfahren. Der Korrekturfaktor (1 + /ueff real) wird für den
zu walzenden Drahtdurchmesser auf dem in Drahtdurchmessern oder/und in Querschnittswerten
geeichten Verstärker 47 mit dem Verstärkungsbereich von 1,0 bis 1,1 eingestellt.
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Für die Spulenwindungszahl n = 10, die Frequenz f = 8 MHz und die
Helmholtz-Feldstärke Ho = 0,18 Oe ( NI = 1 Amperewindungen, D = 10 cm) berechnet
sich die Leerspannung Eo für den Spulendurchmesser 16 mm aus Gleichung (19) zu 2,317
V.
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Diese Spannung liegt über dem Widerstand 28 in Bild 4 und wird ebenfalls
durch Verschiebung der Spule 29 an der Widerstandskombination 32,33 eingestellt.
Die Spannungsverminderung dieser Leer spannung Eo für einen Draht mit 5 und 8 mm
Durchmesser berechnet sich zu E5 mm = 0,1777 V und E8 mm = 0,455 V.
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Nunmehr wird der regelbare Widerstand 33 so eingestellt, dass nur
der Teil der Spannung der Leerspule, welcher durch die zu messenden Drahtquerschnitte
vermindert wird, an dem Potentiometer 32 zwischen Schleifer 35 und Verbindungspunkt
Potentiometer 32 und Gleichrichter 30 abgegriffen werden kann.
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Dabei ergibt sich die ausserordentlich einfache Möglichkeit, als Potentiometer
ein Zehngang-Präzisionspotentiometer zu benutzen mit einer Digitalskala 0 bis 1000,
um an dieser Skala
den Drahtquerschnitt direkt digital in 0,1 mm2-Einheiten
abzulesen. Z.B. hat der Draht mit 8 mm Durchmesser einen Quer-2 schnitt von 50,26
mm . Wird nun ein solcher 8-mm-Draht z.B.
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in Form eines Eichdrahtes aus austenitischem Werkstoff oder aus Neusilber
in die Messspule geführt und das Zehngang-Präzisionspotentiometer auf den Digitalwert
des Querschnittes in Zehntelmillimeter = 502,6 gestellt, so braucht der Regelwiderstand
33 nur so verstellt werden, bis der Zeiger des Instrumentes 44 auf Skalenmitte,
d.h. auf Null steht. Dann ist die gesamte Digitalskala 0 bis 1000 des Präzisionspotentiometers
in Querschnittswerten geeicht. Das heisst, bei dem Drahtdurchmesser 5 mm würde die
Digitalskala an Potentiometer 32 auf Skalenteil 196,3 und bei einem Drahtdurchmesser
von 10 mm (Q =78,54) auf Skalenteil 785,4 stehen, wenn das Instrument 44 auf Skalenmitte
gleich Null zeigt.
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Für den Betrieb der Drahtquerschnitts-Messanlage stellt es einen Sicherheitsfaktor
dar, wenn Betriebsstörungen, die zu einer Fälschung des Messergebnisses führen können,
automatisch gemeldet werden. Dazu dient ein Trigger, welcher ein optisches und/oder
akustisches Signal auslöst, wenn bei dem Leerwert-Vergleich in der Drahtdurchlaufpause
eine von Null abweichende Spannung auftritt.
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Weiterhin kann ein steuerbares Druckluftgebläse an der Messspule angebracht
werden, welches bei starker Zunderabgabe durch die Messspule bläst, oder bei seltener
Zunderverschmutzung der Spule durch das Störsignal bei dem Leerspannungsvergleich
für eine kurze Zeitperiode eingeschaltet wird.
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In gleicher Weise kann ein Trigger-Signal ausgelöst werden, wenn die
Querschnittsabweichung vom Sollwert des Drahtes einen bestimmten vorgeschriebenen
Toleranzwert überschreitet.
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Für die Gechnologische Ausgestaltung der Primär-Sekundärspulenanordnung
erscheint es zweckmässig, dass in eine Primärspulenanordnung mit hoher Feldhomogenität
die verschiedenen Sekundärspulen für die entsprechenden Drahtdurchmesserbereiche
eingesteckt werden, wobei die Verbindungskontakte durch entsprechende Kontaktleisten
beim Einführen der Sekundärspulenanordnung geschlossen werden.
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Weiterhin erscheint es zweckmässig, die Gleichrichterund Glättungskapazitäten
für Messkreis und Vergleichskreis am oder im Primärspulengehäuse anzuordnen, um
Leitungsprobleme für die bei der Querschnittsmessung auftretende Hochfrenz zu vermeiden.
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Für die Technologie der Sekundärspule sind zur Erreichung einer hohen
Drahtquerschnitts-Messgenauigkeit und zeitlicher Messstabilität eine Reihe von Massnahmen
getroffen worden. Die Sekundärwicklung wird auf das Keramikrohr unter Verwendung
von Keramikkleber gewickelt, um die durch den Ausdehnungskoeffizienten des Ivietallfolienbandes
der Sekundärwicklung bei Temperaturvariation auftretende Veränderung des Wicklungsquerschnittes
an den wesentlich geringeren Ausdehnungseffekt des Keramikrohres anzugleichen.
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Die Sekundärwicklungen sind aus Silberband, z.B. mit den Abmessungen
0,3 x 0,04 mm, gewickelt, um möglichst kurze-Sekundärwicklungen von nur wenigen
Millimetern zu erhalten. Derartige kurze Sekundärwicklungen sind für die Stabilität
der Sekundärspulenanordnung vorteilhaft, wobei ausserdem die Kapazität zwischen
Sekundärwicklung und Messdraht verschwindend klein wird. Die Kapazität zwischen
primärer Helmholtz-Spulenanordnung und Sekundärspule ist ohnehin wegen der grossen
Abstände zwischen Primär- und Sekundär spule völlig vernachlässigbar.
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Zur Herstellung der Wicklung der Sekundärspulenanordnung wird zweckmässigerweise
eine feine Nut von etwa 0,2 bis 0,3 mm Tiefe und etwa 0,5 mm Breite in Längsrichtung
des Keramikrohres eingesch'iffen, in die das Folienband für die Zuleitung zur Sekundärwicklung
eingelegt wird, wobei es mit Keramikkleber in der Nut angeklebt und überdeckt wird.
Die Wicklung wird dann über das im Keramikrohr eingelegte Zuleitungs-Metallband
rücklaufend gewickelt, wobei das Metallband des Spulenendes ebenfalls in der Nut
weggeführt wird, worauf die Nut mit Keramikkleber vollends verschlossen wird. Diese
Spulentechnologie ermöglicht eine optimale Abführung der Spulenzuleitungen ohne
Induktivitätsschleife.
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Die Vermeidung einer zusätzlichen Induktivität der Messspule ist deshalb
wichtig, damit die gesamte Spannung an den Enden der Spule ausschliesslich von dem
definierten Wicklungsdurchmesser der Sekundärspule abhängt. Denn nur unter dieser
Bedingung ist es gestattet, aus der Leerspannung der Spule als fundamentale Eezugsgrösse
die durch die verschiedenen Drahtdurchmesser erzeugten Änderungen der Leerspannung
quantitativ nach der Theorie von FÖRSTER und STAMBKE 1) 2) zu berechnen.
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Zur Kühlung der Sekundärspulenanordnung ist es zweckmässig, das Kühlwasser
nicht mit dem Metallband in galvanischen Kontakt kommen zu lassen. Deshalb wird
die Folienbandwicklung mit einer dünnen Schicht thermisch gut leitenden, aber elektrisch
isolierenden Platerials überzogen.
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Eine andere vorteilhafte Möglichkeit der Herstellung der Sekundärspulenanordnung
besteht darin, das Keramikrohr für die Sekundärspule auf eine kurze Länge mit einer
fest haftenden Silberschicht zu überziehen, (z.B. durch Feuerversilberung, galvanische
Versilberung, Spritzmetallisierung usw.), und
danach durch eine
feine Schleifanordnung oder durch Ätzen die Wicklungen der Sekundärwicklung herauszuarbeiten.
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Das vorher beschriebene Verfahren zur Drahtquerschnittsmessung, welches
eine dem Drahtquerschnitt proportionale elektrische Spannung abgibt, ist besonders
geeignet, durch angeschlossene einfache Auswertegeräte die Querschnitts-Messergebnisse
in übersichtlicher und quantitativer Form festzuhalten, darzustellen und zu kondensieren.
Z.B. lässt sich die Häufigkeitsverteilung der Drahtquerschnitte, d.h. die zu bestimmten
Querschnittsabweichungsbereichen gehörenden Drahtlängen, messen und ausdrucken.
Es werden also die Draht längen eines Ringes gezählt, deren Querschnittsabweichung
vom Sollwert zwischen + 1 und + 2 %, zwischen 2 % und 3 % usw. sowie in gleicher
Weise für die entsprechenden negativen Querschnittsabweichungen liegt.
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Diese Messung der-Häufigkeitsverteilung der Drahtquerschnitte lässt
sich in einfacher Weise so realisieren, dass jedem der Querschnittsabweichungsbereiche
eine Trigger-Stufe zugeordnet ist, welche die Wechselspannung eines Niederfrequenzgenerators
an ein jeder Trigger-Stufe zugeordnetes Zählgerät legt.
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Die Frequenz des Niederfrequenzgenerators wird gewählt nach der Anzahl
von Längeneinheiten des Drahtes, z.B. Meter oder Zentimeter, welche pro Sekunde
die Messspule passieren.
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Wenn nun die Trigger die Frequenz entsprechend der Drahtdurchlaufgeschwindigkeit
in m oder cm/sec an die den verschiedenen niederfrequenten Zählgeräten entsprechenden
Querschnittsabweichungsbereiche legen, so zeigen diese Zählgeräte jeweils die Zahl
der Meter bzw. Zentimeter mit bestimmten Querschnittsabweichungen eines Drahtringes
an.
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Das gleiche wird jedoch mit einem wesentlich geringeren Aufwand erreicht,
indem die einzelnen Perioden des Niederfrequenzsenders
in kurze
Impulse umgewandelt werden, die dazu dienen, eine Reihe von Kondensatoren, welche
den Querschnittsabweichungsbereichen entsprechen, aufzuladen. Daher zeigt jeder
Kondensator dieser Querschnittsabweichungsreihe nach dem Drahtdurchlauf eine Spannung
an, die der Sur;une der auf den betreffenden Kondensator fallenden Impulse, d.h.
der Drahtlänge mit der entsprechenden Querschnittsabweichung entsprechen. Diese
Kondensatorspannungen können unmittelbar nach dem Drahtdurchlauf abgefragt, ausgedruckt
oder geschrieben werden.
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Die Drahtlängenverteilung der verschiedenen Querschnittsabweichungen
ergibt ein quantitatives Bild der Walzgenauigkeit des vorliegenden Drahtringes.
Insbesondere die sogenannte Halbwertsbreite dieser im allgemeinen glockenkurvenähnlichen
Querschnittshäufigkeit charakterisiert den gewalzten Draht in geometrischer Hinsicht
durch eine Kennzahl.
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Ein weiteres Charakteristikum des gewalzten Drahtes neben der Querschnitts-Häufigkeitsverteilung
kann die Zahl der übergänge (Trigger-Umschaltungen) zwischen den Stufen der verschiedenen
Querschnittsabweichungen sein.
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Weiterhin gestattet die Gleichrichtung der dem Drahtquerschnitt entsprechenden
Hochfrequenzspannungen eine Auflösung der Feinstruktur von Querschnittsschwankungen
auf wenige Millimeter Drahtlänge (Walzenrauhigkeit usw.), die bei dem Verfahren
mit Frequenzmesser entsprechend deutscher Patentschrift 2 228 679 nicht zu erhalten
ist.
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Falls eine oder mehrere Walzen beschädigt sind, z.B. durch kleine
Ausbrüche usw., tritt in der Querschnittsspannung eine Period-.zität auf, aus deren
Frequenz auf die fehlerhafte Walze oder aus deren Frequenzspektrum auf die fehlerhaften
Walzen geschlossen werden kann.
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Durch Anschluss eines Harmonischen-Analysators an den Ausgang des
Differenzverstärkers 14 bzw. 42, kann die auftretende Frequenz in der Periodizität
der Messspannung analysiert werden, woraus auf die fehlerhafte Walze geschlossen
werden kann.
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Eine besonders einfache Möglichkeit, aus der Periodizität der Messspannung
unmittelbar auf diejenige Walze zu schliessen, welche die Periodizität hervorbringt,
besteht darin, jeder Walze einen abgestimmten Kreis zuzuordnen, der z.B. durch einen
sehr einfachen rückgekoppelten RC-Kreis gebildet wird.
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Aus der Drahtdurchlaufgeschwindigkeit und dem Durchmesser der verschiedenen
Walzen berechnet sich für jede Walze die Frequenz, welche bei einer Beschädigung
der betreffenden Walze in der Querschnittsmessspannung auftreten muss. Es lässt
sich daher an das Drahtquerschnitts-Messgerät eine einfache elektronische Anordnung
anschliessen, welche durch Signal auf einem Leuchttableau unmittelbar die beschädigte
Walze indiziert. Weiterhin ist es selbstverständlich möglich, die RC-Kreise durch
verstellbare Widerstände bei Änderung der Walzgeschwindigkeit usw. jeweils den verschiedenen
Walzendurchmessern anzupassen.
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Nachdem bereits eine grössere Zahl von Heissdraht-Fehlerprüfgeräten
in der Stahlindustrie in Betrieb sind, liegt es nahe, das Drahtquerschnitts-Messverfahren
mit dem Fehlerprüfverfahren zu koppeln, indem die Querschnitts-Messelektronik in
den Geräteschrank des Fehlerprüfverfahrens als Einschub integriert wird.
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Weiterhin kann die Fehlerprüfspule für Heissdraht in geeigneter Weise
mit der Querschnitts-Messspule kombiniert werden.
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Eine solche Kombination der Fehlerprüf- und Querschnittsmessung ergibt
die naheliegende Möglichkeit, die sich auf Drahtfehler und auf Querschnittsabweichungen
beziehenden Qualitätszahlen auf eine kleine Tafel dünnen Bleches zu stanzen, welche
dem
betreffenden Drahtbund nach Durchlauf zur Qualitätskennzeichnung angehängt wird.
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)Förster, F. und Stambke,K., Z. Metallkunde 45 (1954), S.166-179.
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2)F.Förster, Nondestructive Testing Handbook, Section 36, New York,
The Rohald Press, 1959.