DE3631064C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sonde gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Aus der DE-PS 16 23 577 sind Sonden mit magnetisierbarem Kern bekannt, die eine von einem vorzugsweise dreiecksförmigen Wechselstrom durchflossene Vormagnetisierungswicklung, welche das Kernmaterial periodisch in die Sättigung steuert, besitzen, sowie eine Induktionswicklung aufweisen, deren Ausgangsspannung differenziert wird, um den zeitlichen Abstand der Nulldurchgänge der differenzierten Induktionsspannung als Meßwert für die magnetische Flußdichte auszuwerten.

Gleichfalls wurden in der Zeitschrift für Metallkunde 46 (1955) 5, S. 385 (F. Förster: Ein Verfahren zur Messung magnetischer Gleichfelder und Gleichfelddiferenzen und seine Anwendung in der Metallforschung und Technik) Sonden beschrieben, die gleichfalls einen magnetisierbaren Kern aufweisen und die gleichfalls eine Vormagnetisierungswicklung, um den magnetisierbaren Kern periodisch mit einem Wechselstrom in Sättigung zu steuern, und eine Induktionswicklung als Meßwicklung besitzen. Diese Sonden werden mit einem vorzugsweise sinusförmigen Wechselstrom betrieben, wobei je zwei Sonden verwendet werden und aus der Differenz der Spannungen der beiden Induktionswicklungen die 2. Oberwelle bezogen auf den sinusförmigen Wechselstrom herausgefiltert wird, die den Meßwert beinhaltet.

In beiden genannten Verfahren wird die kleinste auflösbare Flußdichteänderung von dem Nutzsignal überlagerten Rausch- und Störsignalen sowie von der Stabilität der Sonde bestimmt.

In der deutschen Offenlegungsschrift 32 13 197 ist eine Sonde nach dem Oberbegriff beschrieben. In der Beschreibungseinleitung dieser Offenlegungsschrift wird gezeigt, daß bei einer nach der DE-PS 16 23 577 aufgebauten Sonde die Auswertung der differenzierten Induktionsspannung zu unsicheren Ergebnissen führt, wenn nicht durch den geometrischen Aufbau der Sonde und nicht durch eine entsprechende Abstimmung der elektrischen Funktion der Sonde mit der nachfolgenden Auswerteschaltung ein günstiges Nutzsignal-Störsignal-Verhältnis erreicht wird.

Die Stabilität der Sonde hängt jedoch nicht von ihrem geometrischen Aufbau und der Abstimmung der elektrischen Funktion ab, sondern wesentlich von der Art der Behandlung des Kerns und der Lagerung des Kerns in dem Sondenkörper.

In der DE-PS 25 18 764 ist daher ein Verfahren angegeben, das bei nach dem in der Zeitschrift für Metallkunde 46 (1955) angegebene Verfahren aufgebauten Sonden, Fehler in der Behandlung des Kerns im gewissen Umfang wieder rückgängig macht. Hierzu werden die aus dünnen magnetisierbaren Drähten bestehenden Sondenkerne in Bohrungen eingesetzt, die sich in einem länglichen Körper aus amagnetischem Material, vorzugsweise Keramik, befinden, wobei der Durchmesser der Bohrungen nur geringfügig größer ist als der der Drähte. Die Drähte werden dann an ihrem einen Ende mit einem hitzebeständigen Kleber eingeklebt.

Durch eine nachfolgende Ausglühbehandlung werden die bei dem Einbau der Drähte in den länglichen Körper auftretenden mechanischen Beeinträchtigungen in gewissem Umfang wieder rückgängig gemacht.

Von Nachteil bei diesem Verfahren ist der große Herstellungsaufwand und eine nur geringe mechanische Stabilität, was sich insbesondere bei Sonden, die starken Umweltbeanspruchungen durch Schock und Vibration ausgesetzt sind, negativ auswirkt.

So lassen sich beispielsweise Sonden für den Einsatz in Unterwassersprengkörpern, die hohen Schockbelastungen bedingt durch benachbarte detonierende Unterwassersprengkörper ausgesetzt sein können, nicht aufbauen, da sich die Richtungsempfindlichkeit dieser Sonden verändern kann, weil bedingt durch den machanischen Freiraum eine Verbiegung der den Sondenkern repräsentierenden Drähte möglich ist, wenn hohe Schockbelastungen auftreten.

Gleichfalls ist ein derartiger Sondenaufbau nicht möglich, wenn Kerne eingesetzt werden, die in der Mitte eine Querschnittsverminderung aufweisen.

Aus der DE 33 37 606 A 1 ist eine Magnetsonde mit wenigstens einem magnetfeldempfindlichen Sensor bekannt, der zwischen den aufeinander zuweisenden Stirn-Enden zweier koaxial anliegender und von Halterungs-Hülsen umgebenen, auf einem Träger befestigten Kollektor-Bolzen angeordnet ist, insbesondere für Zündanordnungen in Minen. Es ist eine durchgehende, sich wenigstens über Teile von beiden äußeren Kollektor Bolzen erstreckende Halterungs-Hülse vorgesehen, innerhalb derer der Sensor angeordnet ist. Die Halterungs-Hülse ist mit einem Innengewinde ausgestattet, so daß mit Außengewinden ausgestattete Kollektor-Bolzen von jeweils einer Hülsen-Stirnöffnung her in die Halterungs-Hülse einschraubbar sind. Die Halterungs-Hülse weist in Bereichen der Anordnung eines Sensors zwischen den Kollektor-Bolzen Durchbrechungen in ihrer Wandung auf. Durch diese Durchbrechung kann nach der Fertigmontage der Magnetsonde vorteilhaft eine Kunststoffmasse eingefüllt werden, mittels derer der endgültig positionierte Sensor umgossen wird, um ihn auch radial, der Halterungs-Hülse gegenüber, festzulegen und zugleich gegen etwaige funktionsstörende atmosphärische Außeneinflüsse, die - wie etwa Feuchtigkeitseinflüsse - das Ansprechverhalten des Sensors verändern können, abzuschirmen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Sonden mit magnetisierbaren, periodisch in Sättigung gesteuerten Kernen herzustellen, bei denen bezogen auf die Stabilität der zu messenden magnetischen Flußdichte eine wesentliche Verbesserung erzielt wird, sowie Sonden, bei denen eine erhöhte Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen durch Schock- und Vibration erreicht wird, wobei eine Fertigung bei gleichbleibend guten magnetischen Eigenschaften in großen Stückzahlen ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensmerkmale gelöst. Damit wird der Vorteil erreicht, daß Verfälschungen der von der Sonde gemessenen magnetischen Flußdichte bedingt durch mechanische Verspannungen des Sondenkerns auf ein Minimum reduziert werden und gleichfalls die mechanische Stabilität der Sonden gegenüber Umweltbelastungen durch Schock und Vibration maximiert wird. Auch werden vorteilhafterweise Herstellungskosten und Herstellungsaufwand minimiert.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 beschrieben.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1a bis 1c den prinzipiellen Aufbau eines aus zwei Halbkörpern bestehenden Sondenkörpers,

Fig. 2a und 2b den mit Wicklungen versehenen Sondenkörper, in den der Sondenkern eingefädelt wird, und

Fig. 3 die komplette Sonde mit vergossenem Sondenkern.

Gemäß Fig. 1a bis 1b besteht der Sondenkörper aus zwei halbschalenförmigen Halbkörpern 1 und 3, die in einem Spritzvorgang aus einem mit Glasfasern, Glaskugeln oder einem Mineral verstärkten Kunststoff hergestellt sein können. Das Material ist vorteilhafterweise dabei so ausgewählt, daß sein Temperaturausdehnungskoeffizient dem Ausdehnungkoeffizienten des Kernmaterials entspricht oder ihm wenigstens nahe kommt und daß es eine große mechanische Stabilität aufweist. Wie den jeweils einen Halbkörper 1 bzw. 3 darstellenden Fig. 1a und 1b zu entnehmen ist, weisen beide Halbkörper 1 und 3 eine Halbkammer 2 und einen Freiraum 6 auf. Im zusammengesetzten Zustand der Halbkörper zum Sondenkörper (vgl. Fig. 1c, 2a, 2b und 3) bilden die Halbkammern 2 eine zur Lagerung eines Sondenkernes 13 dienende Kammer 18 (Fig. 2b und 3) und die Freiräume 6 eine Einfädelöffnung 17 (vgl. Fig. 2a und 2b) zum Einfädeln des Sondenkerns 13. Beide Halbkörper 1 und 3 enthalten an ihren äußeren Enden Stifte 9 und Bohrungen 10, die bei zusammengesetztem Sondenkörper eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Halbkörpern herstellen. Diese Verbindung kann im mittleren Sondenbereich durch zusätzliche Stifte 19 und zeichnerisch nicht dargestellte, die Stifte aufnehmende Bohrungen unterstützt werden, die sich in den Stegen 7 befinden.

Weiterhin enthält der Halbkörper Vergußeinfüllöffnungen 4 sowie die Entlüftungsöffnungen 5 (vgl. Fig. 1c). Diese können - wie dargestellt ist - im Bereich von an den Außenwandungen der Halbkörper 1 und 3 angeordneten Stegen 7 sich befinden. Die Stege 7 dienen zum Trennen der auf dem Sondenkörper befestigten Vormagnetisierungs- und Induktionswicklungen 11 und 12, wobei an den Enden des Sondenkörpers angeordnete Köpfe 8 eine Begrenzung für die aufzubringenden Wicklungen 11 darstellen sowie ggf. zusammen mit den Stegen 7 ein Befestigen der Sonde auf einer Grundplatte oder einem Halter ermöglichen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Sonde liegt darin, daß die Oberfläche des Spulenkörpers nicht gestört wird und somit ein einwandfreies Aufbringen der Wicklung möglich ist, im Gegensatz zu einer Klebeverbindung, bei der die Klebereste durch ein nachträgliches Bearbeiten des Sondenkörpers vor dem Aufbringen der Wicklung zu beseitigen wären. Gleichfalls bleiben im Gegensatz zur Klebverbindung die Kammer 18 für den Sondenkern 13, die Vergußeinfüllöffnungen 4 und die Entlüftungsöffnungen 5 unbeschädigt.

Nachdem beide Halbkörper 1 und 3 zusammengefügt sind, werden die benötigten Wicklungen, die Vormagnetisierungswicklungen 11 und die Meßwicklung 12 aufgebracht (vgl. Fig. 2a und 2b). Der mit Wicklungen versehene Sondenkörper kann nun beispielsweise auf einer Gundplatte oder einem Halter befestigt werden, bevor der Sondenkern 13 eingebaut wird. Dieses hat den Vorteil, daß durch die Befestigung auftretende mechanische Verspannungen oder Biegungen nicht auf den Sondenkern übertragen werden, wenn er nachträglich eingebaut und vergossen wird. Jedoch kann der Sondenkern 13 auch eingebaut werden, ohne daß der Sondenkörper auf einem Halter oder einer Grundplatte befestigt ist.

Zum Einfädeln des Sondenkerns 13 wird der Sondenkörper senkrecht gestellt (Fig. 2a). Auf die Einfädelöffnung 17 wird ein Trichter 14 gesetzt, der das Einfädeln des Sondenkerns 13 in die Kammer 18 erleichtert. Nach dem Einfädeln wird die Einfädelöffnung 17 mit einem ggf. wiederverwendbaren Verschlußstopfen 15 verschlossen, damit der Sondenkern 13 seine Lage im Sondenkörper beibehält. In diesem Zustand läßt sich die elektrische Funktion der Sonde überprüfen, indem die Ausgangsspannung ihrer Meßwicklung beispielsweise im magnetischen Nullfeld gemessen wird. Für den Fall, daß eine einwandfreie Funktion der Sonde nicht gegeben ist, da der Sondenkern 13 beschädigt war oder seine magnetischen Eigenschaften den Anforderungen nicht genügten, läßt sich in diesem Zustand der Sondenkern 13 auswechseln. Hierzu ist der Verschlußstopfen 15 zu entfernen, und der Sondenkern 13 herauszuschütteln. Der Einbau eines neuen Sondenkerns kann dann in bereits beschriebener Weise wiederholt werden. Auch ist es denkbar, den Sondenkern 13 durch eine zusätzliche Öffnung im Sondenkörper auszuwechseln.

Wenn die Sondenfunktion in Ordnung ist, wird der Sondenkörper vorzugsweise in eine waagerechte Lage gebracht (Fig. 3). Die zum Festlegen des Sondenkerns 13 verwendete Vergußmasse 16, beispielsweise ein Silikonkautschuk oder ein Silikongel, wird nun mit Hilfe einer Spritze in die Vergußeinfüllöffnungen 4 eingefüllt. Durch die waagerechte Lage des Sondenkörpers während des Einfüllvorgangs der Vergußmasse 16 wird eine gleichmäßige Verteilung der Vergußmasse 16 im Sondenkörper erreicht und gleichzeitig eine sichere Festlegung des Sondenkerns 13 in seinem mittleren Bereich erzielt, was besonders wichig ist, wenn der Sondenkern 13 eine Einschnürung in seiner Mitte aufweist. Gleichzeitig wird durch dieses Verfahren ein vollständiges Umhüllen des Sondenkerns 13 mit Vergußmasse 16 erreicht, wie es beispielsweise nicht sichergestellt wäre, wenn der Vergußwerkstoff 16 in senkrechter Lage des Sondenkörpers 13 durch die Einfädelöffnung 17 eingefüllt würde.

Durch das Einfädeln und Vergießen des Sondenkerns 13 in den Sondenkörper nachdem die Wicklungen aufgebracht sind, wird eine mechanische Verspannung des Sondenkerns 13 durch den sog. "Koffereffekt" verhindert, d. h. eine Einquetschung des Sondenkerns 13 bedingt durch mögliche zu starke Anhäufungen von Vergußmasse innerhalb des Sondenkörpers verbunden mit der Einschnürung des Sondenkörpers durch den Wickeldraht.

Dieser Koffereffekt tritt beispielsweise auf, wenn folgendes Fertigungsverfahren angewandt wurde:

Der Kern wird in eine der beiden den Sondenkörper repräsentierenden Halbschalen in ein Bett aus Vergußmasse eingelegt und mit Vergußmasse bestrichen. Die zweite Halbschale wird dann mit der ersten Halbschale zusammengefügt und mit den Wicklungen versehen.

Nachdem die Vergußmasse 16 ausgehärtet ist, kann der Verschlußstopfen 15 entfernt werden. Die Einfüllöffnungen 4 und die Einfädelöffnungen 17 können anschließend nochmals mit der Vergußmasse 16 verschlossen werden, damit eventuell entstandene Freiräume um den Sondenkern 13 ausgefüllt werden. Damit wird beispielsweise verhindert, daß bei einer folgenden Lackierung der Sonde Lack in ggf. vorhandene Freiräume fließt und eine weiche Lagerung des Sondenkerns 13 beeinträchtigt und damit die Stabilität der Sonde reduziert wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung einer Sonde zur Erfassung magnetischer Gleich- und Wechselfelder nach Größe und Richtung, bestehend aus einem innerhalb eines Sondenkörpers in einer Kammer angeordneten magnetisierbaren Kern und mit mindestens einer Vormagnetisierungs- und einer Induktionswicklung, die auf dem Sondenkörper angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (1, 3) eine sich in Längsrichtung des Sondenkörpers (1, 3) befindende Einfädelöffnung (17) aufweist, durch die der Sondenkern (13) nach dem Aufbringen der Vormagnetisierungs- und Induktionswicklungen (11, 12) auf den Sondenkörper (1, 3) in die Kammer (18) des Sondenkörpers (1, 3) eingefädelt wird, und daß die den Sondenkern (13) umgebende Kammer (18) durch eine oder mehrere im Sondenkörper (1, 3) vorhandene Einfüllöffnungen (4) nach dem Einfädeln des Sondenkerns (13) mit einem Vergußmaterial (16) zum Fernhalten von auf den Sondenkern wirkenden mechanischen Spannungen vergossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergußmaterial durch rechtwinklig zur Kammer (18) stehende Einfüllöffnungen (4) eingefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnungen (4) im Bereich von Stegen (7) zum Trennen einzelner Wicklungsbereiche angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (1, 3) aus mindestens zwei Teilkörpern zusammengesetzt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (1, 3) aus zwei Halbkörpern (1, 3) zusammengesetzt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfädelöffnung (17) für den Sondenkern (13) nach dem Aushärten der Vergußmasse (16) verschlossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfädelöffnung (17) durch einen Verschlußstopfen (15) verschlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß der Einfädelöffnung (17) durch eine Verschlußmasse erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnungen (4) nach dem Aushärten der Vergußmasse (16) verschlossen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmaterial (16) ein Silikonkautschuk verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmaterial (16) ein Silikongel verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Sondenkörper (1, 3) Entlüftungsöffnungen (5) vorhanden sind.