DE4215168A1 - Vorrichtung zur magnetischen Rißprüfung von ferromagnetischen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur magnetischen Rißprüfung von ferromagnetischen Werkstücken, nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Sie betrifft insbesondere die Prüfung von länglichem Durchlaufgut auf Oberflächenrisse.

Solche Vorrichtungen sind ansich bekannt, vgl. DE-OS 38 41 747 A1, Int. Cl. G 01 N 27/84. Hierbei werden die Werkstücke, die durch eine Magnet­ pulversuspension bespült sind, einem komplexen Magnetfeld ausgesetzt, in welchem mehr als ein Magnetisierungsaggregat vorhanden ist. Aller­ dings sind letztere als magnetische Polträger sowie umlaufend in einem Rotor- oder Statorkranz ausgebildet. Der zugehörige Magnetisierungsstrom kann phasenverschoben sein. Eine Vielzahl dieser speziellen Polkerne umfaßt ein Prüfstück, welches relativ zu dem ersteren bewegbar ist. Allerdings wird eine relativ verwickelte, nur der Rotor- bzw. Statoran­ ordnung zugeordnete und unterschiedliche Phasenverschiebung der erregen­ den Spulen vorgesehen.

Darüberhinaus ist es aus der Literatur bekannt, bei zwei Magnetisierungs­ aggregaten, die durch ein Drehstromnetz gespeist werden, eine Phasenver­ schiebung von 180° zu verwenden. Bei dieser kombinierten Magnetisierung soll eine Verbesserung bei der Prüfung auf Längs- als auch auf Querrisse stattfinden. Eine einfache, im Handel einsetzbare Konkretisierung dieses Vorschlages ist offensichtlich deshalb nicht erfolgt, weil eine der­ artige Magnetisierungsanordnung entweder nicht einfach realisierbar ist und/oder die Rißanzeige in einer Anzahl von Positionen keine oder nur relativ schwache Fehleranzeigen hergibt.

Zur möglichst gleichzeitigen Erfassung von Längs- und Querrissen in einem ferromagnetischen Werkstück ist ebenfalls eine Prüfanordnung be­ kannt, die ein sog. drehendes Magnetisierungsfeld verwendet, wobei je­ doch auch eine Stromdurchflutung benutzt wird, so daß unerwünschte Kontakt- bzw. Brandstellen am Werkstück entstehen können.

Die Erfindung bezweckt, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden. Die Er­ findung, so wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst vornehm­ lich die Aufgabe, bei der kombinierten Längs- und Querrißprüfung nach dem Oberbegriff durch relativ einfache Bauteile und in einer kompakten Anordnung Längs- und Querrisse auf der Oberfläche von Werkstücken sicher zu erfassen, an­ zuzeigen als auch eine vereinfachte Entmagnetisierung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patent­ anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Ein Ausführungsweg der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung darge­ stellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in Draufsicht, zwei kreuzweise angeordnete Magnetisierungs­ aggregate und ein Hilfs-Magnetisierungsaggregat,

Fig. 2 die Anordnung der Magnetisierungsaggregate gemäß Fig. 1, je­ doch perspektivisch in einer Haltematrix,

Fig. 3 bzw. Fig. 4 eine schematische Anordnung in Draufsicht bzw. in stirnseitiger Ansicht gemäß Fig. 1, wobei in Fig. 4 fakultativ eine in Klammern gesetzte Variante der Anordnung dargestellt ist,

Fig. 5, in Draufsicht, erste und zweite Joche als Magnetisierungs­ aggregate mit zugehörigem Feldlinienverlauf nebst Hilfsjoch,

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Anordnung, aber in Frontansicht,

Fig. 7 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, jedoch einer anderen Aus­ führungsform, bei der ein Hilfsjoch zusätzlich verschwenkt ist,

Fig. 8, 9, 10 je eine Darstellung einer bekannten Magnetisierungsvor­ richtung, wobei in Fig. 8 die beiden zugehörigen Magnetisierungsfelder, in Fig. 9 eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen zwei Jochen und in Fig. 10 ihre gekreuzte Anordnung nebst Prüfling dargestellt sind.

Bei einer bekannten kombinierten magnetischen Rißprüfung auf Längs- und Querrisse unter Anwendung einer kontaktlosen Mehrkreismagneti­ sierung verwendet man, vgl. Fig. 10, gekreuzte, insbesondere um 90° zueinander versetzte magnetisierende Joche oder Trafojoche, nachfolgend Joche 1, 2 genannt, deren nur angedeuteten elektrischen Spulen mit einer Betriebsspannung 220 V, 50 Hz, 3 A betrieben werden. Als Werk­ stück dient eine Stufenwelle 10 mit künstlichen Fehlern, die in der Fig. mit kleinen Kreuzen bezeichnet sind. Rißprüfvorrichtung und Werk­ stück 10 werden relativ zueinander bewegt, insbesondere das Werkstück durch die Prüfanordnung hindurchgeführt wird und ist in bekannter Weise durch eine Dusche bespült. Die Jochspulen sind nicht phasenverschoben gespeist. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine nur relativ schwache Rißanzeige der Längs- und Querfehler, im Sinne des Uhrzifferblattes, in den Positionen 6^oo + 12^oo und keine Längsfehleranzeige in den Positionen 3^oo + 9^oo.

Werden Anordnungen gemäß Fig. 10 und 9 kombiniert, so daß zwischen den Jochen 1, 2 eine Phasenverschiebung von 120° vorliegt, erreicht z. B. durch Vorschaltung geeigneter Induktivitäten L1, L2, so ergibt sich zwar eine Verbesserung der Rißanzeige dahingehend, daß diese in der 12^oo und 6^oo-Position sowohl in Längs- als auch Querrichtung sehr gut angezeigt werden. Die Anzeigen in den 3^oo und 9^oo-Positionen sind jedoch nur schwach. Diese Anordnung ist also verbesserungsbedürftig. Zu Fig. 9 ist noch zu bemerken, daß das nur gestrichelte Joch 3 nicht mehr zur bekannten Prüfanordnung gehört.

Eine Feldverteilung zwischen den Jochen 1 und 2, bei denen kein Prüf­ ling eingeführt ist, kann der Fig. 8 entnommen werden, vgl. insbesondere die Meßwerte an der rechten Seite der Fig.

Bei der erfindungsgemäßen Verbesserung gemäß Fig. 1-Fig. 7, und zu­ nächst nach Fig. 1, geht man zunächst von der Anordnung gemäß Fig. 9, 10 aus, d. h. von insbesondere um 90° versetzten Jochen 1, 2, deren Magnetisierungsspulen um 120° entsprechend der Induktivitäten L1, L2 zueinander phasenverschoben sind. Nunmehr wird aber ein Hilfs­ joch 3 hinzugefügt, welches insbesondere um 45° zu den benachbarten Jochen 1, 2, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, versetzt ist.

Alle drei Joche sind an das Netz phasenverschoben angeschlossen und die Phasenverschiebung beträgt vorzugsweise jeweils 120°. Die Induk­ tivität L3 des Joches 3 ist also auf der t-Achse an der Stelle 240° (phasenversetzt) angeschlossen. Nunmehr haben für diese Anordnung die Versuche gezeigt, daß die Längs- und Querfehler in allen Positionen, bezogen wiederum auf die Ziffern eines Uhrzeigerblattes, nicht nur an­ gezeigt, sondern auch noch bei relativ kleinen Fehlern einwandfrei an­ gezeigt werden. Dies gilt vorteilhaft auch für die Stirnflächen des Prüflings, d. h. des Werkstückes 10.

Auch hat sich gezeigt, daß beim Durchziehen des langgestreckten Prüf­ lings bzw. einer Welle die Rißanzeigen stehen bleiben als auch ein Ent­ magnetisierungseffekt am Prüfling stattfindet.

Es ist vorteilhaft, vgl. Fig. 2, die Anordnung der einzelnen, insbe­ sondere U-förmigen Joche 1, 2 und des ebenfalls U-förmigen Hilfsjoches 3 in einer Haltematrix 11 zu fixieren. Letztere besteht aus nicht magneti­ sierbarem Kunststoff, z. B. einem Gießharz, in dem die Joche 1, 2, 3 fest eingegossen sind derart, daß ihre gegenseitige Winkelposition festgelegt ist, aber andererseits ein hinreichender Hohlraum zwecks Durchführung des Prüflings 10, insbesondere in Richtung der Längsachse dieser Matrix gegeben ist. Der zugehörige und angedeutete Verlauf der Jochfelder F1, F2 und des Feldes F3 des Hilfsjoches ist erkennbar, vgl. hierzu insbesondere die Pfeilrichtungen in Fig. 2. Hierbei befinden sich die Joche 1 und 2 in der 3^oo bzw. 9^oo- Position. Das Hilfsjoch 3 wird in der Position zwischen 12^oo-1³⁰ bzw. 6^oo-7³⁰ angeordnet.

Diese Anordnung, rein schematisiert, ist in Fig. 3 in Draufsicht, in Fig. in der Front- oder Stirnansicht veranschaulicht. Die geometrische Lage der Bezugsziffern 1, 2 bzw. 3 entsprechen den Enden der U-förmigen Joche.

Die vorstehende, erfindungsgemäße Variante ist auch anhand der Fig. 5 in Draufsicht und in Fig. 6, in Frontansicht, dargestellt mit zugehörigen Magnetisierungsfeldern F1, F2 (F3 angedeutet) und der insbesondere um 90° gekreuzten Anordnung der Joche 1 und 2 zueinander, von denen jeweils ihre rechteckigen Enden schematisch dargestellt sind, während beim Hilfsjoch 3 in Fig. 5 das zweite Jochende durch das obere Jochende verdeckt wird. Die Joche 1 und 2 liegen in Fig. 5 in einer Ebene und die Richtung der Zuführung des Prüflings ist durch den Pfeil B markiert. Die Joche 1, 2, 3 sind wiederum phasenverschoben, insbesondere wie in Fig. 9 einschließlich der gestrichelten Ausführung dargestellt. Die nicht dargestellten elektrischen Spulen der Joche 1, 2, 3 sind an ein dreiphasiges Wechselstromnetz angeschlossen. Der Betrieb kann mit Wechselstrom (AC) oder mit Halbwellen-Gleichstrom (HWDC) erfolgen.

In der Frontansicht gemäß Fig. 6 ist der Prüfling 10, der senkrecht zur Zeichnungsebene relativ verschiebbar ist, dargestellt, aber auch nun­ mehr die gegenüberliegenden Enden des Hilfsjoches 3, nun mit zugehöri­ gem Feldverlauf F3.

Eine weitere Abwandlung der Erfindung ist der Fig. 7 zu entnehmen, bei der die Joche 1, 2 die in Fig. 1 gezeigte und beschriebene Anordnung haben als auch ein Zusatzjoch 3A zwischen den Jochen 1, 2 vorhanden und vorzugsweise um 45°, vgl. Fig. , zu diesem versetzt ist.

Um im Einzelfall Längs- und Querrisse genauer zu erfassen, ist jedoch das Hilfsjoch 3A zusätzlich in der Ebene, die senkrecht zur Zeichnungs­ ebene steht, verschwenkt. Der Bereich der Verschwenkung liegt zwischen wenigen Anfangsgraden bis etwa 45°. Es erfolgt eine universellere An­ passung an ein jeweiliges oder später erkanntes Prüfproblem oder eine spezifische Einstellung auf einen genauer zu erfassenden Fehlerbereich. Dementsprechend ist das Hilfsjoch 3A, abweichend zu dem in Fig. 2 ge­ zeigten Regelfall, bei dem die Joche 1, 2, 3 fest in die Matrix 11 ein­ gegossen sind, in der Matrix verschwenkbar geführt und/oder gelagert. Die Joche können auch mit HWDC, d. h. phasenverschoben angeschlossen, betrieben werden, mit gleichen Vorteilen, wie gemäß Anordnung Fig. 1- Fig. 6 angegeben.

Die Erfindung ist auf die vorbezeichnet beschriebene und/oder gezeich­ nete Ausführungsform(en) nicht eingeschränkt. Je nach Einzelfall kann die Prüfvorrichtung Abweichungen erfahren; z. B. können mehr als nur ein Hilfsjoch verwendet werden. Dies ist, nur beispielhaft, dann der Fall, wenn die Matrixanordnung gemäß Fig. 2 mit drei fixierten Jochen 1, 2, 3 verwendet wird, aber hierbei in der Matrix entsprechend eine Führung oder ein Spalt vorgesehen wird, um nachträglich oder gleich­ zeitig ein verschwenkbares Hilfsjoch 3A einzubauen und einzusetzen.

Auch ist die U-Form der Joche nur eine vorteilhafte Ausführungsform. Abweichungen hiervon können in der geänderten Krümmung des großen U oder in einer sonstigen Formgebung liegen, welches ungleichmäßige Jochenden, gestreckte Jochformen, bewegbare oder verschiebbare Anord­ nungen in einer Haltematrix 11 udgl. einschließen.

Eine besonders vorteilhafte Jochform sieht vor, daß mindestens eines der Joche, insbesondere ein Hilfsjoch, als ein offenes, d. h. voneinander getrennte Jochschenkel aufweisendes Joch ausgebildet ist. Die Joch­ schenkel können also parallel zueinander oder unter einem Winkel ange­ ordnet sein. Die auf den Jochschenkeln sitzenden stromdurchflossenen Spulen sind lediglich leitend miteinander verbunden. Der zugehörige Leitungsstrang sitzt also nicht auf einem Jochteil oder einem Querjoch. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei längeren Prüflingen vorteil­ haft, um in letzterem ein gleichmäßigeres Magnetfeld, trotz der größeren Ausdehnung, zu induzieren.

Es ist vorteilhaft, vgl. Fig. 2 , der Vorrichtung, einschließlich ihrer Matrix, eine Tunnelform zu geben, um die Prüfvorrichtung leichter zugäng­ lich zu machen bzw. leichter mit den Prüflingen zu beladen. Hierbei können die in Fig. 2 angedeutet dargestellten Joche als offene Joche ausgebildet sein.

Die anmeldungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft für die Prüfung von Ketten.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur magnetischen Rißprüfung von ferromagnetischen Werkstücken, insbesondere von länglichem Durchlaufgut, auf Fehler, in­ dem das durch eine Magnetpulversuspension bespülte Werkstück einem komplexen Magnetfeld ausgesetzt wird, in welchem zwei durch z. B. einen Drehstrom gespeiste Magnetisierungsaggregate, insbesondere Joche, eine Phasenverschiebung von z. B. 120° aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von zwei magnetisierenden Jochen (1, 2) in einer Ebene, wobei die Joche um etwa 90° zueinander versetzt sind, die Vorrichtung zusätzlich mindestens ein weiteres, aber zwischen diesen Jochen (1, 2) angeordnetes und zu ihnen versetztes Hilfsjoch (3, 3A) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfs­ joch (3, 3A) um etwa 45° zu den anderen Jochen versetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Jochen (1, 2) angeordnete Hilfsjoch (3A) zusätzlich in einer Ebene, die senkrecht zur Anordnungsebene der anderen Joche (1, 2) liegt, eine verschwenkte Stellung aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Verschwenkung des Hilfsjoches (3A) zur Anordnungsebene der Joche (1, 2) 2° bis 45° beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eines der Joche, insbesondere ein Hilfsjoch, als ein offenes, voneinander getrennte Jochschenkel aufweisendes Joch ausgebildet ist, wobei die auf den Jochschenkeln sitzenden Spulen elek­ trisch verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung bzw. ihre die Joche aufnehmende Matrix tunnelförmig ausgebildet ist.