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Einrichtung zur Feststellung von Unregelmäßigkeiten in der Struktur
hohler Metallkörper Es ist bekannt, Unregelmäßigkeiten in der Struktur hohler Metallkörper,
insbesondere großer zylindrischer Guß- und Schmiedestücke mit zentraler Bohrung,
dadurch festzustellen, daß man den zu prüfenden Metallkörper in einen Stromkreis
einschaltet und die Regelmäßigkeit des Verlaufes des durch die Stromlinien erzeugten
magnetischen Kraftfeldes mittels Induktionsspulen untersucht. Die Unregelmäßigkeit
des Kraftfeldes gibt ein Maß für' die Unregelmäßigkeit der Struktur.
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In dem Hauptpatent 493 417 wird vorgeschlagen, innerhalb der Bohrung
des zu prüfenden Körpers eine mit einem Meßinstrument verbundene Spule konzentrisch
anzuordnen. Sind nun in der Struktur des Metallkörpers Unregelmäßigkeiten vorhanden,
so wird die Verteilung der magnetischen Kraftlinien ebenfalls unregelmäßig. In diesem
Fall ist die Summe der in der Spule erzeugten elektromotorischen Kräfte nicht mehr
Null. Die Resultierende hat vielmehr einen absoluten Wert, der beispielsweise mit
einem ballistischen Galvanometer gemessen werden kann.
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Die in der Meßspule- induzierte Spannung kann dadurch erzeugt werden,
daß man die Stromstärke einer raschen Änderung unterwirft, z. B. Wechselstrom verwendet,
oder die Spule in dem magnetischen Feld bewegt. In diesem Falle kann das magnetische
Feld auch durch Gleichstrom erzeugt werden.
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Vorliegende Erfindung macht sich das elektrodynamische Prinzip zunutze,
und zwar wird, um eine möglichst große Empfindlichkeit der Einrichtung zu erhalten,
vorgeschlagen, die Prüfeinrichtung derart auszubilden, daß mindestens eine an ein
Meßinstrument angeschlossene Meßspule um eine zur Längsachse der Bohrung quer stehende
Achse mittels eines Getriebes von außen drehbar ist. An die drehbare Spule wird
ein Meßinstrument angeschlossen, das anspricht, sobald eine resultierende EMK von
absolutem Betrag auftritt, wodurch die Fehlerstellen erkenntlich gemacht werden.
Die gemessene Spannung ist proportional dem Differenzfeld und gibt ein Maß für die
Größe des Feldes.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i die neue Einrichtung in schaubildlicher Darstellung, Abb.
2 den Verlauf des Meßstromes im Prüfkörper.
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Mit i ist der auf das Vorhandensein von Fehlern zu prüfende Hohlkörper,
z. B. eine zylindrische hohle Walze aus Eisen, Stahl oder
sonstigem
magnetisierbaren oder unmagnetisierbaren Metall, bezeichnet. In die Bohrung dieses
Hohlkörpers kann ein weites Rohr 2 aus unmagnetisierbarem Werkstoff, beispielsweise
Messing, eingeschoben werden, in welchem eine Meßspule 3 um eine quer zur Längsachse
der Bohrung stehende Achse q. in Lagern 5 und 6 drehbar gelagert ist. Die Meßspule
3 wird gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines Kegelradgetriebes
7 über eine im Rohr 2 gelagerte starre oder biegsame Welle 8 mittels eines Elektromotors
g in rasche Drehungen versetzt.
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Hierbei wird man den Elektromotor räumlich so weit von der Meßspule
trennen, daß eine induktive oder magnetische Beeinflussung der Meßspule durch den
Motor unmöglich ist.
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Die Enden der Meßspule sind zu einem Stromwender io geführt, die Meßspannung
wird von diesem mittels Schleifbürsten ii abgenommen und mittels der Leitungen 12
dem Spannungsmesser 13 zugeführt.
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Das Rohr 2 nebst Meßspule und Antrieb ist zweckmäßig zu einer zusammenhängenden
Konstruktion so vereinigt, daß diese innerhalb der Bohrung des Prüfkörpers sowohl
in der Längsrichtung verschoben als auch um ihre Längsachse gedreht werden kann.
Der Zweck dieser Maßnahme soll später erläutert werden.
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Gemäß Abb.2 wird quer durch den Prüfkörper an zwei diametral gegenüberliegenden
Punkten a und b mittels geeigneter Kontakte beispielsweise ein Gleichstrom J niedriger
Spannung, aber von erheblicher Stromstärke geleitet. Der Strom teilt sich in zwei
Parallelzweige il und i2 entsprechend den zwei vom Querschnitt des Prüfkörpers gebotenen
Stromwegen.
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Wenn nun auf diesen beiden Stromwegen keinerlei Fehler im Material
vorhanden sind, das Material also vollkommen homogen ist, sind die elektrischen
Leitungswiderstände und damit die Stromstärke il und i, in beiden Stromzweigen gleich
groß. Tritt aber in einem Stromzweig ein Fehler, beispielsweise eine Lunkerstelle,
ein Schlackeneinschluß, ein Riß o. dgl., auf, so ist der elektrische Leitungswiderstand
in demjenigen Stromzweige größer, in welchem die Fehlerstelle liegt.
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In Abb.2 ist dieser Fall für den rechts liegenden Stromzweig mit einer
Fehlerstelle bei c angenommen. Der Strom i2 in diesem Stromzweige ist somit kleiner
als der Strom il im linken Stromzweige. Je ausgedehnter die Fehlerstelle ist, um
so größer ist die Unsymmetrie der Stromverzweigung. Die Verschiedenheit der Stromstärken
in den beiden Stromzweigen il und i" ist durch verschiedene Stärke der den Stromverlauf
andeutenden strichpunktierten Linien zum Ausdruck gebracht. Aus dieser Verschiedenheit
der Stromstärken in den beiden Zweigen ergibt sich das magnetische Differenzfeld
in der Bohrung des Hohlkörpers. Bei gleicher Stromstärke in beiden Zweigen heben
sich die Felder in ihrer Wirkung gegenseitig auf.
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Die in Abb. i dargestellte Anordnung ermöglicht auch die genauere
Feststellung der örtlichen Lage der Fehlerstelle im Prüfkörper. Würde man beispielsweise
in Abb.2 die Anschlußstellen des Meßstromes J unter Wahrung ihrer gegenseitigen
diametralen Lage um den Umfang des Prüfkörpers herum so verschieben, daß eine etwa
vorhandene Fehlerstelle in die Symmetrieachse der beiden Stromzweige fällt, so würde
die Stromverteilung in beiden Zweigen mindestens angenähert symmetrisch werden,
es würde somit keine oder nur eine sehr geringe Meßspannung in der Spule 3 induziert
werden. Auf diese Weise könnte der Ort des Fehlers in der Umfangsrichtung ermittelt
werden. Man kann auch gemäß dem Hauptpatent eine Anschlußstelle des Meßstromes unverändert
lassen und nur die andere in der Umfangsrichtung verschieben. Die Ermittlung des
Fehlerortes in der Längsrichtung erfolgt in einfachster Weise durch Längsverschiebung
des Rohres 2 in der Bohrung des Hohlkörpers. Zu diesem Zwecke kann das Rohr 2 beispielsweise
an einem mit Maßteilung versehenen Stabe befestigt sein, so daß man an dieser Teilung
von außen den Ort des Fehlers in bezug auf die Längsachse des Prüfkörpers ablesen
kann.
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Die beschriebene Anordnung ist, wie erwähnt, nur ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, von welchem verschiedene Abweichungen möglich sind, ohne daß dadurch
grundsätzlich am Erfindungsgedanken etwas geändert würde. So kann das Rohr 2, welches
als Träger der Meßspule 3 und ihres Antriebes 7 dient, statt aus Metall auch aus
einem mechanisch festen, elektrisch nicht leitenden Stoff hergestellt sein. Statt
einer einzigen Meßspule kann auch eine Vereinigung von mehreren Spulen, deren Windungsebenen
sich unter einem gewissen Winkel kreuzen, zu einer Art eisenlosem Anker vereinigt
sein, wobei auch hier die Meßspannung als Wechsel- oder als Gleichspannung verwendet
werden kann. Statt durch einen Elektromotor kann der Antrieb der Meßspule auch mittels
anderer Antriebsmittel erfolgen.