DE604675C - Verfahren zum Bestimmen von Ungleichmaessigkeiten in der Oberflaeche von Draehten o.dgl. - Google Patents

Description

isdorn

1834

AUSGEGEBEN AM
30. OKTOBER 1934

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum

Nachweis von Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche von Drähten o. dgl., ζ. Β. von feinen Rissen in der Oberfläche von Drähten, die als Einschmelzmaterial dienen.

Infolge der schweren Bearbeitbarkeit von Wolfram und ähnlichen Stoffen haben die daraus hergestellten Leiter häufig Fehler, z. B. Längsrisse. Während für manche Zwecke ίο derartige Fehler der Drähte nicht besonders störend sind, hat es sich herausgestellt, daß derartige Drähte zum Einschmelzen in Glaskörper vollkommen unbrauchbar sind, da das gewöhnlich benutzte Glas so zäh ist, daß es während des VerschmelzungsVorganges nicht in die verhältnismäßig tiefen Risse der Drähte eindringt. Es geschieht dies auch nicht, wenn die Risse bis an die Oberfläche des Drahtes reichen. Sobald unwissentlich fehlerhafte Drähte benutzt werden, ist daher eine kleine Öffnung vorhanden, und diese Öffnung erlaubt ein langsames Eindringen des Gases. Die Undichtigkeit ist oft so klein, daß sie nicht eher bemerkt wird, als bis das Glasgefäß von der Pumpe abgeschmolzen ist. Der in diesem Falle durch die Fehler des Drahtes hervorgerufene Verlust ist beträchtlich. Da viele dieser Fehler entweder so verborgen oder so klein sind, daß sie selbst unter dem Mikroskop kaum zu erkennen sind, ist die Prüfung des Drahtes mit dem Auge nicht nur außerordentlich anstrengend, sondern auch unsicher, insbesondere wenn das Auge des Beobachters müde geworden ist. Es war infolgedessen wünschenswert, ein objektives Prüfverfahren zu haben, das bequemer und zuverlässiger ist.

Gemäß der Erfindung wird so verfahren, daß in dem zu prüfenden Draht Wirbelströme mittels Hochfrequenzschwingungen von solcher Frequenz erzeugt werden, daß in an sich bekannter Weise die Wirbelströme (infolge Skin-Effektes) im wesentlichen auf der Drahtoberfläche verlaufen und daß in an sich bekannter Weise die beim Hindurchführen des Drahtes durch das Hochfrequenzfeld auftretenden Frequenzänderungen gemessen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird auch mit Vorteil bei zusammengesetzten Leitern verwendet, wie z. B. bei den mit einem Kupferüberzug versehenen Nickelstahldrähten, wie sie im Handel unter dem Namen Dumet bekannt sind. Der Überzug eines derartigen Leiters hat häufig dünne Stellen, die leicht fehlerhafte Verschmelzungen hervorrufen können. Da diese Fehler für das Auge nicht erkennbar sind, war die Feststellung derartiger Fehler bisher unmöglich. Diese Änderungen in dem Kupferüberzug rufen jedoch' einen genügenden Wechsel in den elektrischen Eigenschaften des Drahtes hervor, so daß der Wechsel

in den elektrischen Eigenschaften vorteilhaft zur Anzeige benutzt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in bekannter Weise ein laut hörbares Signal gegeben, wenn ein Riß oder ein anderer Fehler des Drahtes in oder dicht unter der Drahtoberfläche durch den Apparat hindurchgeht. Dadurch wird die Aufmerksamkeit selbst eines achtlosen oder ermüdeten ίο Beobachters wirksam erweckt, so daß die persönlichen Fehler weitgehend ausgeschaltet werden. Es ist auch möglich, die Einrichtung so zu treffen, daß die Güte des Drahtes in bekannter Weise fortlaufend registriert wird. Es ist bekanntgeworden, die Beschaffenheit von Förderseilen in der Weise zu imtersuchen, daß das zu prüfende Förderseil durch eine Spule bewegt wird und die dabei etwa auftretenden Änderungen der Selbstinduktion der Spule gemessen werden, die von der magnetischen Beschaffenheit des jeweils als Eisenkern in der Spule wirkenden Teiles des Förderseiles abhängig ist. Die Spule weist hierbei ebenso wie beim Erfmdungsgegenstand eine auswechselbare Führung mit einer Längsbohrung aus, die der Querschnittsform des zu prüfenden Drahtseils angepaßt ist. Es wird hierbei die Gleichförmigkeit der Masse über die Länge des Förderseiles geprüft. Auch ist bekanntgeworden, die zeitliche oder örtliche Veränderung der Homogenität eines Mediums mit Hilfe einer Suchspule zu bestimmen, durch die die Frequenz eines Schwingungskreises bestimmt wird. Es wird hierbei davon Gebrauch gemacht, daß durch die Änderung der Beschaffenheit des Mediums sich die. Frequenz des Schwingungskreises ändert und die Frequenzänderung mittels eines Überlagerers gemessen wird.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Verfahren wird nach der Erfindung die Oberfläche eines zu prüfenden Drahtes, insbesondere in bezug auf Risse, geprüft und die Erfassung gerader Oberflächen durch die Ausnutzung des sog. Skin-Effektes ermöglicht.

Das Wesen der Erfindung sei näher an Hand des in den Abb. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Abb. 1 ist ein Schaltbild der Stromkreise, wie es zur Anzeige von Rissen in Drähten benutzt wird. Abb.2 ist eine Außenansicht der Einrichtung. Abb. 3 ist ein Seitenriß eines Teiles der Einrichtung, und Abb. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4-4 der x\bb. 3.

In der Abb. 1 ist ein Schwingungskreis gezeichnet. Dieser besteht aus der Induktanz 1 und einem veränderlichen Kondensator 2, dem ein kleiner Kondensator 3 parallel geschaltet ist. Die Induktanz 1 ist zweckmäßig klein, z. 13. von der Größenordnung 10 Mikrohcnrie. Die Anode eines Dreielektroden-Entladungsgefäßes 4 ist an das eine Ende der Induktanz τ angeschlossen, während das andere Ende der Induktanz über eine Batterie 5 und einen damit parallel geschalteten Kondensator 6 an die Kathode des Entladungsgefäßes 4 angeschlossen ist. Das Gitter des Entladungsgefäßes 4 ist über eine Induktanz 7 und einen mit einem hochohmigen Parallelwiderstand 9 versehenen Kondensator 8 an die Kathode angeschlossen. Bei dieser Schaltung entsteht in der Wicklung 1 eine Schwingung, deren Schwingungszahl teilweise durch die Kapazität der Kondensatoren 2 und 3, teilweise durch andere Größen, die weiter unten erörtert werden, bestimmt wird.

Ein zweiter Schwingungserzeuger enthält einen Schwingungskreis, der aus einer Induktanz 11 und einem Kondensator 12 besteht. Das eine Ende der genannten Induktanz 11 ist an die Anode eines Dreielektroden-Entladungsgefäßes 14 angeschlossen, während das andere Ende dieser Induktanz in der üblichen Weise über eine mit einem Parallelkondensator 16 versehene Batterie 15 an die Kathode des Entladungsgefäßes 14 angeschlossen ist. Das Gitter des genannten Entladungsgefäßes 14 ist über die Induktanz 17 und den Kondensator 18 mit hochohmigem Parallclwiderstand an die Kathode des Entladungsgefäßes 14 angeschlossen. In der Spule 11 wird daher eine hochfrequente Schwingung hervorgerufen, dessen Schwingungszahl durch die Konstanten des Stromkreises bestimmt werden.

Eine Induktanz 10, die mit der Wicklung 1 gekoppelt ist, ist an die diagonal gegenüberliegenden Ecken der induktionslosen Widerstandsbrücke 21 angeschlossen, während eine andere Induktanz 20, die mit der Wicklung 11 gekoppelt ist, an die verbleibenden Ecken der genannten Brücke 21 angeschlossen ist. Ein Kondensator 22 und ein Widerstand 23 sind parallel zu einer Seite der Widerstandsbrücke 21 geschaltet. Der Widerstand 23 wird infolgedessen von resultierenden Strömen durchflössen, die von den beiden Schwingungskreisen hervorgerufen werden, sobald sie verschiedene Schwingungszahlen haben ; diese resultierenden Ströme entsprechen den Schwebungen der Frequenzen der Schwingungskreise.

Die Kathode eines Drcielektroden-Gefäßes 24, das als Gleichrichter dient, ist an das eine Ende des Widerstandes 23 angeschlossen, während das andere Ende des Widerstandes an das Gitter des Gefäßes -24 angeschlossen ist. Die Anode des Gefäßes 24 ist über die Primärwicklung eines Transformators 25 und eine Batterie 2O an die Kathode angeschlossen. Geeignete Drosselkotulcnsatoren 27 und zS und eine Schwingungsdrossel 29 sind im Arbeits-Stromkreis dor Rühre 24 in üblicher Weise ,•urgesehen, um hochfrequente Schwingungen

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vom Transformator 25 fernzuhalten. Die Wicklung 3» einer geeigneten Anzeigevorrichtung. z. B. eines Lautsprechers 31, ist an die Sekundärwicklung des Transformators 25 ange-'schlossen. Hehrere Verstärkerstufen können hier zweckmäßig zwischcngcsehaltet werden. Die Anordnung solcher bekannter Verstärkerstufen ist in der Abbildung nicht gezeigt, sondern es ist eine gestrichelte Linie gezeichnet worden,

ίο um anzudeuten, wo derartige Verstärkerstufen zu denken sind. Bei Benutzung von Kopfhörern werden diese an Stelle des Umformers 25 oder an eine geeignete Verstärkerstufe angeschlossen.

Alle diese Einrichtungen sind mit Ausnahme des Lautsprechers 31, des Umformers 25, der verschiedenen Verstärkerstufen (falls diese benutzt werden), der Induktanzen 1 und 10 und der verschiedenen Batterien vorzugsweise in einen nichtmagnetischen metallischen Behälter 32 eingebaut, um den Apparat vor allen äußeren Einflüssen zu schützen, die die Gleichmäßigkeit der verschiedenen Schwingungskreise beeinflussen können. Die Induktanzen 1 und 10 sind auf einen isolierenden Träger aufgewickelt, der fest auf dem Behälter 32 montiert ist, und sie sind vollständig durch den nichtmagnetischen metallischen Schutz 34 eingehüllt, der auf der Oberseite des genannten Gefäßes befestigt ist. An jedem Ende des genannten Schutzes ist eine mittlere Öffnung 41, die denselben Durchmesser wie die Spule 33 besitzt, vorgesehen, so daß der Draht, der Stab o. dgl. 35, der untersucht werden soll, hindurchgezogen werden kann. Die Bohrung der Spule 33 hat vorzugsweise einen wesentlich größeren Durchmesser als der Draht und eine isolierende Führung 36 mit Längsdurchbohrung, die gerade dem Draht 35 angepaßt ist, ist in die Spule 33 eingeführt, um den Draht in der Achse der Induktanz 1 festzuhalten. Durch einfaches Auswechseln des Gliedes 36 gegen ein anderes kann die Einrichtung so leicht Drähten von verschiedener Ouerschnittsform

♦5 und -durchmesser angepaßt werden. Wie in den Abb. 3 und 4 gezeigt ist, hat der Schutz 34 Schlitze 27· die radial von der genannten Öffnung 41 ausgehen. Ein Schlitz 38 geht bis zur Kante des Schutzes und dann den Schutz entlang zu einem entsprechenden Schlitz an dem anderen Ende des Schutzes, so daß dadurch die Wirbelströme, die durch das elektromagnetische Feld der Induktanz 1 hervorgerufen werden, verringert werden. Griffe 39 und 40, die auf den Achsen der Drehkondensatoren 2 und 3 befestigt sind, befinden sich auf dem Kasten 32, um die geeignete Einstellung der Kondensatoren zu ermöglichen.

Diese Einrichtung kann beispielsweise mit den Gnmdschwingungen der Sdnvingungskreise arbeiten; aber es ist besonders vorteilhaft, höhere Oberschwingungen zur Erzeugung der Anzeigeschwebungen zu benutzen. Beispielsweise ist α vorteilhaft, die dritte harmonische Obcrschwingung des tin die Wicklung 1 angeschlossenen Stromkreises mit der zweiten harmonischen Oberschwingung des an die Wicklung 11 angeschlossenen Stromkreises zusammentreffen zu lassen. Dies hat den doppelten Vorteil, eine Anzahl von Komplikationen auszuschließen, die bei Verwendung der Gruiidschwingungen entstehen und größere Anzeigeschwebungen geben, die erheblich über den tatsächlichen Änderungen der Grundschwingungen liegen, so daß die Einrichtung eine größere Empfindlichkeit erhält. Um eine größere Verstärkung der durch die harmonischen Oberschwingungen der beiden Schwingkreise hervorgerufenen Ströme zu erreichen, werden die Stromwellen darin zweckmäßig verzerrt. Zu diesem Zweck werden den Widerständen 9 und ig Werte gegeben werden, die mehrfach größer sind als die, die für einen Schwingungsstrom von völlig unverzerrtcr Sinuswclle benutzt werden. Es ist bekannt, daß ein verzerrter nicht sinusförmiger Strom reich an harmonischen Oberschwingungen ist. -

Bei der Verwendung dieser Einrichtung wird ein Draht oder ein anderer Leiter 35, der untersucht werden soll, in die Spule 1 hineingeführt, indem er durch das Führungsglied 36 hindurchgesteckt wird. Die Schwingungszahl des Schwingungskreises, zu dem die Spule 1 gehört, wird dann mittels der Griffe 39 und 40 einreguliert, durch die die Kapazitäten der Kondensatoren 2 bzw. 3 geändert werden, bis die Schwingungszahl oder vorzugsweise eine ihrer harmonischen Oberschwingungen vollständig dieselbe ist wie die Schwingung oder eine harmonische Oberschwingung des Stromkreises der Spule 11, so daß der Lautsprecher 31 nicht anspricht. Der Draht 35 wird dann langsam durch die Untersuchungsspule 1 gezogen, wobei darauf geachtet wird, Änderungen der Kapazität und andere äußere Einflüsse auf den genannten Draht zu verhindern. Während dieses Durchganges werden in dem Draht Wirbelströme erzeugt, die von dem Hoch- , frequenzfeld herrühren, das von dem Schwingungsstrom der Spule 1 stammt. Diese Wirbeiströme sind infolge des Skin-Effektes im wesentlichen auf die Oberfläche des Drahtes beschränkt. Solange der Draht von Fehlern oder Rissen in der Oberfläche oder direkt darunter frei ist oder solange er im Falle eines zusammengesetzten Leiters eine gleichmäßige Oberflächenbedeckung hat, bleiben diese Wirbelströme merkbar konstant. Aber wenn ein Riß oder ein zu dünn bedeckter Teil des Leiters in das elektromagnetische Feld kommt, werden diese Wirbelströme plötzlich geändert. Diese Änderungen werden naturgemäß durch den

schon erwähnten Skin-Effekt verstärkt, der praktisch den gesamten Strom an der Oberfläche des Drahtes festhält. Diese Änderungen der Wirbelströme, die sowohl Änderungen in der Phase als auch in der Amplitude sind, rufen Änderungen der Schwingungszahl des Schwingungskreises der Spule ι hervor, so daß, wenn der genannte Kreis passend gewählt ist, der Strom durch den Widerstand 23 Schwingungen erhält, die ein Geräusch im Lautsprecher 31 hervorrufen. Der Beobachter wird dadurch auf die Anwesenheit von Fehlern im Leiter 35 aufmerksam gemacht. Wenn der Draht von diesem Punkt weiterbewegt wird, so bleibt das Geräusch in Abhängigkeit vom Charakter des Fehlers mit oder ohne Änderung der Stärke bestehen, bis der Draht wieder einwandfrei ist. Dann wird der Lautsprecher wieder stromlos. Der Beobachter kann nun, wenn es erforderlich ist, den fehlerhaften Teil des Drahtes auf irgendeine deutliche Weise kennzeichnen. Die Stärke des Geräusches ist natürlich ein Hinweis auf die Bedeutung des Fehlers, und es genügt in vielen Fällen, nur diejenigen Teile des Drahtes auszuschneiden, die ein Geräusch von bestimmter Stärke hervorrufen.

Es mag natürlich gelegentlich vorkommen, daß der Apparat so eingestellt ist, daß Interferenzen zwischen den Schwingungskreisen entstehen, während eine Fehlstelle in dem Leiter 35 sich innerhalb der Spule 1 befindet, in welchem Falle es klar ist, daß ein Geräusch entstehen wird, sobald ein unbeschädigter Teil des Leiters innerhalb der Spule 1 ist. Da es üblich ist, ein Leitungsstück, das teilweise fehlerhaft ist, ganz auszuschneiden, so hat diese Fehlanzeige wenig Bedeutung. Überdies wird die anormale Länge des als fehlerhaft angezeigten Leiterstückes die Aufmerksamkeit erwecken, so daß der Irrtum leicht berichtigt werden kann.
— Um die Wirkung des erwähnten Skin-Effektes zu erhöhen, ist es wünschenswert, verhältnismäßig hohe Schwingungszahlcn in der Spule 1 zu verwenden. Die Verwendung derartig hochfrequenter Ströme in dieser Spule hat außerdem den Vorteil, daß durch verhältnismäßig kleine Änderungen der Schwingungszahlen verhältnismäßig große Änderungen im Arbeitsschwingungskreis hervorgerufen werden im Vergleich zu den Änderungen, die bei Anwendung niedrigerer Schwingungszahlen entstehen würden. Außerdem können die Abmessungen der Induktanz ι verhältnismäßig klein gewählt werden, so daß sich zu jeder Zeit nur ein kurzes Stück des Drahtes 35 in dem elektromagnetischen Feld befindet. Die Einrichtung wird dadurch für Änderungen der Eigenschaften des Drahtes empfindlicher.

Die Änderungen der elektrischen Bedingungen, die durch Fehler im Draht hervorgerufen wer- ^s° den, können naturgemäß auch in anderer Weise, als in diesem Beispiel gezeigt ist, ausgenutzt werden. Z. B. ist es möglich, in an sich bekannter Weise eine dauernde Aufzeichnung mit einem geeigneten Kontrollapparat vorzunehmen. Hierbei steht der Kontrollapparat, der an Stelle des Lautsprechers 11 tritt, in Verbindung mit einem Stromkreis, dessen Strom wesentlich proportional der Frequenz der Schwingungen im Widerstand 23 ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Verfahren zum Bestimmen von Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche von Drähten o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu prüfenden Draht Wirbelströme mittels Hochfrequenzschwingungen von solcher Frequenz erzeugt werden, daß in an sich bekannter Weise die Wirbelströme (infolge Skin-Effektes) im wesentlichen auf der Drahtoberfläche verlaufen und daß in an sich bekannter Weise die beim Hindurchführen des Drahtes durch das Hochfrequenzfeld auftietenden Frequenzänderungen gemessen werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen