-
Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung von Materialfehlern in
Stangen oder Bändern aus Nicht-Eisenmetallen
I)ie Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Feststellung von Fehlern in Stangen oder Bändern aus Nicht-Eisenmetallen und
ihren Legierungen, z. B. aus Kupfer, Alessing, Aluminium o. dgl.
-
Die Erfindung gestattet die Feststellung derartiger Fehler und deren
ICedeutung, ohne daß eine 13eschädigull,g oder Zerstörung der verwendeten ATetallstangen
erfolgt.
-
Die Fehler, welche das erfindungsgemäße Verfahren festzustellen gestattet,
sind zweierlei Art.
-
Es gestattet einerseits die Feststellung von Strukturfehlern infolge
mangelnder Homogenität, als auch von Flecken, Bruchstellen, Rissen, Walzfehlern
und Lunkern. Andererseits gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die Feststellung
eines Gehaltes an Eisen, sei es in Form einer Lösung des eigentlichen Stangenmaterials,
sei es in Form von Einschlüssen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die zu untersuchenden
Stangen oder Bänder mit Normalstangen oder -bändern von gleichen Abmessungen verglichen
werden, indem sie in eine Spule getrennt eingeführt werden, die in einem von Wechselstrom
durchflossenen Stromkreis angeordnet ist, wobei die Veränderungen der Wechselstromkurve
in Abhängigkeit von den in die Spule eingeführten, zu prüfenden Stangen oder Bändern
gegenüber den Veränderungen der Stromkurve bei Einführung der in die Spule eingeführten
Normalstücke beobachtet werden.
-
Die zu prüfenden Stangen oder Bänder und die Normal stücke können
in die Spulen einer ahge-
glichenen Brückenschaltung eingeführt
werden, wobei die Verstimmung der Brückenschaltung nach Einführung der Stangen oder
Bänder in die Spulen beobachtet wird.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Feststellung von Fehlern
in Stangen oder Bändern aus Nicht-Eisenmetallen, die darin besteht, daß sie eine
oder mehrere wechselstromgespeiste Spulen zur Einführung der Stangen oder Bänder
und eine Anordnung zur Beobachtung der Kurve des diese Spule oder Spulen durchfließenden
Wechsel stromes aufweist.
-
Die Anordnung kann auch einerseits aus einer Brückenschaltung, deren
Zweige eine Spule zur Aufnahme der Normalstücke, eine Spule zur Einführung der Prüflinge
und Abgleichvorrichtungen aufweisen, und andererseits aus einer Vorrichtung zur
Beobachtung des durch die Einführung der Stangen oder Bänder gestörten Gleichgewichtes
der Brückenschaltung bestehen.
-
Der eine Brückenzweig kann eine Serienschaltung von Kapazität und
Ohmschen Widerstand aufweisen, die einen Brückenabgleich in bezug auf Phase und
Amplitude der Wechselstrom.spei sespannung ermöghcht.
-
Die Vorrichtung zur Beobachtung der Störung des Brückengleichgewichtes
kann aus einer Braunschen Röhre mit Ablenkplatten bestehen, die mit den oberen Verzweigungspunkten
der Brücke verbunden sind und eine Ablenkung des Elektronenstrahles bzw. des Lichtfleckes
auf dem Schirm der Braunschen Röhre bewirken, wenn das Brückengleichgewicht gestört
ist.
-
Ferner kann die Braunsche Röhre mit Ablenkplatten versehen sein,
denen die Wechselstromspeisespannung der Brückenschaltung zugeführt wird, wodurch
der Elektronenstrahl bzw. der Lichtfleck auf dem Schirm der Braunschen Röhre Ablenkungen
erfährt, deren Frequenz gleich der Frequenz der Speisespannung ist (sog. Zeitachse).
-
In der Zeichnung ist eine der möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dargestellt, es zeigt Abb. I eine Spule zur Aufnahme der zu vergleichenden
Stangen aus Nicht-Eisenmetall, Abb. 2 das Schema einer Brückenschaltung mit einem
Anzeigegerät in Form einer Braunschen Röhre, Abb. 3 bis 6 den Bildschirm der Braunschen
Röhre mit verschiedenen, die Abgleichung bzw.
-
Verstimmung der Brücke anzeigenden Auslenkungen bzw. Kurven des Elektronenstrahles.
-
Die Abb. I zeigt das Wesen der Erfindung. Die gezeigte Anordnung
stellt eine Spule I dar, die von einem Strom J1 gespeist wird, wobei die Spule an
der Spannung U liegt. Die Größe der Stromstärke Jt wie auch deren Phase P1 in bezug
auf diese Spannung U sind gegeben nach den bekannten Gesetzen im Hinblick auf Ohmschen
Widerstand, Selbstinduktion und Frequenz des Speisestromes.
-
Wenn man in diese Spule ein Stück Nicht-Eisenmetall, z. B. Kupfer,
einführt, so induziert der in den Windungen der Spule I fließende Strom Wirbelströme
in dem Kupferstück, das gewissermaßen einen Stromkreis vom Widerstand r darstellt.
Infolge der von dem Metallstück absorbierten Energie wird der in der Spule l fließende
Strom verändert, seine Größe nimmt dün Wert J9 und seine Phase den Wert P2 an.
-
Ersetzt man das in die Spule I eingeführte Kupferstück durch ein
anderes Aletallstück gleicher Größe, das jedoch Strukturfehler hat, so ändert sich
dieser Widerstand r und die Gesamtimpedanz des Stromkreises.
-
Wenn in dem zu untersuchenden Prüfling Eisenmetalle, wenn auch nur
in Spuren, enthalten sind, die bekanntlich magnetische Eigenschaften aufweisen,
so erhöht sich die Selbstinduktion, so daß man den Ersatzkreis für das in die Spule
eingeführte Metallstück einem Eisentransformator gleichsetzen kann, wobei im vorliegenden
Fall für ein kein Eisen enthaltendes Metallstück die Permeabilität gleich I zu setzen
ist. Die hierdurch bedingte Phasenverschiehung des Stromes kann somit erkannt werden.
-
Es sei ausdrücklich bemerkt daß die Phasenverschiebung des in der
Spule I fließenden Stromes J im entgegengesetzten Sinne sich ändert, je nachdem
es sich um einen Riß in dem zu prüfenden Kupferstück oder um den Einschuß voll Eisenmetall
handelt.
-
In Abb. 2 ist eine Anordnung gezeigt, bei der ein Herausnehmen und
Wiedereinführen der zu prüfenden Stücke vermieden wird. Diese Anordnung gestattet
einen unmittelbaren Vergleich, indem zu gleicher Zeit sowohl der Prüfling als auch
das Normalstück eingeführt wird. Die Schaltung nach Abb. 2 weist einen Niederfrequenzgenerator
2 auf, der einen sinusförmigen Strom von bestimmter Frequenz erzeugt. Dieser Strom
wird nach Verstärkung in einen Verstärker 3 der Primärwicklung eines Transformators
4 zugeführt, dessen Sekundärwicklung mit einer Brückenschaltung verbunden ist. In
den verschiedenen Zweigen dieser Brückenschaltung sind die zur Einführung der Prüflinge
und der Normalstücke dienenden Spulen 5, 6, ein Abgleichwiderstand 7 und eine aus
Widerständen und Kapazität bestehende Anordnung 8 zur Abgleichung der Brücke nach
Phase und Amplitude bei einer gegebenen Wechselstromfrequenz angeordnet.
-
Die erfolgte Abgleichung der Brücke wird durch das Braunsche Rohr
9 angezeigt, das in Abb. 2 schematisch dargestellt ist. Dieses Rohr 9 weist eine
Elektronen emittierende Kathode, in der Zeichnung nicht dargestellt, und einen Bildschirm
für den Elektronenstrahl auf, der zwecks Feststellung von Fehlern des Prüflings
beobachtet wird.
-
Parallel zur Richtung des den Lichtfleck auf dem Bildschirm der Braunschen
Röhre erzeugenden Elektronenstrahles sind die Ablenkplatten IO angeordnet, die mit
der Sekundärseite 11 des Transformators 4 verbunden sind. Diese Ahlenkplatten in
lenken den Elektronenstrahl senkrecht zu ihrer Ebene in einer hin und her gehenden
Bewegung aus, deren Frequenz gleich der Frequenz des vom Trans-
formator
4 gelieferten Wechselstromes ist. Wenn die Brückenschaltung im Gleichgewicht ist,
so sieht man auf dem Bildschirm der Röhre g eine geradlinige Spur des Elektronenstrahles
(vgl. Abb. 3).
-
Zur Feststellung von Fehlern der zu prüfenden Stücke weist die Braunsche
Röhre zwei weitere, senkrecht zu den Ahlenkplatten Io angeordnete Ablenkplatten
12 auf. Diese Ablenkplatten 12 sind über einen Verstärker 15 und 15a mit den Verzweigungspunkten
13 und 14 der Brückenschaltung verbunden.
-
Wenn die Brücke nicht im Gleichgewicht ist, d. h. wenn die Prüflinge
gegenüber dem Vergleichs-oder Normalstück einen Fehler aufweisen, so wird der Elektronenstrahl
durch die Ablenkplatten 12 senkrecht zu der durch die Ablenkplatten 10 gebenen Richtung
seitlich ausgelenkt. Es erscheint dann auf dem Bildschirm eine in sich zurücklaufende,
sog. Lissajous'sche Kurve, welche den Fehler anzeigt.
-
Selbstverständlich sind die Spulen und Leitungen der Anordnung nach
Abb. 2 gegen elektromagnetische oder elektrische Felder, welche die Anzeige stören
könnten, in geeigneter Weise abger schirmt. tYblicherweise werden Frequenzen zwischen
Soo bis looo Per./Sek. verwendet. Es ist nämlich zwecks Erzielung einer hinreichend
großen Induktion von Wirbel strömen in den Prüflingen notwendig, eine hinreichend
hohe Frequenz des Speisestromes zu wählen. Jedoch ist es im Hinblick auf den sog.
Skineffekt nicht zu empfehlen, eine zu hohe Frequenz des Speisestromes zu wählen,
weil dies eine völlige Zerschneidung des zu prüfenden Stückes bedeuten würde. In
gewissen Sonderfällen sind jedoch auch Frequenzen außerhalb des oben angegebenen
Bereiches zulässig.
-
Vorzugsweise verwendet man Spulen 5 und 6 mit einer den Abmessungen
der Prüflinge angepaßten Einführungsöffnung. Man kann jedoch auch insbesondere einen
Satz von Spulen vorsehen zur Untersuchung von Prüflingen verschiedener Größen.
-
Bei der Inbenutzungnahme der Anordnung nach Abb. 2 wird die Brückenschaltung
durch entsprechende Einstellung der Regelglieder 8 ins Gleichgewicht gebracht. Dabei
beobachtet man auf dem Bildschirm der Braunschen Röhre eine gerade Linie gemäß.
Abb. 3. Bei Einführung des zum Vergleich dienenden Normalstückes in die Spule 5
wird das Brückengleichgewicht gestört. Infolgedessen tritt an den Ablenkplatten
I2 eine mehr oder weniger große Ablenkspannung auf, die auf dem Bildschirm eine
Lissajous'sche Figur, im vorliegenden Fall eine Ellipse, erzeugt.
-
Wird nun in die Spule 6 ein Prüfling, von den gleichen Abmessungen
wie das Normalstück in Spule 5, eingesetzt, so ist die Brücke wieder im Gleichgewicht,
wenn die Eigenschaften der in die beiden Spulen eingeführten Stücke einander gleich
sind. Auf dem Bildschirm ist wieder eine geradlinige Leuchtspur gemäß Abb. 3 zu
sehen, d. h. die Ellipse ist völlig abgeflacht.
-
Wenn dagegen der in die Spule 6 eingeführte Prüfling einen Strukturfehler
aufweist, so ist die Brücke nicht abgeglichen. Auf dem Bildschirm erscheint wiederum
eine Ellipse, deren- Form durchaus proportional zu der Größe des Strukturfehlers
der Prüflinge ist. Dies kann z. B. eine Ellipse nach Abb. 5 sein.
-
Wenn der in die Spule 6 eingeführte Prüfling eine Spur von Eisen
aufweist, so erscheint auf dem Bildschirm eine Ellipse, deren Hauptachse entgegengesetzt
zu der bei einem Strukturfehler sich ergebenden Ellipse (Abb. 5) geneigt ist. Denn
Eiseneinschüsse bewirken eine Phasenänderung im entgegengesetzten Sinne.
-
Wenn ein Prüfling gleichzeitig einen Strukturfehler und Eiseneinschüsse
aufweist, ergibt sich auf dem Bildschirm eine verwickeltere Figur (vgl.
-
Abb. 6). Hieraus kann man auf das gleichzeitige Vorhandensein und
die entsprechende Größe der beiden Fehler schließen. Durch die bei gestörtem Gleichgewicht
der Brücke gegebene jeweilige Größe der Ablenkspannung ist die Größe des Fehlers
definiert, während deren Phasenlage gegenüber dem Speisestrom die Art des Fehlers
anzeigt.
-
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestatten die
getrennte Feststellung von Strukturfehlern und von Eiseneinschüssen, während man
bei den bisher bekannten Anordnungen lediglich eine allgemeine Anzeige erhielt.
Außerdem kann man mit der erfindungsgemäßen Anordnung einzelne Fehler feststellen,
während man bisher mit den bekannten Anordnungen nur einen Vergleich zweier benachbarter
Teile ein und desselben Prüflings durchführen konnte. Dagegen sind insbesondere
bei gezogenen Drähten oder Bändern aus Metall sehr häufig Materialfehler vorhanden,
die über eine größere Strecke verteilt sind. Mit den bekannten Anordnungen war eine
leichte Feststellung dieser Fehler nicht möglich.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ist außerdem einfach und bequem. Die
von ihr angezeigten Ergebnisse sind eindeutig zu interpretieren.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ist auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
keineswegs beschränkt und kann in verschiedener Hinsicht Abänderungen aufweisen.
-
PATENTANSPRt}CHE: I. Verfahren zur Feststellung von Materialfehlern
und ihrer Art bei Stäben oder Bändern aus Nicht-Eisenmetall, dadurch gekennzeichnet,
daß die zu prüfenden Stäbe oder Bänder mit Normal- oder Vergleichsstücken der gleichen
Größe, durch getrennte Einführung in eine von Wechselstrom gespeiste Spule und der
dadurch sich ergebenden Stromänderungen verglichen werden, insbesondere dadurch,
daß sie in die Spulen der Zweige einer abgeglichenen Meßbrückenschaltung unter Beobachtung
der entsprechenden Verstimmung der Brückenschaltung eingeführt werden.