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Einrichtung zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen
Zur Ermittlung
von Fehlerstellen in Werkstoffen bz. fertigen Werkstücken sind in neuerer Zeit die
verschiedensten Verfahren vorgeschlagen und zur Anwendung gebracht worden, von denen
je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck das eine oder das andere sich als besonders
zwecmäßig erwiesen h@@.
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Im allgemeinell können zur Lösung dieser Aufgabe folgende Verfahren
angewandt werden: Röntgendurchleuchtung, Ultraschalsichtverfahren, Magnetpulververfahren,
Hochfrequenzmeßverfahrei (Wirbelströme). Verfahren zur statischen oder dynamischen
Messung der Federungseigenschaften, Strom- und Spannungsmeßverfahren.
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Handelt es sich um die Erimttlung von Dopplungen in Blechen, insbesondere
Kontaktfederblechen, und müssen sehr gorße Stückzahlen von derartigen Blechen untersucht
werden, wie dies bei spielsweise bei der betriebsmäsigen Massenprüfung von Relaisfedern
in der Fernmeldetechnik der Fall ist, so kommt nur ein ganz einfaches, rasch und
zuverlässig arbeitendes Verfahren in Frage. Ein solches Verfahren stellt das sogenannte
Spannungsabfallmeßverfahren dar. Es ist bereits seit langem bekannt, unhomogene
Stellen ïn Metallkörpern dadurch festzustellen, daß man einen elektrischen Strom
durch den Körper schickt und den Spannungsabfall zwischen zwei über ihn hinweggeführ
ten Sonden mißt. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung zur Durchführung
von Messungen an Blechen, Blechstreifen oder Bändern zeigt Fig. 1. In einem homogenen
Blech erzeugt ein durch zwei Elektroden E1 und E2, die einander auf den beiden Blechseiten
gegenübersteheri, zuge-
führter Strom J an jeder Stelle des Bleches
den gleichen Spannungsabfall. Zwei unmittelbar neben den Elektroden in bestimmtem
Abstand von ihnen angebrachte und zusammen mit den Elektroden über das Blech bewegte
Sonden St und S2 sind über ein Meßinstrument V miteinander verbunden und zeigen
den Spannungsabfall an. Ist an einer Stelle die Homogenität gestört, z. B. durch
eine Dopplung, so wird an dieser Stelle der Spannungsabfall infolge der veränderten
Stromverteilung größer, wie dies aus Fig. Ib ersichtlich ist.
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Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß stets, also auch bei
fehlerfreiem Blech, ein Spannungsabfall gemessen wird und daß seine Änderung infolge
einer kleinen Dopplung so gering ist, daß es äußerst empfindlicher Instrumente bedarf,
um eine sichtbare Anzeige zu erzielen. Aus praktischen Gründen ist es außerdem zweckmäßig,
die Messung mit Wechselstrom durchzuführen. Durch die in diesem Falle unvermeidliche
Kopplung des Meßkreises mit dem das Blech durchfließenden Strom wird das Verhältnis
Grundspannungsabfall U,zum Spannungsabfall bei einer Dopplung U2 noch ungünstiger.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ermittlung
von Dopplungen in Blechen, insbesondere Kontaktfederblechen, zu schaffen, die die
genannten Mängel vermeidet und für die betriebsmäßige Massenprüfung von derartigen
Blechen, vorzugsweise in Streifen- oder Bandform, gut geeignet ist. Es wird zu diesem
Zwecke eine Einrichtung verwendet, die nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip
der Spannungsabfallmessung arbeitet. Dabei ist jedoch erfindungsgemäß die Anordnung
so getroffen, daß der Spannungsabfall nur auf einer Blechoberfläche senkrecht zu
den einander gegenüberstehenden Elektroden gemessen wird.
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Diese Anordnung der Sonden auf nur einer Seite des Bleches beruht
auf folgenden Überlegungen: Während im homogenen Blech die Stromlinien im wesentlichen
senkrecht zur Oberfläche auf dem kürzesten Wege zwischen den Elektroden verlaufen,
werden sie an den Dopplungsstellen zum größten Teil in zur Oberfläche parallele
Bahnen verdrängt.
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Mißt man nun anstatt des Spannungsabfalles quer zum Blech, wie dies
bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung erfolgt, nur den Spannungsabfall über einer
bestimmten Strecke an einer Oberfläche, und zwar in Nachbarschaft der Elektrode,
so erhält man eine Meßmethode, welche die obengenannten Mängel vermeidet und ein
genaues Bild über Lage und Ausdehnung von Dopplungen im Blech gibt. In Fig. 2 sind
diese Verhältnisse schematisch dargestellt, und zwar in der linken Skizze bei homogenem
Blech, rechts bei Vorhandensein einer Dopplung. Man erkennt ohne weiteres, daß die
Sonden St und Sl, die auf der gleichen Seite auf die Blechoberfläche aufgesetzt
werden, stets dann eine relativ große Spannung abgreifen, wenn eine Dopplung vorliegt,
während normalerweise die Spannung zwischen ihnen, besonders bei nicht zu kleiner
Entfernung von den Stromelektroden, sehr klein ist. Die magnetische Kopplung kann
bei dieser Anordnung ebenfalls verringert werden, da es möglich ist, den Abstand
zwischen SX und 52 klein zu machen und die Zuleitungen bereits unmittelbar an den
Berührungsstellen zu verdrillen, so daß in ihnen das Feld des Stromes J keine Spannung
erzeugen kann.
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Fig. 3 zeigt die Durchführung einer Untersuchung an einer Kontaktfeder
für einen Relaisfedersatz, die beispielsweise aus einem Blechstreifen von etwa 5
mm Breite und 100 mm Länge besteht. Der Blechstreifen wird in seiner Längsrichtung
zwischen den beiden einander gegenüberstehenden Elektroden E,, E2 hindurchgezogen
bzw. werden die Elektroden längs des Blechstreifens bewegt. In einem festen Abstand
zu der einen Elektrode, z. B. El, sind auf der einen Blechoberfläche die mit dem
Meßinstrument verbundenen Sonden St, S2 aufgesetzt, die ebenfalls einen bestimmten
Abstand voneinander besitzen. Bei der gewählten Versuchsanordnung wurden hierbei
die Abstände a-b = 2 mm angenommen. Als Prüfwechselstrom wurde ein Strom von 20
Amp. bei 50 Hz gewählt. Der gemessene Spannungsverlauf über der Federlänge ist ebenfalls
in Fig. 3 dargestellt. Er zeigt, daß die Spannung bei homogenem Blech konstant und
verschwindend klein ist, bei Überlaufen einer Dopplung jedoch relativ stark ansteigt.
Mechanische Nachprüfungen nach erfolgter Messung haben ergeben, daß die Spannungskurve
die Lage und Größe der Dopplung in einwandfreier Weise wiedergibt. Die kleinste
mit der soeben beschriebenen Anordnung gemessene Dopplung hatte eine Längsausdehnung
von 2 mm bei Erstreckung über die volle Federbreite.
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Bei der Dopplungsmessung nach dem angegebenen Verfahren muß durch
den gesamten zu untersuchenden Blechquerschni tt ein starker Strom geschickt werden.
Bei den an den Federblechen durchgeführten Prüfungen wurde dabei ein Strom von 5
Amp. je Millimeter Blechbreite angenommen.
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Das würde bedeuten, daß man für einen Blechstreifen von etwa 100 mm
Breite einen Strom von 500 Amp. aufwenden muß, wenn man dieselbe Meßempfindlichkeit
erzielen will. Damit diese Empfindlichkeit über die ganze Breite auch konstant bleibt,
muß der Strom im Blech gleichmäßig verteilt sein. Eine weitere Bedingung ist, daß
die Ubergangs- und Zuleitungswiderstände klein sind.
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Unter Umständen ist auch die Stromverdrängung zu berücksichtigen und
ihr durch geeignete Anordnung der Stromzuführungen entgegenzuwirken.
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Ferner sind für die Empfindlichkeit der Messung die zur Spannungsabnahme
verwendeten Sonden maßgebend. Sie werden beispielsweise als Schleifkontakte ausgebildet,
ihre Zahl, Größe und Anordnung bestimmen das Auflösungsvermögen.
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Eine unter diesen Gesichtspunkten aufgebaute Prüfeinrichtung für
Blechstreifen von etwa Ioo mm Breite zeigt Fig. 4. In dieser Figur ist mit I der
zu untersuchende Blechstreifen bezeichnet, 2 und 3 sind die Elektroden E1 und E2.
Letztere ist als Rolle ausgebildet, der der Strom J von beiden Seiten zugeführt
wird. Die Gegenelektrode E1 ist hier unterteilt in fünf gleichartige, unmittelbar
aneinandergereihte
Druckstücke. Mit 4 sind die Spannungsabgreifkontakte So, 52 bezeichnet, die als
parallele Sctlleiikontakte mit konstantem gegenseitigem Abstand und ebenfalls konstantem
Abstand von der Elektrode E1 ausgebildet sind. Zur Erhöhung des Auflösungsvermögens
sind diese Spannungsabgreifkontakte beiderseits der Stromzuführungselektrode vorgesehen,
wobei die beiden Abgreifkontaktreihen gegeneinander versetzt sind, wie dies die
Draufsicht der Fig. 4 klar erkennen läßt.