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Anordnung zum Prüfen von langgestreckten Körpern
Es sind Verfahren
und Vorrichtungen zum Prüfen von langgestreckten Körpern, z.B. auf Risse, Stoffunterschiede
und- Wärmebehandlungsfehler bekannt, welche darauf beruhen, daß sich in den Prüflingen
durch Wechselstromspulen Wirbelströme induzieren lassen. Je nach der Ausbildung
der Wirbelströme, die ihrerseits unter anderem von der Leitfähigkeit des Prüflings
abhängt, ergibt sich an der Prüfspule eine bestimmte Meßspannung.
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Man prüft auf diese Weise z.B. aus Eisenwerkstoffen hergestellte Stangen
auf Risse und Seile auf Drahtbrüche. Je nach der für die Prüfspulen verwendeten
Wechselstromfrequenz lassen sich aber auch Körper aus Nichteisenmetallen, z. B.
Messing- 1 stangen, prüfen. Die Erfindung bezieht sich auf eine derartigen Zwecken
dienende Anordnung, bei welcher die sich an einer Prüfspule ergebende Spannung mit
einer anderen Spannung verglichen wird. Bei bekannten Verfahren wurde die Vergleichsspannung
entweder an einem anderen Teil desselben Prüflings an einer besonderen Spule abgenommen
oder es wurde die Spannung an einer Spule verglichen, die einen besonderen Vergleichsprüfling
enthielt. Gemäß der Erfindung wird demgegenüber die Vergleichs spannung unabhängig
von einem Vergleichsprüfling nach Größe und Phasenlage durch rein elektrische Mittel,
z. B. durch einen Dreh- und einen Regeltransformator, erzeugt. Die
neue
Anordnung hat den Vorteil besonderer Einfachheit: Vergleichspfüflinge, die bei ständiger
Ummagnetisierung heiß werden und dadurch andere Permeabilitäts- und Leitfähigkeitswerte
ergeben, fallen weg. Gegenüber Anordnungen mit Vergleichs spule bzw. Vergleichsprüfling
arbeitet die einfachere erfindungsgemäße Anordnung betriebss-icherer.
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Zweckmäßig wird die vorzugsweise einzige Prüfs-pule z. B. über einen
Anzapftransformator aus demselben Netz gespeist wie die Einrichtung zur Erzeugung
der Vergleichsspannung, wobei ein Meßinstrument so angeordnet ist, daß es die Differenz
zwischen der Prüfspulenspannung und der Vergleichsspannung anzeigt. Hierdurch wird
der Vorteil erzielt, daß bei Verwendung eines verhältnismäßig grol}en Zeigerinstruments,
wvie es für den Betrieb in der technischen Praxis am besten geeignet ist, eine hohe
Empfindlichkeit der Anzeige ohne besondere Verstärkerschaltungen erreicht wird.
Überdies rufen Spannungs- und Frequenzschwankungen im Netz bei dieser Anordnung
keine Anzeigeschwankungen hervor.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Messung der Wechselspannungsdifferenz
ein Drehspulinstrument, z.B. ein Milliamperemeter mit vorgeschaltetem Gleichrichter
verwendet. Die Empfindlichkeit einer solchen Anordnung ist wesentlich größer als
die üblicher Wechsel stromzeigerinstrumente, so daß man die Prüfspule mit Wechselstrom
verhältnismäßig niedriger Frequenz speisen kann und dabei trotzdem eine gute Fehlererkennbarkeit
erhält. Zweckmäßig ist in Verbindung mit dem Milliamperemeter als Gleiche richter
ein Schwinggleichrichter verwendet. Dies ergibt den Vorteil, daß man bei Umkehr
der Differenzspannung am Anzeigeinstrument von einer mittleren Nullstellung aus
Ausschläge nach beiden Seiten hin erhält. Hierdurch wird eine bessere Auswertung
der Anzeige ermöglicht, als wenn die Anr zeige nur nach einer Richtung hin erfolgt.
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Wie erwähnt, beruht die Wirkungsweise der Verfahren und Anordnungen,
zu denen diejenige nach der Erfindung gehört, grundsätzlich darauf, daß sich der
Mtechselstromwiderstand der Prüfspule mit der elektrischen Leitfähigkeit des in
der Spule befindlichen Prüflingsstücks ändert, weil u. a. von dieser, ihrerseits
z. B. vom Vorhandensein von Rissen abhängigen Leitfähigkeit die Ausbildung der induzierten
Wirbelströme abhängt. Hat man nun, wie zuletzt als zur Erfindung gehörig beschrieben,
ein Anzeigeinstrument, das nach zwei Seiten ausschlägt, so läßt sich aussagen, daß
Ausschläge nach der einen Seite mit der Anzeige z. B. von Rissen nichts zu tun haben
können; solche anderen Ausschläge rühren z. 13. von Änderungen in der Zusammensetzung
des Werkstoffes her, welche sowohl Änderungen der Leitfähigkeit als auch Änderungen
der Permeabilität bedingen können. Die Ausschläge nach der anderen Seite können
zwar außer Leitfähiglceitsänderungen infolge von Rissen ebenfalls andere Ursachen
haben, jedoch ist durch die Anzeigemöglichkeit nach zwei Seiten wenigstens eine
teil der Fehlanzeigen ausgeschaltet.
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In weiterer Erfindung erhält die Erregerspule des Schwinggleichrichters
ihren Strom über einen weiteren Drehtransformator, so daß die Phasenlage der Gleichrichterschwingung
einstellbar ist.
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Hierdurch wird die Empfindlichkeit der Anordnung weiter gesteigert,
weil sich so der Vektor des Wirkstromes für das Anzeigeinstrument tangential zu
der Ortskurve einstellen läßt, die der Endpunkt des die Prüfspulenspannung darstellenden
Vektors beschreibt.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist für
das erste Einstellen der Vergleichsspannung ein gegen das Drehspulinstrument umschaltbares
Voltmeter vorgesehen.
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Hierdurch wird man bei der Wahl des empfindlichen Anzeigeinstruments
für die Messung unabhängig von den unter Umständen beim Einstellen auftretenden
größeren Beanspruchungen. Zweckmäßig wird ein Kontaktanzeigeinstrument verwendet,
von dessen Kontakten aus optische und/oder akustische Signale, z. B. eine Signallampe
und eine Signaiglocke, aber auch z. B. eine an sich bekannte sortierende Abwerfvorrichtung
gesteuert werden können. Eine solche Abwerfvorrichtung wirft z. B. die Stangen,
die ein Ansprechen der Instrumentenkontakte hervorriefen, nach der einen und die
Stangen, die ohne Ansprechen durch die Vorrichtung gingen nac'h der anderen Seite
ab. Das Arbeiten mit der Anordnung nach der Erfindung wird durch solche Hilfsmittel
auch für nur angelernte Hilfskräfte sehr einfach.
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In weiterer Erfindung ist die Prüfspule Teil eines Resonanikreises,
in welchem sie vorzugsweise in Reihe mit einem Kondensator liegt. Zweck dieser Maßnahme
ist, die Empfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen.
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Der Prüfling läuft vorteilhaft über ortsfest gelagerte Rollen, so
daß je nach dem Durchmesser des Prüflings seine Achse verschieden hoch liegt. Die
Prüfspule ist deshalb zweckmäßig in einem z.B. von einem Handrad aus durch Nocken
höher verstellbaren Spulenkasten untergebracht. Beim Übergang auf Prüflinge anderen
Durchmessers braucht der Spulenkasten mittels des Handrades nur in seiner Höhenlage
so weit verstellt zu werden, daß die Spulenachse mit der Achse des Prüflings wieder
übereinstimmt.
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Es war bereits bekannt, den Prüfstromkreis selbsttätig erst dann
einzuschalten, wenn der Prüfling durch die Prüfspulen hindurchreichte und selbsttätig
auszuschalten, wenn der Prüfling die Spule verließ. Man bediente sich hierzu mechanischer
Schalter, die vom Prüfling selbst gesteuert wurden. In weiterer Ausgestaltung der
Erfindung ist unter der Voraussetzung ferromagnetischer Prüflinge statt dessen eine
Steuerwicklung zum Ein- und Ausschalten der Meßanordnung vorgesehen, die mit einer
Erregerwicklung durch den Prüfling als Eisenkern gekuppelt wird.
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- Mechanische Abnutzung als Störungsursache wird dadurch weitgehend
vermieden. ZxveekmäRig
wird der in der Steuerwicklung induzierte
Wechselstrom z.B. durch Trockengleichrichter gleichgerichtet, bevor er einem oder
mehreren Relais zum Ein- und Ausschalten der Meßanordnung zugeführt wird. Vorteilhaft
ist die Anordnung auch mit einem Zählwerk für die durch die Spule gegangenen Prüflinge
ausgerüstet. In weiterer Erfindung wird das Zählwerk von derselben Steuerwicklung
aus gesteuert wie das Ein- und Ausschalten des Meßstromkreises. Zweckmäßig sind
die Steuerwicklung und ihre Erregerwicklung in je zwei Spulen aufgeteilt, von denen
je eine vor und hinter der Prüfspule angebracht und vorteilhaft mit dieser zusammen
in demselben Spulenkasten untergebracht ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird beim Koppeln der ersten Erreger- mit der zugehörigen Steuerspule eine erste
Signallampe und beim Koppeln der zweiten Erreger- mit der zweiten Steuerspule eine
zweite Signallampe zum Aufleuchten gebracht. Beim Entkoppeln der Spulen erlöschen
die Lampen wieder.
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Da das Koppeln und Entkoppeln durch das Eintreten und Herausgehen
des Prüflings erfolgt, wird das Hindurchgehen von Prüflingsanfang und Prüflingsende
auf diese Weise sinnfällig angezeigt.
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Um zu vermeiden, daß die einzelnen Prüflinge verschieden schnell
durch die Vorrichtung geführt werden, wodurch die Vergleichbarkeit der Anzeigen
leiden könnte, wird schließlich das Hindurchschieben von zu prüfenden Stangen durch
die Prüfspule vorteilhaft selbsttätig, gegebenenfalls mit einstellbarer Geschwinedigkeit
vorgenommen, z.B. mittels elektromotorisch angetriebener Rollen.
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Die Zeichnung zeigt in Abb. I als Beispiel ein Prinzipschaltbild
einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Anordnung. und in Abb. 2 ein zugehöriges
Vektordiagramm.
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Bei dem gezeichneten Beispiel liegt die Prüfspule 7 mit einem Kondensator
5 in Reihe. Von einem Anzapftransformator 4 aus wird an diese Reihenschaltung eine
Spannung Ul gelegt. Je nach der Dicke und der Leitfähigkeit des Prüflings wird eine
größere oder kleinere Spannung Ul gewählt.
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Die Spannung Ul teilt sich in eine zu ihr in dem einen Sinne phasenverschobene
Spannung Uc am Kondensator 5 und in eine in dem anderen Sinne phasenverschobene
Spannung Usp an der Spule. Die Zusammensetzung der Spannungen Uc und Usp zu der
Spannung Ul ist in Abb. 2 dargestellt. Die drei genannten Spannungen bilden ein
Vektordreieck mit den Endpunkten 2 , C1.
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Durch einen Drehtransformator2 und einen Regeltransformator 3, von
denen bei dem gezeichneten Beispiel vorausgesetzt ist, daß sie aus demselben Netz
gespeist werden, wie der Anzapftransformator 4, kann eine Vergleichsspannung hergestellt
werden; welche die Richtung von Usp, also A1 C1 in Abb. 2 hat. Der Drehtransformator
2 dient dabei zur Einstellung der Phasenlage und der Regeltransformator 3 zur Einstellung
der Größe der Vergleichsspannung. Wie Abb. 1 zeigt, ist zwischen die Prüf spule
7 und den Regeltransformator 3 eine Meßinstrumentenanordnung so geschaltet, daß
sie zur Anzeige einer Differenz zwischen der Prüfspulenspannung und der durch die
Transformatoren 2 und 3 erzeugten Vergleichsspannung geeignet ist, bzw. geeignet
ist zur Anzeige der Ströme, die infolge einer solchen auftretenden Spannungsdifferenz
fließen. Es ist ein Milliamperemeter 23 vorgesehen, dem ein Schwinggleichrichter
I3 vorgeschaltet ist. Die Erregerspule des Schwinggleichrichters erhält Strom über
einen weiteren, nicht gezeichneten, Drehtransformator.
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Der Vektor des Wirkstromes für das Anzeige instrument läßt sich damit
in tangentiale Lage zu der Ortskurve bringen, die der Punkt Cl in Abb. 2 beschreibt,
wenn sich die Prüfspulenspannung ändert. Im- Wechsel mit dem Milliamperemeter mit
Gleichrichter kann durch einen Umschalter 35 auch ein Voltmeter 24 eingeschaltet
werden.
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Wenn zunächst die Vergleichsspannung eingestellt werden soll, so
wird mittels des Schalters 35 das für größere Differenzspannungen geeignete Voltmeter
24 eingeschaltet. In die Prüfspule 7 wird ein Prüflingsnormal eingeschoben, das
vorher auf seine Fehlerfreiheit und auf die stoffliche Ubereinstimmung mit den zu
prüfenden Körpern gesondert untersucht wurde. Die Vergleichs spannung stimmt nach
Phasenlage und Größe mit der Spannung an der Prüfspule bei der gezeichneten Anordnung
dann am besten überein, wenn die Anzeige des Voltmeters am kleinsten ist. Drehtransformator
2 und Regeltransformator 3 werden also so eingestellt, daß die Anzeige am Voltmeter
ihren kleinsten Wert hat. Ist diese Einstellung gefunden, so kann sie nach Umschalten
auf das empfindliche Milliamperemeter noch an diesem nachgeprüft werden.
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Werden jetzt Prüflinge durch die Prüfspule 7 hindurchgefüErt, die
von c9em zur Einstellung der Vergleichsspannung benutzten Prüflingsnormal abweichen,
z.B. Risse haben, so wird sich an der Prüfspule eine Teilspannung Usp' ergeben,
die nach Lage und Größe von der Spannung Usp abweicht.
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Da an der Einstellung der Vergleichsspannung aber nichts geändert
wurde, entsteht eine Differenz, die eine Anzeige des Milliamperemeters hervorruft.
Im Vektordiagramm 2 ist die während des Messens auftretende Spannung Usp' beispielsweise
nach Größe und Richtung durch A1 C2 gegeben.
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Zu beiden Seiten der Prüfspule 7 sind die Steuer spulen 9 mit ihren
Erregerspulen 8 für das Ein- und Ausschalten der Meßanordnung und für die Steuerung
eines Zähiwerkrel ais untergebracht.
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Sämtliche Spulen befinden sich in einem Spulenkasten 36.