-
Vorrichtung zur unmittelbaren Bestimmung der Verlustziffern unzerteilter
Elektroblechtafeln, insbesondere bei 10 K Gauß und 15 K Gauß
Um die magnetischen
Eigenschaften, z. B. die Verlustziffer von Transformatoren und Dynamoblechtafeln
zu ermitteln, war es bisher notwendig, die von den Stahlwerken in großen Tafeln
entfallenden Bleche zu zerschneiden. So werden für den nach Epstein benannten Apparat
bekanntlich 10 kg Material in Streifenform mit den Abmessungen 500 30 mm2 benötigt.
Das sogenannte Ferrometer gestattet zwar demgegenüber eine Verlustmessung an einzelnen
Streifen der Abmessungen 300 30 mm2, es arbeitet aber insofern zeitraubend, als
eine genaue Verlustziffer V1O nur durch graphische Extrapolation aus den Verlustziffern
V2, V4, V6 und V8 gewonnen werden kann. Außerdem läßt dieses Gerät die Messung von
auf höhere Induktionen als IO 000 Gauß bezogenen Verlustziffern überhaupt nicht
zu.
-
Es ist nun schon ein Prüfgerät bekanntgeworden, das die magnetische
Untersuchung von unzerteilten Tafeln gestattet. Dieses Gerät arbeitet nach einer
Differentialmethode, bei der die zu untersuchende Tafel mit einer Normtafel verglichen
wird. Hierzu werden beide Tafeln in je eine große, die gesamte
Tafelfläche
umfassende Flachspule geschoben. Ein solches Verfahren ist jedoch umständlich und
zeitraubend, insbesondere wenn es darauf ankommt, eine Großzahl von Tafeln verschiedener
Blechsorten laufend zu überwachen; außerdem kann mit diesem Gerät nur die Magnetisierbarkeit
gemessen werden, aber nicht die gerade bei Transformatoren und Dynamoblechen als
Kenngröße übliche Verlustziffer.
-
Es besteht nun beim Verbraucher von Dynamoblechen das Bedürfnis nach
einem Prüfgerät, das ohne Zerstörung der Tafeln folgende Möglichkeiten bietet: 1.
die Gleichmäßigkeit der einzelnen Lieferungen innerhalb jeder Blechqualität zu kontrollieren,
2. die einzelnen Blechqualitäten magnetisch zu unterscheiden, da Verwechslungen
leicht vorkommen, 3. die Verteilung der magnetischen Eigenschaften über eine ganze
Blechtafel festzustellen, also die Gleichmäßigkeit innerhalb einer Tafel zu prüfen,
4. bei Verlustmessungen eine direkte Aufnahme von V1O und sogar von V25 zu ermöglichen.
-
Dies wird bei einer Vorrichtung zur unmittelbaren Bestimmung der
Verlustziffern unzerteilter Elektroblechtafeln dadurch ermöglicht, daß gemäß der
Erfindung die Magnetisierungseinrichtung aus einem an sich für die Feststellung
magnetischer Eigenschaften bekannten U-förmigen Anlegejoch mit zwei magnetisch aktiven
Anlegeschenkeln und je einer Magnetisierungs-und einer Induktionsmeßspule besteht
und daß für die Anzeige der Verlustziffern in ebenfalls an sich bekannter Weise
ein Leistungsmesser dient, dem der Magnetisierungsstrom des Joches und die phasengleiche
Komponente der Spannung an der Induktionsspule zugeführt wird.
-
Man hat magnetische Jocheinrichtungen schon früher zu verschiedenen
Messungen gebraucht. So ist es z. B. bekannt, mit Hilfe einer zweischenkeligen magnetischen
Jochanordnung die Härte eines magnetischen Materials zu bestimmen. Eine andere magnetische
Prüfeinrichtung mit einem vierschenkeligen Joch dient zur Feststellung von Lunkern
oder Rissen. Das Joch hat zu diesem Zweck auf seinen beiden inneren Schenkeln eine
Induktionswicklung.
-
Diese befinden sich in einem gewissen Abstand über der Oberfläche
des zu prüfenden Körpers, während die Außenschenkel auf diesem aufliegen und eine
Magnetisierungswiddung tragen. Schließlich ist es auch bekannt, mit Hilfe eines
Magnetjoches die Dicke einer unmagnetischen Schicht auf einer magnetischen Grundlage
zu prüfen, wobei vorausgesetzt ist, daß die magnetische Grundlage erheblich dicker
ist als die unmagnetische Schichtdicke. Das für diese Anordnung verwendete Joch
hat eine Magnetisierungswicklung und eine Induktionswicklung. Diese bekannte Jochausführung
stellt bereits ein Anlege- oder Aufsatzjoch dar. Es benötigt jedoch drei Schenkel,
um eine sichere Auflage zu erzielen, von denen aber nur zwei magnetisch aktive Schenkel
zu sein brauchen. Es ist ferner bekannt, dieses Joch nebst der für seinen Betrieb
erforderlichen Schaltung zur Durchführung vergleichender Messungen bezüglich der
magnetischen Eigenschaften magnetischer Stoffe, wie Permeabilität, Reluktanz oder
magnetische Verluste, zu verwenden, wobei die Spannung an der Induktionswicklung
des Joches als Meßwert dient. Abgesehen von dem dritten unmagnetischen Schenkel
gehört somit ein U- bzw. bügelförmiges Auflegejoch zur Durchführung vergleichender
Messung der genannten Art zum Stand der Technik.
-
Der Querschnitt des Anlegejoches der Vorrichtung nach der Erfindung
wird vorzugsweise, vor allem mit Rücksicht auf einen kleinen Übergangswiderstand
an den Trennfugen, sehr groß (z. B. 50maul) im Verhältnis zum Blechquerschnitt gewählt.
-
Um einen kleinen Eisenwiderstand zu verhalten, wird für das Joch
ein Material mit einer sehr hohen Permeabilität benutzt. Das Jochmaterial soll außerdem
eine kleine Verlustziffer besitzen, was im Hinblick auf geringe Fehler bei Verlustmessungen
von Vorteil ist.
-
Außerdem soll es eine kleine Koerzitivkraft und einen ausreichenden
Sättigungswert aufweisen.
-
Die Form und die Abmessungen des Joches sind aus Fig. I beispielsweise
zu ersehen. Es ist als offenes Joch mit Schenkeln ausgebildet und erfaßt demnach
die magnetischen Eigenschaften eines Bleches in der durch die senkrechte Verbindungslinie
zwischen den beiden Schenkeln gegebenen Richtung. Durch Drehen des Joches gegenüber
dem Blech kann man somit auch die Richtungsabhängigreit dermagnetisdlen Eigenschaften
prüfen.
-
Das Joch ist aus einzelnen gestanzten Blechen von einigen zehntel
Millimetern Dicke zusammengesetzt.
-
Das Blechpaket wird durch in Fig. I nicht dargestellte Messingbleche
und durchgezogene Messingbolzen gehalten.
-
Die Primärwicklung mit beispielsweise drei bis fünf Windungen ist
auf der Jochmitte vorgesehen.
-
Die Sekundärwicklung ist vorteilhaft in zwei Teilen, beispielsweise
mit je I000 Windungen, auf die beiden Jochschenkel aufgebracht, um einerseits eine
leichte gesonderte Herstellungsmöglichkeit der benötigten großen Spulen zu haben
und um andererseits eine vollsymmetrische Anordnung zu erzielen. Die Spulen erhalten
gleiche Windungszahlen und können mit Anzapfungen versehen werden. Beide Spulen
werden magnetisch in Serie geschaltet.
-
Die Messungen werden wattmetrisch mit Wechselstrom von z.B. 50 Hz,
220V, durchgeführt. Die Schaltung ist grundsätzlich vom Epstein-Apparat her bekannt
und ist in Fig. 2 gezeigt. Sie enthält im Primärkreis die Wicklung W1, einen Ausschalter
S, einen Regulierwiderstand R1 zur Einstellung der Stromstärke, die an einem Amperemeter
A abgelesen werden kann. In Reihe mit diesem Instrument liegt die Stromwicklung
des Wattmeters W. In den Sekundärkreis kann über einen Umschalter U an die Wicklung
W2 ein Voltmeter V, das zur Anzeige der induzierten Spannung dient, oder die Spannungspule
des WattmetersW eingeschaltet werden. Im Spannungspfad des Wattmeters ist noch ein
Vorsdlaltwiderstand R2 zur Erhöhung des inneren Widerstandes der Spannungsspule
vorgesehen.
-
Diese Schaltung weicht jedoch insofern von der für den Epstein-Apparat
benutzten Schaltung ab, als der Umschalter U die Sekundärwicklung W2 des Joches
entweder an das Voltmeter oder an das Wattmeter legt, während bei der Epsteinschaltung
vor dem Volt-
meter lediglich ein einfacher Ausschalter angebracht
ist. In diesem Fall liegen aber bei Einschalten des Voltmeters dieses und die Spannungsspule
des Wattmeters parallel, was eine unnütze Ungenauigkeit in dem vom Voltmeter angezeigten
Wert ergibt.
-
Die Messungen gehen so vor sich, daß aus der für 50 Hz geltenden
Beziehung E - 222 q 0OO (I) 100 000 die zu induzierende Spannung E (in mV) für eine
bestimmte Induktion von beispielsweise Bmao gleich I0000 Gauß, für den vorliegenden
Blechquerschnitt q (in cm2) und die jeweils benutzte Sekundärwindungszahl w2 errechnet
und durch Verändern des Primärstromes am sekundär eingeschalteten Voltmeter V eingestellt
wird. Dann wird sekundär auf das Wattmeter umgeschaltet und der hier erhaltene Ausschlag
abgelesen. Die Verlustziffer ergibt sich dann aus der Gleichung: V ~~ w1 IV Vaftlkg
(2) w2 G worin W die angezeigten Watt und G das Gewicht des unter dem Schlußjoch
liegenden Blechstückes in Kilogramm bedeutet.
-
Bei der praktischen Anwendung im Betrieb zur laufenden Überwachung
der Blechqualitäten empfiehlt es sich, das Joch in eine große, die zu untersuchenden
Tafeln aufnehmende Tischplatte von unten her in eine entsprechende Ausnehmung einzusetzen,
derart, daß die Polflächen des Joches in der Tischebene liegen.
-
Um die Polfläche des Joches vor Beschädigungen zu schützen, wird
es für die Praxis zweckmäßig sein, zwischen Joch und zu untersuchender Blechtafel
eine dünne Pertinaxplatte einzufügen. Derartige Zwischenlagen mit 0,3 oder o,2 mm
Dicke ergeben am Wattmeter nur Ausschlagserhöhungen von I bis 201,, so daß sie also
ohne weiteres bei Verlustmessungen verwendet werden können.
-
Um ein festes Aufliegen des Bleches auf den Polflächen des Joches
zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, einen Holzklotz oder eine sonstige Anpreßvorrichtung
von oben her auf die Meßstelle abzusenken, deren Bewegung beispielsweise durch einen
Fußhebel ausgelöst wird.
-
Das zur Erfassung der Verlustziffer zu benutzende Wattmeter wird
zweckmäßig in mehrere Ausschlagbereiche eingeteilt, derart, daß diese den verschiedenen
Sorten Dynamoblech entsprechen. Außerdem wird die Skala des Voltmeters mit einer
festen Marke versehen, die sich für eine auf eine bestimmte Induktion von beispielsweise
10 000 Gauß zu beziehende Verlustziffer aus Gleichung (I) ergibt.
-
Die laufende Sortierung der Blechtafeln geht dann so vor sich, daß
für jede Tafel durch Vorstellen des Widerstandes R1 der Voltmeterausschlag auf die
feste Marke gebracht wird. Dann wird vom Voltmeter auf das Wattmeter umgeschaltet
und an letzterem abgelesen, in welchem Ausschlagsbereich der Zeiger steht und zu
welcher Sorte somit die untersuchte Tafel gehört. Bei Prüfung der Tafeln auf ihre
Gleichmäßigkeit untereinander müssen magnetisch gleichwertige Tafeln selbstverständlich
den Ausschlag an der gleichen Stelle erscheinen lassen.
-
Mit dieser als Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen
Durchführungsform lassen sich demnach folgende Untersuchungen machen: I. Feststellung
der Sortenzugehörigkeit; 2. Prüfung auf magnetische Gleichwertigkeit verschiedener
Tafeln; 3. Prüfung auf magnetische Gleichwertigkeit verschiedener Stellen ein und
derselben Tafel.
-
Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß es für diese drei Ziele ausreichend
ist, den Ausschlag an sich am Wattmeter festzustellen, ohne daß es erforderlich
ist, diesen Ausschlag jeweils nach Gleichung (2) in die Verlustziffer umzurechnen.
-
Es ist aber auch, wenn die genaue Kenntnis der Verlustziffer interessiert,
möglich, das Wattmeter in V1O-Werten zu eichen, so daß diese Werte auf der Skala
direkt abgelesen werden können. Hierzu ist es selbstverständlich erforderlich, die
außerhalb des unter dem Joch selbst liegenden Tafelstückes verlaufenden Streuungen
zu berücksichtigen. So hat sich bei einer Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
gezeigt, daß, in Gleichung (I) die Induktion mit B gleich 10900 Gauß eingesetzt
werden muß, um dann die auf die gewünschte Induktion von B = 10 000 Gauß bezogene
Verlustziffer zu erhalten. Das bedeutet, daß in diesem Fall goo Gauß durch die Streuungen
außerhalb der durch das Joch abgedeckten Tafelfläche verlorengehen.
-
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß in anderen Versuchsreihen
die Verlustziffer V15 als Meßgröße mit grundsätzlich gleich günstigem Ergebnis wie
die Verlustziffer V1O verwendet wurden.