WO2014118069A1 - Method for determining an electrical resistance - Google Patents

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WO2014118069A1
WO2014118069A1 PCT/EP2014/051287 EP2014051287W WO2014118069A1 WO 2014118069 A1 WO2014118069 A1 WO 2014118069A1 EP 2014051287 W EP2014051287 W EP 2014051287W WO 2014118069 A1 WO2014118069 A1 WO 2014118069A1
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WO
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electrical conductors
component
conductors
electrical
resistance
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PCT/EP2014/051287
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German (de)
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Inventor
Steffen BÜHLMEYER
Axel FELDERER
Michael Rollmann
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/20Investigating the presence of flaws

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an electrical resistance between at least two arranged on the surface of a metallic component electrical conductors based on the potential probe method.
  • a machine in particular a gas or steam turbine
  • cracks can occur in components that grow during operation and possibly lead to failure of the component.
  • Most components can tolerate cracks up to a critical size, with the critical crack size generally being conservatively estimable, for example, based on finite element analysis performed in consideration of material data, operational stress fields, and the like.
  • the timing of crack initiation and subsequent crack growth at the initial stage can not be predicted with certainty because, on the one hand, cracking and crack growth are highly variable and, on the other hand, crack growth simulations associated with finite element analysis are complex and not always reliable .
  • components are usually replaced preventatively in the event of a crack diagnosis during a revision, even if it can be assumed from experience that a component will continue to be reliable for a longer period of time.
  • An early and sometimes unnecessary replacement of components is associated with high costs, which is not desirable in principle.
  • the presence of cracks is determined during a revision using conventional nondestructive testing methods, for example by means of magnetic particle testing,
  • the crack geometry is to be determined in order to determine the remaining service life to meet the component.
  • the detected cracks are usually measured in a first step on the surface. In this way, the length and width of a crack are recorded.
  • the crack depth must be determined using a suitable method.
  • One way to get information about the crack depth is to remove material in stages until the crack no longer exists.
  • test wells may be performed, whereupon the crack depth in the generated wells is determined.
  • a disadvantage of these methods is that they are only partially or not applicable in cases where the crack depth is very large or the crack is located at an unfavorable position of the component.
  • these methods can only be performed during a revision and not during operation.
  • ultrasonic methods An alternative is provided by ultrasonic methods. But their use is not possible in many cases.
  • ultrasound methods can usually only be carried out as part of a revision, in particular if the operating temperature exceeds the maximum operating temperature of ultrasound heads.
  • Another variant for crack depth determination is the so-called AC potential method, which is used, for example, in the RMG4015 measuring instrument from Karl Deutsch.
  • the meter has four probes in series, which are placed on the surface of a component.
  • the outer two probes introduce a constant current of known frequency into the device.
  • the voltage dropping in the material is then tapped between the two inner probes. If there is a crack between the two inner probes, a higher voltage is measured than if there were no crack, since the path for the current in the case of a crack is two times the crack depth.
  • a major disadvantage of the meter is in that it can only be used at low temperatures, which are often below the temperatures to which a component is exposed during operation. For this reason, it is often only possible to carry out measurements within the scope of a revision.
  • the present invention provides a method for determining an electrical resistance between at least two arranged on the surface of a metallic component electrical conductors, comprising the steps:
  • step b) computational determination of the electrical resistance between at least two conductors based on the measured results determined in step b).
  • the arrangement of the at least four electrical conductors on the surface of the component in a defined planar or spatial arrangement enables a reliable determination of the electrical resistance between at least two of the electrical conductors, regardless of the line resistance of the electrical conductors and / or of the contact resistance between the electrical conductors and the component.
  • this opens up the possibility of selecting the electrical conductors so long that the temperature-sensitive sensitive measuring technology can be arranged outside a machine so that it is not exposed to operating temperatures.
  • the connections between the electrical conductors and the component can be chosen such that they can withstand high temperatures. In this way it is possible to carry out measurements even at high temperatures.
  • a component exposed to high operating temperatures can be monitored during operation, for example with regard to the formation or growth of cracks.
  • a component affected by a crack may accordingly be left in the machine until a critical crack geometry has been reached. Premature removal of components subject to cracking for reasons of safety can thus be prevented.
  • the fastening of the electrical conductors on the surface of the component takes place in step a) using a cohesive method, in particular by means of hard soldering or welding.
  • a cohesive method in particular by means of hard soldering or welding.
  • the temperature resistance is naturally dependent on the temperature properties of the materials involved in the cohesive connection materials.
  • welded joints are preferable to the solder joints due to their higher temperature resistance.
  • the electrical conductors advantageously have a length of several meters in order to be able to set up the measuring technique remotely from a machine in which a component to be monitored is installed.
  • the length of the electrical conductors may be in the range of 5 to 10 meters.
  • the at least four electrical conductors are arranged in step a) in the form of a square.
  • a square is advantageous in that the electrical resistance between those conductor pairs that define the edges of the square is identical when the component surface within the square is substantially error free. The same applies to the electrical resistances between those pairs of conductors which define the diagonals of the square. In this way, the electrical resistance can be calculated with only a few electrical conductors, as will be explained in more detail below.
  • step a) at least six electrical conductors are arranged in the form of two adjacently positioned squares, the two squares having a uniform edge length and a common edge.
  • the electrical resistance between at least two conductors can be determined in an alternative way.
  • the electrical conductors in step a) are arranged in the form of a matrix, it being possible for the matrix to have any desired dimensions. In this way, the surfaces of entire components can be monitored.
  • the voltage drop in step b) is measured using a Wheatstone bridge, whereby the voltage measurement signal is amplified.
  • the voltmeter used must dissolve much less accurately than would be the case without the Wheatstone bridge.
  • the electrical conductors are connected to an AC power source. In this way, the flow of electricity to the surface of the skin thanks to the skin effect Component displaced, whereby the measurement resolution is significantly improved.
  • the electrical resistance between at least two conductors is determined at different times. Subsequently, the determined electrical resistances are compared with each other, whereupon, based on the comparison result, conclusions are drawn about a change of the component in a region between at least two electrical conductors, in particular conclusions about a crack formation and / or a crack development.
  • the inventive method is used in this embodiment to determine the life of the component impairing changes, in particular changes a crack geometry of a present on the surface of the component crack.
  • a crack depth is determined based on the comparison result.
  • Crack depth growth is one of the key factors in determining the remaining life of a part.
  • the inventive method for monitoring a stationary component of a machine is used during its operation, in particular for monitoring a high temperature during operation component, ie operating temperatures of several hundred degrees Celsius.
  • FIG. 2 shows a schematic view of an arrangement for measuring an electrical resistance between a plurality of electrical conductors arranged on the surface of a metallic component in accordance with FIG
  • FIG. 1 shows two electrical conductors 1 and 2, which are fastened on the surface of a metallic component 3 at the measuring points A and B which are arranged at a distance a) from one another and on the other hand are connected to an alternating current source 4.
  • a circuit with the line resistances R L i and R L2 of the electrical conductors 1 and 2, the contact resistances R Üa and R ÜB of the welded joints and the material resistance R M is formed.
  • a voltage measuring device 5 is provided, which measures the total voltage drop caused by the resistances RLI, RÜA, RM, RÜB and RL2.
  • the material resistance R M can be determined in principle, if the line resistances R L i and R L 2 and the contact resistances RÜA and R ÜB are known.
  • the material resistance R M is of interest, for example, if a change of the component 3 between the measuring points A and B is to be detected, such as cracking and / or crack development.
  • the material resistance R M increases with increasing crack depth, so that, for example, based on a comparison of the material resistances R MO R without crack and R MM R with crack on the crack depth can be concluded.
  • the use of welded joints is particularly advantageous if the component 3 during the implementation of Measuring method is exposed to temperatures of several hundred degrees Celsius, as welded joints withstand such high temperatures easily.
  • Another problem occurs when the electrical conductors 1 and 2 have a very large length, for example in the range of 5 to 10 meters, since the material resistance R M is then very low compared to the line resistances R LI and R L2 , for which reason only a precision measurement would reach the necessary resolution to determine the material resistance R M.
  • Heads 1 and 2 with long lengths are also used when measurements on a component are to be made during machine operation and the component is subjected to operating temperatures of several hundred degrees Celsius in order to set up the temperature-sensitive AC source 4 as well as the voltmeter 5 away from the measurement location ,
  • FIG. 2 shows an arrangement for determining the material resistance R M according to an embodiment of a method according to the invention, wherein the method can also be used if the contact resistances RÜ between the electrical conductors and the component are unknown and / or the line resistances of the electrical conductors due to A very large length of the electrical conductors compared to the material resistance R M are very high, as described below.
  • FIG. 2 shows a component 3, on the surface of which, analogously to FIG. 1, electrical conductors 1 and 2 are fastened at the distance a at the measuring points A and B.
  • two further electrical conductors 7 and 8 are connected at the measuring points C and D to the surface of the metallic component 3, wherein the measuring points B and D, D and C and C and A also have the distance a to each other, whereby an overall arrangement in the form of a square is formed.
  • the diagonals of the square which extend between the measuring points B and C and A and D, each have the distance b.
  • the electrical conductors 1, 2, 7 and 8 are connected at the measuring points A, B, C and D respectively materially connected to the component 3, for example by means of corresponding welded joints, and each have long lengths, for example in the range of 5 to 10 meters.
  • the component 3 has no component defects in the region of the square, such as cracks or the like, it can be assumed that the material resistance R M between the measuring points A and B, B and D, D and C and C and A due to the uniform Distance a is the same. Furthermore, it can be assumed that the material resistance R M * between the diagonally opposite measuring points A and D as well as B and C is the same.
  • an alternating current is applied in a first step between the electrical conductors 1 and 2 by means of an alternating current source 4. Then, using a voltage measuring device 5, the voltage drop across the resistors R A , R M and R B is measured, as shown schematically in FIG. Thus, a first measured value Mi is obtained.
  • the electrical conductors 1 and 7 are connected to the AC power source 4, after which the resistors R A , R M and R c falling voltage is detected as the measurement result M 2 .
  • the electrical conductors 2 and 8, the electrical conductors 7 and 8, the electrical conductors 1 and 8 and the electrical conductors 2 and 7 are successively connected to the AC power source 4 and the voltages dropping across the respective resistors are measured, whereby the Measurement results M 3 , M 4 , M 5 and M 6 result.
  • the voltage drop is measured using a Wheatstone bridge.
  • the Wheatstone bridge in this case comprises the resistors Ri and R 2 , which form a first voltage divider, and the resistors R 3 and R 4 , which form a second voltage divider, wherein the voltage measuring device 5 establishes a transverse relationship between the two voltage dividers.
  • Resistor Ri is formed by the previously described switched conductor pairings.
  • the resistor R 2 is chosen such that it corresponds approximately to the resistor Ri.
  • the resistors R 3 and R 4 are each twice as large as the resistor R 2 selected.
  • the first possibility is to expand the system shown in FIG. 2 by two measurement points E and F such that two adjacent positioned squares are formed, wherein both squares have a uniform edge length a and a common edge.
  • the two additional measurement points E and F result in a system of equations with eleven equations and nine unknowns, which can be resolved into R M or R M *.
  • the remaining five unknowns can be calculated in four different ways, depending on which of the first four equations is not taken into account in the calculation.
  • a value for R M for the component 3 without crack hereinafter referred to as R MO R, is also obtained.
  • the change in the resistance-for example as a result of cracking within the square defined by the measuring points A, B, C and D-can then be followed by the resistance R MM R determined for the component having a crack the resistance R MO R determined for the crack-free component 3 is compared. Based on the difference The resistors R MO R and R MM R can then be drawn conclusions on the crack depth.
  • An essential advantage of the method according to the invention is that component monitoring is also possible during operation, even when the component is exposed to high operating temperatures of several hundred degrees Celsius. This advantage is due to the fact that the method is feasible with unknown contact resistance and also with long electrical conductors, which is why temperature-resistant connections can be used to attach the electrical conductors to the component and the temperature-sensitive measuring technology away from the
  • Machine can be arranged.
  • alternating current is due to the associated skin effect of advantage, which pushes the flow of current through the component to the component surface, so that the process is easily feasible even with large components.
  • DC can also be used in principle, but AC is preferred.
  • any number of measuring points can also be arranged in the form of a matrix distributed over the entire surface of a component or at least cover a larger surface area. In this way, even large surfaces can be monitored. It should also be understood that the Wheatstone bridge circuit can be replaced by other circuit elements.

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Abstract

The invention relates to a method for determining an electrical resistance (RM) between at least two electrical conductors (1, 2, 7, 8) arranged on the surface of a metallic component (3), which method comprises the steps: a) fastening at least four electrical conductors (1, 2, 7, 8) on the surface of the component (3) in a defined areal or spatial arrangement; b) connecting in each case two electrical conductors (1, 2) to a current source (4) and measuring the voltage drop or a physical variable representing same between the conductors (1, 2), wherein this process is carried out for all the possible conductor pairs (1, 7; 2, 7; 7, 8; 1, 8; 2, 8) of at least four electrical conductors (1, 2, 7, 8), and c) computationally determining the electrical resistance (RM) between at least two conductors (1, 2, 7, 8) based on the measurement results determined in step b).

Description

Verfahren zum Ermitteln eines elektrischen Widerstands  Method for determining an electrical resistance
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermit- teln eines elektrischen Widerstands zwischen zumindest zwei auf der Oberfläche eines metallischen Bauteils angeordneten elektrischen Leitern auf der Basis der Potentialsondenmethode . Bei dem Betrieb einer Maschine, insbesondere einer Gas- oder Dampfturbine, können Risse in Bauteilen auftreten, die im Betrieb wachsen und womöglich zum Versagen des Bauteils führen. Die meisten Bauteile können Risse bis zu einer kritischen Größe tolerieren, wobei die kritische Rissgröße im Allgemei- nen gut konservativ abschätzbar ist, beispielsweise auf Basis einer Finite-Elemente-Analyse , die unter Berücksichtigung der Materialdaten, betriebsbedingter Spannungsfeldern und dergleichen durchgeführt wird. Hingegen können der Zeitpunkt der Rissentstehung und das sich anschließende Risswachstum im An- fangsstadium nicht sicher vorhergesagt werden, da zum einen die Rissentstehung und das Risswachstum großen Schwankungen unterliegen und zum anderen Risswachstumssimulationen im Zusammenhang mit einer Finite-Elemente-Analyse komplex und nicht immer zuverlässig sind. Aus diesem Grund werden Bau- teile im Falle einer Rissdiagnose während einer Revision aus Gründen der Sicherheit meist präventiv ausgetauscht, selbst wenn man erfahrungsgemäß davon ausgehen kann, dass ein Bauteil noch über eine längere Zeitdauer betriebssicher sein wird. Ein frühzeitiger und teilweise unnötiger Austausch von Bauteilen ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, was grundsätzlich nicht wünschenswert ist. The present invention relates to a method for determining an electrical resistance between at least two arranged on the surface of a metallic component electrical conductors based on the potential probe method. In the operation of a machine, in particular a gas or steam turbine, cracks can occur in components that grow during operation and possibly lead to failure of the component. Most components can tolerate cracks up to a critical size, with the critical crack size generally being conservatively estimable, for example, based on finite element analysis performed in consideration of material data, operational stress fields, and the like. On the other hand, the timing of crack initiation and subsequent crack growth at the initial stage can not be predicted with certainty because, on the one hand, cracking and crack growth are highly variable and, on the other hand, crack growth simulations associated with finite element analysis are complex and not always reliable , For reasons of safety, components are usually replaced preventatively in the event of a crack diagnosis during a revision, even if it can be assumed from experience that a component will continue to be reliable for a longer period of time. An early and sometimes unnecessary replacement of components is associated with high costs, which is not desirable in principle.
Das Vorhandensein von Rissen wird im Rahmen einer Revision unter Einsatz herkömmlicher zerstörungsfreier Prüfverfahren festgestellt, beispielsweise mittels Magnetpulverprüfung,The presence of cracks is determined during a revision using conventional nondestructive testing methods, for example by means of magnetic particle testing,
Farbeindringprüfung oder dergleichen, um nur einige Beispiele zu nennen. Nach einer Rissdiagnose ist die Rissgeometrie zu bestimmen, um eine Aussage über die verbleibende Lebensdauer des Bauteils treffen zu können. Hierzu werden die entdeckten Risse meist in einem ersten Schritt auf der Oberfläche vermessen. Auf diese Weisen werden Länge und Breite eines Risses erfasst. Darüber hinaus muss die Risstiefe mit einem geeigne- ten Verfahren bestimmt werden. Injection testing or the like, to name just a few examples. After a crack diagnosis, the crack geometry is to be determined in order to determine the remaining service life to meet the component. For this purpose, the detected cracks are usually measured in a first step on the surface. In this way, the length and width of a crack are recorded. In addition, the crack depth must be determined using a suitable method.
Eine Möglichkeit, um Informationen über die Risstiefe zu erhalten, besteht darin, Material so lange in Stufen abzutragen, bis der Riss nicht mehr vorhanden ist. Alternativ können auch Probebohrungen durchgeführt werden, woraufhin die Risstiefe in den erzeugten Bohrlöchern bestimmt wird. Ein Nachteil dieser Verfahren besteht allerdings darin, dass sie in Fällen, in denen die Risstiefe sehr groß ist oder sich der Riss an einer ungünstigen Stelle des Bauteils befindet, nur bedingt oder gar nicht einsetzbar sind. Darüber hinaus können die genannten Verfahren nur während einer Revision und nicht während des Betriebs durchgeführt werden. One way to get information about the crack depth is to remove material in stages until the crack no longer exists. Alternatively, test wells may be performed, whereupon the crack depth in the generated wells is determined. A disadvantage of these methods, however, is that they are only partially or not applicable in cases where the crack depth is very large or the crack is located at an unfavorable position of the component. In addition, these methods can only be performed during a revision and not during operation.
Eine Alternative bieten Ultraschallverfahren. Aber auch ihr Einsatz ist in vielen Fällen nicht möglich. Zudem lassen sich auch Ultraschallverfahren meist nur im Rahmen einer Revision durchführen, insbesondere dann, wenn die Betriebstemperatur die maximale Einsatztemperatur von Ultraschallköpfen übersteigt . An alternative is provided by ultrasonic methods. But their use is not possible in many cases. In addition, ultrasound methods can usually only be carried out as part of a revision, in particular if the operating temperature exceeds the maximum operating temperature of ultrasound heads.
Eine weitere Variante zur Risstiefenbestimmung ist die so genannte Wechselstrom-Potentialmethode, die beispielsweise bei dem Messgerät RMG4015 der Firma Karl Deutsch eingesetzt wird. Das Messgerät verfügt über vier in Reihe angeordnete Sonden, die auf die Oberfläche eines Bauteils aufgesetzt werden. Die äußeren beiden Sonden bringen einen konstanten Strom mit bekannter Frequenz in das Bauteil ein. Die dabei im Werkstoff abfallende Spannung wird dann zwischen den beiden inneren Sonden abgegriffen. Ist zwischen den beiden inneren Messson- den ein Riss vorhanden, so wird eine höhere Spannung gemessen als wenn kein Riss vorhanden wäre, da der Weg für den Strom im Falle eines Risses um die zweifache Risstiefe länger ist. Ein wesentlicher Nachteil des Messgeräts besteht allerdings darin, dass dieses nur bei geringen Temperaturen einsetzbar ist, die häufig unterhalb denjenigen Temperaturen liegen, denen ein Bauteil während des Betriebs ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist die Durchführung von Messungen häufig nur im Rahmen einer Revision möglich. Another variant for crack depth determination is the so-called AC potential method, which is used, for example, in the RMG4015 measuring instrument from Karl Deutsch. The meter has four probes in series, which are placed on the surface of a component. The outer two probes introduce a constant current of known frequency into the device. The voltage dropping in the material is then tapped between the two inner probes. If there is a crack between the two inner probes, a higher voltage is measured than if there were no crack, since the path for the current in the case of a crack is two times the crack depth. However, a major disadvantage of the meter is in that it can only be used at low temperatures, which are often below the temperatures to which a component is exposed during operation. For this reason, it is often only possible to carry out measurements within the scope of a revision.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch bei hohen Be- triebstemperaturen einsetzbar ist. Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an alternative method of the type mentioned, which can also be used at high operating temperatures.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines elektrischen Widerstands zwischen zumindest zwei auf der Oberfläche eines metallischen Bauteils angeordneten elektrischen Leitern, das die Schritte aufweist : To achieve this object, the present invention provides a method for determining an electrical resistance between at least two arranged on the surface of a metallic component electrical conductors, comprising the steps:
a) Befestigen von zumindest vier elektrischen Leitern auf der Oberfläche des Bauteils in einer definierten flächigen oder räumlichen Anordnung; a) securing at least four electrical conductors on the surface of the component in a defined planar or spatial arrangement;
b) Anschließen jeweils zwei elektrischer Leiter an eineb) Connect two electrical conductors to one
Stromquelle und Messen des Spannungsabfalls oder einer diesen repräsentierenden physikalischen Größe zwischen den Leitern, wobei dieser Vorgang für sämtliche der möglichen Leiter-Paarungen von zumindest vier elektrischen Leitern durchgeführt wird, und Current source and measuring the voltage drop or a physical size between the conductors representing them, wherein this process is performed for all of the possible conductor pairings of at least four electrical conductors, and
c) rechnerische Ermittlung des elektrischen Widerstands zwischen zumindest zwei Leitern basierend auf den in Schritt b) ermittelten Messergebnissen. Die Anordnung der zumindest vier elektrischen Leiter auf der Oberfläche des Bauteils in einer definierten flächigen oder räumlichen Anordnung ermöglicht eine zuverlässige Ermittlung des elektrischen Widerstands zwischen zumindest zwei der elektrischen Leiter, und zwar unabhängig von dem Leitungs- widerstand der elektrischen Leiter und/oder von dem Übergangswiderstand zwischen den elektrischen Leitern und dem Bauteil. Dies eröffnet zum einen die Möglichkeit, die elektrischen Leiter derart lang zu wählen, dass die temperaturemp- findliche Messtechnik außerhalb einer Maschine angeordnet werden kann, so dass diese den Betriebstemperaturen nicht ausgesetzt ist. Zum anderen können die Verbindungen zwischen den elektrischen Leitern und dem Bauteil derart gewählt wer- den, dass sie hohen Temperaturen standhalten können. Auf diese Weise wird die Durchführung von Messungen auch bei hohen Temperaturen ermöglicht. Entsprechend kann ein hohen Betriebstemperaturen ausgesetztes Bauteil während des Betriebs überwacht werden, beispielsweise in Bezug auf die Ent- stehung oder das Wachstum von Rissen. Ein durch einen Riss beeinträchtigtes Bauteil kann entsprechend so lange in der Maschine belassen werden, bis eine kritische Rissgeometrie erreicht ist. Einem vorzeitigen Ausbau von rissbehafteten Bauteilen aus Gründen der Sicherheit kann somit vorgebeugt werden. c) computational determination of the electrical resistance between at least two conductors based on the measured results determined in step b). The arrangement of the at least four electrical conductors on the surface of the component in a defined planar or spatial arrangement enables a reliable determination of the electrical resistance between at least two of the electrical conductors, regardless of the line resistance of the electrical conductors and / or of the contact resistance between the electrical conductors and the component. On the one hand, this opens up the possibility of selecting the electrical conductors so long that the temperature-sensitive sensitive measuring technology can be arranged outside a machine so that it is not exposed to operating temperatures. On the other hand, the connections between the electrical conductors and the component can be chosen such that they can withstand high temperatures. In this way it is possible to carry out measurements even at high temperatures. Accordingly, a component exposed to high operating temperatures can be monitored during operation, for example with regard to the formation or growth of cracks. A component affected by a crack may accordingly be left in the machine until a critical crack geometry has been reached. Premature removal of components subject to cracking for reasons of safety can thus be prevented.
Bevorzugt erfolgt das Befestigen der elektrischen Leiter auf der Oberfläche des Bauteils in Schritt a) unter Verwendung eines Stoffschlüssigen Verfahrens, insbesondere mittels Hart- löten oder Schweißen. Auf diese Weise wird eine sichere und temperaturbeständige Befestigung der elektrischen Leiter auf der Bauteiloberfläche erzielt, wobei die Temperaturbeständigkeit naturgemäß von den Temperatureigenschaften der an der Stoffschlüssigen Verbindung beteiligten Materialien abhängig ist. Bei sehr hohen Einsatztemperaturen, die beispielsweise im Bereich mehrerer hundert Grad liegen können, sind Schweißverbindungen den Lötverbindungen aufgrund ihrer höheren Temperaturfestigkeit vorzuziehen. Die elektrischen Leiter weisen vorteilhaft eine Länge von mehreren Metern auf, um die Messtechnik entfernt von einer Maschine aufstellen zu können, in der ein zu überwachendes Bauteil eingebaut ist. Auf diese Weise kann insbesondere verhindert werden, dass die Messtechnik hohen Betriebstemperatu- ren einer Maschine ausgesetzt wird. So kann die Länge der elektrischen Leiter beispielsweise im Bereich von 5 bis 10 Metern liegen. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zumindest vier elektrischen Leiter in Schritt a) in Form eines Quadrates angeordnet. Ein Quadrat ist dahingehend von Vorteil, dass der elektrische Widerstand zwischen denjenigen Leiter-Paarungen, welche die Kanten des Quadrats definieren, identisch ist, wenn die Bauteiloberfläche innerhalb des Quadrates im Wesentlichen fehlerfrei ist. Gleiches gilt für die elektrischen Widerstände zwischen denjenigen Leiter-Paarungen, welche die Diagonalen des Quadrats definie- ren. Auf diese Weise kann der elektrische Widerstand mit nur wenigen elektrischen Leitern rechnerisch ermittelt werden, wie es nachfolgend noch näher erläutert wird. Preferably, the fastening of the electrical conductors on the surface of the component takes place in step a) using a cohesive method, in particular by means of hard soldering or welding. In this way, a secure and temperature-resistant attachment of the electrical conductors is achieved on the component surface, the temperature resistance is naturally dependent on the temperature properties of the materials involved in the cohesive connection materials. At very high operating temperatures, which may for example be in the range of several hundred degrees, welded joints are preferable to the solder joints due to their higher temperature resistance. The electrical conductors advantageously have a length of several meters in order to be able to set up the measuring technique remotely from a machine in which a component to be monitored is installed. In this way it can be prevented, in particular, that the measuring technology is exposed to high operating temperatures of a machine. For example, the length of the electrical conductors may be in the range of 5 to 10 meters. According to one embodiment of the method according to the invention, the at least four electrical conductors are arranged in step a) in the form of a square. A square is advantageous in that the electrical resistance between those conductor pairs that define the edges of the square is identical when the component surface within the square is substantially error free. The same applies to the electrical resistances between those pairs of conductors which define the diagonals of the square. In this way, the electrical resistance can be calculated with only a few electrical conductors, as will be explained in more detail below.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden in Schritt a) zumindest sechs elektrische Leiter in Form zwei benachbart positionierter Quadrate angeordnet, wobei die beiden Quadrate eine einheitliche Kantenlänge und eine gemeinsame Kante aufweisen. Bei dieser Variante lässt sich der elektrischen Widerstand zwischen zumindest zwei Lei- tern auf alternative Weise ermitteln. According to a further embodiment of the present invention, in step a) at least six electrical conductors are arranged in the form of two adjacently positioned squares, the two squares having a uniform edge length and a common edge. In this variant, the electrical resistance between at least two conductors can be determined in an alternative way.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die elektrischen Leiter in Schritt a) in Form einer Matrix angeordnet, wobei die Matrix beliebige Ab- messungen aufweisen kann. Auf diese Weise lassen sich die Oberflächen ganzer Bauteile überwachen. In accordance with yet another embodiment of the method according to the invention, the electrical conductors in step a) are arranged in the form of a matrix, it being possible for the matrix to have any desired dimensions. In this way, the surfaces of entire components can be monitored.
Vorteilhaft wird der Spannungsabfall in Schritt b) unter Einsatz einer Wheatstoneschen-Messbrücke gemessen, wodurch das Spannungs-Messsignal verstärkt wird. Damit muss das eingesetzte Spannungsmessgerät sehr viel weniger genau auflösen, als dies ohne Wheatstoneschen-Messbrücke der Fall wäre. Auch kann auf einen Messverstärker verzichtet werden. Vorteilhaft werden in Schritt b) die elektrischen Leiter an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Auf diese Weise wird der Stromfluss Dank des Skin-Effekts an die Oberfläche des Bauteils verdrängt, wodurch die Messauflösung wesentlich verbessert wird. Advantageously, the voltage drop in step b) is measured using a Wheatstone bridge, whereby the voltage measurement signal is amplified. As a result, the voltmeter used must dissolve much less accurately than would be the case without the Wheatstone bridge. Also can be dispensed with a measuring amplifier. Advantageously, in step b) the electrical conductors are connected to an AC power source. In this way, the flow of electricity to the surface of the skin thanks to the skin effect Component displaced, whereby the measurement resolution is significantly improved.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der elektrische Widerstand zwischen zumindest zwei Leitern zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt. Daraufhin werden die ermittelten elektrischen Widerstände miteinander verglichen, woraufhin basierend auf dem Vergleichsergebnis Rückschlüsse auf eine Veränderung des Bauteils in einem Bereich zwischen zumindest zwei elektrischen Leitern gezogen werden, insbesondere Rückschlüsse auf eine Rissentstehung und/oder eine Rissentwicklung. Mit anderen Worten wird das erfindungsgemäße Verfahren bei dieser Ausgestaltung dazu eingesetzt, die Lebensdauer des Bauteils beeinträchtigende Veränderungen festzustellen, insbesondere Veränderungen einer Rissgeometrie eines an der Oberfläche des Bauteils vorhandenen Risses. According to one embodiment of the method according to the invention, the electrical resistance between at least two conductors is determined at different times. Subsequently, the determined electrical resistances are compared with each other, whereupon, based on the comparison result, conclusions are drawn about a change of the component in a region between at least two electrical conductors, in particular conclusions about a crack formation and / or a crack development. In other words, the inventive method is used in this embodiment to determine the life of the component impairing changes, in particular changes a crack geometry of a present on the surface of the component crack.
Bevorzugt wird basierend auf dem Vergleichsergebnis eine Risstiefe ermittelt. Das Wachstum der Risstiefe ist einer der maßgebenden Faktoren, anhand derer die verbleibende Lebensdauer eines Bauteils ermittelt wird. Preferably, a crack depth is determined based on the comparison result. Crack depth growth is one of the key factors in determining the remaining life of a part.
Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines ortsfesten Bauteils einer Maschine, insbesondere einer Gas- oder Dampfturbine, während ihres Betriebs eingesetzt, insbesondere zur Überwachung eines während des Betriebs hohen Temperaturen ausgesetzten Bauteils, also Betriebstemperaturen von mehreren hundert Grad Celsius. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Aus- führungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist Figur 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung für die Advantageously, the inventive method for monitoring a stationary component of a machine, in particular a gas or steam turbine, is used during its operation, in particular for monitoring a high temperature during operation component, ie operating temperatures of several hundred degrees Celsius. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a method according to an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic view of an arrangement for the
Messung eines elektrischen Widerstands zwischen zwei auf der Oberfläche eines metallischen Bauteils angeordneten elektrischen Leitern; und Figur 2 eine schematische Ansicht einer Anordnung für die Messung eines elektrischen Widerstands zwischen mehreren auf der Oberfläche eines metallischen Bau- teils angeordneten elektrischen Leitern gemäß einerMeasuring an electrical resistance between two electrical conductors arranged on the surface of a metallic component; and FIG. 2 shows a schematic view of an arrangement for measuring an electrical resistance between a plurality of electrical conductors arranged on the surface of a metallic component in accordance with FIG
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Embodiment of a method according to the invention.
Figur 1 zeigt zwei elektrische Leiter 1 und 2, die einerseits an den im Abstand a) zueinander angeordneten Messpunkten A und B auf der Oberfläche eines metallischen Bauteils 3 befestigt und andererseits mit einer Wechselstromquelle 4 verbunden sind. Auf diese Weise wird ein Stromkreis mit den Leitungswiderständen RLi und RL2 der elektrischen Leiter 1 und 2, den Übergangswiderständen RÜa und RÜB der Schweißverbindungen und dem Materialwiderstand RM gebildet. Ferner ist ein Spannungsmessgerät 5 vorgesehen, das den durch die Widerstände RLI, RÜA, RM, RÜB und RL2 hervorgerufenen Gesamtspannungsabfall misst . Mit der in Figur 1 dargestellten Anordnung kann grundsätzlich der Materialwiderstand RM ermittelt werden, wenn die Leitungswiderstände RLi und RL2 sowie die Übergangswiderstände RÜA und RÜB bekannt sind. Der Materialwiderstand RM ist beispielsweise von Interesse, wenn zwischen den Messpunkten A und B eine Veränderung des Bauteils 3 erfasst werden soll, wie beispielsweise eine Rissentstehung und/oder eine Rissentwicklung. So nimmt der Materialwiderstand RM mit zunehmender Risstiefe zu, so dass beispielsweise basierend auf einem Vergleich der Materialwiderstände RMOR ohne Riss und RMMR mit Riss auf die Risstiefe geschlossen werden kann. FIG. 1 shows two electrical conductors 1 and 2, which are fastened on the surface of a metallic component 3 at the measuring points A and B which are arranged at a distance a) from one another and on the other hand are connected to an alternating current source 4. In this way, a circuit with the line resistances R L i and R L2 of the electrical conductors 1 and 2, the contact resistances R Üa and R ÜB of the welded joints and the material resistance R M is formed. Furthermore, a voltage measuring device 5 is provided, which measures the total voltage drop caused by the resistances RLI, RÜA, RM, RÜB and RL2. With the arrangement shown in Figure 1, the material resistance R M can be determined in principle, if the line resistances R L i and R L 2 and the contact resistances RÜA and R ÜB are known. The material resistance R M is of interest, for example, if a change of the component 3 between the measuring points A and B is to be detected, such as cracking and / or crack development. Thus, the material resistance R M increases with increasing crack depth, so that, for example, based on a comparison of the material resistances R MO R without crack and R MM R with crack on the crack depth can be concluded.
Ein Problem der Ermittlung des Materialwiderstandes RM mit der in Figur 1 dargestellten Schaltung tritt allerdings dann auf, wenn die Übergangswiderstände RÜA und RÜB nicht bekannt sind. Dies ist dann der Fall, wenn die Übergangswiderstände beispielsweise durch Schweißverbindungen gebildet werden. Der Einsatz von Schweißverbindungen ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Bauteil 3 während der Durchführung des Messverfahrens Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius ausgesetzt ist, da Schweißverbindungen derart hohen Temperaturen problemlos standhalten. Ein weiteres Problem tritt dann auf, wenn die elektrischen Leiter 1 und 2 eine sehr große Länge aufweisen, beispielsweise im Bereich von 5 bis 10 Metern, da der Materialwiderstand RM dann im Vergleich zu den Leitungswiderständen RLI und RL2 sehr gering ist, weshalb nur eine Präzisionsmessung die notwendige Auflösung erreichen würde, um den Materialwiderstand RM zu bestimmen. Leiter 1 und 2 mit großen Längen werden ebenfalls eingesetzt, wenn Messungen an einem Bauteil während des Maschinenbetriebs durchgeführt werden sollen und das Bauteil Betriebstemperaturen von mehreren hundert Grad Celsius ausgesetzt ist, um die temperaturempfindliche Wechselstromquelle 4 ebenso wie das Spannungsmessgerät 5 entfernt vom Messort aufstellen zu können. A problem of determining the material resistance R M with the circuit shown in Figure 1, however, occurs when the contact resistances RÜA and RÜB are not known. This is the case when the contact resistances are formed for example by welded joints. The use of welded joints is particularly advantageous if the component 3 during the implementation of Measuring method is exposed to temperatures of several hundred degrees Celsius, as welded joints withstand such high temperatures easily. Another problem occurs when the electrical conductors 1 and 2 have a very large length, for example in the range of 5 to 10 meters, since the material resistance R M is then very low compared to the line resistances R LI and R L2 , for which reason only a precision measurement would reach the necessary resolution to determine the material resistance R M. Heads 1 and 2 with long lengths are also used when measurements on a component are to be made during machine operation and the component is subjected to operating temperatures of several hundred degrees Celsius in order to set up the temperature-sensitive AC source 4 as well as the voltmeter 5 away from the measurement location ,
In den genannten Fällen ist der Einsatz der in Figur 1 ge- nannten Schaltung zur Bestimmung des Materialwiderstandes RM nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich. In the cases mentioned, the use of the circuit referred to in FIG. 1 for determining the material resistance R M is not possible or only possible with disproportionately high expense.
Figur 2 zeigt eine Anordnung zum Ermitteln des Materialwiderstandes RM gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Verfahrens, wobei das Verfahren auch dann einsetzbar ist, wenn die Übergangswiderstände RÜ zwischen den elektrischen Leitern und dem Bauteil unbekannt sind und/oder die Leitungswiderstände der elektrischen Leiter aufgrund einer sehr großen Länge der elektrischen Leiter im Vergleich zu dem Materi- alwiderstand RM sehr hoch sind, wie es nachfolgend beschrieben ist. FIG. 2 shows an arrangement for determining the material resistance R M according to an embodiment of a method according to the invention, wherein the method can also be used if the contact resistances RÜ between the electrical conductors and the component are unknown and / or the line resistances of the electrical conductors due to A very large length of the electrical conductors compared to the material resistance R M are very high, as described below.
Figur 2 zeigt ein Bauteil 3, auf dessen Oberfläche analog zu Figur 1 an den Messpunkten A und B elektrische Leiter 1 und 2 im Abstand a befestigt sind. Zusätzlich zu den elektrischen Leitern 1 und 2 sind zwei weitere elektrische Leiter 7 und 8 an den Messpunkten C und D mit der Oberfläche des metallischen Bauteils 3 verbunden, wobei die Messpunkte B und D, D und C sowie C und A ebenfalls den Abstand a zueinander aufweisen, wodurch insgesamt eine flächige Anordnung in Form eines Quadrates gebildet wird. Die Diagonalen des Quadrates, die sich zwischen den Messpunkten B und C sowie A und D er- strecken, weisen jeweils den Abstand b auf. Die elektrischen Leiter 1, 2, 7 und 8 sind an den Messpunkten A, B, C und D jeweils Stoffschlüssig mit dem Bauteil 3 verbunden, beispielsweise mittels entsprechender Schweißverbindungen, und haben jeweils große Längen, zum Beispiel im Bereich von 5 bis 10 Metern. FIG. 2 shows a component 3, on the surface of which, analogously to FIG. 1, electrical conductors 1 and 2 are fastened at the distance a at the measuring points A and B. In addition to the electrical conductors 1 and 2, two further electrical conductors 7 and 8 are connected at the measuring points C and D to the surface of the metallic component 3, wherein the measuring points B and D, D and C and C and A also have the distance a to each other, whereby an overall arrangement in the form of a square is formed. The diagonals of the square, which extend between the measuring points B and C and A and D, each have the distance b. The electrical conductors 1, 2, 7 and 8 are connected at the measuring points A, B, C and D respectively materially connected to the component 3, for example by means of corresponding welded joints, and each have long lengths, for example in the range of 5 to 10 meters.
Weist das Bauteil 3 im Bereich des Quadrates keine Bauteilfehler auf, wie etwa Risse oder dergleichen, so kann davon ausgegangen werden, dass der Materialwiderstand RM zwischen den Messpunkten A und B, B und D, D und C sowie C und A aufgrund des einheitlichen Abstands a gleich ist. Ferner kann davon ausgegangen werden, dass auch der Materialwiderstandes RM* zwischen den diagonal einander gegenüberliegenden Messpunkten A und D sowie B und C gleich ist. Fasst man ferner den Leitungswiderstand RLi und den Übergangswiderstand RÜA ZU einem Widerstand RA, den Leitungswiderstand RL2 und den Übergangswiderstand RÜB zu einem Widerstand RB, den Leitungswiderstand RL7 und den Übergangswiderstand RÜC ZU einem Widerstand Rc und den Leitungswiderstand RL8 und den Übergangswiderstand RÜD zu einem Widerstand RD zusammen, so weist das Gesamtsystem sechs unbekannte Widerstände auf, und zwar die Widerstände
Figure imgf000011_0001
If the component 3 has no component defects in the region of the square, such as cracks or the like, it can be assumed that the material resistance R M between the measuring points A and B, B and D, D and C and C and A due to the uniform Distance a is the same. Furthermore, it can be assumed that the material resistance R M * between the diagonally opposite measuring points A and D as well as B and C is the same. Summarizing also the line resistance R Li and the contact resistance R ÜA to a resistance R A, the lead resistance R L2 and the contact resistance R recommendation to a resistance R B, the line resistance R L7 and the contact resistance R ÜC to a resistance R c and the line resistance R L8 and the contact resistance R ÜD together to form a resistor R D , the entire system has six unknown resistors, namely the resistors
Figure imgf000011_0001
Zur Ermittlung des Materialwiderstandes RM oder des Material - Widerstandes RM* zwischen zwei Leitern wird in einem ersten Schritt zwischen den elektrischen Leitern 1 und 2 mittels einer Wechselstromquelle 4 ein Wechselstrom angelegt. Daraufhin wird unter Einsatz eines Spannungsmessgerätes 5 die über die Widerstände RA, RM und RB abfallende Spannung gemessen, wie es in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Damit wird ein erster Messwert Mi erhalten. In einem weiteren Schritt werden die elektrischen Leiter 1 und 7 mit der Wechselstromquelle 4 verbunden, woraufhin die über die Widerstände RA, RM und Rc abfallende Spannung als Messergebnis M2 erfasst wird. In weiteren Schritten werden nacheinander die elektrischen Leiter 2 und 8, die elektrischen Leiter 7 und 8, die elektrischen Leiter 1 und 8 sowie die elektrischen Leiter 2 und 7 mit der Wechselstromquelle 4 verbunden und die über die entsprechenden Widerstände abfallende Spannungen gemessen, wodurch sich die Messergebnisse M3, M4, M5 und M6 ergeben. Die Verbindung der einzelnen Leiter-Paare mit der Wechselstromquelle 4 erfolgt über entsprechende Schalter, auch wenn diese vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Der Spannungsabfall wird unter Einsatz einer Wheatstoneschen- Messbrücke gemessen. Die Wheatstonesche-Brücke umfasst vorliegend die Widerstände Ri und R2 , die einen ersten Spannungsteiler bilden und die Widerstände R3 und R4 , die einen zweiten Spannungsteiler bilden, wobei das Spannungsmessgerät 5 zwischen den beiden Spannungsteilern eine Querbeziehung herstellt. Der Widerstand Ri wird durch die zuvor beschriebenen geschalteten Leiter-Paarungen gebildet. Der Widerstand R2 ist derart gewählt, dass er in etwa dem Widerstand Ri ent- spricht. Die Widerstände R3 und R4 sind jeweils doppelt so groß wie der Widerstand R2 gewählt. Der wesentliche Vorteil einer solchen Wheatstoneschen-Brücke besteht darin, dass das Spannungs-Messsignal des Spannungsmessgerätes 5 verstärkt wird . To determine the material resistance R M or the material resistance R M * between two conductors, an alternating current is applied in a first step between the electrical conductors 1 and 2 by means of an alternating current source 4. Then, using a voltage measuring device 5, the voltage drop across the resistors R A , R M and R B is measured, as shown schematically in FIG. Thus, a first measured value Mi is obtained. In a further step, the electrical conductors 1 and 7 are connected to the AC power source 4, after which the resistors R A , R M and R c falling voltage is detected as the measurement result M 2 . In further steps, the electrical conductors 2 and 8, the electrical conductors 7 and 8, the electrical conductors 1 and 8 and the electrical conductors 2 and 7 are successively connected to the AC power source 4 and the voltages dropping across the respective resistors are measured, whereby the Measurement results M 3 , M 4 , M 5 and M 6 result. The connection of the individual conductor pairs with the AC power source 4 via corresponding switches, even if they are presently not shown for clarity. The voltage drop is measured using a Wheatstone bridge. The Wheatstone bridge in this case comprises the resistors Ri and R 2 , which form a first voltage divider, and the resistors R 3 and R 4 , which form a second voltage divider, wherein the voltage measuring device 5 establishes a transverse relationship between the two voltage dividers. Resistor Ri is formed by the previously described switched conductor pairings. The resistor R 2 is chosen such that it corresponds approximately to the resistor Ri. The resistors R 3 and R 4 are each twice as large as the resistor R 2 selected. The essential advantage of such a Wheatstone bridge is that the voltage measurement signal of the voltage measuring device 5 is amplified.
Basierend auf den Messergebnissen Mi bis M6 können nunmehr sechs Gleichungen für die sechs unbekannten Widerstände RM , RM* , RA, RB, RC und RD aufgestellt werden. Diese sechs Gleichungen lauten:
Figure imgf000012_0001
Based on the measurement results Mi to M 6 , six equations for the six unknown resistances R M , R M *, R A , R B , R C and R D can now be set up. These six equations are:
Figure imgf000012_0001
2) M2 = RA + RM + Rc
Figure imgf000012_0002
2) M 2 = R A + R M + R c
Figure imgf000012_0002
4) — Rc + RM + RD
Figure imgf000013_0001
4) - Rc + RM + RD
Figure imgf000013_0001
6) M6 = RB + RM* + Rc 6) M 6 = R B + R M * + Rc
Dieses Gleichungssystem ist in dieser Form jedoch nicht lösbar, obwohl es genauso viele Gleichungen wie Unbekannte hat. Die Ursache dafür liegt in den ersten vier Gleichungen, welche die Seiten des Quadrats darstellen. However, this system of equations is not solvable in this form, although it has as many equations as unknowns. The reason for this lies in the first four equations, which represent the sides of the square.
Dieses Problem kann auf zwei Weisen umgangen werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, das in Figur 2 dargestellte System um zwei Messpunkte E und F derart zu erweitern, dass zwei benachbart positionierte Quadrate gebildet werden, wobei beide Quadrate eine einheitliche Kantenlänge a und eine gemeinsame Kante aufweisen. Mit den zwei zusätzlichen Messpunkten E und F ergibt sich ein Gleichungssystem mit elf Gleichungen und neun Unbekannten, das sich nach RM oder RM* auflösen lässt. This problem can be bypassed in two ways. The first possibility is to expand the system shown in FIG. 2 by two measurement points E and F such that two adjacent positioned squares are formed, wherein both squares have a uniform edge length a and a common edge. The two additional measurement points E and F result in a system of equations with eleven equations and nine unknowns, which can be resolved into R M or R M *.
Eine zweite Möglichkeit, das Problem zu umgehen, besteht darin, dass RM* entsprechend der Geometrie vereinfacht angenähert wird als RM* = * RM A second way around the problem is to approximate R M * according to the geometry as R M * = * R M
Dank dieser Vereinfachung können die nun verbleibenden fünf Unbekannten auf vier verschiedenen Wegen berechnet werden, je nachdem, welche der ersten vier Gleichungen bei der Berech- nung nicht berücksichtigt wird. Man erhält entsprechend auch einen Wert für RM für das Bauteil 3 ohne Riss, nachfolgend als RMOR bezeichnet. Im Anschluss an die erste Messung kann dann die Veränderung des Widerstands - beispielsweise infolge einer Rissentstehung innerhalb des durch die Messpunkte A, B, C und D definierten Quadrats - verfolgt werden, indem der dann für das einen Riss aufweisende Bauteil ermittelte Widerstand RMMR mit dem für das rissfreie Bauteil 3 ermittelten Widerstand RMOR verglichen wird. Basierend auf der Differenz der Widerstände RMOR und RMMR können dann Rückschlüsse auf die Risstiefe gezogen werden. Thanks to this simplification, the remaining five unknowns can be calculated in four different ways, depending on which of the first four equations is not taken into account in the calculation. Correspondingly, a value for R M for the component 3 without crack, hereinafter referred to as R MO R, is also obtained. Following the first measurement, the change in the resistance-for example as a result of cracking within the square defined by the measuring points A, B, C and D-can then be followed by the resistance R MM R determined for the component having a crack the resistance R MO R determined for the crack-free component 3 is compared. Based on the difference The resistors R MO R and R MM R can then be drawn conclusions on the crack depth.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be- steht darin, dass mit diesem eine Bauteilüberwachung auch während des Betriebs möglich ist, selbst wenn das Bauteil hohen Betriebstemperaturen von mehreren hundert Grad Celsius ausgesetzt ist. Dieser Vorteil ist dem Umstand geschuldet, dass das Verfahren bei unbekannten Übergangswiderständen und auch bei langen elektrischen Leitern durchführbar ist, weshalb temperaturbeständige Verbindungen zum Befestigen der elektrischen Leiter am Bauteil verwendet werden können und die temperaturempfindliche Messtechnik entfernt von der An essential advantage of the method according to the invention is that component monitoring is also possible during operation, even when the component is exposed to high operating temperatures of several hundred degrees Celsius. This advantage is due to the fact that the method is feasible with unknown contact resistance and also with long electrical conductors, which is why temperature-resistant connections can be used to attach the electrical conductors to the component and the temperature-sensitive measuring technology away from the
Maschine angeordnet werden kann. Machine can be arranged.
Der Einsatz von Wechselstrom ist aufgrund des damit einhergehenden Skin-Effekts von Vorteil, der den Stromfluss durch das Bauteil zur Bauteiloberfläche drängt, so dass das Verfahren auch bei großen Bauteilen problemlos durchführbar ist. Alternativ kann grundsätzlich auch Gleichstrom verwendet werden, wobei jedoch Wechselstrom bevorzugt wird. The use of alternating current is due to the associated skin effect of advantage, which pushes the flow of current through the component to the component surface, so that the process is easily feasible even with large components. Alternatively, DC can also be used in principle, but AC is preferred.
Die Anordnung der Messpunkte in einem oder mehreren Quadraten bietet sich aufgrund der einheitlichen Kantenlänge a an. Es sollte allerdings klar sein, dass grundsätzlich auch andere flächige oder räumliche Anordnungen für die Messpunkte möglich sind. The arrangement of the measuring points in one or more squares lends itself to the uniform edge length a. However, it should be clear that in principle also other planar or spatial arrangements for the measuring points are possible.
Zudem können beliebig viele Messpunkte auch in Form einer Matrix verteilt über die gesamte Oberfläche eines Bauteils angeordnet werden können oder zumindest einen größeren Oberflächenbereich abdecken. Auf diese Weise lassen sich auch große Oberflächen überwachen. Ferner sollte klar sein, dass die Wheatstonesche Brückenschaltung durch andere Schaltungselemente ersetzt werden kann . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so is die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . In addition, any number of measuring points can also be arranged in the form of a matrix distributed over the entire surface of a component or at least cover a larger surface area. In this way, even large surfaces can be monitored. It should also be understood that the Wheatstone bridge circuit can be replaced by other circuit elements. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Verfahren zum Ermitteln eines elektrischen Widerstands (RM) zwischen zumindest zwei auf der Oberfläche eines metallischen Bauteils (3) angeordneten elektrischen Leitern (1, 2, 7, 8), das die Schritte aufweist: 1. Method for determining an electrical resistance (R M ) between at least two electrical conductors (1, 2, 7, 8) arranged on the surface of a metallic component (3), which has the steps:
a) Befestigen von zumindest vier elektrischen Leitern (1, a) attaching at least four electrical conductors (1,
2, 7, 8) auf der Oberfläche des Bauteils (3) in einer defi- nierten flächigen oder räumlichen Anordnung; 2, 7, 8) on the surface of the component (3) in a defined flat or spatial arrangement;
b) anschließen jeweils zwei elektrischer Leiter (1,2) an eine Stromquelle (4) und Messen des Spannungsabfalls oder einer diesen repräsentierenden physikalischen Größe zwischen den Leitern (1, 2), wobei dieser Vorgang für sämtli- che der möglichen Leiter-Paarungen (1,7; 2,7; 7,8; 1,8; b) connect two electrical conductors (1, 2) to a power source (4) and measure the voltage drop or a physical quantity representing this between the conductors (1, 2), this process being carried out for all of the possible conductor pairings ( 1.7; 2.7; 7.8; 1.8;
2,8) von zumindest vier elektrischen Leitern (1, 2, 7, 8) durchgeführt wird, 2,8) is carried out by at least four electrical conductors (1, 2, 7, 8),
c) rechnerische Ermittlung des elektrischen Widerstands (RM) zwischen zumindest zwei Leitern (1, 2, 7, 8) basierend auf den in Schritt b) ermittelten Messergebnissen. c) mathematical determination of the electrical resistance (R M ) between at least two conductors (1, 2, 7, 8) based on the measurement results determined in step b).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. Method according to claim 1,
bei dem das Befestigen der elektrischen Leiter (1, 2, 7, 8) auf der Oberfläche des Bauteils (3) in Schritt a) unter Verwendung eines Stoffschlüssigen Verfahrens erfolgt, insbesondere mittels Löten oder Schweißen. in which the electrical conductors (1, 2, 7, 8) are fastened to the surface of the component (3) in step a) using a cohesive process, in particular by soldering or welding.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. Method according to one of the preceding claims,
bei dem die elektrischen Leiter (1, 2, 7, 8) eine Länge von mehreren Metern aufweisen. in which the electrical conductors (1, 2, 7, 8) are several meters long.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Method according to one of the preceding claims,
bei dem die zumindest vier elektrischen Leiter (1, 2, 7, 8) in Schritt a) in Form eines Quadrates angeordnet werden. in which the at least four electrical conductors (1, 2, 7, 8) are arranged in the form of a square in step a).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt a) zumindest sechs elektrische Leiter in Form zwei benachbart positionierter Quadrate angeordnet werden, Method according to one of the preceding claims, in which in step a) at least six electrical conductors are arranged in the form of two adjacently positioned squares,
wobei die beiden Quadrate eine einheitliche Kantenlänge (a) und eine gemeinsame Kante aufweisen. where the two squares have a uniform edge length (a) and a common edge.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrischen Leiter in Schritt a) in Form einer Matrix angeordnet werden. Method according to one of the preceding claims, in which the electrical conductors in step a) are arranged in the form of a matrix.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Spannungsabfall in Schritt b) unter Einsatz einer Wheatstoneschen-Messbrücke gemessen wird. Method according to one of the preceding claims, in which the voltage drop in step b) is measured using a Wheatstone measuring bridge.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt b) die elektrischen Leiter an eine Wechselstromquelle (4) angeschlossen werden. Method according to one of the preceding claims, in which in step b) the electrical conductors are connected to an alternating current source (4).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der elektrische Widerstand (RM, RM*) zwischen zumindest zwei Leitern (1, 2, 7, 8) zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt wird, Method according to one of the preceding claims, in which the electrical resistance (R M , RM*) between at least two conductors (1, 2, 7, 8) is determined at different times,
die ermittelten elektrischen Widerstände miteinander verglichen werden und basierend auf dem Vergleichsergebnis Rückschlüsse auf eine Veränderung des Bauteils (3) in einem Bereich zwischen zumindest zwei elektrischen Leitern (1, 2, 7, 8) gezogen werden, the determined electrical resistances are compared with one another and, based on the comparison result, conclusions are drawn about a change in the component (3) in an area between at least two electrical conductors (1, 2, 7, 8),
insbesondere Rückschlüsse auf eine Rissentstehung und/oder eine Rissentwicklung. in particular conclusions about the formation of cracks and/or the development of cracks.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. Method according to claim 9,
bei dem basierend auf dem Vergleichsergebnis eine Risstiefe ermittelt wird. in which a crack depth is determined based on the comparison result.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zur Überwachung eines ortsfesten Bauteils (3) einer Maschine, 11. The method according to one of the preceding claims, for monitoring a stationary component (3) of a machine,
insbesondere einer Gas- oder Dampfturbine, in particular a gas or steam turbine,
während ihres Betriebs eingesetzt wird, used during their operation,
insbesondere zur Überwachung eines während des Betriebs hohen Temperaturen ausgesetzten Bauteils. especially for monitoring a component exposed to high temperatures during operation.
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