DE2431397C3 - Prüftaster zum magnetinduktiven Prüfen ferromagnetischer Prfifteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüftaster zum magnetinduktiven Prüfen ferromagnetischer Prüfteile auf Werkstoffeigenschaften mit einem aus aufeinander geschichteten, dünnen ferromagnetischen Blechen zusammengesetzten, an das Profil der Oberfläche des Prüfteils angepaßten Kern und mindestens einer mit dem Kern gekoppelten Wicklung.

Magnetinduktive Prüftaster mit einem Kern, der ava geschichteten ferromagnetischen Blechen besteht und mit einer oder mehreren um den Kern geschlungenen Wicklungen, werden seit langem mit Erfolg in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt. Man bedient sich ihrer zum serienmäßigen Prüfen von Teilen und Halbfabrikaten aus Stahl auf Legierungszusammensetzung, Härte, Festigkeit u.dgl. Bei einer häufig benutzten Ausfühningsart besitzt der Prüftaster zwei mit dem Kern gekoppelte Wicklungen. Durch die erste der beiden, die Erregerwicklung, wird ein Wechselstrom geschickt, die zweite, die Empfängerwicklung, ist an ein Auswertesystem, bestehend z. B. aus Verstärker, Demodulator und Anzeigeinstrument, angeschlossen. Setzt man den Kern des Prüftasters auf ein zu prüfendes Teil auf, so ändert sich der magnetische Fluß im Kern und damit die Spannung der Empfängerwicklung. Die am Anzeigeinstrument ermittelten Werte geben Aufschluß über die zu ermittelnden Werkstoffeigenschaften.

Um die Prüftaster bei den verschiedensten Oberflächenformen von Prüfteilen anwenden zu können, gab man der Spitze des Kernes häufig eine ballige oder kugelförmige Gestalt. Dies hatte jedoch den Nachteil, daß der Übergang des magnetischen Flusses in das Prüfteil fast punktförmig erfolgte und eine übergroße Empfindlichkeit der Meßanzeige auf punktuelle geometrische Unregelmäßigkeiten, wie Drehriefen, Kerben, Zunder usw., sich einstellte. Um zu sichereren und besser reproduzierbaren Ergebnissen zu kommen, ging man dazu über, die Spitze des Kernes an die Oberflächenform des Prüfteils anzupassen, indem man sie durch Schleifen oder Fräsen zu einem genauen Abbild der Gestalt der Prüfteiloberfläche verformte. Als Beispiel für einen derartigen Prüftaster sei auf die kürzlich erschienene Offenlegungsschrift DE-OS 22 52 *65 verwiesen. Bei der Verwendung solcher Prüftaster erweist sich jedoch als schwerwiegender Nachteil, daß jede neue Oberflächenform eines Prüfteils auch einen neuen Prüftaster erfordert zumindest aber einen neuen Kern, falls dieser auswechselbar ist Dazu kommt daß die Verformung der Kerne zum Zwecke ihrer Anpassung in iiinzelarbeit ausgeführt werden muß und daher einen nicht unbedeutenden Aufwand nötig macht

Aus FR-PS 8 45 863 ist eine Magnetisierungseinrichtung für die magnetische Streuflußprüfung hohler Körper bekannt, bei der eine den Körper umfassende Spule von einem breiten Ring aus ferromagnetischem Material umgeben ist, der zusammen mit zwei Seitenflächen und dem Prüfteil einen die Spule einschließenden magnetischen Kreis bildet Eine oder beide Seitenflächen sind zusammengesetzt aus einer Anzahl von Sektoren, die in radialer Richtung beweglich sind und deren auf dem Prüfteil aufsitzende Kanten an die Oberfläche des Prüfteils angepaßt sind. Die Bedeutung einer derartigen Magnetisierungseinrichtung ist jedoch sehr gering, da sie nur bei der Prüfung von Hohlkörpern mit einer den Hohlkörper ganz umschließenden Spule eingesetzt werden kann, wobei als Hohlkörper praktisch nur ein solcher kreisförmigen Umfangs und mit einem bestimmten festen Durchmes-

³^ ser in Frage kommt

Aus DE-PS 5 67 221 ist ein Prüftaster für die Schweißnahtprüfung mit einem H-förmigen Magnetkern bekannt, bei dem der letztere aus aufeinander geschichteten Blechen bestehen kann. Zum Anpassen der Pole des Kernes an die Unebenheiten der Prüfteiloberfläche sind die Polschuhe als biegsame Drahtbürsten aus ferromagnetischem Werkstoff ausgebildet. Es gelingt jedoch nicht mit dieser Maßnahme, den magnetischen Widerstand hinreichend klein und repro-

'♦' duzierbar zu machen und damit die ständig steigenden Forderungen zu erfüllen, die in dieser Hinsicht an Prüftaster gestellt werden.

Die vorliegende Erfindung macht sich daher einen Prüftaster der eingangs beschriebenen Art zur Aufgabe,

^v> der für eine große Zahl unterschiedlicher Oberflächenformen von Prüfteilen, insbesondere für Profile, Kanten, Kehlen u. dgl., ein Prüfen ohne ständigen Austausch des Früftasters bzw. des Kernes möglich macht, ohne daß dabei die Vorteile des an die Prüfteiloberfläche angepaßten Kernes verlorengehen.

Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Prüftaster, der gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Mit einem solchen Prüftaster kann in einfacher Weise und beliebig oft die Hüllkurve der Bleche an der Spitze des Kernes zu einem getreuen Abbild der Oberflächenform eines Prüfteils umgestaltet werden, Das geschieht, indem man die Stirnseite des Kernes auf die Prüfteiloberfläche aufschlägt, wodurch sich die Bleche selbsttätig in die gewünschte Lage verschieben, und

^br> indem man nach erfolgter Anpassung des Kernes die Bleche starr, aber lösbar miteinander verklemmt. Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen genannt.

Zur Verdeutlichung der Erfindung soll die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles dienen. Sie wird unterstützt von Figuren, die im einzelnen folgendes darstellen:

F i g. 1 einen Prüftaster,

F i g. 2 ein einzelnes Blech vom Kern des Prüftasters,

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild einer Prüfanordnung.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte, auf die Oberfläche einer zu prüfenden Stange 1 aufgesetzte Prüftaster 2 besieht im wesentlichen aus einem Kern 3, einer Führungseinrichtung 4 und den Wicklungen 5, 6 und 7. Der Kern 3 setzt sich zusammen aus einer Anzahl aufeinander geschichteter, etwa 03 mm starker, ferromagnetischer Bleche 8 im Ε-Schnitt, von denen jedes in jedem seiner drei Schenkel 9,10,11 je einen Gleitschütz 12, 13, 14 aufweist Der als E-förmiges Blechpaket ausgebildete Kern 3 ist gehaltert in der Führungseinrichtung 4, deren wichtigster Bestandteil ein U-förmig gebogener Bügel 15 aus austenitischem Stahl ist. Dieser besitzt an seiner Oberseite eine Öffnung 16 und weist an seiner Unterseite entsprechend den Schenkeln 9,10,11 zugeschnittene Enden 17, 18, 19 auf. Eine leichte Vorspannung des Bügels 15 bewirkt, daß dieser bestrebt ist, sich nach außen zu öffnen. Führungswinkel 20 dienen dazu, einerseits die Bleche 8 an ihren Kanten zu führen, andererseits die Wicklungen 6,7,8 auf den Enden 17,18, 19 des Bügels 15 festzuhalten. Drei Schrauben 21,22,23 sind durch Bohrungen in den Enden 17,18,19 des Bügels 15 und durch die Gleitschlitze 12, 13, 14 der Bleche 8 gesteckt. Sie stehen im Eingriff mit Rändelmuuern 24, 25, 26, die es ermöglichen, die Enden des Bügels 15 entgegen der genannten Vorspannung zusammenzuziehen und damit die Bleche 8 starr miteinander zu verklemmen. Die öffnungen 27, 28, 29 der Wicklungen 5, 6, 7 weisen in Richtung senkrecht zur Blechebene etwas Luft auf, so daß eine Bewegung der Enden 17,18, 19 des Bügels 15 in dieser Richtung möglich ist. Die mittlere Wicklung 5 mit den Anschlüssen 30,31 dient als Erregerwicklung. Die beiden äußeren Wicklungen 6, 7, die als Empfängerwicklungen dienen, sind durch Verbindungsdraht 32 hintereinander geschaltet, so daß an den Anschlüssen 33,34 die Summe der Spannungen der beiden Wicklungen steht.

In Fig.3 ist die Prinzipschahung einer Prüfanordnung mit einem auf das Prüfteil 1 aufgesetzten Prüftaster 2 nach den F i g. I und 2 wiedergegeben. Die Erregerwicklung 5 wird von einer Wechselstromquelle 41 mit einem vorzugsweise konstanten Wechselstrom / gespeist. Eine vom Wechselstrom / abgeleitete Spannung wird vom Kompensationsgleichrichter 42 gleichgerichtet und an den Eingang eines Potentiometers 43 geführt, dessen Schleiferausgang mit dem invertierenden Eingang eines Rechenverstärkers 45 verbunden ist. Die Ausgangsspannung der beiden Empfängerwicklungen 6 und 7 ist über einen Meßgleichrichter 46 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 45 verbunden. Ein Anzeigeinstrument 47 am Ausgang des Verstärkers 45 zeigt die Differenz der beiden Eingangsspannungen des Verstärkers an. Mit der in Fig.3 dargestellten Prüfanordnung können auf zwei Arten Meßergebnisse erzielt werden. Bei der ersten Meßart wird nach jedem Aufsetzen des Prüftasters 2 auf ein Prüfteil 1 der Schleifer des Potentiometers so lange verstellt, bis am Anzeigeinstrument 47 die Anzeige Null erreicht wird. An einem mit dem Schleifer des Potentiometers gekoppelten Meßzeiger kann dann ein für das betreffende Prüfteil ermittelter Meßwert abgelesen werden, dei ein Maß für die gesuchten Werkstoffeigenschaften abgibt Bei der zweiten MeBart wird zunächst ein Vergleichsteil mit den für die betroffenen Prüfteile geforderten Werkstoffeigenschaften ermittelt Nach dem Aufsetzen des Prüftasters 2 auf dieses Vergleichsteil wird mit dem Potentiometer der Nullabgleich am Anzeigeinstrument 47 herbeigeführt. Beim Aufsetzen des Prüftasters 2 auf weitere Prüfteile ergibt sich am Anzeigeinstrument 47 ein Meßwert, der charakteristisch für die Abweichungen der Prüfteileigenschaften von denen des Vergleichsteils ist

Bei der Messung mit einem Prüftaster der oben beschriebenen Art geht man wie folgt vor: Man setzt den Prüftaster so auf das Prüfteil auf, daß die Längsrichtung der Bleche 8 mit der Richtung gleichbleibender Prüfteilprofile übereinstimmt d. h. im vorliegenden Fall mit der Längsrichtung des zylindrischen Prüfteils 1, und bildet durch Verschieben der Bleche 8 gegeneinander das Profil der Prüfteiloberfläche nach. Dies geschieht am einfachsten, indem man zunächst die Rändelmuttern 24,25, 26 soweit lockert daß die Bleche gegeneinander verschiebbar sind, SO(⁴Om den Prüftaster 2 in der beschriebenen Ausrichtung emige Male auf die Oberfläche des Prüfteils 2 leicht aufklopft Dabei verschieben sich die Bleche selbsttätig aufgrund ihrer Trägheit in die gewünschte, von der Prüfteiloberiläche gebotene Lage. Bei kompliziert geformten Prüfteiloberflächen können in Einzelfällen noch leichte Korrekturen notwendig sein. Dazu ist die Oberseite der Bleche durch die öffnung 16 des Bügels 15 zugänglich. Durch

J« Anziehen der Rändelschrauben 24,25,26 wird die Lage der Bleche zueinander fixiert.

Mit einem solchermaßen an die Oberfläche eines Prüfteils angepaßten Prüftaster kann mit guter Reproduzierbarkeit und praktisch unbeeinflußt von Störgrö-

)"' Ben wie Oberflächenungenauigkeiten u.dgl. eine Vielzahl von Prüfteilen gleicher Oberflächengestalt durchgeprüft werden. Andererseits kann in einfachster Weise die Umstellung der Anpassung an Prüfteile anderer Oberflächengestalt durchgeführt werden. Vorousset-

41) zung für die Möglichkeit der Anpassung ist lediglich, daß das Prüfteil in einer Richtung ein gleichbleibendes Profil aufweist An Beispielen sei nur genannt zylindrisches Material von nahezu beliebigem Durchmesser, Stangen- und Rohrmaterial der verschiedensten

■*"> Profilformen, Kehlen und Kanten an Prüfteilen.

Im oben beschriebenen Beispiel wurden E-iörmige Bleche eingesetzt. Ebenso ist eine Ausführung des Prüftasters mit U-förmigen Blechen möglich, wobei dann auf dem einen Schenkel des Blechpaketes die

w Erregerwicklung, auf dem anderen Schenkel die Empfängerwicklung angebracht sein kann.

Beide Formen, also E- und U-Form des Blechpaketes, bringen gegenüber den vielfach üblichen Stifttastern den Vorteil mit sich, daß nahezu der ganze Magnetfluß,

Vt der die beiden Wicklungen durchsetzt, auch durch das Prüfteil geleitet wird. Das zahlt sich zunächst hinsichtlich der Empfindlichkeit des Prüftasters aus. Es bring' aber auch Vorteile bei bestimmten Meßproblemen mit sich, etwa bei der Annäherung des Prüftasters an das

wi Ende einer Stat.ge, wo bei Stifttastern erhebliche Abweichungen des Meßwertes auftreten. Dennoch gibt es auch Fälle, wo sich auch I-förmige Blechpakete für einen Prüftaster gemäß der vorliegenden Erfindung eignen, etwa wenn es gilt, im Profil eines Zahnkranzes

h"> Härtemessungen durchzuführen. In diesem Falle könnten beispielsweise Erreger- und Empfängerwicklung auf einem gemeinsamen, von der Führungseinrichtung getragenen Wickelkörper angeordnet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Prüftaster zum magnetinduktiven Prüfen ferromagnetischer Prüfteile auf Werkstoffeigenschaften mit einem aus aufeinander geschichteten, dünnen ferromagnetischen Blechen zusammengesetzten, an das Profil der Oberfläche des Prüfteils angepaßten Kern und mindestens einer mit dem Kern gekoppelten Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (8) zumindest in Aufsetzrichtung des Prüftasters gegeneinander verschiebbar in einer Führungseinrichtung (4) gelagert sind, an der die Wicklung/en (5, 6, 7) befestigt ist/sind, und daß die Bleche (8) starr, aber lösbar miteinander verklemmbar sind.

2. Prüftaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (4) im wesentlichen einen U-förmig gebogenen, die Bleche (8) des Kernes (3) umfassenden, mit einer nach außen gerichteten Vorspannung versehenen Bügel (15) beinhaltet

3. Prüftaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) Ε-Form besitzt, auf seinem mittleren Schenkel (9) die Erregerwicklung (5) und auf den äußeren Schenkeln (10, 11) je eine der Empfängerwicklungen (6,7) trägt

4. Prüftaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern U-Form besitzt auf seinem einen Schenkel die Erregerwicklung und auf seinem anderen Schenkel die Empfängerwicklung trägt