DE3126379A1

DE3126379A1 - Geraet zum messen einer magnetischen remanenzinduktion

Info

Publication number: DE3126379A1
Application number: DE19813126379
Authority: DE
Inventors: Kanemitsu Okayama Kawahara; Daiju Nakakura; Tsuneji Tokyo Suzuki
Original assignee: SASAKURA TOHRU TOKYO JP
Current assignee: SASAKURA TOHRU TOKYO JP
Priority date: 1981-07-03
Filing date: 1981-07-03
Publication date: 1983-01-20

Description

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Gerät zum Messen einer magnetischen Remanenzinduktion

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen einer magnetischen Remanenzinduktion von Stählen oder dergleichen. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Meßgerät für die magnetische Remanenzinduktion, mit dem es möglich istj die jeweilige Stahlsorte zu erkennen.

Im allgemeinen kann man sagen, daß es unmöglich ist, auf einfache Weise die Festigkeit und die Härte von Stählen zu erkennen, und zwar nicht nur dann, wenn diese eine Farbschicht tragen, sondern auch dann, wenn sie einem Walzvorgang unterworfen worden sind. Heute kann man diese Werte nur dann erkennen, wenn man sogenannte zerstörende Prüfverfahren anwendet, etwa das Lichtbogen-Prüfverfahren, die Durchführung einer Analyse eines herausgeschnittenen Prüfkörpers oder Spannungsprüfungen. Daraus aber ergeben sich in der Praxis auf verschiedenen Gebieten beträchtliche Schwierigkeiten.

Die Klassifizierung der Stähle für Konstruktionen und Maschinen in bestimmte Stahlsorten wird auf der Grund-

lage ihrer Festigkeit vorgenommen. Kann die Festigkeit be-' stimmt werden, dann kann auch praktisch die Stahlsorte erkannt werden. Es ist empirisch und praktisch gesicherte Tatsache, daß im allgemeinen die Festigkeit eines Stahls im wesentlichen proportional seiner Härte ist und daß die Härte ihrerseits proportional seiner magnetischen Remanenzkraft ist. Ist es deshalb möglich, die magnetische Remanenzinduktion eines Stahls festzustellen, dann kann man daraus direkt schließen, um welche Stahlsorte es sich handelt.

Die magnetische Remanenz-Kennlinie eines Stahls hat eine sehr große Bedeutung bei elektromagnetischem Stahl sowie allgemein auf dem Gebiet der Magneten und der Elektronik. Es gibt Verfahren und Geräte zum Messen dieser Eigenschaft, jedoch können alle diese Geräte als stationäre Geräte angesprochen werden, d.h. es handelt sich um sehr große Ge- " rate, die mit einem starken elektrischen Strom gespeist werden müssen, mit der Folge, daß es sich nicht um tragbare Geräte handelt, was widerum mit sich bringt, daß man die Messungen nicht an dem jeweils gewünschten Ort vornehmen kann. Weiterhin müssen die PrüfObjekte aus dem zu untersuchenden Gegenstand herausgeschnitten werden, um sehrkleine PrüfObjekte zu erhalten, wobei darüberUminaus Oberflächenbeschichtungen entfernt und die Oberfläche poliert werden muß. Es ist also nicht möglich, große Gegenstände so zu messen, wie sie sind, mit der Folge, daß es vergleichs weise lange dauert, bis das Prüferqobnto bekannt InI ; .uulotfi ausgedrückt, das Meßergebnis liegt nicht sofort vor.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, diese Nachteile der bekannten Geräte zu vermeiden und ein Meßgerät zu schaffen, das klein und leicht und damit tragbar ist und das eine sofortige Anzeige des Meßergebnisses ermöglicht. Dabei wird bei der Erfindung so vorgegangen, daß, nur in der ersten Di mension aber sehr genau, am Sättigungspunkt die Abnahme der Spannung festgestellt wird, die durch einen Erregerstrom hervorgerufen worden ist, wobei die Kennlinie der Hysteresiskurve der magnetischen Remanenzkraft festgestellt wird. Es wird somit ein Meßgerät für die magnetische Remanenzinduktion geschaffen, bei dem die magnetische Remanenzinduktion eines Stahles dadurch gemessen wird, daß man die Kennlinie der magnetischen Kraft auf der Grundlage der festgestellten Differenz der Erregungsspannung feststellt, und zwar unter Verwendung eines gleichgerichteten Impulsstroms als Erregerstrom, wobei dies im Gegensatz steht zu der Verwendung eines großen Gleichstroms, wie dies bei den Geräten nach dem Stand der Technik der Fall ist. Die Stahlsorte kann dann aus der gemessenen magnetischen Remanenzinduktion erkannt werden.

Auf ·' der Zeichnung ζeigen:

Fig. 1 eine Hysteresiskurve,
Fig. 2 eine Magnetisierungskennlinie, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines kreisringförmigen Kerns,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch den Kern von

Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines U-förmigen Kernes, und Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Ausbildung der elektrischen Vorrichtung.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zunächst soll die Grundlage einer Messung der magnetischen Remanenzinduktion gemäß dem Stand der Technik erörtert werden. Es werden verschiedene Arten von Erregerströmen und die resultierenden ermittelten Spannungen wiederholt aufgezeichnet, bis ein Sättigungspunkt erreicht ist, dann wird die N-S-Richtung der magnetisierenden Magnetpole umgedreht, worauf die Spannungen, d.h. die magnetischen Induktionen von der ersten Dimension bis zur vierten Dimension

durch dieselben Geräte festgestellt werden, womit Hysteresiskurven entstehen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind; die magnetische Remanenζinduktion wird dann als der Abstand zwischen den Punkten a und b von Fig. 1 festgelegt. Es sind dabei mehrere Vorgänge der Anregung, der Messung, des Abschaltens und der magnetischen Polumkehr erforderlich.

Nachdem die qualitative Hysteresiskurve eines bestimmten Stahlkörpers bereits vorbekannt ist, wird gemäß der Erfindung der Sättigungspunkt OP in der ersten Dimension

dor UyuLiirtjaJ-okurvti uniti LLLt* 1 bar r um daraus dann die magnetische Remanenzinduktion festzustellen. Als Grundlage des Verfahrens wird, gemäß Fig. 2, ein gleichgerichteter Impulsstrom H als Erregerstrom dem Stahl zugeführt und die dadurch hervorgerufene Spannung V festgestellt. Es ist empirisch oder tatsächlich bekannt, daß bei Stahl die magnetischen Remanenzflüsse sich durch die wiederholte Anregung durch den Anregungsstrom addieren. Durch Verwendung dieser Kennlinie werden somit die magnetischen Remanenzflüsse sich addieren und damit ansteigen, wodurch eine Hysteresiskurve entsteht und in nur der ersten Dimension ein ortsfester Sättigungspunkt P auftritt, aus dem die magnetische Remanenzinduktion errechenbar ist.

Bei einem Kern eines üblichen Systems werden die Magnetpole auch deshalb umgedreht, um einen Sättigungspunkt in einer .anderen Dimension aufzufinden. Weil diese Richtungsunterschiede -sich durch gegenseitige Interferenz auslöschen, wird bei der Erfindung ein kreisringförmiger oder polygonaler Ring 1 verwendet, wie er in den Fig.3 und 4 dargestellt ist oder ein Kern in U-Form mit kleiner öffnung, wie er in Fig. 5 dargestellt ist oder aber es wird ein Ferritkern verwendet, womit der Sättigungspunkt aus schließlich in der ersten Dimension festgehalten wird, worauf dann die magnetische Remanenzinduktion errechnet und eine Aufzeichnung der Hysteresiskurve bis in die vierte Dimension unnötig ist. Gemäß Fig. 4 wird in der Feststelleinrichtung ein Korrekturkreis mit Metallelektrode 2 zum

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Messen einer Schichtdicke vorgesehen, so daß der Einfluß eines Fehlers oder einer Temperatur durch die Dicke einer schwarzen Oberflächenschicht, durch Rost oder einen Farbauftrag auf der Oberfläche des Stahlkörpers vorab korrigiert werden kann, womit der Sättigungspunkt eines Stahlkörpers ohne vorheriges Polieren, also so wie er tatsächlich verwendet wird, festgestellt werden kann, auch ohne den Körper zu zerstören. Die magnetische Remanenzinduktion kann dann berechnet werden.

Eine tatsächliche Ausbildung des Stromkreises nach der Erfindung ist in Fig. 6 in Form eines Blockschaltbildes' dargestellt. Als Impulsgenerator wird ein Kristalloszillator oder dergleichen verwendet, für die Impulsverstärker B und B¹ werden AlC-Verstärker oder LSI-Verstärker verwendet. Der die Detektoreinrichtung C darstellende Kern 1 ist kreisringförmig, polygonal oder U-förmig, kann aber auch, wie oben erwähnt ist, ein Ferritkern sein; der Kern ist mit einer Erregerspule 3 und einer Detektorspule 4 versehen. Der Komparator D, der Impulszähler E und das Anzeigegerät F sind mit integrierten Schaltkreisen bzw. mit. einer digitalen oder analogen Anzeige versehen, und sind in entsprechender Weise mit dem Korrekturkreis für die überzugsschicht-und Temperaturkorrektur verbunden.

Nachfolgend wird der Meßvorgang anhand des Blockschaltbildes der Fig. 6 erläutert. Soll auf einen Stahlkörper ein gleichgerichteter Impulsstrom geleitet werden, dann wird im

Impulsgenerator A ein Impulsstrom erzeugt. Dieser Impulsstrom wird im Impulsverstärker B verstärkt, und zwar auf einen Impulswert H. Dann wird die dadurch hervorgerufene Spannung im Detektor C festgestellt und im Impulsverstärker B¹ verstärkt. Wenn der oben erwähnte Impulswert H und die vom Detektor C festgestellte Impulsspannungsdifferenz V¹ bestimmte feste Werte nicht überschreiten, dann arbeitet der Komparator D nicht und damit auch" nicht der Impulszähler E. Wird nun der auf den Stahlkörper gegebene gleichgerichtete Impulsstrom fortlaufend erhöht und überschreiten der Impulswert H. und die Impulsspannungsdifferenz V die erwähnten festen Werte, dann tritt der Komparator D in Tätigkeit, das Gatter G wird durch den Komparator D geschlossen, der Impulszähler E beginnt vom Wert Null an zu zählen, das Zählergebnis wird am Anzeigegerät F angezeigt, und der festgestellte Meßwert ist ablesbar. Weil für diesen Vorgang nur ein schwacher Strom erforderlich ist, kann das Meßgerät als sehr kleines, tragbares Gerät ausgebildet werden.

Das beschriebene Gerät kann verschiedene Anpassungen erfahren und überall dort industriell eingesetzt werden, wo eine Messung der magnetischen Remanenzinduktion erforderlich ist. Nachfolgend soll nun ein Anwendungsbeispiel beschrieben werden, bei dem das Gerät zum Vergleichen verschiedener Arten von Stählen verwendet wird, die für Konstruktionen und Maschinen eingesetzt werden sollen.

Stähle werden häufig auf der Grundlage ihrer Zugfestigkeit (kg/mm²) in 40 kg, 50 kg und 60 kg Stähle unterteilt, wobei diese außerordentlich weit verbreiteten Stähle der deutschen Standardnorm üST-42, ST-50 und ST-60 entsprechen. Nun ist es aber in der Praxis sehr schwierig festzustellen,um welche dieser Stahlsorten es sich jeweils handelt, d.h. man muß zerstörende Prüfverfahren anwenden, etwa eine Lichtbogenanalyse oder einen Zugfestigkeitstest, was jeweils einen großen Aufwand erfordert. Den erwähnten Stahlsorten sind nachfolgende Festigkeiten und Härten zugeordnet:

Stahlsorte	UST-42 ·	ST-50	ST-60
Stahlfestigkeit	40-52 kg/mm2	50-63kg/mm2	58-72kg/mm2
Rockwell-Härte	66,7~	78,7~	87,1 ~

Die Stahlsorten sind nach ihrer Zugfestigkeit klassifiziert. Es ist bestätigt, daß die Zugfestigkeit proportional der Oberflächenhärte ist und daß die Oberflächenhärte ihrerseits proportional der magnetischen Remanenzinduktion ist, mit einer Abweichung von + 2 Punkten. Diese Tatsache ist auch aus der magnetischen Eigenschaft und der Kristallstruktur des Eisens erklärlich. Hat man deshalb die magnetische Remanenz induktion eines StahlSjdann weiß man auch, welche Festigkeit er besitzt. Wird vorab die Eigenschaft einer Walzhaut, eines Zunders, eines Rostes oder einer Farbe auf der Oberfläche des Stahlkörpers durch einen Korrekturkreis korrigiert und sind Korrekturkreise zur Korrektur der Temperatur und der Plattendicke vorhanden,

so wird der praktische Anwendungsbereich wesentlich vergrößert und ein kleines Meßinstrument erhalten, welches die Stahlsorte sofort am Anzeigegerät,etwa als Digitalwert, anzeigt.

•Mit der Erfindung wird also ein Meßinstrument geschaffen, das wesentlich leichter und kleiner ist als die üblichen Meßgeräte und das mit einem wesentlich geringeren Strom auskommt. Der bereits in Verwendung befindliche Stahl wird üblicherweise in irgendeiner beliebigen Richtung verwendet und ist an seiner Oberfläche durch eine Walzschicht, durch Zunder, durch Rost oder durch Farbe abgedeckt. Weil jedoch die Meßeinrichtung nach der Erfindung mit einem Korrekturkreis zum Messen der magnetischen Remanenzinduktion in einem solchen Zustand des Stahles versehen ist, kann der Stahl so wie er ist geprüft werden, ohne einen zerstörenden Eingriff vorzunehmen.

Das industrielle Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist sehr groß. Lediglich als Beispiele seien angegeben die Herstellung von Magneten, Messungen während dsr Herstellung elektromagnetischer Stähle und während der Herstellung von Gebäuden, Brücken, Behältern, Schiffen, Stahlrahmen, Stahlträgern, Stahlplatten sowie anderen Körpern aus Stahl oder Eisen.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRUCH

Gerät zum Messen der magnetischen Remanenzinduktion, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Messen der magnetischen Remanenz eines Stahls oder dergleichen durch Feststellen des Sättigungspunktes der Magnetisierung des zu magnetisierenden Stahls auf der Grundlage der Abnahme festgestellter Spannungsimpulse unter Verwendung eines gleichgerichteten Impulsstroms als Erregerstrom und durch einen kreisringförmigen oder polygonalen Magnetisierungskern oder einen U-förmigen Magnetisierungskern mit kleiner Öffnung.