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Dokumentenidentifikation DE19729681C2 09.09.1999
Titel Vorrichtung zur kontinuierlichen berührungslosen Magnetpulverprüfung von stabförmigen ferromagnetischen Werkstücken
Anmelder Helling KG für Industrieprodukte und Anlagenbau (GmbH & Co), 22525 Hamburg, DE
Erfinder Riess, Nathanael, 25436 Uetersen, DE
Vertreter L. Meyer und Kollegen, 20354 Hamburg
DE-Anmeldedatum 11.07.1997
DE-Aktenzeichen 19729681
Offenlegungstag 25.02.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse G01N 27/84

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen berührungslosen Magnetpulverprüfung der Oberflächen von stabförmigen ferromagnetischen Werkstücken, insbesondere Walzknüppeln.

Zum Nachweis von spaltartigen Materialtrennungen in der Oberfläche von ferromagnetischen Werkstücken, insbesondere Walzknüppeln, wird häufig ein Magnetpulverprüfverfahren verwendet, bei dem feinstes ferromagnetisches Pulver auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks aufgesprüht wird und dieses durch ein starkes Magnetfeld geführt wird. Dabei bilden sich an vielen Stellen des Werkstücks Raupen, die durch Beobachtung, insbesondere im fluroszierenden Licht, erfaßt werden können. Gefundene Fehlstellen können anschließend, sofern sie auf die Oberfläche beschränkt sind, in Nachbearbeitungsschritten entfernt werden. Alternativ muß das Werkstück einer Neuerstellung zugeführt werden.

Die Anwendung des Magnetpulververfahrens läßt oberflächennahe Fehler, deren Größenordnungen im Bereich 1 µm und deren Tiefe in der Größenordnung von unter 10 µm liegen können, feststellen. Für die Nachweisbarkeit ist die verwendete magnetische Feldstärke und die örtliche Feldstärke zu berücksichtigen.

Die Magnetisierung des Werkstücks kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Bei einem statischen Verfahren kommt beispielsweise eine Jochmagnetisierung zur Anwendung, bei der Elektromagnete an das Werkstück angesetzt werden. Ein anderes Verfahren besteht darin, einen Stromfluß unmittelbar durch das Werkstück zu führen.

Aus der EP 164 057 A2/A3 ist eine Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächenfehlern an einem stabförmigen, ferromagnetischen Werkstück bekannt, bei der das Werkstück berührungsfrei magnetisiert wird, und in einem einzigen Durchgang die Prüfung der gesamten Oberfläche des stabförmigen Guts erfolgt. Bei dieser bekannten Durchlaufprüfanlage wird das stabförmige Gut während der Prüfung um seine Längsachse gedreht und an einem Polster aus Magnetpulver vorbeigeführt. Die Magnetisierung erfolgt durch die Schenkel eines Magnetes, die so angeordnet sind, daß sich der in dem stabförmigen Gut entstehende magnetische Fluß im wesentlichen im unteren Bereich des stabförmiges Guts ausbildet. Um sowohl Längs- als auch Querrisse erkennen zu können, ist beim Gegenstand dieser Druckschrift vorgesehen, daß im Bereich des Schenkels des Magnets, in dessen Umgebung sich ein Polster aus Magnetpulver bildet, ein zweiter eine Längsmagnetisierung in dem stabförmigen Gut bewirkender Magnet angeordnet ist. Die beiden Magnete sind dabei mit um 90° phasenverschobenen Strömen erregt.

Obgleich die Verwendung von Elektromagneten die Energiebilanz gering hält, liegt der Nachteil darin, daß das erzeugte magnetische Feld sehr stark konzentriert ist und dadurch keine homogene Magnetisierung des zu prüfenden Werkstücks erreichbar ist. Des weiteren ist die Prüfeinrichtung stark an die Gegebenheiten des zu prüfenden Werkstücks anzupassen.

In der US 3 784 904 ist eine Prüfanlage für die Magnetpulverprüfung von stabförmigen Werkstücken, wie Walzknüppeln, im Durchlaufverfahren angegeben, bei der ebenfalls eine Jochmagnetisierung verwendet wird, wobei allerdings zur Verbesserung des Magnetfeldes eine Mehrzahl von Elektromagneten vorhanden ist. Diese sind in mehreren Wirkungsrichtungen angeordnet, um alle Seiten des stabförmigen Werkstücks ausreichend magnetisieren zu können.

Die dargestellte Anlage ist sehr aufwendig ausgestaltet und erfordert einen hohen apparatemäßigen Aufwand.

In der DE 23 50 728 B2 ist eine Vorrichtung zur Prüfung von ferromagnetischen Knüppeln angegeben, bei der die Knüppel mit einem durchfließenden elektrischen Strom magnetisiert werden und während des Magnetisierens unter Aufgabe von ferromagnetischen Partikeln und Pigmentfarbstoffen gedreht werden. Bei langen Werkstücken kann hierbei die Prüfung entweder nur stationär erfolgen oder es erfolgt eine Oberflächenkontaktierung des Werkstücks über Schleifringe, welches jedoch störungsanfällig ist.

Die EP 88 230 A2 zeigt ein Durchlaufverfahren zur Prüfung von stabförmigen Werkstücken, wie Stahlknüppeln, bei dem die Werkstücke über eine Rollenbahn mit Prismenrollen im Spießkant durch die Anlage geführt werden. Diese Druckschrift behandelt im wesentlichen ein Verfahren zur Automatisierung der Prüfung, wodurch die gesamte Einrichtung sehr kompliziert wird.

In der EP 090 190 A1 ist eine Einrichtung zur magnetischen Materialfehlerdetektion an Stahlknüppeln bekannt, bei dem ebenfalls ein Durchlaufverfahren Verwendung findet. Die Hauptmagnetisierung des Werkstücks erfolgt dabei über Magnetjoche. Um sowohl Quer- als auch Längsfehler feststellen zu können, verwendet diese Vorrichtung zusätzlich kreuzförmige Spulen oder auch Ringspulen, durch die das Werkstück hindurchgeführt wird.

Die EP 326 071 A2 zeigt eine Einrichtung zur Magnetpulverprüfung, die ausschließlich eine Luftspule verwendet, die in komplizierter Weise an den Schmalseiten abgekröpfte Enden aufweist, durch die das Werkstück, insbesondere ein Rohr, hindurchgeführt wird. Diese Einrichtung betrifft im wesentlichen ein Prüfverfahren für Rohre, das nicht ohne weiteres für im Querschnitt im wesentlichen quadratische Walzknüppel verwendet werden kann. Für hohe Magnetisierungsdichten ist der Spulenaufbau außerdem zu kompliziert.

Die aus der DE 29 49 449 A1 bekannte Spulenvorrichtung zeigt zwei durch überkreuztes Wickeln mindestens eines Leiters gebildete Windungen bzw. Windungsgruppen, die zu einer von drei Längsseiten frei zugänglichen Spulenraumform gebogen sind, deren Magnetfeld schräg zur Spulenlängsachse auf die mittlere freie Längsseite hin gerichtet ist. Dadurch wird es möglich, Prüflinge, die wegen ihrer Länge nicht in die Spule eingeführt werden können, auch oberhalb der Spulenvorrichtung anzuordnen und ausreichend zu magnetisieren. Dies erfordert jedoch, daß innerhalb der Spule zwei senkrecht stehende Spannstücke angeordnet sind, die entweder zum Einspannen eines Prüflings verwendet werden oder zum Abstützen eines auf sie gelegten Prüflings dienen, dessen Länge die Gesamtspulenlänge überschreitet.

Während die in der DE 29 49 449 A1 gezeigte Spulenform rechteckförmig ausgebildet ist, ist eine ähnliche Spulenform in dem Prospekt "Deutroflux" der Karl Deutsch GmbH & Co. KG aus Juni 1986 mit einer V-förmigen Gestalt der Überkreuzungswindungen, die sich an der Spitze einer V-förmigen Struktur befinden, gezeigt. Gleichwohl verwendet die in dem Prospekt gezeigte V-förmige Spule ebenfalls eine Spannvorrichtung wie es dort auch bezüglich der Typenreihe der UH-Geräte angegeben ist. Ein kontinuierlicher Durchlauf eines Werkstücks durch die V-förmige Struktur ist damit nicht vorgesehen.

Aus der PCT WO 93/11428 ist eine Einrichtung zur Magnetisierung metallischer Komponenten ohne physikalischen Kontakt bekannt, bei der Spulen im spitzen Winkel zueinander angeordnet sind, die jedoch keine Überkreuzungswindungen enthalten. Die Windungen der Spulen liegen nebeneinander. Sie erfordern daher in Magnetisierungseinrichtung eine erhebliche räumliche Ausdehnung.

In der DE 43 16 671 C1 ist zwar eine spiralförmige Spulenanordnung gezeigt, jedoch handelt es sich dabei um eine Magnetisierungsvorrichtung zur Innenprüfung von Rohrenden, wobei die Spulenanordnung in ihrer äußeren Struktur der Rohrinnenwand folgt. Es ist ebenfalls kein kontinuierlicher Durchlauf eines Werkstücks vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen berührungslosen Magnetpulverprüfung der Oberflächen von stabförmigen, ferromagnetischen Werkstücken, insbesondere Walzknüppeln, anzugeben, die unter Verwendung einer Luftspulenmagnetisierung eine kontinuierliche Prüfung von stabförmigen Werkstücken auf Längs- und Querfehler im Durchlaufverfahren gestattet, und die einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine V- förmige Struktur verwendet wird, die eine erste Luftspule aufweist, die in einem Schenkel der Vorrichtung angeordnet ist und eine zweite Luftspule, die im anderen Schenkel der Vorrichtung vorgesehen ist. Die äußeren Enden der ersten und zweiten Luftspulen sind elektrisch so miteinander gekoppelt, daß die beiden Luftspulen bei Auslage in eine Ebene in entgegengesetzer Richtung wirkende Magnetfelder erzeugen. Das Werkstück kann dabei in kontinuierlichem Durchlauf durch die V-förmige Struktur hindurchgeführt werden. Die Stromzu- und -abfuhr zu der aus den Luftspulen gebildeten Struktur erfolgt jeweils im Zentrum der einzelnen Luftspulen.

Durch den Luftspulenaufbau der Vorrichtung kann eine in Axialrichtung des Werkstücks stark gestreckte Spule verwendet werden, die eine Magnetisierung des Werkstücks mit einem homogenen Magnetfeld in weiter Erstreckung gestattet. Dies ermöglicht eine besonders gute Ausprägung der resultierenden Anzeige von Längsrißfehlern des Werkstücks.

Die Querleiterabschnitte der Luftspulen bewirken ein um 90° versetztes Magnetfeld, das besonders Querfehler des Werkstücks hervortreten läßt. Beim kontinuierlichen Durchlauf des Werkstücks durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kommen daher sowohl Längs- als auch Querfehler gut zur Anzeige.

Da die gesamte Spulenanordnung im wesentlichen eine V-förmige Anordnung mit plattenförmigen Schenkeln bildet, läßt sich so eine einfache Verbindung der beiden aneinanderstoßenden Luftspulen erzielen.

Die Leiterform der Spulen ist bevorzugt rechteckig ausgebildet, so daß es möglich ist, bandförmiges Leitermaterial zu verwenden oder in einer alternativen Ausführung die Leiter der Spulen durch Aussägen einer ebenen Metallplatte in einer im wesentlichen spiralförmigen Spule auszubilden.

Um die Vorrichtung auch bei sehr hohen Stromdichten in den Spulenleitern verwenden zu können, ist bevorzugt vorgesehen, die Stromleiter mit einem Kanal zur Durchführung von Kühlflüssigkeit zu versehen. Der Kanal kann dabei als rechteckförmige Ausnehmung des Stromleiters gebildet sein, der mittels eines äußeren Abdeckbandes geschlossen ist. Dadurch können auf engstem Raum sehr hohe Stromdichten und entsprechend große Magnetfelder erreicht werden, ohne daß die Windungszahl stark vergrößert werden müßte.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann stabförmiges Gut, beispielsweise Walzknüppel, im Durchlaufverfahren unter Verwendung des Magnetflußverfahrens auf Längs- und Querfehler geprüft werden. Der verwendete Spulenaufbau ist einfach gehalten und erlaubt die ausreichende allseitige Magnetisierung des Werkstücks ohne zusätzliche Drehung oder Verwendung zusätzlicher Ring- oder Kreuzspulen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht durch den Aufbau einer V-förmigen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine derartige Spule,

Fig. 3 eine schematische Wicklungsansicht der verwendeten Luftspulen bei Auslegung in eine Ebene,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit eingelegtem Walzknüppel und Darstellung der Verteilung des magnetischen Flusses, und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht durch einen bevorzugten Stromleiter.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei im rechten Winkel zueinander angeordneten Luftspulen 1 und 2, die jeweils im Winkel von etwa 45° zur Horizontalen verlaufen und an ihren unteren Kanten aneinander stoßen. Sie sind an dieser Kante elektrisch durch eine Verbindung 5 in Reihe geschaltet, wobei die Zu- und Abfuhr des Stromes über die Anschlüsse 3 und 4 von den jeweiligen Zentren der Spulen her erfolgt.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Spulenanordnung, die im wesentlichen aus zwei einlagigen länglichen plattenförmigen Luftspulen gebildet ist.

Jede Spule 1 und 2 weist eine Länge von etwa 40 cm und eine Breite von etwa 21 cm bei einer Dicke von etwa 2 cm auf.

Die beiden Luftspulen 1 und 2 sind im wesentlichen spiralförmig einlagig gewickelt, wie Fig. 3 deutlich zeigt. Hierbei sind beide Luftspulen 1 und 2 nebeneinander in eine Ebene gelegt. Obgleich die Windungsrichtung beider Spulen in gleicher Richtung verläuft, verläuft die Stromrichtung in den miteinander verbundenen Spulen gegensinnig, so daß die Spulen um 180° gegeneinander gerichtete Feldlinienverläufe entwickeln. Bei Anordnung der Spulen im Winkel von 90° zueinander verlaufen die Feldlinien daher gleichsinnig durch die Spulen hindurch gerichtet.

Die verwendeten Luftspulen weisen ein spiralförmiges Spulenmuster auf, bei dem die Längsabschnitte der Spulen parallel zur Werkstücklängsachse und die Querabschnitte der Spulen im rechten Winkel zur Werkstücklängsachse verlaufen. Die Spulen können aus einem spiralförmig aufgewickelten Band gebildet sein, sie können jedoch auch durch Aussägen einer entsprechend großen Metallplatte erzeugt werden, wodurch prinzipiell beliebige Wicklungsverläufe gebildet werden können. Sofern entsprechende Winkelmaterialien zur Verfügung stehen, kann der Spulenaufbau dementsprechend auch aus einem einzigen Stück hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt die Spulenansicht mit der über die Verbindung 5 vorgesehenen Kupplung der Spulen und den äußeren Stromanschlüssen 3 und 4, die jeweils in den Zentren der spiralförmigen Spulen angeschlossen sind.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung zeigt Fig. 4 eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Spulenanordnung mit eingesetztem im Spießkant laufenden Walzknüppel, der beispielsweise über eine Prismenführung im Durchlaufverfahren durch die V-förmige Spulenanordnung hindurchgeführt wird. Der dargestellte Feldlinienverlauf, der durch die Spulen 1 und 2 hindurchläuft, schließt sich im Inneren der V-förmigen Spulenanordnung über das Werkstück, wobei die Feldlinien 8 und 9 durch das Werkstück hindurchlaufen, während andere Feldlinien an der Oberfläche verlaufen, wie z. B. die Feldlinien 7 oder 10.

Die Fig. 4 zeigt deutlich die Anpassung der Spulenanordnung an das Werkstück und den Verlauf der Feldlinien. Diese Anordnung offenbart mögliche vorhandene Längsfehler des Werkstücks sehr deutlich.

Querfehler des Werkstücks kommen an den Endbereichen der Spulenanordnung beim Durchtritt durch das von den Querleiterabschnitten erzeugte Magnetfeld zur Ausprägung.

Die Aufbringung des ferromagnetischen Pulvers erfolgt vorzugsweise durch Aufsprühen auf alle Seiten der Oberfläche des Werkstücks. Die Feststellung der entstehenden Rißausbildung erfolgt im Anschluß an den Durchlauf durch die erfindungsgemäße Spulenanordnung, wobei die beidseitige Beobachtung des Werkstücks genügt, um die gesamte Oberfläche beurteilen zu können.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, bei der der Stromleiter der Luftspulen mit einem Kanal 11 versehen ist, welcher einen Absatz 12 aufweist, auf den ein Abdeckband 13 aufgelötet ist. Durch den Kanal 11 wird Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet, die eine unzulässige Erwärmung des Stromleiters 10 auch bei hohen Stromdichten verhindert.

Bezugszeichenliste

1Luftspule

2Luftspule

3Anschluß

4Anschluß

5Verbindung

6Werkstück

7Feldlinie

8Feldlinie

9Feldlinie

10Feldlinie

11Kanal

12Absatz

13Abdeckband

14Stromleiter


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur kontinuierlichen berührungslosen Magnetpulverprüfung der Oberflächen von stabförmigen ferromagnetischen Werkstücken (6), insbesondere Walzknüppeln, mittels einer in Richtung der Werkstücklängsachse gestreckten Luftspule mit Längsabschnitten und mit quer zur Werkstücklängsachse verlaufenden Querabschnitten, wobei die Luftspule ein im wesentlichen rechteckiges spiralförmiges Muster mit einem rechteckigen Querschnitt der Stromleiter der Spulen bildet, bei der die Vorrichtung eine V-förmige Struktur mit einer ersten Luftspule (1), die in einem Schenkel der Vorrichtung angeordnet ist, und einer zweiten Luftspule (2), die im anderen Schenkel der Vorrichtung angeordnet ist, bildet, und die äußeren Enden der ersten und zweiten Luftspule an der Spitze der V- förmigen Struktur elektrisch so miteinander gekoppelt sind, daß die beiden Luftspulen bei Auslage in einer Ebene in entgegengesetzter Richtung wirkende Magnetfelder erzeugen, und bei der die Stromzu- und Abfuhr zu der aus den Luftspulen (1, 2) gebildeten Struktur jeweils im Zentrum der einzelnen Luftspulen erfolgt, so daß das Werkstück (6) in kontinuierlichem Durchlauf durch die V-förmige Struktur hindurchgeführt werden kann.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter der Spulen durch Sägen einer ebenen Metallplatte in eine spiralförmige Spule gebildet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter (14) der Spulen mit einem Kanal (11) zur Durchführung von Kühlflüssigkeit versehen sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (11) als rechteckförmige Ausnehmung des Stromleiters (14) gebildet ist, die mittels eines äußeren Abdeckbandes (13) geschlossen ist.






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