DE102016203533B4

DE102016203533B4 - Vorrichtung zur Innenprüfung von elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörpern langer axialer Ausdehnung mittels eines magnetisch gelagerten Sensors und Verwendung hiervon

Info

Publication number: DE102016203533B4
Application number: DE102016203533.9A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Theado; Philipp Stopp
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: DE102016203533A1

Abstract

Vorrichtung zur Innenprüfung von elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörpern, enthaltend
a) einen in einer axialen Richtung länglichen Stator mit einem ersten Ende, einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende und einem Hohlraum, wobei der Stator am ersten Ende und am zweiten Ende jeweils mindestens drei Permanentmagneten aufweist; und
b) einen in einer axialen Richtung länglichen Sensorträger mit einem ersten Ende, einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei der Sensorträger eine Prüfelektronik mit Funkvorrichtung enthält, der Sensorträger im Hohlraum des Stators angeordnet ist und am ersten Ende und am zweiten Ende jeweils einen Permanentmagneten aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Lufttransformator zur Erzeugung eines Wechselmagnetfelds und zur Übertragung von Energie auf die Prüfelektronik des Sensorträgers enthält und die mindestens drei Permanentmagneten am ersten Ende und am zweiten Ende des Stators und der Permanentmagnet am ersten und am zweiten Ende des Sensorträgers in gleicher Richtung magnetisiert sind, sodass sie repulsive magnetische Lager bilden und der Sensorträger im Hohlraum des Stators frei schwebend gelagert ist.

Description

Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Innenprüfung von nichtmagnetischen, elektrisch nicht leitfähigen Hohlkörpern, die eine große axiale Ausdehnung aufweisen. Ferner ist eine kontinuierliche Prüfung von dieser Art von Hohlkörpern auch während ihres Herstellungsverfahrens möglich. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, dass durch eine Kombination aus magnetischen Gleich- und Wechselfeldern eine aktive Prüfsonde schwebend im Inneren eines Prüflings positioniert und mit Energie versorgt werden kann, auch während der Prüfling über die Sonde hinwegbewegt wird. Die von der Prüfsonde erhobenen Messdaten können via Funkverbindung zur Auswertung an einen Empfänger gesendet werden.
Die 698 25 747 T2 offenbart eine Lagervorrichtung zum passiven Halten eines relativ zu einem anderen Teil beweglichen Teils mittels Magneten, um eine stabile, im wesentlichen reibungsfreie Messung eines Drehmoments in einem Bereich zu bewerkstelligen, in dem konventionelle Lagersysteme vom Instrumentenkugellagertyp eine zu hohe Reibung und ein zu hohes Anfangsdrehmoment aufweisen.
Die DE 10 2009 047 317 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Prüfkörpers, welcher eine sich in Axialrichtung erstreckende Bohrung aufweist, bei dem ein Prüfkopf innerhalb der Bohrung angeordnet ist und sich in Axialrichtung erstreckt.
Im Stand der Technik ist es bislang nicht möglich, eine Innenprüfung von Hohlkörpern mit großer axialer Ausdehnung durchzuführen. Aufgrund der ausgedehnt-länglichen Geometrie dieser Hohlkörper stoßen Prüfverfahren, die auf einer Prüflanze bzw. einer kabelgebundenen Sonde basieren schnell an ihre Grenzen. Ferner sind die bekannten Verfahren mit kabelgebundenen Sonden und Prüflanzen nicht dazu geeignet, eine Innenprüfung von länglichen Hohlkörpern in einer kontinuierlichen Art und Weise während ihres Herstellungsverfahrens durchzuführen (siehe z.B. EP 0 061 078 A2 und DE 696 18 784 T2 ).
Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Innenprüfung von elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörpern bereitzustellen, die dazu geeignet ist, eine Innenprüfung von Prüflingen mit ausgedehnt länglicher Geometrie in einem kontinuierlichen Verfahren während deren Herstellung durchzuführen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und die Verwendung gemäß Anspruch 20. Die anhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Innenprüfung von elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörpern bereitgestellt, wobei die Vorrichtung

a) einen in einer axialen Richtung länglichen Stator mit einem ersten Ende, einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende und einem Hohlraum, wobei der Stator am ersten Ende und am zweiten Ende jeweils mindestens drei Permanentmagneten aufweist; und
b) einen in einer axialen Richtung länglichen Sensorträger mit einem ersten Ende, einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei der Sensorträger eine Prüfelektronik mit Funkvorrichtung enthält, der Sensorträger im Hohlraum des Stators angeordnet ist und am ersten Ende und am zweiten Ende jeweils einen Permanentmagneten aufweist; enthält und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung einen Lufttransformator zur Erzeugung eines Wechselmagnetfelds und zur Übertragung von Energie auf die Prüfelektronik des Sensorträgers enthält und die mindestens drei Permanentmagneten am ersten Ende und am zweiten Ende des Stators und der Permanentmagnet am ersten und am zweiten Ende des Sensorträgers in gleicher Richtung magnetisiert sind, sodass sie repulsive magnetische Lager bilden und der Sensorträger im Hohlraum des Stators frei schwebend gelagert ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber existierenden Vorrichtungen zur Innenprüfung besteht darin, dass keine Einschränkung bzgl. der Länge des zu prüfenden Hohlkörpers (Prüfling) besteht bzw. dass der Prüfling nicht aus dem Verarbeitungs- oder Produktionsfluss herausgenommen werden muss um ihn zu prüfen, sondern kontinuierlich während des Herstellungsverfahrens praktisch „im Vorbeifahren“ geprüft werden kann. Eine Unterbrechung des Herstellungsprozesses für die Qualitätskontrolle des Prüflings ist daher nicht erforderlich. Hieraus ergibt sich ein erhebliches zeitliches sowie handhabungstechnisches Einsparpotential bei der Produktion d.h. das Herstellungsverfahren des Prüflings wird durch die Möglichkeit der einfachen und kontinuierlichen Überprüfung deutlich ökonomischer. Ferner wird durch die Möglichkeit der berührungslosen Positionierung des Prüflings in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die mechanische Beanspruchung des Prüflings sowie der Prüfeinrichtung minimiert.
Der Stator kann zwischen seinem ersten und zweiten Ende, bevorzugt in der Mitte des Stators, eine Anregungsspule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds enthalten, wobei die Anregungsspule in Richtung des ersten Endes und in Richtung des zweites Endes jeweils mindestens eine Differenzspule (Sensorspule) zur Detektion einer Spannung aufweist, und die Anregungsspule und Differenzspulen zusammen einen Differenztransformator ausbilden.
Bevorzugt enthält der Sensorträger zwischen seinem ersten und zweiten Ende einen Kurzschlussring, der besonders bevorzugt in einer Richtung radial zur Achse des Stators gegenüber der Anregungsspule angeordnet ist.
Der Stator kann an seinem ersten und zweiten Ende jeweils mindestens eine Steuerspule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds aufweisen, wobei die mindestens eine Steuerspule am ersten Ende des Sensorträgers in axialer Richtung benachbart zu den mindestens drei Permanentmagneten am ersten Ende des Stators angeordnet ist und die mindestens eine Steuerspule am zweiten Ende des Sensorträgers in axialer Richtung benachbart zu den mindestens drei Permanentmagneten am zweiten Ende des Stators angeordnet ist, wobei die mindestens eine Steuerspule am ersten und zweiten Ende in radialer Richtung benachbart zu mindestens einem am Sensorträger angebrachten Permanentmagnaten angeordnet ist. Die Steuerspule ist durch die Variation des Magnetfeldes der Steuerspulen dazu geeignet, eine feldschwächende oder feldverstärkende Wirkung auf die in axialer Richtung angeordneten Permanentmagnete des Stators auszuüben und somit Einfluss auf die Position des mindestens einen in radialer Richtung angeordneten Permanentmagneten des Sensorträgers zu nehmen. Folglich kann über die Steuerspulen die Position des Sensorträgers im Hohlraum des Stators entlang der Achse des Sensorträgers gesteuert bzw. reguliert werden.
Die mindestens eine Steuerspule wird bevorzugt durch eine zwischen zwei Differenzspulen des Stators abfallende Differenzspannung geregelt.
Die mindestens eine Steuerspule kann am ersten Ende des Sensorträgers mit der mindestens einen Steuerspule am zweiten Ende des Sensorträgers elektrisch seriell verschaltet sein, sodass die mindestens eine Steuerspule am ersten Ende und die mindestens eine Steuerspule am zweiten Ende in keinem Fall (d.h. zu keinem Zeitpunkt) auf die jeweils mindestens drei Permanentmagneten am ersten und zweiten Ende des Stators gleichzeitig feldschwächend oder gleichzeitig feldverstärkend wirken.
Der Sensorträger kann zwischen seinem ersten und zweiten Ende zwei Dämpfungspermanentmagnete enthalten, die radial zur Achse des Sensorträgers auf gegenüberliegenden Seiten des Sensorträgers angeordnet sind. Der Stator kann zwischen seinem ersten und zweiten Ende zwei Dämpfungspermanentmagnete enthalten, die radial zur Achse des Stators auf gegenüberliegenden Seiten des Stators angeordnet sind. Die zwei Dämpfungspermanentmagnete des Sensorträgers bilden hierbei zu den zwei Dämpfungspermanentmagnete des Stators sich gegenseitig anziehende magnetische Lager d.h. sie üben eine magnetische Anziehungskraft aufeinander aus.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform sind die zwei Dämpfungspermanentmagnete des Stators auf einem Stellring angeordnet, der am Stator drehbar um die Achse des Stators gelagert ist. Der Stellring weist hierbei ein Mittel zur Befestigung am Stator auf, bevorzugt eine Schraube mit Schraubgewinde.
Jeweils einer der zwei Dämpfungspermanentmagnete des Stators kann an einem dem Sensorträger zugewandten Ende jeweils eines Dämpfungselements angeordnet sein, wobei das Dämpfungselement bevorzugt ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mechanisch zähen, zur Schwingungsdämpfung geeigneten Materialien, enthält oder daraus besteht. Besonders enthält das Dämpfungselement einen Kunststoffschaum oder besteht daraus.
Der Abstand zwischen den zwei Dämpfungspermanentmagneten des Stators zu den zwei Dämpfungspermanentmagneten des Sensorträgers beträgt bevorzugt einen minimal realisierbaren Abstand, bei dem es zu keinem mechanischen Kontakt zwischen Prüfling und Stator bzw. Sensorträger kommt. Folglich ist der Abstand bevorzugt dergestalt hoch, dass ein mechanischer Kontakt zwischen dem Stator und dem Sensorträger zu einem zwischen Stator und Sensorträger in die Vorrichtung eingebrachten Hohlkörper ausgeschlossen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform enthält der Stator an seinem ersten und/oder zweiten Ende eine mechanische Arretiervorrichtung, wobei die Arretiervorrichtung einen am Stator drehbar gelagerten Arretierring mit mindestens einen Haltearm, bevorzugt mit mindestens drei Haltearmen, aufweist und der Sensorträger einen Haltering enthält. Der mindestens eine Haltearm, bevorzugt die mindestens drei Haltearme, des Stators ist/sind dazu geeignet, den Haltering des Sensors mechanisch zu fixieren.
Der Arretierring ist bevorzugt dazu geeignet ist, durch eine Drehbewegung eine mechanische Fixierung oder Loslösung des mindestens einen Haltearms am Haltering des Sensorträgers zu bewirken. Hierbei ist der Arretierring bevorzugt mit einem elektrischen Motor verbunden, der dazu konfiguriert ist, die Drehbewegung des Arretierrings zu veranlassen.
Der Sensorträger kann eine erste Platine enthalten, welche dazu geeignet ist, die von der Sekundärwicklung erzeugte elektrische Spannung gleichzurichten und zu glätten, wobei die erste Platine bevorzugt zwischen Lufttransformator und Anregungsspule angeordnet ist.
Ferner kann der Sensorträger eine zweite Platine enthalten, welche dazu geeignet ist, die Betriebsspannung der Prüfelektronik zu regeln, wobei die zweite Platine bevorzugt zwischen einer Anregungsspule und der Prüfelektronik angeordnet ist und besonders bevorzugt einen Weitbereichs-Schaltwandler und/oder eine Spannungsüberwachungselektronik enthält.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die Prüfelektronik in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu geeignet, eine Prüfung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optische Prüfung, Ultraschallprüfung, Thermographieprüfung und Mischungen hiervon durchzuführen.
Die Prüfelektronik kann

a) eine Quelle zur Emission von elektromagnetischer Strahlung und/oder Schall, bevorzugt eine Quelle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lichtquelle, Wärmequelle, Ultraschallquelle und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt eine Leuchtdiode; und/oder
b) einen Detektor zur Absorption von elektromagnetischer Strahlung und/oder Schall, bevorzugt einen Detektor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lichtdetektor, Wärmedetektor, Ultraschalldetektor und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt eine Kamera; enthalten.

Der Lufttransformator kann eine Primärwicklung am Stator und eine Sekundärwicklung am Sensorträger aufweisen, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung in einer Richtung radial zum Sensorträger gegenüberliegend angeordnet sind. Zur Spannungsregulierung kann der Sensorträger einen Weitbereichs-Schaltwandler und/oder Spannungsüberwachungselektronik enthalten. Diese sind dazu konfiguriert, den Wandler erst dann einzuschalten, wenn die geglättete Spannung nach dem Gleichrichter stabil ist und die Pufferkondensatoren genügend Ladung gespeichert haben um den Einschaltstrom des Wandlers bereitzustellen. Ein brown-out Zustand wird somit vermieden.
Der Lufttransformator kann mit einem Wechselstromgenerator verbunden sein, wobei der Wechselstromgenerator eine andere Wechselstromfrequenz erzeugt als eine Wechselstromfrequenz für eine Anregungsspule des Stators zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds.
Der Stator weist bevorzugt eine Kompensationswicklung auf, die zwischen dem Lufttransformator und einer Differenzspule angeordnet ist, besonders bevorzugt neben der Differenzspule, wobei die Kompensationswicklung dazu konfiguriert ist, ein zu einer Primärwicklung des Lufttransformators gegenphasiges magnetisches Feld zu erzeugen.
Es wird ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Innenprüfung von elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörpern, vorgeschlagen. Hierbei wird ein zu prüfender elektrisch nichtleitender, nichtmagnetischer Hohlkörper durch einen zwischen Sensorträger und Stator vorliegenden Hohlraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung geführt.
Anhang der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten spezifischen Ausgestaltungsformen einschränken zu wollen.
Bezugszeichenliste

1:: Stator
2:: Sensorträger
3, 4, 5, 4', 5':: Permanentmagnete am Stator
6, 6':: Permanentmagnete am Sensorträger
7:: Anregungsspule am Stator
8, 9:: Differenzspule am Stator
10:: Kurzschlussring am Sensorträger
11, 11':: Steuerspulen am Stator
12, 13:: Permanentmagnete am Sensorträger
14, 15:: Dämpferelemente am Stator
16, 17:: Permanentmagnete am Stator
18:: Stellring am Stator
19:: Schraubverbindung am Stator
20, 21, 22:: Haltearme am Stator
23:: Arretierring am Stator
24:: Primärwicklung des Lufttransformators am Stator
25:: Sekundärwicklung des Lufttransformators am Sensorträger
26:: erste Platine am Sensorträger
27:: zweite Platine am Sensorträger
28:: Prüfelektronik am Sensorträger
29:: Leuchtdioden am Sensorträger
30:: Kompensationswicklung am Stator
31:: Hohlkörper (Prüfling)
32:: Haltering am Sensorträger

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung: den in axialer Richtung länglichen Stator 1. Um den induktiven Einfluss auf die benachbarte Anordnung aus Anregungsspule 7 und Differenzspulen 8, 9 (= Differenztransformator) zu minimieren kann eine nahe am Differenztransformator befindliche Kompensationswicklung 30 ein zum Magnetfeld der Primärwicklung 24 der Energieübertragung gegenphasiges magnetisches Feld erzeugen, welches die Wirkung des ersteren am Ort des Differenztransformators minimiert. Bevorzugt wird die Arbeitsfrequenz des Lufttransformators zur Energieübertragung wird so gewählt, dass sie weit genug entfernt von der Arbeitsfrequenz des Differenztransformators liegt. Dies hat den Vorteil, dass die Funktion des Differenztransformators nicht gestört ist und somit der Differenztransformator präziser arbeitet.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung: ein in axialer Richtung länglichen Sensorträger 2. Die in der Sekundärwicklung 25 des Lufttransformators erzeugte elektrische Spannung wird auf einer am Sensorträger 2 befindlichen Platine 26 gleichgerichtet und geglättet. Auf einer zweiten Platine 27 erfolgt die Regelung der Betriebsspannung der Prüfelektronik 28. Die Prüfelektronik 28 befindet sich an dem Ende des Sensorträgers 2, das dem Lufttransformator (bzw. der Sekundärwicklung 25) abgewandt ist, um die Störung der Prüfelektronik 28 durch elektromagnetische Immissionen des Lufttransformators zu minimieren. Die Prüfelektronik 28 enthält in der hier dargestellten Ausgestaltungsform Leuchtdioden 29 als Lichtquelle und eine Funkkamera als Detektor. Die um die Funkkamera angebrachten Leuchtdioden 29 können den Innenraum des Prüflings beleuchten. Die Videodaten der Funkkamera können drahtlos an einen externen Empfänger übermittelt werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung enthält bzw. besteht aus einem unbeweglichen Stator sowie einem im Inneren des Stators frei schwebenden Sensorträger. Die Permanentmagneten 3, 4, 5, 4', 5' des Stators 1 sowie die Permanentmagneten 6 des Sensorträgers bilden an beiden Enden der Vorrichtung repulsive magnetische Lager, die den Sensorträger frei schwebend tragen. Dabei sind jeweils alle Permanentmagnete 3, 4, 5, 4', 5', des Stators und alle Permanentmagnete 6 des Sensorträgers in gleicher Richtung magnetisiert, so dass diese sich abstoßen. Diese Art von Lagerung des Sensorträgers ist in radialer Richtung von selbst stabil.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einem zu prüfenden elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörper 31 (Prüfling).
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Differenztransformators, der bevorzugt ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Der Differenztransformator ist dazu geeignet, in axialer Richtung unter Verwendung einer elektronischen Regelung um den Punkt des Kräftegleichgewichtes herum aktiv die Position des Sensorträgers 2 in axialer Richtung innerhalb des Stators 1 zu stabilisieren. Zur Erfassung der Position bilden eine Anregungsspule 7 und zwei der Anregungsspule 7 benachbarte Differenzspulen 8, 9 einen Differenztransformator aus, dessen magnetischer Fluss im Inneren den auf dem Sensorträger 2 befindlichen Kurzschlussring 10 durchsetzt. In Abhängigkeit von der axialen Position des Kurzschlussrings wird das von der in der Mitte befindlichen Anregungsspule 7 erzeugte magnetische Wechselfeld in einer der beiden äußeren Differenzspulen 8, 9 stärker geschwächt als in der jeweils anderen, so dass die in den Spulen 8, 9 induzierten Einzelspannungen bei gegenphasiger Addition eine Differenzspannung bilden, die die axiale Ist-Position des Sensorträgers 2 repräsentiert. Die Differenzspannung dient einer elektronischen Regelung der axialen Position des Sensorträgers 2 als Eingangsgröße. Diese ist bestrebt die Ist-Position einer vorgegebenen Sollposition anzugleichen und steuert dazu an den Enden der Vorrichtung befindliche Steuerspulen entsprechend an. Die Steuerspulen schwächen oder verstärken, je nach Richtung des Stromflusses, das durch die am Stator 1 montierten Permanentmagneten erzeugte magnetische Feld.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines magnetischen Lagers, das Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann und zur mechanischen Dämpfung des Sensorträgers 2 in axialer Richtung geeignet ist. Die Permanentmagneten 3, 4, 5 am Stator 1 sind entlang der axialen Richtung des Stators 1 gegenüber einer am Stator 1 montieren Steuerspule 11 angeordnet. Die Steuerspule 11 wird über die Differenzspannung der Differenzspulen elektronisch gesteuert und kann das durch die Permanentmagneten 3, 4, 5 erzeugte magnetische Feld gezielt stärken oder schwächen. Es befindet sich jeweils eine Steuerspule 11 an beiden Enden der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die beiden Steuerspulen 11 sind bevorzugt elektrisch seriell verschaltet und so angeordnet, dass zur gleichen Zeit stets eine feldschwächend und die andere feldverstärkend wirkt. Die resultierende Kraftwirkung auf den bzw. die am Sensorträger befindlichen Permanentmagneten 6 wird genutzt um den Träger in einem axialen Kräftegleichgewicht zu halten und die axiale Position des Sensorträgers im Hohlraum des Stators zu regulieren.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines mechanischen Dämpfers, der bevorzugt ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist und zur mechanischen Dämpfung des Sensorträgers 2 in radialer Richtung und zur Dämpfung von Rotationsbewegungen des Sensorträgers 2 geeignet ist. Bei dem mechanischen Dämpfer erfolgt die Dämpfung über die Kraftwirkung zwischen den am Sensorträger 2 befindlichen Permanentmagneten 12, 13 und den in die Dämpferelemente 14, 15 eingelassenen Permanentmagneten 16, 17 des Stators 1. Jede Bewegung des Sensorträgers 2 zieht eine mechanische Verformung der Dämpferelemente 14, 15 am Stator 1 nach sich, wodurch die Bewegungsenergie des Sensorträgers 2 in thermische Energie umgewandelt wird, die das System verlässt. Die gegenüberliegende Anordnung der Dämpferelemente 14, 15 minimiert die radiale Kraftwirkung auf den Sensorträger 2, so dass dieser nicht aus der Mitte gezogen wird. Neben der Dämpfung erhält der Sensorträger 2 durch die sich anziehenden magnetischen Kräfte zwischen den am Sensorträger 2 befindlichen Permanentmagneten 12, 13 und den am Stator 1 befindlichen Permanentmagneten 16, 17 eine Vorzugsposition in Rotationsrichtung. Da die am Stator befindlichen Permanentmagneten 16, 17 und zugehörige Dämpferelemente 14, 15 an einem rotierbaren Stellring 18 am Stator 1 fixiert sind, kann die Vorzugsposition des Sensorträgers 2 durch Drehen des Stellrings 18 variiert werden. Ist eine Vorzugsposition gefunden, kann diese mithilfe der Schraubverbindung 19 fixiert werden.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Arretiervorrichtung, die bevorzugt ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist und zur Fixierung des Sensorträgers 2 bei abgeschalteter axialer Positionsregelung geeignet ist. Die Arretiervorrichtung verhindert eine Bewegung des Sensorträgers 2 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung innerhalb des Hohlraums des Stators 1. Die Arretierungseinrichtung ist dazu geeignet, den Sensorträger 2 an einem Haltering 32 des Sensorträgers 2 mit drei Haltearmen 20, 21, 22 des Stators zu greifen. Bevorzugt sind die drei Haltearme 20, 21, 22 auf einem Arretierring 23 drehbar am Stator 1 angeordnet. Beim Öffnen und Schließen der Arretiervorrichtung sind die Haltearme 20, 21, 22 dazu geeignet, eine Bewegung ähnlich einer fotografischen Blende auszuführen. Beispielsweise wird hierzu der Arretierring 23 im Uhrzeigersinn gedreht. Diese Bewegung kann von Hand oder z.B. durch einen Servomotor ausgeführt werden. Die Fixierung kann erfolgen während die axiale Positionsregelung aktiv ist und verändert im Idealfall die Position des Sensorträgers 2 nicht bis nur minimal, um auch im arretierten Zustand den Sensorträger 2 innerhalb des Fangbereiches der axialen Positionsregelung zu halten. Nach Abschalten der axialen Positionsregelung verhindert die Arretiervorrichtung, dass der Sensorträger 2 durch die abstoßenden Kräfte der repulsiven magnetischen Lager der Vorrichtung unkontrolliert aus dem Stator 1 katapultiert wird. Nach Wiederaufnahme des Betriebs der axialen Positionsregelung kann die mechanische Fixierung zwischen Sensorträger 2 und Stator 1 wieder gelöst werden, beispielsweise durch Drehen des Arretierrings 23 entgegen des Uhrzeigersinns.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Lufttransformators, der Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist und zur drahtlosen Energieübertragung an den Sensorträger 2 dient. Der Luftransformator besteht aus einer Primärwicklung 24 am Stator 1 und einer Sekundärwicklung 25 am Sensorträger 2.

Claims

Vorrichtung zur Innenprüfung von elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörpern, enthaltend a) einen in einer axialen Richtung länglichen Stator mit einem ersten Ende, einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende und einem Hohlraum, wobei der Stator am ersten Ende und am zweiten Ende jeweils mindestens drei Permanentmagneten aufweist; und b) einen in einer axialen Richtung länglichen Sensorträger mit einem ersten Ende, einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende, wobei der Sensorträger eine Prüfelektronik mit Funkvorrichtung enthält, der Sensorträger im Hohlraum des Stators angeordnet ist und am ersten Ende und am zweiten Ende jeweils einen Permanentmagneten aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Lufttransformator zur Erzeugung eines Wechselmagnetfelds und zur Übertragung von Energie auf die Prüfelektronik des Sensorträgers enthält und die mindestens drei Permanentmagneten am ersten Ende und am zweiten Ende des Stators und der Permanentmagnet am ersten und am zweiten Ende des Sensorträgers in gleicher Richtung magnetisiert sind, sodass sie repulsive magnetische Lager bilden und der Sensorträger im Hohlraum des Stators frei schwebend gelagert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator zwischen seinem ersten und zweiten Ende, bevorzugt in der Mitte des Stators, eine Anregungsspule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds enthält, wobei die Anregungsspule in Richtung des ersten Endes und in Richtung des zweites Endes jeweils mindestens eine Differenzspule zur Detektion einer Spannung aufweist, und die Anregungsspule und Differenzspulen zusammen einen Differenztransformator ausbilden.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger zwischen seinem ersten und zweiten Ende einen Kurzschlussring enthält, der bevorzugt in einer Richtung radial zur Achse des Stators gegenüber der Anregungsspule angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator an seinem ersten und zweiten Ende jeweils mindestens eine Steuerspule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds aufweist, wobei die mindestens eine Steuerspule am ersten Ende des Sensorträgers in axialer Richtung benachbart zu den mindestens drei Permanentmagneten am ersten Ende des Stators angeordnet ist, die mindestens eine Steuerspule am zweiten Ende des Sensorträgers in axialer Richtung benachbart zu den mindestens drei Permanentmagneten am zweiten Ende des Stators angeordnet ist und wobei die mindestens eine Steuerspule am ersten und zweiten Ende in radialer Richtung benachbart zu mindestens einem am Sensorträger angebrachten Permanentmagneten angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuerspule durch eine zwischen zwei Differenzspulen des Stators abfallende Differenzspannung geregelt wird.
Vorrichtung gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuerspule am ersten Ende des Sensorträgers mit der mindestens einen Steuerspule am zweiten Ende des Sensorträgers elektrisch seriell verschaltet ist, sodass die mindestens eine Steuerspule am ersten Ende und die mindestens eine Steuerspule am zweiten Ende in keinem Fall auf die jeweils mindestens drei Permanentmagneten am ersten und zweiten Ende des Stators gleichzeitig feldschwächend oder gleichzeitig feldverstärkend wirken.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger zwischen seinem ersten und zweiten Ende zwei Dämpfungspermanentmagnete enthält, die radial zur Achse des Sensorträgers auf gegenüberliegenden Seiten des Sensorträgers angeordnet sind und der Stator zwischen seinem ersten und zweiten Ende zwei Dämpfungspermanentmagnete enthält, die radial zur Achse des Stators auf gegenüberliegenden Seiten des Stators angeordnet sind, wobei die zwei Dämpfungspermanentmagnete des Sensorträgers zu den zwei Dämpfungspermanentmagnete des Stators sich gegenseitig anziehende magnetische Lager bilden.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Dämpfungspermanentmagnete des Stators auf einem Stellring angeordnet sind, der am Stator drehbar um die Achse des Stators gelagert ist, wobei der Stellring ein Mittel zur Befestigung am Stator aufweist, bevorzugt eine Schraube mit Schraubgewinde.
Vorrichtung gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einer der zwei Dämpfungspermanentmagnete des Stators an einem dem Sensorträger zugewandten Ende jeweils eines Dämpfungselements angeordnet ist, wobei das Dämpfungselement bevorzugt ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mechanisch zähen, zur Schwingungsdämpfung geeigneten Materialien, enthält oder daraus besteht, besonders bevorzugt Kunststoffschaum enthält oder daraus besteht.
Vorrichtung gemäß einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Dämpfungspermanentmagneten des Stators zu den zwei Dämpfungspermanentmagneten des Sensorträgers dergestalt hoch ist, dass ein mechanischer Kontakt zwischen dem Stator und dem Sensorträger zu einem zwischen Stator und Sensorträger in die Vorrichtung eingebrachten Hohlkörper ausgeschlossen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator an seinem ersten und/oder zweiten Ende eine mechanische Arretiervorrichtung enthält, wobei die Arretiervorrichtung einen am Stator drehbar gelagerten Arretierring mit mindestens einen Haltearm, bevorzugt mit mindestens drei Haltearmen aufweist und der Sensorträger einen Haltering enthält, wobei der mindestens eine Haltearm des Stators dazu geeignet ist, den Haltering des Sensors mechanisch zu fixieren.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretierring dazu geeignet ist, durch eine Drehbewegung eine mechanische Fixierung oder Loslösung des mindestens einen Haltearms am Haltering des Sensorträgers zu bewirken, wobei der Arretierring bevorzugt mit einem elektrischen Motor verbunden ist, der dazu konfiguriert ist, die Drehbewegung des Arretierrings zu veranlassen.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger eine erste Platine enthält, welche dazu geeignet ist, die von einer Sekundärwicklung des Lufttransformators erzeugte elektrische Spannung gleichzurichten und zu glätten, wobei die erste Platine bevorzugt zwischen Lufttransformator und Anregungsspule angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger eine zweite Platine enthält, welche dazu geeignet ist, die Betriebsspannung der Prüfelektronik zu regeln, wobei die zweite Platine bevorzugt zwischen einer Anregungsspule und der Prüfelektronik angeordnet ist und besonders bevorzugt einen Weitbereichs-Schaltwandler und/oder eine Spannungsüberwachungselektronik enthält.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfelektronik dazu geeignet ist, eine Prüfung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optische Prüfung, Ultraschallprüfung, Thermographieprüfung und Mischungen hiervon durchzuführen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfelektronik a) eine Quelle zur Emission von elektromagnetischer Strahlung und/oder Schall enthält, bevorzugt eine Quelle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lichtquelle, Wärmequelle, Ultraschallquelle und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt eine Leuchtdiode; und/oder b) einen Detektor zur Absorption von elektromagnetischer Strahlung und/oder Schall enthält, bevorzugt einen Detektor ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lichtdetektor, Wärmedetektor, Ultraschalldetektor und Mischungen hiervon, besonders bevorzugt eine Kamera.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufttransformator eine Primärwicklung am Stator und eine Sekundärwicklung am Sensorträger aufweist, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung in einer Richtung radial zum Sensorträger gegenüberliegend angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufttransformator mit einem Wechselstromgenerator verbunden ist, wobei der Wechselstromgenerator eine andere Wechselstromfrequenz erzeugt als eine Wechselstromfrequenz für eine Anregungsspule des Stators zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator eine Kompensationswicklung aufweist, die zwischen dem Lufttransformator und einer Differenzspule angeordnet ist, besonders bevorzugt neben der Differenzspule, wobei die Kompensationswicklung dazu konfiguriert ist, ein zu einer Primärwicklung des Lufttransformators gegenphasiges magnetisches Feld zu erzeugen.
Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Innenprüfung von elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Hohlkörpern, wobei ein zu prüfender elektrisch nichtleitender, nichtmagnetischer Hohlkörper durch einen zwischen Sensorträger und Stator vorliegenden Hohlraum geführt wird.