DE3821070A1 - Vorrichtung fuer die nicht-zerstoerende untersuchung von langgestreckten, magnetisch leitenden elementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die nicht-zerstörende Untersuchung von langgestreckten, magnetisch leitenden Elementen und dient insbesondere dazu, auf nicht-zerstörender Weise die Gleich­ mäßigkeit und den Zustand eines Elementes zu überprüfen, wie bei­ spielsweise eines Drahtseils, einer metallischen Rohrleitung oder einer Stange, welche aus magnetisch leitendem Material bestehen.

Aus Sicherheitsgründen ist es unbedingt erforderlich, in der Lage zu sein, den Zustand von Drahtseilen und Hebezeugen zu überprüfen, wel­ che für lasttragende Zwecke gedacht sind, wie beispielsweise für För­ derkörbe in Schachtanlagen von Bergwerken, um zu gewährleisten, daß beispielsweise bei einem Seil aus vielen Strängen kein Bruch irgend­ eines der Drähte aufgetreten ist, welcher zu einer Schwächung des Drahtseiles an dem Punkt des Bruches führen würde. Es ist ferner ebenfalls notwendig, sicherzustellen, daß keine Verschlechterung innerhalb des Drahtseils aufgrund von Korrosion oder Verschleiß auf­ tritt. Normalerweise wird das Drahtseil geölt oder mit Schmierfett bei der Herstellung beladen, es kann jedoch trotzdem zum Eintreten von Feuchtigkeit kommen, welche zu lokalen Verrostungen innerhalb des Drahtseils führt, wodurch die Stränge des Drahtseils geschwächt werden, was letztlich zum Bruch führen kann. Diese Art der Korrosion ist normalerweise bei einer Sichtinspektion nicht erfaßbar und es ist notwendig, das Drahtseil durch irgendein anderes Verfahren zu über­ prüfen, um feststellen zu können, ob Korrosion oder eine Verschlech­ terung auftritt.

Zu diesem Zweck sind nach dem Stand der Technik Vorschläge bekannt, um den Zustand von langgestreckten, magnetisch leitenden Elementen zu überprüfen, wobei magnetische Sensoren verwendet werden und wobei beispielsweise ein derartiges System in dem britischen Patent 15 39 313 beschrieben ist. Bei dieser bekannten Konstruktion ist ein Magnet mit rohrförmigen Polstücken vorgesehen, durch welche das Drahtseil hindurchgezogen wird, und es sind in den Polstücken Hall- Effektsensoren eingebaut, um den erzeugten Magnetfluß aufzunehmen und um Modulationen das Magnetflusses zu entdecken, welche aufgrund von Unregelmäßigkeiten im Magnetpfad,der durch das Drahtseil gebil­ det ist, zu erfassen.

Ein anderes Beispiel ist in dem europäischen Patent 02 39 537 be­ schrieben, bei welcher zwei Stapel aus Permanentmagneten magneti­ sche Felder erzeugen, die einander entgegengesetzt sind und welche das zwischen ihnen hindurchgezogene Drahtseil magnetisieren. Fehler in dem Drahtseil werden durch Überwachung der Änderungen der Magnet­ flüsse erfaßt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Form der nicht-zerstörenden Untersuchung von Drahtseilen vorgeschlagen, wobei magnetische Vorrichtungen verwendet werden, bei denen keine Hall-Effekteinrichtungen in Verbindung direkt mit den Polstücken eines Magneten verwendet werden, sondern bei denen diese Vorrichtun­ gen für eine sehr viel wirksamere Betriebsweise zentraler angeord­ net sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung für die nicht-zerstörende Untersuchung von langgestreckten, magnetisch leitenden Elementen im wesentlichen dadurch gelöst, daß ein Gehäuse mit zwei mit Angeln miteinander verbundenen Teilen vorgesehen ist, wobei das Gehäuse ein Paar von Magnetpolen enthält, welche im gleichen Abstand um ein zu untersuchendes Element angeordnet sind, wobei gleiche Pole ein­ ander diametral gegenüberliegend angeordnet sind und erste und zwei­ te Sensoreinrichtungen das Element umgebend und zwischen den Polen der Magneteinrichtung vorgesehen sind.

Die erste Sensoreinrichtung kann Wicklungen enthalten, welche sich um das Element erstrecken und welche lokale Fehlstellen in dem Ele­ ment erfassen.

Die Wicklung kann entweder sattelförmig oder zweckdienlicherweise nierenförmig ausgebildet sein und eine große Vielzahl von Windungen enthalten.

Die zweite Sensoreinrichtung schließt zweckdienlicherweise eine Viel­ zahl von Hall-Effektsensoren ein, welche radial um das Element herum angeordnet sind, um Flux-Änderungen zu erfassen, welche Korrosion oder Verschleiß innerhalb des Körpers des Elementes anzeigen. Die zweite Sensoreinrichtung ist vorzugsweise zwischen den in Längsrich­ tung im Abstand liegenden Bauteilen der ersten Sensoreinrichtung an­ geordnet, wobei beide Sensoreinrichtungen zwischen den Polstücken des Paares magnetischer Einrichtungen liegen.

Jede der Sensoreinrichtungen kann an eine entsprechende Anzeige oder Aufzeichnungseinrichtung, beispielsweise einen Kassettenrecorder oder einen Schreiber angeschlossen sein. Zusätzlich oder alternativ hier­ zu kann eine direkte Anzeige vorgesehen sein, so daß eine visuelle Anzeige erfolgt, sobald eine Fehlstelle erfaßt wird.

Das zu untersuchende Element wird im Betrieb bezüglich der Vorrich­ tung vorbeibewegt und es kann notwendig sein, Vorrichtungen vorzuse­ hen, um die Geschwindigkeit der Bewegung auszugleichen, wobei bei­ spielsweise Einrichtungen verwendet werden können, mit entsprechen­ den Schaltungen, die an die Sensoreinrichtungen angeschlossen sind, oder eine mechanische Einrichtung, wie beispielsweise eine Rolle oder ein Rad, welches durch das sich bewegende Element angetrieben wird, und dazu verwendet werden kann, ein Signal zu erzeugen, wel­ ches den angezeigten Output von der Geschwindigkeit des Elements bezüglich der Vorrichtung unabhängig macht.

Das Paar magnetischer Einrichtungen kann durch Permanentmagnete oder durch Gleichstromelektromagnete gebildet sein.

Die magnetischen Einrichtungen können mit den Sensoreinrichtungen in einem in Angel gelagerten Bauteil angeordnet werden, um über ein zu untersuchendes Element geklappt zu werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen bei­ spielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert. Die Aus­ führungsform in den Zeichnungen dient der Untersuchung der Qualität von aus Stahldraht bestehenden Drahtseilen, die zur Aufhängung von Förderkörben in der Schachtanlage eines Kohlebergwerks verwendet werden.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung in ihrer Lage an einem zu untersuchenden Seil;

Fig. 2 eine geschnittene Endansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht in der Ebene längs III-III von Fig. 1;

Fig. 4 eine stark schematische Darstellung der Vorrichtung an ihrer Stellung auf dem Seil;

Fig. 5 und 6 zwei Formen von Windungen in schematischer Darstel­ lung, wie sie in der ersten Sensoreinrichtung verwendet wer­ den und

Fig. 7 eine Wellenform, welche erzeugt wird, wenn eine Bruchstelle eines Drahtes in dem Drahtseil auftritt.

Wie in den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 1, 2 und 3 ver­ anschaulicht, weist die Vorrichtung ein Gehäuse i auf, welches in zwei Hälften 2, 3 geteilt ist, die bei 4 an einer Seite in Angeln miteinander verbunden sind und auf der anderen Seite durch schnell lösbare Riegel aneinander gehalten sind. Die Vorrichtung 1 ist an einer Basis 7 befestigt, und ein Drahtseil 8 kann durch die Vorrich­ tung hindurchgeleitet werden.

An der Oberhälfte des Gehäuses 2 ist ein abgefederter Arm 10 befestigt, welcher bei 11 an einem Träger 12 schwenkbar gelagert ist. Der Arm 10 trägt ein Rad oder eine Rolle 13, welche profiliert ist und auf der Oberfläche des untersuchten Drahtseils 8 läuft und sich dreht, wenn das Drahtseil durch die Vorrichtung 1 geleitet wird. Das Rad ist mit einem Wellenkodierer im unteren Teil des Arms 10 bei 14 verbunden und der Kodierer sendet elektrische Signale über ein flexibles Kabel 15 zu einer Auslaßbuchse 16. Kabel (nicht dargestellt) sind mit der Aus­ laßbuchse 16 verbunden, so daß Signale, welche den Durchgang des Ka­ bels durch die Vorrichtung anzeigen, abgenommen und aufgezeichnet wer­ den können.

Im Inneren der Gehäuseteile 2 und 3 ist eine Anordnung von Magneten vorgesehen, welche in der Hälfte 2 im wesentlichen aus Südpolmagne­ ten in der Ansicht von Fig. 3 am linken Ende und Nordpolmagneten am rechten Ende besteht. Hierzu spiegelverkehrt ist die magnetische An­ ordnung in der Oberhälfte 3, so daß sämtliche Südpole in Richtung des linken Endes in der Ansicht von Fig. 3 und sämtliche Nordpole zum rechten Ende der Vorrichtung liegen. Die Anordnung ist besser aus der schematischen Ansicht gemäß Fig. 4 ersichtlich. Die Südpole sind durch das Bezugszeichen 20 und die Nordpole durch das Bezugszei­ chen 21 bezeichnet.

Zwischen den Süd- und Nordpolen jeder der Polstücke sind erste Sen­ soreinrichtungen 22 angeordnet, welche aus Induktionswicklungen aus vielen hundert Drahtwindungen bestehen, welche dicht um das Seil 8 passen. Die Form der Windungen kann, wie in Fig. 5 veranschaulicht, als sattelförmige Windung oder, wie in Fig. 6 veranschaulicht, als nierenförmige Windung ausgebildet sein. Der Zweck der speziellen Form der Windungen liegt darin, daß die beiden Hälften 2 und 3 an den Angeln 4 voneinander getrennt werden können, wenn die Vorrich­ tung offen ist, um es zu ermöglichen, ein Drahtseil einzuführen oder auszuführen.

Zweite Sensoreinrichtungen, welche Hall-Sensorvorrichtungen 23 mit den dazugehörigen Schaltungen enthalten, sind in der Mitte der Vor­ richtung 1 das Drahtseil 8 umgebend vorgesehen. Das Ausgangssignal von den Sensoreinrichtungen 22 und 23 wird einer Endausgangseinheit 24 (Fig. 1) zugeleitet, um den Anschluß an eine Aufzeichnungsein­ richtung zu ermöglichen.

Die Sensoreinrichtungen messen den magnetischen Fluß, welcher in Längsrichtung außerhalb des Drahtseils fließt und messen wirksam ebenfalls die metallische Querschnittsfläche des Drahtseils. Diese Messung wird verwendet, um den Grad des Verschleisses oder der Kor­ rosion in dem Drahtseil festzustellen, da Variationen des Magnet­ flusses überwacht werden. Die Flußwege zwischen den magnetischen Polen 20, 21 liegen beide in der gleichen Richtung innerhalb des Drahtseils und diese Wege sind in Fig. 4 mit 26 bezeichnet.

Im Betrieb wird der Riegel 6 geöffnet, um es zu ermöglichen, daß ein Drahtseil in die Vorrichtung 1 eingeführt wird, und die beiden Hälf­ ten 2, 3 werden dann um die Angeln zusammen bewegt und aneinander befestigt. Ausgehend von einer gegebenen Null-Lage wird das Draht­ seil dann mit einer stetigen und kontinuierlichen Geschwindigkeit durch die Vorrichtung bewegt und mittels zweckdienlicher, an die Auslässe 16 und 24 angeschlossener Instrumente wird jede Änderung des Flußpfades durch das Drahtseil durch eine Verzerrung des das Drahtseil umgebenden magnetischen Felds erfaßt, welche durch eine der ersten Sensoreinrichtungen 22 erfaßt wird. Falls eine Bruch­ stelle in einem der Drähte des Drahtseils vorliegt, führt diese zu einem Impuls in der Wellenform, wie diese in Fig. 7 angedeutet ist, auf welche nun bezug genommen wird. In Fig. 7 sind die beiden Enden 30 eines Drahtes in dem Drahtseil durch eine Bruchfläche 31 voneinander getrennt dargestellt. Die unter den Enden 30 bei 32 dar­ gestellte Wellenform ist als auf beiden Seiten der Bruchstelle kon­ stant gezeigt, wird jedoch als Ausschlag 33 erscheinen, wenn die Bruchstelle 31 auftritt. Die Position jeder Bruchstelle wird da­ durch ermittelt, daß die Länge des Drahtseils, welche die Vorrich­ tung 1 durchläuft, durch die Anzahl der Drehungen aufgezeichnet wird, welche das Rad 13 durchgeführt hat und welche durch den Wel­ lenkodierer 14 aufgenommen und in Form eines elektrischen Signals zu der Aufzeichnungseinrichtung gesendet wurde, um den genauen Ort der Bruchstelle innerhalb des Drahtseils festzustellen, welcher dann markiert werden kann.

Gleichermaßen überwachen die zweiten Sensoreinrichtungen 23 Änderun­ gen des magnetischen Flusses auf der Außenseite des Drahtseils und ein die metallische Querschnittsfläche darstellendes Signal wird von den Hall-Sensoren erhalten. Falls der metallische Querschnitt des Drahtseils konstant bleibt und keine Korrosion oder Rost vorliegt, ergibt der Flußpfad ein konstantes Ausgangssignal. Falls jedoch eine Verrostung oder eine Korrosion im Inneren des Drahtseils aufgetreten ist, wird dieser Flußpfad geändert und die Änderung des äußeren Flus­ ses, welche durch die Hall-Sensoren erfaßt wird, wird aufgezeichnet und überwacht. Dies wird dann wiederum zur Länge des die Vorrichtung durchlaufenden Drahtseils in Beziehung gesetzt und es kann eine Schätzung vorgenommen werden, ob die Korrosion ausreichend stark ist, um das Drahtseil für eine weitere Verwendung unsicher zu machen oder ob dieses weiterhin verwendet werden kann.

Falls erforderlich, kann die Aufzeichnungseinrichtung derart ausge­ bildet sein, daß sie eine Markiereinrichtung auslöst, welche eine Mar­ kierung an dem Drahtseil im entsprechenden Bereich anbringt, wo eine Bruchstelle oder eine Korrosion erfaßt wurde.

Führungen 28 sind in der Vorrichtung vorgesehen, um zu gewährleisten, daß das Drahtseil genau zwischen den Magnetpolen 20 und 21 und den Sensoreinrichtungen 22, 23 positioniert wird. Die Führungen 28 be­ stehen vorzugsweise aus nicht-magnetischem Material mit ausgesprochen niedrigen Reibungskoeffizienten, was gewährleistet, daß der beim Ziehen ausgeübte Widerstand durch die Vorrichtung stetig ist.

Die magnetische Stärke der Polstücke 20, 21 wird derart gewählt, daß die Fläche des Seils innerhalb der Vorrichtung im wesentlichen magne­ tisch gesättigt ist. Die magnetischen Einrichtungen können entweder Permanentmagneten oder durch Gleichstrom erregte Magneten sein. Da die Vorrichtung 1 in zwei Hälften mit der Angelanordnung 4 ausgebil­ det ist, ist offensichtlich, daß die Vorrichtung leicht an einem Drahtseil angebracht werden kann, ohne daß das Ende des Drahtseils durch die Vorrichtung hindurchgefädelt werden muß. Dies ist beson­ ders zweckdienlich, wenn nur bestimmte Bereiche eines Drahtseils auf Korrosion oder auf Bruchstellen untersucht werden sollen, da die Vor­ richtung leicht in dem gewählten Bereich angebracht werden kann, oh­ ne daß viele Meter des Drahtseils durch die Vorrichtung hindurchge­ leitet werden müssen, um unnotwendigerweise untersucht zu werden.

Durch die Vorrichtung ist es weiterhin möglich, über den Zustand des untersuchten Drahtseils Aufzeichnungen zu machen, so daß regelmäßige Untersuchungen aufgezeichnet und verglichen werden können, was einen erheblichen Sicherheitsfaktor darstellt.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen her­ vorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können so­ wohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesent­ lich sein.

Claims (12)

1. Vorrichtung für die nicht-zerstörende Untersuchung von langge­ streckten, magnetisch leitenden Elementen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Gehäuse (1) mit zwei in Angeln (4) verbundenen Teilen (2, 3) aufweist, daß das Ge­ häuse (1) ein Paar magnetischer Pole (20, 21) enthält, welche der­ art angeordnet sind, daß sie im gleichen Abstand zu einem zu unter­ suchenden Element (8), dieses umgebend, liegen, wobei gleiche Pole diametral gegenüberliegend angeordnet sind, und daß eine erste Sen­ sorvorrichtung (22) und eine zweite Sensorvorrichtung (23) das Ele­ ment (8) umgeben und zwischen den Polen (20, 21) der Magneten ange­ ordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ ste Sensoreinrichtung (22) Wicklungen enthält, welche das Element (8) umgeben und welche örtliche Fehlstellen in dem Element (8) er­ fassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung eine sattelförmige Gestalt aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung eine nierenförmige Gestalt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Sensoreinrichtung (22) Wicklungen mit einer großen Vielzahl von Windungen enthält.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Sensoreinrichtung (23) eine Vielzahl von Hall-Effektsensoren enthält, welche radial um das Element (8) ange­ ordnet sind, um Flux-Änderungen, welche eine Anzeige für Korrosion oder Verschleiß innerhalb des Elementes (8) anzeigen, zu erfassen.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Sensoreinrichtung (23) zwischen in Längsrichtung im Abstand angeordneten Bauteilen der ersten Sensor­ einrichtung (22) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Sensoreinrichtungen (22, 23) in Längsrich­ tung zwischen den Polstücken (20, 21) des Paares von magnetischen Vorrichtungen angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Meßeinrichtungen (10, 11, 12, 13, 14) zum Messen des Längenabschnittes des Elementes (8), welcher die Vorrichtung passiert hat, vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen eine Rolle (13) aufweisen, welche in Eingriff mit dem Element (8) steht und durch Bewegung des Elementes gedreht wird, wobei die Rolle (13) mit einem Wellenkodierer verbunden ist, der derart angeordnet ist, daß er ein elektrisches Signal an eine Aufzeichnungs- oder Überwachungseinrichtung sendet, dessen Größe von dem Betrag der Drehbewegung der Rolle abhängt.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Auslaßeinrichtungen (16, 24) vorgesehen sind, wel­ che dem Anschluß einer Anzeige oder Aufzeichnungseinrichtung oder einer direkten Darstellungseinrichtung dienen.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Führungseinrichtungen (28) vorgesehen sind, um das Element (13)in dem Gehäuse der Vorrichtung während der Bewegung des Elementes durch die Vorrichtung korrekt zu positionieren.