Entwicklung einer Einrichtung zur Prüfung von Förderseilen nach dem magnetinduktiven Verfahren PDF
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DK 620.179.1421622.673.6 FORSCH U NGSB ER ICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben durch das Kultusministerium Nr. 954 Dipl.-Ing. Helmut Grupe Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochurn Entwicklung einer Einrichtung zur Prüfung von Förderseilen nach dem magnetinduktiven Verfahren Als Manuskript gedruckt WESTDEUTSCHER VERLAG / KOLN UND OPLADEN 1961 ISBN 978-3-663-03610-4 ISBN 978-3-663-04799-5 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-04799-5 G 1 i e der u n g . .. 1. Einleitung. S. 5 . . . . . . . . . . . . s. 2. Allgemeines 7 .~ s. 2.1 Prinzip '1 2.2 Dipoltheorie S. 13 2.3 Mängel des bisherigen elektromagnetischen Prüf- gerätes S. 15 2.4 Anlaß und AufgabensteIlung zur Entwicklung einer neuen Prüfeinrichtung S. 16 3. Entwicklungsarbeiten . S. 16 3.1 Elektromagnet S. 16 3.11 Einfluß der Erregerstromstärke S. 17 3.2 Meßspule .• • ••.•.• S. 18 3.21 Einfluß der Windungszahl S. 18 3.22 Einfluß der Spulenbreite S. 23 3.23 Auf teilung der Meßspule in zwei Teilspulen S. 25 3.24 Auf teilung der Meßspule in vier Teilspulen S. 28 3.25 Versuche mit der 4-Teilspulen-Anordnung S. 31 3.251 Einfluß der Spulenbreite •..• S. 31 3.252 Einfluß des Luftspaltes zwischen Meßspule und Seil S. 32 3.26 Untersuchungen an einem Stangenbündel S. 34 3.261 Einfluß der Sp~ltweite eines Drahtbruches auf die Amplitude des Ausschlages •••• S. 35 3.262 Einfluß der Spaltweite eines Drahtbruches auf die Breite des Ausschlages S. 37 3.263 Gegenseitige Beeinflussung mehrerer be nachbarter Drahtbrüche in einem Seilquer- schni tt . • . . • . . • . S. 40 3.264 Gegenseitige Beeinflussung mehrerer seit- . . . lich verschobener Drahtbrüche • . • S. 40 s. 3.265 Einfluß der Lage des Drahtbruches im Seil 43 3.266 Errechnung der ~ur Erkennung im Diagramm erforderlichen Schwächung (Querschnitts- verlust) eines Seiles •. S. 44 3.27 Errechnung des Störpegeleinflusses auf die zur Erkennung im Diagramm erforderliche Schwächung (Querschnittsverlust) eines Seiles •.•••• S. 46 3 Seite 3.3 Verstärkungsregelung · · · · · · · · · · · · · · · · s. 47 3·31 Gründe für die automatisch wirkende Verstär- kungsregelung · · · · · · · · · · · · s. 47 3.32 Beschreibung des Regelverstärkers · · · · · s. 48 3·33 Beschreibung des Eichkreises · · · · s. 52 3·4 Vorschubregelung des Registriergerätes · · · · · s. 52 3·5 Weg- und Zeitmarkierung · · · · · · · · · · · s. 54 4. Die neue elektromagnetische Prüfeinrichtung der Seil- . prüfstelle Bochum · · · · · · · · · · · · · · s. 55 4·1 Ausführung und Beschreibung · · · · · s. 55 5· Meß- und Auswerteverfahren · · · · s. 58 5·1 Durchführung einer elektromagnetischen Prüfung an einem Förderseil · · · · · · · · · · · · · · S. 58 5·2 Auswertung und Beurteilung der Diagramme · S. 60 5·21 Gesundes Seil · · · · · · · · · S. 60 5·22 Drahtbrüche · · · · · · s. 61 5·23 Rost · · · · · · · · S. 63 5·24 Äußerer Verschleiß und DruckstelIen im Seil S. 65 5·25 Verformungen des Seiles · · · · · · · · · · S. 68 5.251 Schraubenartige Verformungen (Korken- zieher) · · · · S. 68 5.252 Durchmesseränderungen · · · · · · s. 68 6. Zusammenfassung · · · · · · s. 68 7· Literaturverzeichnis · · · · · · · · · · s. 71 Seite 4 1. Einleitung Förderseile werden im wesentlichen bisher auf Grund äußerer Besichtigung beurteilt. Äußere Drahtbrüche, d.h. Drahtbrüche, die sich an der Ober fläche des Seiles befinden, können im allgemeinen durch Augenschein wahrgenommen werden. Außerdem gibt es verschiedene dem Sachverständigen geläufige Kennzeichen zur Beurteilung eines Seiles. So stellt man z.B. fest, wie stark die Außendrähte verrostet oder verschlissen sind und prüft den Zustand der Flechtung und Änderungen des Seildurchmessers so wie der Schlaglänge der einzelnen Litzen an verschiedenen Stellen des Seiles. Auf den Zustand im Seilinnern kann der Prüfende von der Be schaffenheit der Seiloberfläche ausgehend Rückschlüsse ziehen. Bis zu einem gewissen Grade läßt sich in manchen Fällen auch durch Abklopfen mit einem Hammer auf den inneren Zustand eines Seiles schließen. In Zweifelsfällen läßt der Prüfende das Seil aufdrehen oder veranlaßt das Herausschlagen eines äußeren Drahtes, um allseitig diesen Draht und die dann sichtbare Oberfläche eines Drahtes der nächsten, tieferen Draht lage in der Drahtbruchlücke beurteilen zu können. Die Anwendung dieser, unter Umständen recht umständlichen Verfahren, ist jedoch nur stellen weise am Seil möglich und erlaubt daher nicht immer die sichere Beurtei lung des Seiles über seine ganze Länge. Förderseile gewöhnlicher Mach art, die im allgemeinen aus sechs um einen Hanfkern geschlagenen Litzen bestehen (Abb. 1), lassen sich durchweg durch die visuelle Prüfung hin reichend genau beurteilen, da ein großer Teil der Drähte (die Außen drähte der Litzen) nach jeder Schlaglänge wieder an die Seiloberfläche tritt. Drahtbrüche im Innern des Seiles verursachen meistens auch äußere Drahtbrüche oder machen sich gelegentlich außen durch Lockerwerden der äußeren Drahtlage bemerkbar. In den letzten Jahren werden, bedingt durch die Erhöhung der Nutzlast und durch Förderung aus größeren Teufen, Förderseile komplizierter Mach arten häufiger verwendet. Auf die Vor- und Nachteile dieser Macharten wird hier, da nicht zum Zweck der Arbeit gehörend, nicht eingegangen. Diese Seile können durch die äußere Besichtigung und Prüfung allein nicht einwandfrei beurteilt werden. Sie bestehen, wie zum Beispiel die dreilagigen Flachlitzenseile, aus mehreren übereinander liegenden Litzen lagen (Abb. 2). Infolge der besonderen Litzenanordnung bleibt der überwiegende Teil der Drähte dem Auge des Prüfenden verschlossen. Sei te 5 A b b i I dun g 1 Seil gewöhnlicher Machart A b b i I dun g 2 Dreilagiges Flachlitzenseil In nachstehender Tabelle ist der Anteil der Außendrähte am gesamten me tallischen Querschnitt für ein gewöhnliches Rundlitzenseil ( 6 x 37 x 2,8), ein Dreikantlitzenseil mit zwei Lagen Runddrähten in den Litzen über dem Kern und für ein dreilagiges Flachlitzenseil (4 + 5 + 7 Litzen) zum Vergleich wiedergegeben. Als Beispiel ist ein Seil von 62 mm ~ ge wählt. In besonderen Fällen kann auch bei Seilen gewöhnlicher Macharten eine zerstörungsfreie Prüfung des Seilinnern wertvoll und u.U. zur Erhöhung der Sicherheit notwendig sein. Sei te 6 Rundlitzenseil Dreikant- 3-lagiges (gewöhnliche litzen- Flachlitzen- Machart) seil seil Metallischer 2 2 2 1 367 mm 1 630 mm 1 708 mm Querschnitt Anteil der Außen- drähte am gesamten 49 % 51,5 % 37,6 % metallischen Quer- schnitt Die obengenannten Gründe zwangen dazu, eine weitere und bessere Prüf methode zur Aufdeckung innerer Seilfehler zu entwickeln. Als einzig brauchbare Methode stellte sich auch jetzt wieder das elektromagneti sche Prüfverfahren heraus. Vor mehreren Jahren hat man in Deutschland und auch in anderen Ländern mit der Entwicklung elektromagnetischer Prüfgeräte begonnen. Es wurden Geräte nach dem Gleichstrom- und nach dem Wechselstromverfahren gebaut. Aber keines dieser älteren Geräte hatte die Forderungen erfüllt, die man ihnen anfänglich gestellt hatte. Die Geräte werden zum Teil nicht mehr benutzt, zum Teil sind sie in den Händen weniger Spezialisten geblie ben. Auch das im Jahre 1930 von Dr.-Ing. OTTO [1] in der Seilprüfstelle der Westfälischen Berggewerkschaftskasse Bochum nach dem Gleichstrom verfahren entwickelte Gerät wies Mängel auf. Deshalb wurden daran we sentliche Verbesserungen vorgenommen, die jetzt zu einem gewissen Ab schluß der Entwicklung geführt haben. Die dazu erforderlichen Forschun gen und Entwicklungsarbeiten führten zu grundsätzlichen Erkenntnissen, die im folgenden angegeben sind. 2. Allgemeines 2.1 Prinzip Das Verfahren bedient sich der Ausnutzung der in einem Magnetfeld vor handenen Kraftlinien. Werden an einen magnetisch leitenden Werkstoff, zum Beispiel an ein Stahlseil, die Pole eines Elektromagneten gelegt, so wird die Seilstrecke zwischen beiden Polen magnetisiert (Abb. 3); es fließen Kraftlinien in achsialer Richtung durch das Seil, die zu sammen mit dem Magneten einen in sich geschlossenen Kreis bilden. Der Seite 7 J sich daraus ergebende magnetische Fluß ist abhängig von der magnetomo torisehen Kraft E des Magneten und dem magnetischen Widerstand W, der sich ihr entgegenstellt [2] [3]. Seil .----<ZZZIo Pol 1 + n Wdg. Pol A b b i 1 dun g 3 Magnetisierung eines gesundes Seiles !I =-wE Danach is t Da die Größe E das Produkt aus der Windungs zahl der Magnetspule und des sie durchfließenden Erregerstromes I ist, wird n • I W Der magnetische Widerstand W setzt sich aus mehreren Einzelwiderstän den zusammen. Diese sind der magnetische Widerstand des Eisenkerns der Magnetspule von Pol zu Pol (W ), der des Luftspaltes zwischen den Ma E gnetpolen und dem Seil (WL) und der des Seilabschnittes (WS), so daß W ist. Damit wird der magnetische Kraftfluß n • I Befindet sich im Seilabschnitt irgendeine Inhomogenität, so ändert sich zwangsläufig der magnetische Widerstand des Seilabschnittes WS. Hierbei Seite 8 muß unterschieden werden zwischen dem magnetischen Widerstand des homo gen gebliebenen Seilabschnitts (WH) und dem des inhomogenen Abschnitts (Wr ), der sich wiederum aus der Parallelschaltung der magnetischen Wi derstände des gesunden Teils (W ) und des schadhaften Teils (W ) der G F Inhomogenität sowie des daraus entstehenden Widerstandes des magneti schen Streuflusses (W ) zusammensetzt (Abb. 4). Ws wird also ersetzt st , durch WH + Wr wobei W • W • W G F st ist. WG + WF + Wst Der magnetische Kraftfluß wird damit ausgedrückt durch: . n I j' = WE + WL + WH + W1 oder . n I I' WE + WL + WH + WG·WF·WSt WG+WF+WSt n Wdg. A b b i 1 dun g 4 Streufeldbildung bei Korrosion Bei einem antimagnetischen Hohlraum im Seil, der zum Beispiel durch die Spaltweite eines Drahtbruches entsteht, fällt W fort. Dadurch ver F einfacht sich obige Formel zu Seite 9 n • I IN Jf~im Fehler~uerschnitt des Seiles teilt sich auf (Abb. 5) in und in iN ist : = + ist n Wdg. A b b i 1 dun g 5 Streufeldbildung bei Drahtbruch J1.: Das Verhältnis t ist umgekehrt proportional den magnetischen Wider- ständen W und W . Somit ist St G oder iN in Da + ist = ist, wird die Formel zu 1 1 1 + und der Streufluß ist: Seite 10
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