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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Beschaffenheit von magnetisierbaren
Gegenständen. Es sind bereits Verfahren zur Bestimmung der Beschaffenheit, wie Härte,
Zugfestigkeit, Gleichmäßigkeit, von magnetisierbaren Gegenständen bekannt, bei welchen
eine relative Bewegung eines magnetischen Feldes in bezug auf den zu prüfenden Gegenstand
durch mechanische Mittel bewirkt wird und dazu ver-1vendet wird, um in einer den
letzteren umgebenden Windung, die mit einem Galvanometer in Verbindung steht, einen
Strom zu
erzeugen, wenn die Kraftlinienzahl durch Unregelmäßigkeiten
usw. in dem Gegenstand geändert cv-ird. Dieses Verfahren ist infolge der Induktionswirkungen
nicht zuverlässig genug und nur für Gegenstände von wesentlicher Länge, wie Ketten,
Stäbe, Schienen usw., verwendbar und eignet sich dagegen nicht für kleinere Werkstücke,
wie Kugellager. 'Um diese Apparate allgemein anwendbar und genau arbeitend zu machen,
wird nicht der induzierte Strom gemessen, sondern die magnetische Wechselwirkung
zwischen dem Werkstück und dem Feld, welches in bezug auf das Werkstück als relativ
drehend ausgebildet ist, wird dazu benutzt, um das dabei entstehende Kräftepaar
auf federnde oder nachgiebig gelagerte Arbeitsteile zu übertragen und zu messen.
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Die Zeichnungen zeigen zunächst einen eifachen Laboratoriumsapparat
zur Prüfung von Kugellagern u. dgl. und zweitens einen technischen Apparat dieser
Art.
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Abb. i zeigt die Ansicht, und Abb. 2 eine Einzelheit des oberen Teiles
der Abb. i in stark vergrößertem Maßstabe; Abb. 3 ist eine Seitenansicht der zweiten
Ausführungsform, besonders für Kugellager; A1>I>..I ist der zugehörige Grundriß;
Abb. 5 ist der untere Teil der Vorrichtung gemäß Abb. 3 in größerem Maßstabe bei
abgenommenem Deckel und Polstücken im Grundriß ; Abb. 6 stellt die Unterseite des
Deckels mit angebrachten Polstücken im Grundr iß dar; Abb. 7 ist ein Schnitt nach
der Linie 7-7 der Abb. 5 ; Abb.8 ist eine vergrößerte Einzelheit des Werkstü ckträgers;
Abb. 9 ist eine Ansicht von oben, Abb. io eine Seitenansicht, und Abb. i i eine
Endansicht derselben.
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Abb. 12 und 13 zeigen Einzelheiten im Schnitt.
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In Abb. i und 2 bezeichnet a den Werkstückhalter, welcher mittels
des Torsiondrahtes c von einem geeigneten Träger oder Konsol c' hängend getragen
wird. Der Halter a wird in eine Hülse cz' geführt, welche ihrerseits in einer Führung
a2 mittels der Stellschrauben a3 einstellbar angebracht ist. Die Führung a2 kann
durch entsprechende Mittel ortsfest gestützt werden, z. B. durch einen Arrn oder
eine Konsole a4, welcher an der Wand unterhalb des Armes c' befestigt ist. Der Halter
a trägt einen Zeiger d, welcher über eine eingeteilte Skala e geführt wird,
die an der Führung a2 befestigt ist. Das Werkstück b kann an dem Halter a in zweckentsprechender
Weise befestigt werden, so daß es zwischen den entgegengesetzten Polen f und ä eines
Drehmagneten aufgehängt werden kann, welcher entweder ein permanenter oder ein Elektromagnet
sein kann. Der Magnet ist auf der lotrechten Welle h angebracht, welche in dem Gestell
e unterhalb des Halters drehbar gelagert ist. D.ie Welle trägt ein Zahnrad j, welches
mit einem Zahnrad k auf der Welle L des Elektromotors in kämmt.
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Bei der Drehung des Magneten f, g rotieren dessen Pole um das Werkstück
h und bilden ein magnetisches Drehfeld, wobei die in dem Werkstück b erzeugte magnetische
Induktion veranlaßt, daß (las Werkstück mit dem Magnet gedreht "wird, und zwar entgegen
dem Widerstand des Torsionsdrahtes c oder eines anderen federnden Mittels. Der Betrag
dieser Drehbewegung, d. h. das magnetische Kräftepaar in (lern Werkstuck, kann mühelos
durch Beobachtung der Bewegung des Zeigers d auf der Skala e entweder während oller
nach der Ablenkung oder Drehung festgestellt werden, bevor dieses magnetische Kräftepaar
abnimmt cder aufhört.
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Das magnetische Kräftepaar, welches durch den rotierenden Magneten
auf den .Gegenstand einwirkt, besteht eine nennenswerte Zeit fort, nachdem die Drehung
aufgehört hat, und selbst eine äußerst kurze Drehung des :Magnetfeldes genügt, um
eine Ablenkung des Gegenstandes, wenn derselbe genügend klein ist, zu veranlassen.
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N ach(lern die Wirkung der Drehung des Magnetfeldes auf einen bestimmten,
geeichten Gegenstand oder ein Normalwerkstück b vorher bestimmt worden ist und auf
der Skala e verzeichnet wurde, kann der Vergleich anderer Werkstücke unmittelbar
durch Ersatz des ersteren und die Beobachtung festgestellt werden, ob der Zeiger
d sich bis zu derselben Skalaeinteilung bewegt, wie das Normalwerkstück.
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Wenn z. B. die Teile derart eingestellt worden sind, daß der Zeiger
d in der Nullage steht, wenn sich das Normalwerkstück in dem Apparat befindet, so
folgt daraus, daß ein ähnlicher Gegenstand, welcher genau dem Normalwerkstück entspricht,
in dem gleichen Drehfeld in gleicher Weise die Ablenkung des Zeigers d bis zu der
gleichen Stelle an der Skala veranlassen wird, und däß irgendeine Änderung in der
Lage diesseits oder jenseits der Skalastelle anzeigt, daß eine magnetische Differenz
zwischen dem zu prüfenden Werkstück und dem Normalwerkstück vorhanden ist; mit anderen
Worten, eine entsprechende Differenz in der physikalischen Beschaffenheit. Wenn
z. B. der Zeiger d unterhalb der Standardstelle zu stehen kommt, so kann gefolgert
werden, daß ungenügend physikalische Beschaffenheit, besonders große Weichheit,
dem Werkstück anhaftet. Geht dagegen der Zeiger d über die normale Skalastelle hinaus,
so
ist der entgegengesetzte Margel in der physikalischen Beschaffenheit vorbanden,
und zwar eine ühermäßige Härte oder Sprödigkeit.
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Die gleichen Wirkungen werden erzeugt und die gleiche Prüfungsmethode
kann angewendet «erden, wenn, anstatt den Magneten oder das magnetische Feld tun
das Werkstück zu drehen, umgekehrt das letztere in dem :@Tagnetfeld rotieren wird.
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Die Vorrichtung gemäß Abb. i und 2 ist für Laboratoriumszwecke bestimmt,
während eine technische Vorrichtung in Abb. 3 bis 13 gezeigt ist. Diese enthält
einen dreiphasigen Elektromagneten, dessen Kerne i, ja, ib aus Lamellen von
magnetischem Material von hoher Permeabilität und geringem Kernverlust bestehen.
Diese Kerne sind mit Drahtwindungen je umwickelt. Die Kerne sind %-orzugsweise verbunden,
indem man die Kerne und joche als U-förmige Platten ausbildet. Jede Platte bildet
einen Teil von zwei benachbarten Kernstücken und des Verllindtu1gsjoclies, wobei
die Platten gemäß Abb.5 angeordnet sind, so d,aß ein gleichmäßiger, ununterbrochener
Metalleiter für die magnetischen Kraftlinien an der Grundfläche des Apparates zwischen
den unterschiedlichen Kernen i, ja, ib vorbanden ist. Diese Lamellenplatten
können auf einer Grundplatte 2 angebracht sein, welche aus einem nicht magnetischen
Material besteht und mit Paaren von radial verlaufenden Flanschen 2a versehen ist,
mit und zwischen welchen die Joche durch die Bolzen 2b gemäß Abb. 13 verbunden sind.
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Die olleren Enden der Kerne i a sind an und mittels der Platte 3 befestigt,
welche aus einem nicht magnetischen Material besteht und finit Öffnungen 3a für
die oberen Enden der Kerne versehen ist. Die Platte 3 wird an den oberen Enden von
Pfosten 2e befestigt un@l von diesen getragen, welche von der Grundplatte 2 zwischen
den Polen aufrecht ragen. Die Kleninischrauben für die elektrischen Leitungen zu
und zwischen den unterschiedlichen Windungen ic sind an der Grundplatte 2 angeordnet,
beispielsweise bei in und ia, so daß die Windungen der Kerne hintereinander verbunden
werden können.
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Die oberen Magnetpolschtilie je, if, ig (Abb. 6 und ;) können getrennt
von den Kernen ausgebildet sein und bestellen bei der dargestellten Form aus Lamellenplatten
ähnlich den Kernen und sind an ('er abnehmbaren Platte d befestigt, welche finit
Paaren von parallel radial verlaufenden Flanschen .l a versehen ist, zwischen welchen
die Polstücke mittels der Bolzen .lb befestigt werden.
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Die Platte ,[ ist mit abwärtsragenden "Zapfen de versehen, welche
in ihrer Lage dem 1'fosten2£ entsprechen und in Reibe damit verlaufen, so rlaß die
Platte ;_ an dem Pfosten 2e abnehml#ar mittels Schraubenbolzen .te befestigt «-erden
kann, die durch öffnungen an dem Zapfen .4c hindurchgehen und in Gewindelöcher im
Pfosten 2e einragen. Wenn sich die Platte d. über der Platte 3 befindet, so besitzen
die unteren Seiten der Pole je, if, ig eine dichte metallische Berührung mit den
oberen Enden der Kerne i, ja, ib und bilden eine magnetische Fortsetzung der Kerne.
Das magnetische Feld wird in der Nähe und zwischen den Enden dieser Pole gebildet,
wenn die magnetische Erregung erfolgt.
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Die Grundplatte2 ist vorzugsweise, und die Platte 3 und d. notwendigerweise,
aus nichtmagnetischen Material hergestellt, so daß dieselben die Kraftlinien nicht
stören, wobei das am meisten intensive Kraftfeld zwischen dem inneren Ende der Pole
je, if, ig gebildet wird.
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Zwischen den Magnetwindungen und unterhalb der Platte 3 ist ein Rahmen
5 vorgesehen, welcher in Armen 3e, 3f an der Platte 3 gestützt und geführt wird
und vorzugsweise abnehmbar und ersetzbar ist. Der Rahmen 5 (Abb. 7, 10, 11)
besitzt an seinem unteren Ende einen Zapfen 5't (Abb. io), welcher in eine Ausnehmung
2'° in der Grundplatte (Abb. 7) eingreift, um den Rahmen sicher und lotrecht einstellbar
zu halten. Im Rahmen 5 ist eine Drehspindel 5a angeordnet, welche in Zapfenlagern
gelagert ist, so daß dieselbe ohne nennenswerte Reibung drehbar ist. Mit der Spindel
5` ist das eine Ende der Feder 6 verbanden (Abb. 7 und i i), deren anderes
Ende finit einem relativ festen Punkt verbunden ist, und deren Spannung regelbar
ist. Zti diesem Zweck ist das Außenende der Feder an dein Ring 6a befestigt, welcher
in Arenen 6b an den Seiten des Rahmens 5 geführt wird. Der Ring besitzt eine innere
Zahnspur, welche finit einem kleinen Zahnrad 6e an der Schlüsselwelle 6d (Abb. 5
und 9) in Eingriff steht. Das Zahnrad 6e ist in einem Arm 6e drehbar gelagert,
welcher an dem Rahmen 5 angebracht ist. Durch Drehen des Schlüssels 69 kann
der Ring gedreht werden, tun die Spannung der Feder 6 zu regeln, wonach der Ring
in entsprechender Weise festgestellt werden kann.
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Die Welle 5a trägt ein Joch 5b an ihrem olleren Ende, welches die
obere Stange des i\'.alimens 5 umgibt und oberhalb derselben ragt und den Werkstückträger
5d (Abb. 7 und 8) trägt, welcher daran abnehmbar befestigt ist. Der Halter ist aus
nicht inagnetischem Material und besitzt einen Ringteil 5e, über welchem das zu
prüfende Kugellager R entfernbar aufgepaßt werden kann. Das Werkstück kann so von
dem Werkstückträger 5d schnell entfernt werden. Ein Zeigerarm 5e ist an dem Joch
5b befestigt und derart gebogen, -laß dessen Außenende über der eingeteilten Skala
7 verläuft, welche auf der
Platte 3 angebracht ist. Die Skala 7
liegt unterhalb des Fensters 4n in der Platte .l, welches durch die Glasplatte dr
überdeckt ist.
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Das Kugellager R wird dicht anliegend und zwischen den inneren Enden
der Pole ie, if, ig getragen und wird bei der Drehung der Magnete der Einwirkung
eines magnetischen Drehfeldes ausgesetzt. Bei der dargestellten Ausführungsform
werden jedoch anstatt der Drehung des :Magneten die Windungen nacheinander durch
die Komponente eines Dreiphasenstromes erregt oder auch durch einen entsprechend
kommutierten Gleichstrom, so daß ein rotierendes oder wirbelndes magnetisches Kraftfeld
zwischen den Polen gebildet wird. Durch dieses Drehfeld wird ein magnetischer Kraftfluß
unter Beanspruchung in dem Werkstück R erregt, wodurch dasselbe mit dein Drehfeld
gedreht wird, wobei der Betrag des Kräftepaares oder auch die Größe, bis zu welchem
das Werkstück gedreht wird, von den physikalischen Eigenschaften des Werkstückes
und dem Widerstand der Feder 6 gegen die Drehung der Spindel 5a abhängt.
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Die Gebrauchsweise der Vorrichtung gemäß Abb. 3 bis I I für Kugellager
ist die folgende: Es ist bekannt, daß zwei Stahl- oder Eisenstücke in einer oder
mehreren Eigenschaften voneinander verschieden sein können, und ferner, daß die
phv silealischen Unterschiede einen Einfluß auf die magnetischen Eigenschaften besitzen,
d. h. daß zwei Eisen- oder Stahlstücke, welche in gewissen physikalischen Eigenschaften
verschieden sind, ebenfalls magnetische Unterschiede aufweisen. Angenommen, daß
die gewünschten physikalischen Eigenschaften eines Kugellagers festgestellt worden
sind, und daß dieses Werkstück an dein Träger Se angeordnet wurde, wobei die Arbeitsteile
derart eingestellt sind, daß bei der Erregung der Magnete der Zeiger 5c sich in
der Nullage -der Skala befindet. Wenn anstatt dieses Normalwerkstückes ein anderes
an dem Träger angebracht wird, welches in physikalischen Eigenschaften genau dem
Normalwerkstück entspricht, so ist ersichtlich, daß der Zeiger sich ebenfalls bis
zu der Stelle lull bei Anwendung eines Normalstromes bewegen wird. Unterscheidet
sich jedoch das zu prüfende Werkstück von dem Normalwerkstück, so wird der Unterschied
durch die Ablenkungsgröße des Trägers 5d und des Zeigers Se angezeigt, und wenn
der Unterschied sich oberhalb oder unterhalb einer bestimmten Grenze bewegt, so
ist ein solches Werkstück nicht verwendbar.
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Auf diese Art kann rasch und mühelos eine große Anzahl von Werkstücken
geprüft werden, welche die gleichen Eigenschaften und Größe besitzen sollen, wobei
die unzulänglichen Werkstücke ausgelesen werden können. Wenn z. B. das Werkstück
zu hart ist, so wird sich der Zeiger über die bestimmte Grenze an der Skala bewegen,
wobei derartige Kugellager als leichtbrüchig und gegen Stöße empfindlich von vornherein
als unverwendbar festgestellt werden können, so daß dieselben einer nachträglichen
Behandlung zwecks Verminderung ihrer Härte unterworfen werden können. Ist ein Kugellager
zu weich, so bewegt sich der Zeiger nicht bis zu der Lestimmten Grenze und die entsprechenden
Werkstücke werden dann einer zweckmäßigen Wärmebehandlung unterworfen.
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Im allgemeinen gesagt, besteht eine Ausführungsform der Vorrichtung
aus einem gegenüber einen federnden oder nachgiebigen Mittel drehbaren und einem
ortsfesten Glied und die Bewegung des drehbaren Gliedes, mag dasselbe der Magnet
oder das Werkstück sein, wird durch Mittel erzwungen, deren Widerstand einen Faktor
bei der Bestimmung der physikalischen Beschaffenheit des Gegenstandes bildet. Ein
Gegenstand, wie ein Rohr oder eine Stange, kann um seine Längsachse zwischen den
Magnetpolen gedreht und gleichzeitig kann entweder der Gegenstand zwischen diesen
Polen in der Längsrichtung bewegt «-erden, oder der Magnet kann längs des Gegenstandes
bewegt werden. Auf diese Weise können die physikalischen Eigenschaften eines jeden
Quer sclinittes des Gegenstandes geprüft werden. In derselben Weise, wie die Stangen
und Rohre, können Schienen, Träger usw. auf ihre Gleichmäßigkeit wie Abwesenheit
von Blaslöchern, Spannungen, Rissen, Sprüngen, Spalten und andere Fehler untersucht
werden.
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Da die zum Drehen eines magnetischen Feldes und zum Drehen des Magneten
erforderliche Kraft größer ist, wenn der Gegenstand vorhanden ist, als wenn derselbe
nicht vorhanden ist, und da in ähnlicher Weise die zum Drehen des Gegenstandes erforderliche
Kraft größer ist, wenn der Elektromagnet erregt wird, als wenn derselbe nicht erregt
wird, so w=ird die zum Drehen des rotierenden Gliedes erforderliche Kraft, ob dasselbe
der Magnet, das Feld oder der Gegenstand sei, ein 'Maß für die I-Iysteresis des
Gegenstandes und somit. für dessen mechanische Härte.
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Während sowohl bei dem Laboratoriumswie beim technischen Apparat der
zu prüfende Gegenstand auf einem festen Träger angeordnet wird und das magnetische
Feld rund um den Gegenstand herum gedreht wird, kann es doch ,auch von praktischer
Bedeutung sein, den Gegenstand innerhalb eines ortsfesten Feldes zu drehen, in welchem
Falle die Wirkung dieselbe wie mit dein in bezug auf den Gegenstand rotierenden
Feld sein wird. Mit anderen Worten, es wird im wesentlichen
die
gleiche magnetische Wirkung auf den Gegenstand hervorgebracht, ob der Gegenstand
in dem magnetischen Feld gedreht oder das magnetische Feld rund um den Gegenstand
gedreht wird, da in jedem Falle dieselben Änderungen des magnetischen Kraftzuflusses
innerhalb des magnetischen Gegenstandes erfolgen, dieselben magnetischen Beanspruchungen
in dem Gegenstand erzeugt werden und dieselbe Wechselwirkung zwischen dem festen
und rotierenden Glied vorhanden ist, so daß durch Messen der Verstellung des Gegenstandes
oder des Feldes in bezug auf einen festen Punkt in jedem Falle die physikalischen
Eigenschaften des Gegenstandes in der beschriebenen Weise bestimmt werden können.