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Sichere Prüfung sehr feiner Drähte und Rohre

August 2018 — Hohes Transporttempo und kleine Draht- und Rohrmaße machen die Oberflächenprüfung schwierig. Auch Wirbelstromtechnik stößt hier an Grenzen. Das Sensorsystem „Defectomini“ ist einen Schritt weiter und prüft Langgut mit 0,3 mm bis 4 mm Durchmesser zuverlässig.

Sehr feine Drähte und Rohre, wie sie in der Medizin oder als Dental-, Kabel- oder Musikdraht Verwendung finden, stellen die Hersteller vor besondere Herausforderungen. Aufgrund immer strengerer Industriestandards fordern die Kunden eine stetige Verbesserung der Produktqualität. Gerade im Bereich der Medizintechnik ist eine kontinuierliche Qualitätssicherung unabdingbar, aber auch viele andere Branchen verlangen nach einwandfreier Qualität.

Hohe Transportgeschwindigkeiten und die kleinen Abmessungen der Drähte und Rohre von nur wenigen Millimetern Durchmesser machen die Oberflächenprüfung zur Herausforderung. Die Prüfung der feinen Drähte und Rohre erfolgt in der Regel mit Hilfe des zerstörungsfrei arbeitenden Wirbelstromverfahrens. Jedoch zeigen Standard-Prüfspulen und rotierende Sensoren Limitierungen bei der Prüfung feiner Drähte und Rohre. Standard-Prüfspulen sind bei diesen Durchmessern begrenzt in deren Fehlerauffindbarkeit, wodurch Kundenanforderungen nur teilweise erfüllt werden können. Zudem verfügen rotierende Sensoren häufig nicht über die hohe Durchlaufgeschwindigkeit, die für die Prüfung dieser Drähte und Rohre erforderlich ist.

Um die Anforderungen zu erfüllen, ist ein spezielles Sensorsystem notwendig, um auch sehr kleine Oberflächenfehler zu erkennen. Hierfür hat Foerster das Sensorsystem „Defectomini“ entwickelt, das sich besonders für Drähte und Rohre mit Durchmessern von 0,3 mm bis 4 mm eignet. Eine Prüfung aller Metallarten, einschließlich ferromagnetischer Materialien, ist durch Einsatz optionaler Permanentmagnete möglich. Die kompakte Bauweise erlaubt zudem eine einfache Montage direkt in der Drahtziehmaschine.

Einfache Montage an Ziehmaschine

Defectomini arbeitet mit Durchlaufspulen nach dem Wirbelstromverfahren. Die Prüfsignale werden durch die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Prüfgut und -spule beim Durchlauf des Materials erzeugt. Für die meisten Anwendungen werden Prüfspulen in Differenzschaltung eingesetzt. Dabei werden benachbarte Materialbereiche verglichen. Ein Punktfehler oder Riss stört die erzeugten Wirbelströme und generiert ein Fehlersignal in der Empfängerspule. Kurze Oberflächenfehler, die weit in die Tiefe reichen, werden mit hoher Empfindlichkeit von der Prüfspule in Differenzschaltung erkannt. 

Die Absolutwicklung kann auch zum Erkennen von größeren Längsfehlern verwendet werden. Zur Prüfung von ferromagnetischem Material werden Permanentmagnete eingesetzt. Sie liefern eine Gleichfeldmagnetisierung, um Störeinflüsse durch die Werkstoffpermeabilität zu unterdrücken. Um die aufgezeichneten Prüfsignale entsprechend anzuzeigen, auszuwerten und zu dokumentieren wird das Sensorsystem Defectomini Kombination mit der Prüfelektronik Defectomat eingesetzt. Diese Prüfelektronik besteht aus einer prozessorgesteuerten Prüf- und Auswerteelektronik, die mit einer interaktiven Bedienung ausgestattet ist.

Sensorsystem für kleine Abmessungen

Defectomini verbessert die Fehlererkennung für Drähte und Rohre mit Durchmessern von 0,3 mm bis 4 mm. Die Anwendungsgebiete reichen von Edelstählen hervorragender Oberflächenqualität für die Medizintechnik bis hin zu Drähten aus hochwertigen Edelmetallen für die chemische und Elektroindustrie. Zur Detektion kleiner Oberflächenfehler ab 0,05 mm Tiefe stehen Prüfspulen von 0,5 mm bis 4,5 mm zur Verfügung.

Das System ermöglicht das Prüfen aller leitfähigen Metalle einschließlich ferritischem Material durch Einsatz von Permanentmagneten. Die verschiedenen Magnetsätze sind in einem stabilen Gehäuse gegen Beschädigung geschützt und können in ihrer Stärke variieren. So lässt sich auch bei unterschiedlichen Materialqualitäten die für die Prüfung optimale Magnetisierungsleistung festlegen. Mechanische Fixierpunkte ermöglichen eine reproduzierbare Einstellung. Durch die kompakte Bauform ist Defectomini ideal geeignet für die Integration in gängige Drahtziehmaschinen. Die Prüfspule justiert sich mit den optionalen Rollenführungen selbstständig am Draht und kann Schwankungen in der Zugfestigkeit und Richtung auszugleichen. Die flexible Halterung kann direkt am Ziehsteinkasten angebracht und das gesamte Prüfsystem zentrisch auf die Ziehsteinmitte positioniert werden. Im Falle eines Drahtabrisses wird die Prüfspule von der flexiblen Halterung aufgefangen.

Verschiedene Abnahme- und Liefervorschriften für Halbzeug und Bauteile fordern, dass diese nicht aufmagnetisiert sind oder ihre Restfeldstärke unterhalb eines festgelegten Grenzwertes liegt. Das Prüfgut kann durch ein magnetisches Wechselfeld wieder auf die vorgeschriebene Restfeldstärke reduziert werden. Dazu kann optional die kompakte Entmagnetisierungseinrichtung Emag Mini hinter der Prüfspule angebracht werden. Zum Prüfen kleiner Rohrabmessungen wird eine statische Halterung verwendet, um die Prüfspule in zentraler Position zu fixieren. Die Höhenverstellung ermöglicht eine Anpassung an die Prüflinie.

Prüfung ferromagnetischen Stahldrahts

Bei einem Referenztest im industriellen Umfeld wurde ferromagnetischer Stahldraht mit einem Durchmesser von nur 250 µm mit dem Sensorsystem in Kombination mit der Prüfelektronik „Defectomat CI“ mit Differenzkanal geprüft. In den Draht wurden drei Querfehler eingebracht:
1. Fehler mit 40 µm Tiefe,
2. Fehler mit 60 µm Tiefe und
3. Fehler mit 80 µm Tiefe.

Der Referenztest wurde in Übereinstimmung mit internationalen Standards durchgeführt. Die Prüffrequenz betrug 1 MHz und die durchschnittliche Prüfgeschwindigkeit etwa 0,1 m/s. Aufgrund des ferromagnetischen Materials wurde das Defectomini mit Permanentmagnet verwendet, um Störsignale von Permeabilitätsänderungen im Material auf ein Minimum zu reduzieren. Die Prüfergebnisse zeigen ein sehr gutes Nutzstörverhältnis von > 6/1, sogar für den kleinsten Fehler mit 40 µm Tiefe. Die gemessenen Fehler sowie die Fehlersignale der Prüfung sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Prüfung von martensitischem Stahldraht

Bei einem weiteren Referenztest im industriellen Umfeld wurde martensitischer Stahldraht mit 1 mm Durchmesser mit dem Defectomini-Sensorsystem und der zweikanaligen Prüfelektronik Defectomat CI mit Differenz- und Absolutkanal geprüft. Zwei Fehler wurden in den Draht eingebracht: Ein Längsfehler von 0,05 mm Tiefe und ein Querfehler von 0,02 mm Tiefe. Der Referenztest wurde in Übereinstimmung mit internationalen Standards durchgeführt. Die Prüffrequenz betrug 1 MHz und die Prüfgeschwindigkeit lag im Durchschnitt bei etwa 2 m/s. Die kumulierte geprüfte Drahtlänge betrug >  200 000 m. Die Ergebnisse zeigen, dass die Spulenwicklung der Prüfspule in Differentialschaltung am besten für die Erkennung von Punkt- und Querfehlern geeignet ist. Die Ausschläge A stellen den Anfang und das Ende des Längsfehlers dar, Ausschlag B den Querfehler.

Die Spulenwicklung in Absolutschaltung hingegen erweist sich als am besten geeignet, um Längsfehler zu detektieren. Der Längsfehler wird über seine gesamte Länge angezeigt und ermöglicht daher eine umfassende Bewertung. Defectomini verbessert erheblich die Fehlerauffindbarkeit bei feinen Drähten und Rohren. Zusammenfassend bietet das Defectomini-Sensorsystem drei wichtige Vorteile.

1. Konstante Qualitätsbewertung
Das Sensorsystem weist eine hohe Fehlerauffindbarkeit im Vergleich zu Standard-Durchlaufspulen für kleine Durchmesser auf. So werden selbst sehr kleine Fehler zuverlässig erkannt. Speziell in Branchen, in denen hohe Produktqualität gefordert ist, trägt Defectomini zur Sicherung der Qualität bei. Eine genaue Auswertung, Analyse und Prozessdokumentation der Oberflächenfehler ist in Kombination mit der Prüfelektronik Defectomat CI möglich.

2. Geeignet für alle Metalle
Aufgrund der modularen Permanentmagnete eignet sich das Sensorsystem für alle metallischen Drähte und Rohre mit einem Durchmesser von 0,3 mm bis 4 mm. Für unterschiedliche Materialqualitäten kann die optimale Feldstärke am Prüfling eingestellt werden. Die spezielle Entmagnetisierungseinheit Emag Mini ermöglicht die Reduzierung der Restfeldstärke unter einen vorgegebenen Grenzwert. Dies macht das System besonders geeignet für alle Arten von Anwendungen, wie feine Drähte für Drahtgewebe, Federn verschiedenster Art oder dünnwandige Rohre in der Medizintechnik.

3. Einfache Linienintegration und hohe Prüfgeschwindigkeit
Die kompakte Größe des Systems ermöglicht eine einfache Integration in nahezu alle bestehenden Produktionslinien. Die flexible Halterung gleicht Exzentrizität bei der Drahtherstellung aus und sorgt für eine gleichbleibende Materialprüfung. Prüfgeschwindigkeiten bis zu 150 m/s ermöglichen hohes Produktionstempo.

Institut Dr. Foerster GmbH+Co. KG
Division Test Systems
In Laisen 70
72766 Reutlingen
Ansprechpartner ist Lisa Viergutz
Tel.: +49 7121 140-0
info@foerstergroup.de
www.foertstergroup.de

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