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Dokumentenidentifikation DE19915099A1 26.10.2000
Titel Elektrodynamischer Wandlerkopf
Anmelder Mannesmann AG, 40213 Düsseldorf, DE;
Nukem GmbH, 63755 Alzenau, DE
Vertreter Stoffregen, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 63450 Hanau
DE-Anmeldedatum 01.04.1999
DE-Aktenzeichen 19915099
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse G01N 29/22
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren mittels Ultraschall mit einer mit einer Einstellmechanik verbundenen Halterung, gegenüber der ein zumindest eine Sende- und Empfangsspule aufweisende Sonde mit auf dem Werkstück aufzusetzenden Gleitelementen aufweisender Träger (10) kippbar gelagert ist. Damit nicht nur durch Abweichungen der Rohrlängsachse, sondern auch durch Torsionsbewegungen hervorgerufene Kräfte gedämpft werden können, wird vorgeschlagen, dass der Träger (10) gegenüber der Halterung über ein Federelement (12) abgestützt ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken, insbesondere Rohren, mittels Ultraschall mit einer mit einer Einstellmechanik verbundenen, insbesondere eine Magnetfeldzuführung umfassende Halterung, gegenüber der ein zumindest eine eine Sende- und Empfangsspule aufweisende Sonde mit auf dem Werkstück aufzusetzenden Gleitelementen aufweisender Träger kippbar gelagert ist.

Mittels elektrodynamisch erzeugten Ultraschalls werden Werkstücke wie Rohre zerstörungsfrei geprüft. Um die dem Werkstück zugewandten Sonden zu schützen, gehen die Sonden zusammen mit Gleitelementen wie Gleitsteinen von einem Träger aus (DE 40 02 100 C2), die unmittelbar auf das Werkstück aufgesetzt werden. Dabei können mehrere Sonden aneinandergereiht entlang einer Linie angeordnet sein, wobei jede Sonde - oder auch Schwinger genannt - eine z. B. aus Kupferdraht oder einer Feinstleiterplatine bestehende Sendespule und eine Empfangsspule umfasst, die über Steckkontakte mit Anschlüssen verbindbar sind, um die Spulen zu erregen bzw. von diesen empfangene Signale weiterzuleiten. Die Sendespule selbst kann dabei auf einem Magnetfeldkonzentrator angeordnet sein, über den das magnetische Feld geleitet wird. Die Sonden können ferner in einer Vergussmasse eingebettet sein, deren Außenflächen in Bezug auf die der Gleitelemente zurückversetzt verlaufen.

Der die Sonden aufnehmende Träger kann gegenüber einer mit einer Einstellmechanik verbundenen Halterung über eine Wippe zur kippbaren Lagerung verbunden sein. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, einen Ausgleich von Abweichungen eines Rohres in dessen Längsachse von der Geraden vorzunehmen, d. h. die Prüfköpfe können in begrenztem Umfang der Rohrlängsachse folgen. Die Achse der Wippe ist dabei starken Belastungen ausgesetzt, z. B. bei kurzen Stößen durch das Rohr. Durch die Achsenlagerung der Wippe werden allein Kräfte in Rohrlängsachse ausgeglichen, ohne dass Torsionsbewegungen, die durch radiale Kräfte hervorgerufen werden, gedämpft werden. Daher ist festzustellen, dass die Achse der Wippe häufig bricht, so dass eine regelmäßige Wartung bzw. ein Austausch erforderlich ist.

Des Weiteren sind sowohl die Gleitsteine als auch die Achse der Wippe starken Belastungen ausgesetzt, wenn der Wandlerkopf auf ein Werkstück aufgesetzt ist, da dies grundsätzlich derart erfolgt, dass zunächst ein Gleitstein mit dem Werkstück wie Rohr in Kontakt gelangt.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen elektrodynamischen Wandlerkopf der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass nicht nur durch Abweichungen der werkstück- wie einer Rohrlängsachse, sondern auch durch Torsionsbewegungen hervorgerufene Kräfte gedämpft werden können. Auch sollen auf den Träger wirkende Stöße gegenüber der Halterung weitgehend gedämpft werden.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Träger gegenüber der Halterung mittels eines Federelementes abgestützt ist. Dabei handelt es sich bei dem Federelement vorzugsweise um ein Blattfederelement. Dadurch, dass der Träger gegenüber der Halterung über das Federelement abgestützt ist, kann ein Aufsetzen des Prüfkopfes auf das Werkstück wie Rohr derart gleichmäßig erfolgen, dass die Gleitsteine gleichzeitig mit dem Werkstück in Berührung gelangen. Somit erfolgt ein Dämpfen beim Aufsetzen des Prüfkopfes, so dass die ansonsten auftretenden Stöße nicht auf die Halterung übertragen werden. Durch die Blattfeder bedingt sind Belastungen während der Prüfung besser kompensierbar mit der Folge, dass die Standzeiten der Blattfeder im Vergleich zu denen einer Wippenlagerung größer sind. Ferner erfolgt ein Dämpfen der Bewegungen der Prüfköpfe, die sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung den Abweichungen einer idealen Oberfläche des Werkstückes wie Rohres folgen. Ferner werden kurze Stöße von dem Träger aufgrund der Dämpfung der Blattfeder bzw. -federn auf die Einstellmechanik nicht weitergeleitet.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Blattfederelement umfangsseitig in einer umlaufenden Nut des Trägers verläuft. Um eine Relativbewegung zwischen dem Blattfederelement und dem Träger bzw. dessen Aufnahme zu ermöglichen, weist die Blattfeder einen Durchmesser auf, der geringer als der Durchmesser der die Funktion einer Aufnahme ausübenden Nut ist.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Blattfederelement halterungsseitig an einer konvex verlaufenden Fläche abgestützt ist, wodurch die gewünschte dämpfende Kippbewegung zwischen Träger und Halterung ermöglicht wird.

Das Blattfederelement selbst ist über eine Befestigung wie Schraube mit der Halterung verbunden, wobei die Längsachse des Befestigungselements die Blattfeder mittig durchsetzt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Der einzigen Figur ist ein Ausschnitt eines elektrodynamischen Wandlerkopfes zu entnehmen, dessen grundsätzlicher Aufbau z. B. der DE 40 02 100 C2 zu entnehmen ist. Insoweit wird auf die Offenbarung des entsprechenden Dokuments und den in diesem abgehandelten Stand der Technik verwiesen.

Der elektrodynamische Wandlerkopf wird zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels elektrodynamisch erzeugten Ultraschalls benutzt. Ein hierzu erforderliches Magnetfeld wird mittels eines nicht dargestellten Elektromagneten erzeugt, wobei der Wandlerkopf mit einem beweglichen Polschuh des Magneten verbunden sein kann. Der Wandlerkopf umfasst einen Träger 10, der über eine Blattfeder 12 mit einer Halterung verbunden ist, die ihrerseits von einer Einstellmechanik ausgeht, um den Wandlerkopf auf ein Werkstück aufzusetzen bzw. von diesem abzuheben. Die Halterung umfasst im Ausführungsbeispiel eine Magnetzuleitungsführung 14 in Form eines Achtkants.

Der Träger 10 weist in seiner werkstückseitigen Oberfläche nicht dargestellte Sende- und Empfangsspulen umfassende Sonden auf, die über Steckkontakte mit elektrischen Anschlüssen verbindbar sind, um die Spulen zu erregen bzw. von diesen empfangene Signale weiterzuleiten. Dabei kann eine Sendespule z. B. aus Kupferdraht oder einer Feinstleiterplatine bestehen und unmittelbar auf einem Magnetfeldkonzentrator 16 angeordnet sein, über den das Magnetfeld geleitet wird. Der Magnetfeldkonzentrator 16 selbst kann sondenseitig ein plattenförmiges Zwischenteil aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit aufweisen. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch dann, wenn im Magnetsystem eine Wirbelstromausbildung und somit eine Erzeugung parasitärer Ultraschallwellenanregung erfolgen sollte, keine von der Empfangsspule empfangenen Signale ausgewertet werden, die zu einer fehlerhaften Beurteilung des zu prüfenden Werkstoffes führen.

Die Spulen sind in einer Vergussmasse eingebettet und von einer Schutzkappe 18 umgeben, deren Oberfläche gegenüber seitlichen Gleitstücken oder -steinen 20, 22 zurückversetzt verlaufen. Die Gleitsteine 20, 22 selbst werden auf die Werkstückfläche während der Ultraschallprüfung aufgesetzt. Ferner gehen von den Gleitsteinen 20, 22 bzw. deren Aufnahmen Kühlkörper wie -rippen 24, 26 aus, um durch die Reibung zwischen dem Werkstück und den Gleitsteinen 20, 22 entstehende Wärme abzuleiten.

Der Träger 10 umfasst eine Prüfkopfgrundplatte 28, die halterungsseitig mit einer Prüfkopfaufnahmeplatte 30 verbunden ist. Diese weist eine durch eine umlaufende Nut 32 gebildete Hinterschneidung mit Nutboden 34 auf, die Aufnahme für die Blattfeder 12, d. h. deren peripheren Rand 36 bildet. Die Prüfkopfaufnahmeplatte 30 weist eine plane Auflagefläche 38 für die Blattfeder 12 auf. Die Fläche 38 dient dabei als Abstützfläche für die Blattfeder 12.

Der Durchmesser der Blattfeder 12 selbst ist kleiner als der lichte Durchmesser der Aufnahme 32, also der Abstand zwischen zwei diametral zur Mittelachse liegenden Punkten des Nutbodens 34. Mittig ist die Blattfeder 12 von einem Befestigungselement wie Schraube 40 durchsetzt, die mit der Halterung bzw. dem Achtkant 14 verbunden ist.

Halterungsseitig ist die Blattfeder 12 auf einer zum Träger 10 hin konvex verlaufenden Fläche 42 abstützbar. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, dass der Träger 10 in Bezug auf die Halterung zur Längsachse des zu prüfenden Werkstücks wie Rohr kippbar gelagert ist.

Um beim Prüfen des Werkstückes durch Abrieb anfallenden ferromagnetischen Staub von der zu dem Träger 10 kippbar bzw. verstellbaren Magnetfeldzuführung 14 fernzuhalten, ist dieser trägerseitig von einem Faltenbalg 44 umgeben, der über Befestigungsschellen 46, 48 einerseits mit der Prüfkopfaufnahmeplatte 30 und andererseits mit einer die Magnetfeldzuführung 14 umgebenden Führung 50 verbunden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Bereich zwischen dem Träger 10 und dem trägerseitigen Bereich der Halterung, d. h. der Magnetfeldzuführung 14 und insbesondere zwischen der Blattfeder 12 und der zu dieser konvex verlaufenden Fläche 42 gegen Verschmutzung abgeschirmt ist.

Die die Blattfeder 12 mit der Magnetfeldzuführung 14 verbindende Schraube 40 ist derart angezogen, dass die Blattfeder 12 in dem die Schraube 40 umgebenden Bereich flächig an der konvexen Fläche 42 des Trägers anliegt.

Dadurch, dass der Träger 10 mit der Halterung über die Blattfeder 12 verbunden und somit abgestützt ist, ergibt sich die Möglichkeit, dass beim Zustellen des Wandlerkopfes auf das Werkstück ein gleichmäßiges Aufsetzen auf die Gleitsteine 20, 22 erfolgt. Gleichzeitig erfolgt ein Dämpfen des Stoßes beim Aufsetzen, wodurch die Halterung und damit die Einstellmechanik geschont werden. Ein weiterer Vorteil der Blattfeder 12 ist es, dass diese Belastungen während der Prüfung stärker standhält als durch Wippen gebildete Verbindungen zwischen Halterung und Träger.

Da die Prüfköpfe sowohl in ihrer Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung den Abweichungen von einer idealen Oberfläche folgen, werden die diesbezüglichen Bewegungen durch die Blattfeder 12 gedämpft und somit auf die Halterung nicht oder nur unwesentlich übertragen.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrodynamischer Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall mit einer mit einer Einstellmechanik verbundenen Halterung, gegenüber der ein zumindest eine Sende- und Empfangsspule aufweisende Sonde mit auf dem Werkstück aufzusetzenden Gleitelementen aufweisender Träger (10) kippbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) gegenüber der Halterung über ein Federelement (12) abgestützt ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein Blattfederelement bzw. eine Blattfeder (12) ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (12) umfangsseitig in einer umlaufenden Aufnahme wie Ringnut (32) verläuft.
  4. 4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (12) halterungsseitig an einer konvex verlaufenden Fläche (42) der Halterung abgestützt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (12) mit der Halterung über ein Befestigungselement wie Schraube (40) verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (36) das Blattfederelement (12) mittig durchsetzt.
  7. 7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (12) einen Durchmesser aufweist, der geringer als der der Aufnahme (32) ist.






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