AT524656B1 - Vorrichtung zur in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen Komponente - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen Komponente (10) umfasst: zumindest einen piezoelektrischen Wandler (2) mit einer Betriebsfrequenz von 10 kHz bis 100 MHz und einer Curie-Temperatur, die zumindest 20 % höher ist als die Betriebstemperatur der Komponente (10), eine Verbindungsschicht (5), mit einer Temperaturbeständigkeit von zumindest der Temperaturbeständigkeit des piezoelektrischen Wandlers (2), eine Verzögerungsstrecke (4) mit einer Wandstärke nicht größer als die Wellenlänge des piezoelektrischen Wandlers (2), ein Band (9) zur lösbaren Befestigung der Vorrichtung (1) an der Komponente (10), das die Verbindungsschicht (5) gegen die Verzögerungsstrecke (4) und die Verzögerungsstrecke (4) gegen die Komponente (10) drückt, und eine Schutzschicht (8), wobei das Band (9) als Wärmesenke gegenüber der Schutzschicht (8) dient, wobei die Verzögerungsstrecke (4) eine Vertiefung aufweist, die bei Anliegen der Verzögerungsstrecke (4) an der Komponente (10) ein Volumen zur Mantelaußenfläche der Komponente (10) bildet, das von einem Kühlmittel durchströmbar ist.

Description

Vorrichtung zur in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen

Komponente

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur in-situ Bestimmung der Veränderung der

Wanddicke einer rohrförmigen Komponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die nicht-invasive Analyse von Hohlstrukturen mittels Ultraschalltechnologie, für z.B. die Prüfung der strukturellen Integrität, ist bei z.B. Ölleitungen, Gasleitungen, (petro-J)chemischen Prozessleitungen, oder Kernreaktorleitungen, bekannt. Typischerweise ist dabei der Ultraschallsensor verwendete piezoelektrische Sensor permanent verbaut. Weiters ist der Sensor typischerweise mit der zu untersuchenden Struktur fest verbunden. Um eine geeignete akustische Kopplung zwischen Sensor und Hohlstruktur zu gewährleisten, ist ein Koppelmedium (fest oder flüssig) zwischen Sensor und Hohlstruktur vorhanden. Ein solches Koppelmedium verursacht Geräusche und eine akustische Signalverschlechterung über die Zeit in einer Umgebung, die durch Temperaturen über 150 °C gekennzeichnet ist, entweder durch das Trocknen oder Verdampfen des flüssigen Koppelmediums oder durch die Relaxation des festen Koppelmediums. In Bezug auf die Verwendung eines flüssigen Koppelmediums gibt es Vorschriften, die die Materialauswahl einschränken und es verhindern, ein optimales Koppelmedium für Langzeitanwendungen bei erhöhter Temperatur anzuwenden (z.B. EU 2015/830 und ASTM E659-14). Daher muss für den piezoelektrischen Wandler ein Material mit einer Curie-Temperatur gewählt werden, die mindestens der maximalen Temperatur entspricht, die ein Kühlmittel erreicht, das als

Koppelmedium verwendet wird, damit der Wandler den Betriebsbedingungen standhält.

Eine Form zum Gießen von Stahl ist eine röhrenförmige Komponente mit variabler Innenund Außengeometrie und/oder Mantelflächenform, die typischerweise aus Kupfer hergestellt und gelegentlich beschichtet ist. Aufgrund des Fließens von Stahlschmelze in einer solchen Komponente ist die der Stahlschmelze zugewandte, innere Wand Temperaturen von bis zu 1500 °C ausgesetzt. Die äußere Mantelfläche der Gießform ist typischerweise von einem Kühlmittel umströmt. Abhängig vom Kühlmitteldruck, der typischerweise über 5 bar liegt, kann die äußere Mantelfläche der Komponente eine Temperatur von bis zu 250 °C erreichen. Die Dicke der Kühlmittelschicht kann mehrere Millimeter betragen, typischerweise 5-

20 mm. Diese Randbedingungen stellen eine maßgebliche Einschränkung von möglichen Sensoren und Sensorgestaltungen dar. Hierdurch ist der Einsatz der Ultraschalltechnologie

für die Zustandsüberwachung eingeschränkt oder bisher nicht möglich.

Sicherheitsgründen typischerweise vorzeitig.

Nach dem Stand der Technik gibt es ein Ultraschallwellenleiter-basiertes Messsystem für die Bestimmung von Strömungsparametern bei einem Druckguss- und Extrusionsprozess (US 5951163 A). Dieses ist Jedoch bei durch eine Schmelze verursachten hohen

Temperaturbereichen nicht anwendbar.

Ein Messsystem mit einem niederfrequenten akustischen Sensor wurde entwickelt (EP 2807011 B1), um die akustische Reaktion eines beweglichen Aktuators mit dem Materialfluss in Gießprozessen zu korrelieren. Eine solche Lösung ist jedoch in Umgebungen nicht anwendbar, in denen höhere Temperaturen und geometrische

Einschränkungen den Einsatz dieses Messsystems verhindern.

Weitere Lösungen erfordern eine dauerhafte Fixierung des Sensors in der Komponente, was die Sensor-Lebensdauer begrenzt (CN 104439204 A, US 5176034, US 2015/0346159), und

ebenso eine Neukonstruktion einer Komponente zur Fixierung eines Sensors erfordert.

Für die Analyse einer Rohrleitungsgeometrie gibt es Ultraschallsensoren, die um das zylindrische Bauteil gewickelt und über einen dritten Körper, der fest, flüssig oder pastös ist, gekoppelt sind (US 9618481 B2, US 7146864, US 9366653 B2). Die Verwendung einer Kopplung mit einem dritten Körper macht die Fixierung nicht wiederholbar und ist in einem

Kühlkanal, in dem das Kühlmittel unter hohem Druck steht, nicht zuverlässig möglich.

Es besteht daher nach wie vor Bedarf an einer Vorrichtung zur in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen Komponente, die die geschilderten Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch Bereitstellen einer Vorrichtung

zur in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen Komponente

den Unteransprüchen und der Beschreibung dargelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen Komponente umfasst:

zumindest einen piezoelektrischen Wandler mit einer Betriebsfrequenz von 10 kHz bis

100 MHz und mit einer Curie-Temperatur, die zumindest 20 % höher ist als die Betriebstemperatur der Komponente,

zumindest eine mit dem piezoelektrischen Wandler verbundene Verbindungsschicht, mit einer Wandstärke von nicht mehr als 1/10 einer Wellenlänge des zugeordneten piezoelektrischen Wandlers und mit einer Temperaturbeständigkeit von zumindest der Temperaturbeständigkeit des piezoelektrischen Wandlers,

zumindest eine mit der Verbindungsschicht verbindbare Verzögerungsstrecke mit einer Wandstärke nicht größer als die Wellenlänge des zugeordneten piezoelektrischen Wandlers, und

eine Fixiereinrichtung zur lösbaren Befestigung der Vorrichtung an der Komponente mit zumindest einem Band, dessen Material als Wärmesenke dient, wobei die Fixiereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Verbindungsschicht gegen die Verzögerungsstrecke und die

Verzögerungsstrecke gegen die Komponente zu drücken.

Die Fixiereinrichtung drückt die Verzögerungsstrecke derart an die Komponente, dass der

Festkörperkontakt für die erfindungsgemäße Verwendung ausreichend ist.

Die rohrförmige Komponente ist zur Formgebung eines - bei unter 100°C dem Aggregatzustand fest zuordneten - Stoffes, welcher sich in der Komponente in einem für die Formgebung des Stoffes geeigneten Temperaturbereich, den Phasenübergangs von fest zu flüssig betreffend, befindet, ausgebildet. Die rohrförmige Komponente kann beispielsweise für die Herstellung von Hochtemperatur-Stahlformgussteilen eingesetzt werden. Die

Komponente kann Teil einer Hochtemperatur-Stranggusskokille sein. Die vorliegende Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile auf: e Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist wiederverwendbar an einer rohrförmigen

Komponente zur in-situ-Bestimmung der Wanddickenveränderung dieser

rohrförmigen Komponente anbringbar und abnehmbar.

ermöglicht.

e Es wird ein Kühlmittelfluss im Bereich der Vorrichtung um die Komponente herum einbezogen, wodurch eine Verbesserung der akustischen und mechanischen

Kopplung zwischen der Vorrichtung und der Komponente erreicht wird.

e Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet eine In-situ-Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen Komponente mit einer im Vergleich zum Stand

der Technik höheren Messleistung.

e Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei einem typischen Oberflächentemperaturbereich und Kühlmittelzustand bei der Herstellung von Hochtemperatur-Stahlformgussteilen im Bereich der Kontaktfläche zwischen der

Vorrichtung und der Komponente verwendet werden.

Zum Schutz des empfindlichen piezoelektrischen Wandlers ist bevorzugt eine Schutzschicht vorgesehen, die zumindest den piezoelektrischen Wandler als mechanischer

Schutz umgibt, wobei das Band als Wärmesenke gegenüber der Schutzschicht dient.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt die Veränderung der Wanddicke der rohrförmigen Komponente durch Erfassen der an dem Stoff in der rohrförmigen Komponente reflektierten Reflexionswellen der vom piezoelektrischen Wandler ausgestrahlten Wellen, wobei das Erfassen der Reflexionswellen bevorzugt durch

Messen der Transmissionszeit erfolgt.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist in jeder Raumrichtung die Abmessung des piezoelektrischen Wandlers geringer als 1/10 eines flächengleichen Durchmessers der Komponente im Bereich

der Fixierung der Vorrichtung an der Komponente.

Bevorzugt weist die Verzögerungsstrecke eine Vertiefung auf, die bei Anliegen der Verzögerungsstrecke an der Komponente ein Volumen zur Mantelaußenfläche der Komponente bildet, das von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Das Kühlmittel verbessert

die akustische Koppelung zwischen der Vorrichtung und der Komponente.

Kühlmittel unterstützt.

Wenn die Schutzschicht eine geringere thermische Ausdehnung als die

Komponente aufweist, wird nach funktionsbedingter Erwärmung der Komponente und der Schutzschicht die Verzögerungsstrecke derart an die Komponente gedrückt, dass der Festkörperkontakt für die in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer

rohrförmigen Komponente durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ausreichend ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen weist die Verzögerungsstrecke eine Wandstärke nicht größer als 1/10 der Wellenlänge des zugeordneten piezo-

elektrischen Wandlers auf.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein den piezoelektrischen Wandler (2) anregender Wellenformgenerator vorgesehen, wobei bei Vorsehen von mehreren piezoelektrischen Wandlern in der Vorrichtung bevorzugt der Wellenformgenerator die einzelnen piezoelektrischen Wandler selektiv über einen

Multiplexer anregt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in Längsansicht;

Fig. 2 die Vorrichtung von Fig. 1 in ihren Einzelteilen in Art einer Explosionszeichnung; Fig. 3 die Vorrichtung von Fig. 1 schematisch in einer Queransicht zusammen mit einer Verzögerungsstrecke;

Fig. 4 eine Anordnung von mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen an einer Komponente, deren Wanddickenveränderungen zu messen sind;

Fig. 5 eine auf mikroskopischer Ebene sich durch die Oberflächenrauigkeit auf der Verzögerungsstrecke und der Komponente ergebende effektive Kontaktfläche zwischen der Verzögerungsstrecke und der Komponente;

Fig. 6 eine Fixiereinrichtung zur lösbaren Befestigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 8 beispielhaft die lösbare Befestigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der Komponente mit einer Fixiereinrichtung, und

Fig. 9 einen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Wellenformgenerator.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für die zerstörungsfreie in-situ-Bestimmung der Wanddickenveränderung einer rohrförmigen Komponente 10, welche für die Herstellung von Hochtemperatur-Stahlformgussteilen eingesetzt wird, ist in Fig. 1 schematisch in Längsansicht und in Fig. 2 in ihren Einzelteilen in Art einer Explosionszeichnung dargestellt. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung 1 schematisch in einer Queransicht mit einer metallischen, dünnen biegeelastischen Verzögerungsstrecke 4. Eine Fixiereinrichtung zur lösbaren Befestigung der Vorrichtung 1 an der Komponente 10 ist in Fig. 6 beispielhaft dargestellt

und umfasst ein Band 9 und einen Schließmechanismus 12.

Die Vorrichtung 1 umfasst im Wesentlichen einen piezoelektrischen Wandler 2 mit zwei Elektroden 3, von denen eine der Verzögerungsstrecke 4 (siehe Fig. 3) zugewandt ist und die andere Elektrode 3 von der Verzögerungsstrecke 4 abgewandt ist. Der Wandler 2 ist über eine Verbindungsschicht 5 mit der Verzögerungsstrecke 4 fest verbunden. Ein Draht 6 ist mittels einer Lötschicht 7 mit der von der Verzögerungsstrecke abgewandten Elektrode 3 verlötet. Nach Aufbringung einer Lötschicht 7 werden die zusammengebauten Teile mit einer Schutzschicht 8, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist, an fünf Seiten überzogen, sodass nur eine Seite, nämlich jene, an der die Verbindungsschicht 5 liegt, nicht überzogen ist. Wie in Fig. 4 beispielhaft dargestellt, können in einer Ausführungsform der Erfindung mehrere Vorrichtungen auf einer gemeinsamen Verzögerungsstrecke 4 nebeneinander angeordnet sein, und/oder die Schutzschicht 8 kann mehr als einen Zusammenbau der Teile

der Vorrichtung gemeinsam überziehen.

Fig. 3 zeigt eine spezifische Ausführung der Verzögerungsstrecke 4 aus einem festen Material, in Längsrichtung der rohrförmigen Komponente 10 betrachtet, bei der ein Abschnitt der Verzögerungsstrecke 4, z.B. mit einem Laser-Ätzverfahren, abgetragen worden ist. Der abgetragene Abschnitt ist länger als die Länge und breiter als die Breite des piezoelektrischen Wandlers 2, wobei die Abtragung über die Breite der Verzögerungsstrecke 4 so erfolgt, dass die Verzögerungsstrecke 4 eine materialfreie, spaltartige Vertiefung aufweist, die ein materialfreies Volumen zur Mantelaußenfläche der

Komponente 10 bildet, welches materialfreie Volumen sich bei der Umströmung mit einem

Wie in Fig. 4 bzw. Fig. 8 beispielhaft dargestellt, wird die Vorrichtung 1 durch eine Fixiereinrichtung, umfassend ein biegeelastisches Band 9 und einen Schließmechanismus 12, via die Verzögerungsstrecke 4 an die Komponente 10 gedrückt.

Das Band 9 besteht aus einem Material, das als Wärmesenke wirkt.

Der piezoelektrische Wandler 2 kann als Sol-Gel-Lösung, als flexible oder piezoelektrische Festkörperschicht ausgeführt sein. Die Dicke des piezoelektrischen Wandlers 2 soll nicht mehr als 1/10 des Abstandes zwischen Komponente 10 und einem Behälter 14 (siehe Fig. 8 und Fig. 9), welcher mit dem die Vorrichtung 1 umströmenden Kühlmittel 11 gefüllt ist,

betragen.

Die Länge und Breite des piezoelektrischen Wandlers 2 soll jeweils nicht mehr als 1/10 vom, im Bereich der Kontaktfläche der Vorrichtung 1 mit der Komponente 10, auf der Komponente 10 vorliegenden kleinsten Kontaktflächenkrümmungsradius betragen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Funktion des piezoelektrischen Wandlers 2, z.B. durch eine Rissbildung oder Störreflexion, nicht beeinträchtigt wird, wenn die Vorrichtung 1 mit der

Komponente 10 mittels Band 9 unter Krafteinwirkung in Kontakt gebracht wird.

Die Betriebsfrequenz des piezoelektrischen Wandlers 2 liegt zwischen 10 kHz und

100 MHz, bevorzugt zwischen 20 kHz und 100 MHz. Das Material des piezoelektrischen Wandlers 2 ist ausgewählt — ist aber nicht darauf beschränkt — aus PZT, Lithium-Niobit, PbT, und soll eine Curie-Temperatur aufweisen, die mindestens 20 % höher ist als die

Betriebstemperatur der Komponente 10.

Die Elektroden 3 des piezoelektrischen Materials sind ausgewählt aus Cu, Ag, Au, Zn, Sn

und/oder einer Kombination davon.

Die Verzögerungsstrecke 4 hat die Funktionen, einerseits den piezoelektrischen Wandler 2 von der auf der Komponente 10 herrschenden Temperatur abzuschirmen und andererseits die Ausbreitung und den Empfang von akustischen Schwingungen sicherzustellen. Um die Kopplung zwischen der Vorrichtung 1 und der Komponente 10 bestmöglich zu gestalten, ist die Dicke der Verzögerungsstrecke 4, welche selbst eine maximale Dicke von 1/10 einer Wellenlänge des piezoelektrischen Wandlers 2 aufweisen soll, von der Komponente 10 so

gering wie möglich zu wählen, jedenfalls geringer als die Nahfeldlänge des

vermieden.

Die Oberfläche der Komponente 10 muss im Bereich, wo der Kontakt mit Vorrichtung 1 über die Verzögerungsstrecke 4 vorgesehen ist, für das Messprinzip geeignet konditioniert

sein, um die erfindungsgemäße Funktion zu gewährleisten.

Das zu verwendende Klebeverfahren zur Verbindung des piezoelektrischen Wandlers 2 mit der Verbindungsschicht 5 hängt von der maximalen Temperatur ab, der die Vorrichtung 1 während der Verwendung ausgesetzt ist. Für Anwendungen bis zu 200 °C eignen sich Epoxidharz oder ähnliche Klebstoffe. Oberhalb dieser Temperaturgrenze eignen sich spezielle Epoxide und Zementmassen. Für Anwendungen über 500 °C sind Hart- und Weichlötschichten zu verwenden. Bevor der Lötvorgang durchgeführt wird, muss die Verzögerungsstrecke 4 mit einem Material überzogen werden, welches die Ausbildung einer

fehlerfreien Lötverbindung gewährleistet.

Der Draht 6 hat einen Durchmesser von nicht mehr als 0,3 mm, um einerseits Eigenspannungen und Bruch am Austritt aus der Lötschicht 7 zu vermeiden und andererseits den piezoelektrischen Wandler 2 so zu kontaktieren, dass die Funktionalität des piezoelektrischen Wandlers 2 möglichst wenig beeinflusst wird. Nach Austritt aus der Vorrichtung 1 ist der Draht 6, in einer beispielhaften Ausführungsform mit dem Draht 6 von zumindest einem weiteren, auf der Verzögerungsstrecke 4 angeordneten, piezoelektrischen Wandler 2 (um Messungen an mehr als einer Stelle der Komponente 10 durchzuführen), zu einem Drahtbündel verbunden, wie beispielhaft in Fig. 7 dargestellt. Der Draht 6 bzw. die Drähte 6 sind vor dem Kühlmittel 11 und elektromagnetischen Störungen geeignet zu schützen und zu einem Wellenformgenerator zu führen. Der Wellenformgenerator sendet über einen Multiplexer ein Signal mittels dem Draht 6 an den piezoelektrischen Wandler 2. Fig. 9 zeigt beispielhaft, dass der piezoelektrische Wandler 2 damit eine akustische Welle 15 erzeugt, die sich durch die Wand der Komponente 10 ausbreitet, bis sie auf die der Komponente 10 zugewandten Oberfläche 17 der Schmelze 13 trifft. Hier wird die akustische Welle 15 als Schallwelle 16 zum piezoelektrischen Wandler 2 reflektiert. Der piezoelektrische Wandler 2 sendet das empfangene Signal über den Draht 6 an ein Messgerät

(z.B. Oszilloskop, Rechner), welches die Daten erfasst, verarbeitet und speichert.

Die Schutzschicht 8 hat die Funktion, den piezoelektrischen Wandler 2 gegenüber

Kühlmittel 11 zu schützen und als akustische Unterstützung zu dienen. Das Material der

Materials der Verzögerungsstrecke 4 und die Streckgrenze des Materials von Band 9 ist.

Das Band 9 ist aus einem Material auszuführen, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material der Verzögerungsstrecke 4 hat. Das Band 9 wirkt dabei als Wärmesenke, die Schutzschicht 8 betreffend, für den von der Kontaktfläche mit der Komponente 10, über die Verbindungsschicht 5 und über die Schutzschicht 8 (vgl. Fig. 4) entstehenden Wärmefluss und gibt die aufgenommene Wärme an das Kühlmittel 11 ab und wirkt somit einer

Überhitzung des piezoelektrischen Wandlers 2 entgegen.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine auf mikroskopischer Ebene sich durch die Oberflächenrauigkeit auf der Verzögerungsstrecke 4 und der Komponente 10 ergebende effektive Kontaktfläche zwischen der Verzögerungsstrecke 4 und der Komponente 10. Dabei ist in gasförmiger Umgebung der Kontakt durch Materialkontakte und gasgefüllte spaltartige Volumenbereiche gekennzeichnet (siehe Fig. 5, links). Der Schall breitet sich bevorzugt nur über die Materialkontakte aus. Um dieser für den Schall nachteiligen Situation entgegenzuwirken, wird ein neuartiger Kopplungsmechanismus zwischen der Verzögerungsstrecke 4 und der Komponente 10 angewendet. Dabei wird die Kopplung durch eine Kombination von zumindest zwei der folgenden drei Methoden erzielt: „trockene Kopplung“,

„Kühlmittelfluss“ und „thermische Ausdehnung“.

Trockene Kopplung: Um eine maximale Kontaktfläche zwischen der Verzögerungsstrecke 4 und der Komponente 10 zu erreichen, wird die Verzögerungsstrecke 4 (im Wege der Vorrichtung 1) mittels dem Band 9 und dem beispielhaft in Fig. 6 dargestellten

Mechanismus 12, wie in Fig. 8 beispielhaft dargestellt, kraftschlüssig gegen die Komponente 10 gedrückt.

Kühlmittelfluss: Um die übertragende Schallenergie zu erhöhen, wird das unter Druck stehende Kühlmittel 11 verwendet, welches bei der Formgebung von metallischer Schmelze 13 die Komponente 10 typischerweise umfließt. Das Kühlmittel 11 füllt die Luftspalte zwischen der Verzögerungsstrecke 4 und der Komponente 10 und wirkt so als akustische Koppelschicht (siehe Fig. 5, rechts). Fig. 4 zeigt beispielhaft eine besondere Ausprägung der Methode „Kühlmittelfluss“, bei dem ein explizit hergestelltes,

materialfreies, spaltartiges Volumen für den Kühlmittelfluss vorliegt.

Thermische Ausdehnung: Für die Verzögerungsstrecke 4 wird ein Material verwendet, welches einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist als der mit der Vorrichtung 1 in Kontakt befindliche Materialbereich der Komponente 10. Fig. 8 zeigt eine beispielhafte Positionierung von Band 9 mittels dem Mechanismus 12, z.B. in Form eines Kabelbindermechanismus oder Schraubmechanismus, auf einer beispielhaft vom Kühlmittel 11 umflossen Komponente 10, in welche sich eine Schmelze 13 hinein und am anderen Ende der Komponente 10 wieder verformt heraus bewegt. Infolge des durch die Temperatur der Schmelze 13 entstehenden Temperaturanstiegs der Komponente 10 dehnt sich diese thermisch aus, wodurch sich, da das Band 9 gleichzeitig gekühlt wird, die Anpresskraft und somit die Kontaktfläche zwischen der Verzögerungsstrecke 4 und der

Komponente 10 erhöht.

Sobald das Band 9 mittels dem Mechanismus 12 auf der Komponente 10 befestigt ist, wird die Komponente 10 in einen Behälter 14 eingebracht. Der verbleibende Spalt zwischen der Komponente 10 und dem Behälter 14 wird mit Kühlmittel 11 gefüllt und bildet den, gegebenenfalls unter erhöhtem Druck stehenden, Kühlmittelspalt. Der Draht 6 des piezoelektrischen Wandlers 2 wird durch den Kühlmittelspalt geführt, aus diesem druckdicht

ausgeschleust und an einen Multiplexer angeschlossen.

Fig. 9 zeigt beispielhaft die Vorrichtung 1 innerhalb eines Kühlmittelspaltes mittels dem Band 9 an der Komponente 10 befestigt. Die Schutzschicht 8 ist in einer besonderen Ausprägung mit einer Fase 18 versehen, die von der Fließrichtung des Kühlmittels 11 angeströmt wird. Mit der Fase 18 wird einerseits der durch die Flüssigkeitsströmung auf die Vorrichtung 1 wirkenden Staukraft entgegengewirkt und andererseits die Flüssigkeitsströmung teilweise in ein eventuell vorhandenes, mit einem Gas (z.B. Luft) oder einer Flüssigkeit (z.B. Kondenswasser) gefüllten spalt-artigen Volumen zwischen der

Verzögerungsstrecke 4 und der Komponente 10 umgelenkt.

Claims (8)

1. Vorrichtung (1) zur in-situ Bestimmung der Veränderung der Wanddicke einer rohrförmigen Komponente (10), gekennzeichnet durch:

zumindest einen piezoelektrischen Wandler (2) mit einer Betriebsfrequenz von 10 kHz bis 100 MHz, wobei das Material des piezoelektrischen Wandlers (2) eine Curie-Temperatur aufweist, die zumindest 20 % höher ist als die Betriebstemperatur der Komponente (10), zumindest eine mit dem piezoelektrischen Wandler (2) verbundene Verbindungsschicht (5), mit einer Wandstärke von nicht mehr als 1/10 einer Wellenlänge des zugeordneten piezoelektrischen Wandlers (2) und mit einer Temperaturbeständigkeit von zumindest der Temperaturbeständigkeit des piezoelektrischen Wandlers (2),

zumindest eine mit der Verbindungsschicht (5) verbindbare Verzögerungsstrecke (4) mit einer Wandstärke nicht größer als die Wellenlänge des zugeordneten piezoelektrischen Wandlers (2),

eine Fixiereinrichtung zur lösbaren Befestigung der Vorrichtung (1) an der Komponente (10) mit zumindest einem Band (9), dessen Material als Wärmesenke dient, wobei die Fixiereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Verbindungsschicht (5) gegen die Verzögerungsstrecke (4) und die Verzögerungsstrecke (4) gegen die Komponente (10) zu drücken, und

eine Schutzschicht (8), die zumindest den piezoelektrischen Wandler (2) als mechanischer Schutz umgibt, wobei das Band (9) als Wärmesenke gegenüber der Schutzschicht (8) dient, wobei die Verzögerungsstrecke (4) eine Vertiefung aufweist, die bei Anliegen der Verzögerungsstrecke (4) an der Komponente (10) ein Volumen zur Mantelaußenfläche der

Komponente (10) bildet, das von einem Kühlmittel durchströmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Veränderung der Wanddicke der rohrförmigen Komponente (10) durch Erfassen der an dem Stoff in der rohrförmigen Komponente (10) reflektierten Reflexionswellen (16) der vom piezoelektrischen Wandler (2) ausgestrahlten Wellen (15) bestimmt, wobei das Erfassen der

Reflexionswellen (16) bevorzugt durch Messen der Transmissionszeit erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Raumrichtung die Abmessung des piezoelektrischen Wandlers (2) geringer ist als 1/10 eines flächengleichen Durchmessers der Komponente (10) im Bereich der Fixierung der

Vorrichtung (1) an der Komponente (10).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) eine geringere thermische Ausdehnung als die Komponente (10)

aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Komponente (10) Teil einer Hochtemperatur-Stranggusskokille ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsstrecke (4) eine Wandstärke nicht größer als 1/10 der Wellenlänge des

zugeordneten piezoelektrischen Wandlers (2) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den piezoelektrischen Wandler (2) anregenden Wellenformgenerator, wobei bei Vorsehen von mehreren piezoelektrischen Wandlern (2) in der Vorrichtung (1) bevorzugt der Wellenformgenerator die einzelnen piezoelektrischen Wandler (2) selektiv über einen

Multiplexer anregt.