DE102012110917A1

DE102012110917A1 - Ultraschall-Prüfeinrichtung mit flexibler Prüfkopfhalterung

Info

Publication number: DE102012110917A1
Application number: DE201210110917
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: GE Sensing and Inspection Technologies GmbH
Current assignee: Baker Hughes Digital Solutions GmbH
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Prüfeinrichtung (10) zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks (60) mit einer Innenbohrung (61), umfassend eine Prüfkopfhalterung (20; 20‘) mit wenigstens einem Prüfkopf (21), der in die Innenbohrung (61) des Werkstücks (60) einführbar ist. Die Prüfkopfhalterung (20; 20‘) weist wenigstens ein Stützelement (22; 23) und eine Tragstrebe (34; 43) auf, an welcher der wenigstens eine Prüfkopf (21) angebracht ist, wobei der wenigstens eine Prüfkopf (21) gegenüber der Tragstrebe (34; 43) beweglich und federbelastet ausgeführt ist, und auf den Prüfkopf (21) durch die Federkraft eine radiale Kraft von der Tragstrebe (34; 43) weg wirkt. Hierdurch ist die Prüfkopfhalterung (20;20‘) so in die Innenbohrung (61) des Werkstücks (60) einführbar, dass sowohl der wenigstens eine Prüfkopf (21) als auch das wenigstens eine Stützelement (22; 23) an der Innenfläche (62) der Innenbohrung (61) anliegen. Die erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfeinrichtung (10) zeichnet sich dadurch aus, dass der Prüfkopf (21) an wenigstens einem Ausleger (30; 30‘; 30‘‘; 40; 40‘; 41; 41‘) angebracht ist, der gelenkig so mit der Tragstrebe (34; 43) verbunden ist, dass der Ausleger (30; 30‘; 30‘‘; 40; 40‘; 41; 41‘) durch eine axial wirkende Federkraft radial von der Tragstrebe (34; 43) weg bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Prüfeinrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks mit einer Innenbohrung, umfassend eine Prüfkopfhalterung mit wenigstens einem Prüfkopf, der in die Innenbohrung des Werkstücks einführbar ist. Bei einem solchen Werkstück mit Innenbohrung handelt es sich beispielsweise um eine Hohlwelle mit zylindrischer Innenbohrung, wie sie insbesondere für Eisenbahnradsatzwellen verwendet wird. Die erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfeinrichtung kann jedoch für beliebige Rohre eingesetzt werden, die von ihrer Innenseite aus einer Ultraschallprüfung unterzogen werden sollen. Dabei können die Rohre auch gekrümmt sein, so dass auch die Innenbohrung einen gekrümmten Verlauf hat.
Im Bereich der Ultraschallprüfung von Hohlwellen bzw. Rohren ist es bekannt, Ultraschall-Prüfeinrichtungen mit Prüfkopfhalterungen einzusetzen, mit denen ein Prüfkopf axial in die Hohlwelle einführbar ist, um dort von innen eine Ultraschallprüfung beispielsweise nach einem Impuls-Echo-Verfahren durchzuführen. Dabei umfasst ein zugehöriger Prüfkopf wenigstens einen Wandler, der in der Regel sowohl als Sender, als auch als Empfänger dient und typischerweise über einen Vorlaufkörper an die Innenseite der jeweiligen Hohlwelle angekoppelt wird. Dazu entspricht der Außendurchmesser des in die Hohlwelle eingeführten Prüfkopfes in etwa dem Innendurchmesser des zu prüfenden Werkstücks.
Um einen konstanten Andruck eines solchen Prüfkopfes an die Innenwand des Werkstückes zu gewährleisten, können auf einer Seite des Prüfkopfes federbelastete Kugeln aus dem Prüfkopfgehäuse herausragen, welche den Prüfkopf auf der gegenüber liegenden Seite gegen die Innenwand des Werkstückes drücken. Mit diesen federbelasteten Kugeln lassen sich bei zu prüfenden Hohlwellen oder Rohren geringfügige Unterschiede im Innendurchmesser ausgleichen. Beispielsweise können Durchmesserunterschiede im Bereich von +/–2,3 mm abgedeckt werden. Für Bauteile mit unterschiedlichen Innendurchmessern im Bereich von etwa 20 mm bis 150 mm müssen jedoch jeweils passende Prüfköpfe bzw. Prüfkopfhalterungen bereitgestellt werden, was die Notwendigkeit bedingt, eine sehr hohe Anzahl an auswechselbaren Prüfköpfen vorzuhalten, was darüber hinaus mit hohem Aufwand für die Umrüstung und Prüfung verbunden ist.
Ferner ist es für eine radiale Zentrierung einer Prüfkopfhalterung innerhalb einer zylindrischen Bohrung ebenfalls bekannt, federbelastete Mittel einzusetzen. Beispielsweise offenbart die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2004 015 456 U1 eine Ultraschall-Prüfeinrichtung mit einem Inspektionskopf, der zum Verfahren beispielsweise innerhalb einer Hohlwelle in und entgegen einer Vorschubrichtung über ein Teleskop mit einem Axialantrieb verbunden ist. Der Inspektionskopf weist ein Zentrierfahrwerk auf, welches aus mehreren federbelasteten Spreizarmen besteht, an deren Enden Gleitrollen angebracht sind. Durch die Federkraft werden die Spreizarme auseinander und die Gleitrollen somit gegen die Innenwand der zu prüfenden Hohlwelle gedrückt. So kann die Prüfvorrichtung für verschiedene Innendurchmesser von Hohlwellen eingesetzt werden, wobei sich der Inspektionskopf unabhängig vom Innendurchmesser des zu prüfenden Werkstücks immer mittig innerhalb der Hohlwelle bewegt. Der Inspektionskopf ist mit einem Prüfkopfträger verbunden, an dem Ultraschallsondern in radial angefederten Kunststoffhalbsegmenten befestigt sind, um einen stets sicheren Kontakt zur Innenfläche der Wellenbohrung zu gewährleisten. Auch dieses System eignet sich jedoch nur zum Ausgleich von geringfügigen Unterschieden im Innendurchmesser der zu prüfenden Werkstücke im Bereich von beispielsweise 65 mm bis 90 mm.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ultraschall-Prüfeinrichtung mit wenigstens einem Prüfkopf bereitzustellen, die zur Ultraschallprüfung von Innenbohrungen in Werkstücken geeignet ist, wobei die Ultraschall-Prüfeinrichtung flexibel in einem möglichst großen Bereich von Innendurchmessern der zu prüfenden Werkstücke einsetzbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Ultraschall-Prüfeinrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Ultraschall-Prüfeinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–17.
Die erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfeinrichtung eignet sich zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks mit einer Innenbohrung und umfasst eine Prüfkopfhalterung mit wenigstens einem Prüfkopf, der in die Innenbohrung des Werkstücks einführbar ist. Die Prüfkopfhalterung weist ferner wenigstens ein Stützelement und eine Tragstrebe auf, an welcher der wenigstens eine Prüfkopf angebracht ist. Der wenigstens eine Prüfkopf ist dabei gegenüber der Tragstrebe beweglich und federbelastet ausgeführt, wobei auf den Prüfkopf durch die Federkraft eine radiale Kraft von der Tragstrebe weg wirkt. Hierdurch ist die Prüfkopfhalterung so in die Innenbohrung des Werkstücks einführbar, dass sowohl der wenigstens eine Prüfkopf als auch das wenigstens eine Stützelement an der Innenfläche der Innenbohrung anliegen.
Der wenigstens eine Prüfkopf ist somit beweglich gegenüber einer Tragstrebe der Prüfkopfhalterung ausgeführt, wobei eine Federkraft an dem Prüfkopf anliegt, die den Prüfkopf konstant von der Tragstrebe weg drückt oder zieht. Hierdurch kann die Prüfkopfhalterung mit einem Stützelement und dem Prüfkopf an der Innenseite einer Hohlwelle anliegen, wobei die Federkraft den Prüfkopf auch von dem Stützelement weg drückt oder zieht.
Erfindungsgemäß ist der Prüfkopf dabei an wenigstens einem Ausleger angebracht, der gelenkig so mit der Tragstrebe verbunden ist, dass der Ausleger durch eine axial wirkende Federkraft radial von der Tragstrebe weg schwenkbar ist. Die eingesetzte Federkraft wirkt somit nicht radial, sondern axial und wird über einen geeigneten Ausleger in eine radiale Bewegung des Prüfkopfes umgesetzt. So kann der Prüfkopf für einen großen Bereich an Innendurchmessern der zu prüfenden Werkstücke in einem entsprechenden Abstand zum Stützelement stehen, wobei dieser Abstand variabel einstellbar ist, der Prüfkopf aber stets durch die Federkraft an der Innenseite des Werkstücks anliegt. Soll die Prüfkopfhalterung beispielsweise in Hohlwellen mit relativ kleinem Innendurchmesser eingebracht werden, kann der Abstand zwischen dem Prüfkopf und dem Stützelement manuell gegen die Federkraft verringert und die Prüfkopfhalterung so in das Werkstück eingeführt werden. Dabei passt sich der Abstand zwischen dem Prüfkopf und dem Stützelement durch die Federkraft immer an den jeweiligen Innendurchmesser an.
Federn zur Erzeugung der Federkraft können dabei platzsparend axial angeordnet werden, ohne dass sie eine Reduzierung des Abstands zwischen dem Prüfkopf und dem Stützelement behindern würden. Bei radial angeordneten Federn würde deren Mindestlänge hingegen den minimal einstellbaren Abstand zwischen Prüfkopf und Stützelement begrenzen, was nachteilig wäre. Somit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung geringere Abstände realisieren, als dies bei bekannten Lösungen der Fall ist, so dass die Ultraschall-Prüfeinrichtung auch zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung von Werkstücken mit relativ kleinen Innendurchmessern beispielsweise unterhalb von 65 mm einsetzbar ist.
Die eingesetzten Federn können ferner so groß und lang gewählt werden, dass sie den wenigstens einen Prüfkopf gleichzeitig über einen Ausleger auch sehr weit radial von der Tragstrebe weg schwenken können, wobei der Prüfkopf auch bei großen Innendurchmessern des zu prüfenden Werkstücks immer noch sicher unter Federkraft an der Innenseite des Werkstücks anliegt. Hierdurch lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung größere Abstände zwischen dem Prüfkopf und einem Stützelement realisieren, als dies bei bekannten Lösungen der Fall ist, so dass die Ultraschall-Prüfeinrichtung auch zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung von Werkstücken mit relativ großen Innendurchmessern beispielsweise oberhalb von 90 mm einsetzbar ist. Würden hierfür entsprechend große Federn radial angeordnet, könnten zwar unter Umständen ebenso große Abstände realisiert werden, aber die Federn würden gleichzeitig die einstellbaren Mindestabstände erheblich vergrößern.
Durch die Kombination des Prüfkopfes an einem Ausleger und einer axial auf den Ausleger wirkenden Federkraft ergibt sich somit ein sehr großer Bereich an Innendurchmessern von Werkstücken, die mit der erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfeinrichtung geprüft werden können, wobei der wenigstens eine Prüfkopf stets sicher unter Federkraft an die Innenseite des Werkstücks angekoppelt ist.
Dabei kann der einstellbare Abstand je nach Konstruktion der Prüfkopfhalterung in der Größenordnung von 20 mm bis 150 mm, insbesondere bei 25 mm bis 140 mm liegen. Beispielsweise können Prüfkopfhalterungen bzw. Prüfköpfe eingesetzt werden, bei denen 25 mm konstruktionsbedingt das Minimum darstellen, so dass die Spanne von 25 mm bis etwa 65 mm reichen kann, während die Spanne bei anderen Varianten insbesondere von 55 mm bis 140 mm reichen kann. Für die verschiedenen Innendurchmesser müssen so in jedem Fall nicht jeweils passende Prüfköpfe bzw. Prüfkopfhalterungen vorgehalten werden, sondern die erfindungsgemäße Ultraschall-Prüfeinrichtung ist als Multitool flexibel für eine Vielzahl von Innendurchmessern einsetzbar. Dabei kann die Einstellung des Abstands zwischen den Anlageflächen des Prüfkopfes und des Stützelementes stufenlos erfolgen und die Anwendung der Einrichtung ist so auch nicht auf vorgegebene Durchmesser beschränkt.
Das Stützelement kann dabei durch die Tragstrebe selbst oder ein eigenes Element gebildet werden, das fest oder beweglich an der Tragstrebe montiert ist. Dabei muss die Tragstrebe keine reine Strebenform haben, sondern als Tragstrebe im Sinne dieser Erfindung sind jegliche Bauteile anzusehen, an denen der Prüfkopf beweglich so montiert ist, dass sich der Abstand zwischen dem Prüfkopf und einem Stützelement so verändern lässt, dass beide in Anlage mit der Innenfläche eines zu prüfenden Werkstücks bringbar sind. Bei der Tragstrebe kann es sich daher beispielsweise auch um eine Art Gehäuse handeln, gegenüber dem der Prüfkopf federbelastet beweglich ist.
Die Prüfkopfhalterung kann sich neben dem Prüfkopf über die Tragstrebe selbst oder ein besonders hierfür ausgebildetes Bauteil der Tragstrebe an der Innenseite der Hohlwelle abstützen. Wird die Tragstrebe beispielsweise als Gehäuse ausgeführt, aus dem ein Prüfkopf mit einem federbelasteten Ausleger herausragt, könnte die Prüfkopfhalterung mit dem Gehäuse und dem Prüfkopf an der Innenseite der Hohlwelle anliegen. Das Gehäuse stellt dann das Stützelement dar. Wird an der Tragstrebe dagegen ein eigenes Bauteil als Stützelement ausgebildet, liegt die Prüfkopfhalterung mit diesem Stützelement und dem Prüfkopf an der Innenseite der Hohlwelle an. Dabei kann das Stützelement ebenfalls gegenüber der Tragstrebe bzw. dem Gehäuse beweglich und federbelastet ausgeführt sein. In einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Stützelement ebenfalls als Prüfkopf ausgebildet, so dass dieses Element neben seiner Abstützfunktion für den ersten Prüfkopf auch als zweiter Prüfkopf einsetzbar ist. Es sind dann wenigstens zwei Prüfköpfe vorhanden, die für eine Ultraschallprüfung an die Innenseite einer Hohlwelle angekoppelt werden können, wobei sich die Prüfkopfhalterung mit diesen beiden Prüfköpfen und eventuell weiteren Stützelementen an der Hohlwelle abstützt. Unabhängig davon, ob ein Stützelement als ergänzender Prüfkopf ausgebildet ist oder nicht, kann das wenigstens eine Stützelement wie der wenigstens eine Prüfkopf gegenüber der Prüfkopfhalterung beweglich und federbelastet ausgeführt sein, wodurch auf das Stützelement durch die Federkraft ebenfalls eine radiale Kraft von der Tragstrebe weg wirkt. Auch das Stützelement wird so von der Tragstrebe weg gedrückt oder gezogen, so dass der Prüfkopf und das Stützelement eine Art Spreizvorrichtung bilden.
In dieser Ausführungsform der Erfindung mit beweglichem Stützelement sind die Kräfte, welche von der Tragstrebe weg auf einen Prüfkopf und ein Stützelement wirken, vorzugsweise in genau entgegengesetzte Richtungen gerichtet. Der Prüfkopf und das Stützelement können dazu achsensymmetrisch in Bezug zu einer Längsachse der Tragstrebe angebracht sein.
Sind zwei bewegliche Stützelemente vorgesehen, können die Kräfte, welche von der Tragstrebe weg auf einen Prüfkopf und die beiden Stützelemente wirken, beispielsweise auch in Richtungen gerichtet sein, die in einem Winkel von etwa 120° zueinander stehen. Der Prüfkopf und die beiden Stützelemente spreizen dann durch die axiale Federkraft in drei Richtungen auseinander.
Für eine bewegliche und federbelastete Anbringung des wenigstens einen Prüfkopfes an der Tragstrebe über einen Ausleger können verschiedene Konstruktionen gewählt werden. In einer möglichen Ausführungsform ist der wenigstens eine Prüfkopf dazu an jeweils einem Spreizarm angebracht, der über einen Drehpunkt gelenkig an einem Trägerelement montiert ist, das fest mit der Tragstrebe verbunden ist. Eine Federkraft wirkt dann axial in Richtung des Trägerelementes auf eine axial auf der Tragstrebe der Prüfkopfhalterung bewegbare Lochscheibe. Der Spreizarm weist im Bereich seines Drehpunktes eine Abrollgeometrie auf, die so ausgeformt ist, dass die Abrollgeometrie des Spreizarmes bei Druck von der Lochscheibe auf die Abrollgeometrie so an der Lochscheibe abrollt, dass sich der Spreizarm um seinen Drehpunkt dreht und den Prüfkopf radial von der Tragstrebe weg bewegt. Die Abrollgeometrie an dem Spreizarm ist somit so ausgestaltet, dass der Spreizarm mit dem Prüfkopf konstant nach außen gedrückt wird, wenn über die Lochscheibe Druck auf die Abrollgeometrie aufgebracht wird. Dies kann beispielsweise durch eine exzentrische Geometrie mit einem entsprechend geformten Abschnitt erreicht werden, durch den eine axiale Kraft auf den Spreizarm in eine Drehung des Spreizarmes um seinen Drehpunkt umsetzbar ist.
Die hierzu erforderliche axiale Kraft wird dabei durch die Federkraft bewirkt, die auf die Lochscheibe wirkt. Diese Federkraft kann ebenfalls auf verschiedene Arten realisiert werden, wobei in einem möglichen Ausführungsbeispiel eine auf Druck belastete Feder zwischen der Lochscheibe und einem fest mit der Tragstrebe verbundenen Anschlag eingespannt ist, der sich auf der dem Trägerelement abgewandten Seite der Lochscheibe befindet. Hierdurch wirkt eine Federkraft von der Feder auf die Lochscheibe, so dass diese konstant Druck gegen die Abrollgeometrie des Spreizarmes ausübt. Die Federkraft könnte jedoch mit einer anderen Konstruktion auch eine axiale Zugkraft auf die Lochscheibe aufbringen, um diese gegen die Abrollgeometrie des Spreizarmes zu ziehen und so den gewünschten Druck zu erzeugen.
Das wenigstens eine Stützelement kann dabei wie der Prüfkopf in der beschriebenen Weise mit jeweils einem Spreizarm über einen Drehpunkt gelenkig an dem Trägerelement angebracht sein. Bei dieser Lösung wäre das Stützelement ebenfalls gegenüber der Tragstrebe beweglich ausgeführt und würde durch die axiale Federkraft radial nach außen gedrückt, so dass der Prüfkopf und das Stützelement unter Federkraft an der Innenseite der Hohlwelle anliegen. Dies hat den Vorteil, dass sich die Prüfkopfhalterung in wenigstens zwei Richtungen aufspreizen lässt, während die Tragstrebe in etwa mittig innerhalb der Hohlwelle verläuft.
Damit der Prüfkopf bei unterschiedlichen Lagen in Bezug zur Tragstrebe immer gut an die Innenseite der Hohlwelle ankoppelbar ist, ist der Prüfkopf vorzugsweise gelenkig am Spreizarm angebracht. Dabei ist er wenigstens entlang einer Achse schwenkbar, die quer zur Längsachse der Hohlwelle verläuft. So kann er seine Lage in Bezug zum Spreizarm verändern, und seine Außenfläche mit einem oder mehreren Wandlern wird unabhängig vom Winkel zwischen dem Spreizarm und der Tragstrebe immer möglichst flächig gegen die Innenseite der Hohlwelle gedrückt.
Der Prüfkopf kann jedoch auch in mehr als einer Achse gelenkig an dem Spreizarm angebracht sein. Dies kann zum Beispiel über ein Kugelgelenk oder eine kardanische Aufhängung realisiert werden. Dabei kann der Prüfkopf auch nur in zwei Achsen gelenkig am Spreizarm montiert sein, was beispielsweise über eine gelenkige Anbringung einer Aufnahme am Spreizarm realisiert werden kann, wobei diese Aufnahme wiederum gelenkig den Prüfkopf aufnimmt. Die beiden so entstehenden Schwenkachsen für den Prüfkopf können senkrecht oder in einem anderen Winkel zueinander verlaufen. So könnte insbesondere bei spiralförmigen Bewegungen des wenigstens einen Prüfkopfes durch eine Hohlwelle oder ein Rohr erreicht werden, dass der Prüfkopf immer an der Innenseite des jeweiligen Werkstücks anliegt und daran entlang gleitet.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, den Prüfkopf zwar beweglich um eine Schwenkachse an einem Spreizarm zu lagern, die senkrecht zu Längsachse des zu prüfenden Werkstücks verläuft, den Prüfkopf in anderen Richtungen aber so starr wie möglich zu halten. Insbesondere gilt dies für ein Schwenken des Prüfkopfes um die Längsachse des Werkstücks. Je nach Beschaffenheit der Innenfläche des zu prüfenden Werkstücks könnte es beispielsweise vorkommen, dass der Prüfkopf an Unebenheiten und/oder Rillen einer gedrehten Innenbohrung hängenbleibt oder das Abgleiten durch diese zumindest verschlechtert wird, so dass der Prüfkopf bei einer Drehung innerhalb des Werkstücks unter Umständen leicht verkantet.
Um dieses Verkanten des Prüfkopfes zu vermeiden, können an einem Spreizarm konstruktive Maßnahmen für einen größeren Seitenhalt vorgesehen sein, um so insbesondere ein Schwenken des Prüfkopfes um die Längsachse des Werkstücks zu verhindern. Dies kann beispielsweise durch Führungselemente an den Seiten des Prüfkopfes realisiert werden, innerhalb derer der Prüfkopf zwar quer zur Längsachse des Werkstücks schwenken kann, die aber ein Drehen in andere Richtungen behindern. Ferner kann die Lagerung des Prüfkopfes an dem Spreizarm selbst so ausgeführt sein, dass sie ein Schwenken in unerwünschte Richtungen verhindert. Bei einer Lagerung in einem Punkt müsste das Lager dabei mögliche Verdrehungen des Prüfkopfes in alle anderen Richtungen um diesen einen Punkt herum verhindern, was zu hohen Belastungen auf die Lagerung führen kann. Anstelle der Lagerung des Prüfkopfes an einem Spreizarm über lediglich einen Punkt kann daher auch eine Lagerung über mehrere Punkte gewählt werden, um so eine unerwünschte Drehung des Prüfkopfes zu erschweren. Beispielsweise könnte eine Zwei-Punkt-Lagerung vorgesehen sein, wobei das Ende eines Spreizarmes als Gabel ausgebildet ist, an deren beiden Gabelenden der Prüfkopf jeweils über einen Lagerpunkt schwenkbar angebracht ist. Die Lagerpunkte liegen dabei auf einer Achse, die senkrecht zur Längsachse der Prüfkopfhalterung und damit des zu prüfenden Werkstücks verläuft. Der Prüfkopf kann so über die beiden Lagerpunkte quer zur Längsachse der Prüfkopfhalterung schwenken, aber die beiden Lagerpunkte liegen vorzugsweise so weit auseinander, dass sie insbesondere ein Schwenken um die Längsachse der Prüfkopfhalterung verhindern. Es ergibt sich also kein einzelner Drehpunkt, sondern die Belastung bei Verdrehungen des Prüfkopfes wird auf zwei Lagerpunkte verteilt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Prüfkopf nicht an einem Spreizarm montiert, sondern der wenigstens eine Prüfkopf ist jeweils gelenkig zwischen zwei Hebeln angebracht, von denen jeweils ein Hebel über ein Trägerelement gelenkig mit der Tragstrebe der Prüfkopfhalterung verbunden ist, während der jeweils andere Hebel gelenkig mit einer Hülse verbunden ist, die axial entlang der Tragstrebe beweglich ist. Eine Federkraft wirkt dann axial in Richtung des festen Trägerelementes auf die Hülse, wodurch der Prüfkopf durch die Hebel von der Tragstrebe weg nach außen gedrückt wird.
In dieser Ausführungsform kann zur Erzeugung der erforderlichen Federkraft eine auf Druck belastete Feder zwischen der Hülse und einem fest mit der Tragstrebe verbundenen Anschlag eingespannt sein, der sich auf der dem Trägerelement abgewandten Seite der Hülse befindet. Ferner kann das Stützelement erneut an der Tragstrebe selbst ausgeformt sein, oder es ist wie der Prüfkopf ebenfalls gelenkig zwischen zwei Hebeln angebracht, von denen jeweils ein Hebel über das Trägerelement gelenkig mit der Tragstrebe der Prüfkopfhalterung verbunden ist, während der jeweils andere Hebel gelenkig an der Hülse angebracht ist. Die Federkraft spreizt den Prüfkopf und das Stützelement dann gleichzeitig soweit auseinander, bis sie an den Innenseite einer Hohlwelle zur Anlage kommen. Um die Prüfkopfhalterung in kleineren Innendurchmessern einsetzen zu können, können der Prüfkopf und das Stützelement gegen die Federkraft zusammen gedrückt werden, wodurch sich die Hülse auf der Tragstrebe von dem Trägerelement weg bewegt.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Prüfkopf in mehrere Richtungen gelenkig an den Hebeln angebracht ist.
Für eine Kopplung des wenigstens einen Prüfkopfes an ein Werkstück kann ein Kopplungsmedium wie Öl eingesetzt werden, das zwischen den Prüfkopf und die Innenseite der Hohlwelle gebracht wird. Dazu kann an den Prüfkopf eine Leitung zur Zuführung des Kopplungsmediums zum Prüfkopf angeschlossen sein. Der Prüfkopf kann dann beispielsweise in seiner Anlagefläche zur Innenfläche des Werkstücks wenigstens einen Vorlaufkörper mit wenigstens einem Wandler umfassen, der von einer umlaufenden Nut umgeben ist, welche an diese Zuführleitung angeschlossen ist. Das Kopplungsmedium strömt zuerst aus der Zufuhrleitung in diese Nut und dann aus der offenen Seite der Nut heraus, wodurch es den Raum zwischen dem Vorlaufkörper bzw. den Wandlern und der Innenseite des Werkstücks ausfüllt.
Die Tragstrebe kann wenigstens abschnittsweise flexibel ausgebildet sein, um auch gebogene Rohrleitungen prüfen zu können. Dabei wird die Prüfkopfhalterung durch die Rohrleitung geführt wird, indem sich die Tragstrebe dem Verlauf der Rohrleitung anpasst. Um den wenigstens einen Prüfkopf auf verschiedenen Fahrwegen durch eine Hohlwelle bewegen zu können, ist die Prüfkopfhalterung vorzugsweise mit einem Antrieb verbunden, der Mittel zur axialen und/oder drehenden Bewegung der Prüfkopfhalterung innerhalb der Innenbohrung des Werkstücks aufweist. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es sich hierbei um ein automatisches System mit einem Vorschub von beispielsweise 5 mm/sec und einer gleichzeitigen Drehung um die Längsachse des Systems handeln. Dabei erfolgt eine automatische Datenaufnahme. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Prüfkopfhalterung schrittweise durch die Innenbohrung des Werkstücks geführt wird und an den jeweiligen Positionen Drehungen um 360° durchgeführt werden.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt:
1a eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Prüfkopfhalterung für eine Ultraschall-Prüfeinrichtung in einer stark gespreizten Stellung;
1b eine schematische Darstellung einer Prüfkopfhalterung gemäß 1a in einer gering gespreizten Stellung;
2 eine Frontansicht einer zu prüfenden Hohlwelle mit eingebrachter Prüfkopfhalterung gemäß 1a;
3a eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Prüfkopfhalterung für eine Ultraschall-Prüfeinrichtung in einer stark gespreizten Stellung;
3b eine schematische Darstellung einer Prüfkopfhalterung gemäß 3a in einer gering gespreizten Stellung;
4 eine Frontansicht einer zu prüfenden Hohlwelle mit eingebrachter Prüfkopfhalterung gemäß 3a;
5a eine schematische Seitenansicht eines Prüfkopfes;
5b eine schematische Aufsicht auf einen Prüfkopf gemäß 5a; und
6 eine schematische Darstellung der Anwendung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfeinrichtung an einem Werkstück.
1a zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Prüfkopfhalterung 20 für eine Ultraschall-Prüfeinrichtung, wobei die Prüfkopfhalterung 20 einen Prüfkopf 21 und ein Stützelement 22 aufweist. Sowohl der Prüfkopf 21 als auch das Stützelement 22 sind jeweils gelenkig an einem Spreizarm 30 und 30‘ montiert, wobei diese beiden Spreizarme 30, 30‘ wiederum gelenkig an einem Trägerelement 32 angebracht sind. Die Spreizarme 30, 30‘ dienen als Ausleger, um den Abstand zwischen dem Prüfkopf 21 und dem Stützelement 22 zu verändern.
Die Anbringung der Spreizarme 30, 30‘ an dem Trägerelement 32 erfolgt über Drehpunkte 31 und 31‘, um die der jeweilige Spreizarm 30, 30‘ gegenüber dem Trägerelement 32 geschwenkt werden kann. Das Trägerelement 32 selbst ist fest mit einer Tragstrebe 34 verbunden, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Längsachse der Prüfkopfhalterung 20 bildet. Die Tragstrebe 34 trägt die wesentlichen Komponenten der Prüfkopfhalterung 20, so dass diese über die Tragstrebe 34 in die Innenbohrung 62 eines Werkstücks eingeführt werden kann. Diese Innenbohrung 62 eines Werkstücks ist in 1a gestrichelt dargestellt.
Die Tragstrebe 34 trägt ferner eine Lochscheibe 33, die axial entlang der Tragstrebe 34 beweglich ist, indem die Tragstrebe 34 durch eine Öffnung in der Lochscheibe 33 geführt ist. In der in 1a dargestellten Situation liegt die Lochscheibe 33 an dem Trägerelement 32 und den Spreizarmen 30, 30‘ an, sie kann jedoch auch von dem Trägerelement 32 wegbewegt werden. Auf der dem Trägerelement 32 abgewandten Seite der Lochscheibe 33 ist an der Tragstrebe 34 ein Anschlag 35 vorgesehen, und zwischen der Lochscheibe 33 und diesem Anschlag 35 ist eine auf Druck beanspruchte Feder 50 eingespannt. Die axiale Federkraft der Feder 50 drückt die Lochscheibe 33 in Richtung des Trägerelementes 32, so dass diese im Bereich der Drehpunkte 31, 31‘ unter Druck an den Spreizarmen 30, 30‘ anliegt.
Die Spreizarme 30, 30‘ weisen dabei im Bereich ihrer Drehpunkte 31, 31‘ jeweils eine Abrollgeometrie auf, die so ausgeformt ist, dass sich die Spreizarme 30, 30‘ bei Druck von der Lochscheibe 33 auf diese Abrollgeometrie so um ihren jeweiligen Drehpunkt 31, 31‘ drehen, dass die Spreizarme 30, 30‘ auseinander spreizen. Die axial wirkende Kraft der Feder 50 wird so in eine Drehung der Spreizarme 30, 30‘ um ihre Drehpunkte 31, 31‘ umgesetzt, wodurch der an den Spreizarmen 30, 30‘ angebrachte Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 radial von der Tragstrebe 34 weg bewegt werden.
1a zeigt die Prüfkopfhalterung 20 mit stark auseinander gespreizten Spreizarmen 30, 30‘, so dass sich der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 sehr weit von der Tragstrebe 34 entfernt befinden und an der Innenfläche 62 einer Hohlwelle mit relativ großem Innendurchmesser anliegen. Durch die Federkraft der Feder 50 werden der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 konstant von innen gegen die Innenfläche der Hohlwelle gedrückt, so dass für die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung ein Kontakt zwischen Prüfkopf 21 und der zu prüfenden Hohlwelle gewährleistet ist.
Um die Prüfkopfhalterung 20 in eine Hohlwelle mit kleinerem Innendurchmesser einbringen zu können, können der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 manuell gegen die Federkraft der Feder 50 zusammengedrückt werden, um so den Abstand zwischen dem Prüfkopf 21 und dem Stützelement 22 zu verringern. Hierdurch würden die Spreizarme 30, 30‘ um ihre Drehpunkte 31, 31‘ gedreht, so dass ihre jeweilige Abrollgeometrie an der Lochscheibe 33 abrollt und diese gegen die Federkraft geringfügig in Richtung des Anschlags 35 verschoben wird. Der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 werden dabei soweit zusammengedrückt, dass die Prüfkopfhalterung 20 in die Hohlwelle eingeführt werden kann. Dabei liegt die Feder 50 jedoch nicht zwischen dem Prüfkopf 21 und dem Stützelement 22, so dass sie das Zusammendrücken dieser beiden Bauteile nicht behindert. Lässt man dann den Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 wieder los, spreizen die Spreizarme 30, 30‘ durch die Federkraft wieder so weit auseinander, wie es der Innendurchmesser der Hohlwelle zulässt. Der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 liegen dann unter Federspannung an der Innenseite der Hohlwelle an, so dass für die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung erneut ein Kontakt zwischen Prüfkopf 21 und der zu prüfenden Hohlwelle gewährleistet ist.
1b zeigt diese Einbringung der Prüfkopfhalterung 20 in eine Hohlwelle mit relativ kleinem Innendurchmesser, wobei zur Vereinfachung der Einbringung vorgesehen sein kann, dass die Lochscheibe 33 in Richtung des Anschlags 35 verschoben und fixiert wird, wodurch diese temporär keinen Druck mehr auf die Abrollgeometrien der Spreizarme 30, 30‘ ausübt. So kann der Abstand zwischen dem Prüfkopf 21 und dem Stützelement 22 leichter manuell verringert werden, ohne dass die beiden Elemente bei der Einbringung in die Hohlwelle gegen die Federkraft zusammengedrückt werden müssen. Sobald die Prüfkopfhalterung 20 innerhalb der Hohlwelle in die richtige Position gebracht wurde, kann die Fixierung der Lochscheibe 33 gelöst werden, so dass diese wieder unter Druck an den Abrollgeometrien der Spreizarme 30, 30‘ anliegt und sie nach außen aufspreizt, wodurch der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 unter Federkraft an der Innenfläche 62 der Hohlwelle anliegen. Aus 1b ist dabei ersichtlich, dass die Abrollgeometrien der Spreizarme 30, 30‘ so ausgeformt sind, dass die Spreizarme 30, 30‘ bei Druck von der Lochscheibe 33 nach außen geschwenkt werden.
Mit dieser Ausführungsform der Prüfkopfhalterung 20 lassen sich beispielsweise Innendurchmesser von Hohlwellen im Bereich von etwa 50 mm bis 150 mm, insbesondere von 55 mm bis 140 mm abdecken.
Dabei kann der Anschlag 35 so ausgeführt sein, dass seine fixierte Lage auf der Tragstrebe 34 veränderlich ist, so dass die Federkraft einstellbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein entsprechender Bereich der Tragstrebe 34 als Gewindestange ausgeführt ist, auf welche der Anschlag 35 mit einem Innengewinde geschraubt ist, so dass die Lage des Anschlags 35 auf der Gewindestange durch Drehen des Anschlags 35 veränderlich ist. Eventuell kann zur Fixierung des Anschlags 35 in einer bestimmten Lage eine Kontermutter vorgesehen sein. Der Anschlag 35 kann jedoch auch als Scheibe oder Hülse ausgeführt sein, durch welche die Tragstrebe 34 so mit Spiel geführt ist, dass sich der Anschlag 35 auf der Tragstrebe 35 axial bewegen lässt. Zur Fixierung des Anschlags 35 in verschiedenen Lagen können dann beliebige Fixierungsmittel vorgesehen werden. Beispielsweise kann erneut eine Mutter mit einer Kontermutter zum Einsatz kommen, wenn ein entsprechender Bereich der Tragstrebe 34 als Gewindestange ausgeformt ist. Denkbar sind aber auch Stift- oder Schraubverbindungen, Klemmverbindungen, etc.
Aufgrund der Geometrie und Wirkungsweise der Vorrichtung ist die Federkraft bei großen Innendurchmessern geringer als bei sehr kleinen Innendurchmessern des zu prüfenden Werkstücks. Daher ist auch die Kraft, mit welcher ein oder mehrere Prüfköpfe 21 gegen die Innenseite des Werkstücks gedrückt werden, nicht bei allen Innendurchmessern gleich. Bei großen Innendurchmessern ist sie geringer als bei kleinen Innendurchmessern. Soll diese Andruckkraft bei allen Messungen unabhängig vom Innendurchmesser des jeweils zu prüfenden Werkstücks immer einen bestimmten Wert haben oder sogar frei einstellbar sein, kann die beschriebene Anordnung mit einem verstellbaren Anschlag 35 auch hierzu genutzt werden. Beispielsweise kann die hierfür erforderliche Lage des Anschlags 35 für die verschiedenen Innendurchmesser ermittelt und an der Vorrichtung markiert werden. Hierzu kann zum Beispiel an der Tragstrebe 34 eine Skala mit einer Vielzahl von Strichen vorgesehen werden, die für verschiedene Innendurchmesser stehen. Um für den jeweiligen Innendurchmesser die gewünschte Andruckkraft eines Prüfkopfes 21 gegen die Innenseite des Werkstücks erzeugen zu können, muss der Anschlag 35 dann bis zu dem entsprechenden Strich der Skala geschoben und in dieser Lage fixiert werden. Folglich wäre bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Abstand zwischen dem Trägerelement 32 und dem Anschlag 35 bei größeren Innendurchmessern des zu prüfenden Werkstücks geringer einzustellen als bei kleineren Innendurchmessern.
Falls unterschiedliche Andruckkräfte einstellbar sein sollen, können auch mehrere Skalen an der Tragstrebe 34 angebracht sein, die jeweils für die verschiedenen Andruckkräfte gelten. Auch eine durch einen Stellmotor angetriebene Verschiebung des Anschlags 35 auf der Tragstrebe 34 wäre denkbar, wobei die Verschiebung in Abhängigkeit von einem eingegebenen Zielwert für die Andruckkraft erfolgen kann.
Damit der Prüfkopf 21 in jeder Lage so an der Innenfläche 62 der Hohlwelle anliegt, dass eine Ultraschallprüfung durchgeführt werden kann, ist der Prüfkopf 21 gelenkig an dem Spreizarm 30 gelagert. Da das Stützelement 22 die Prüfkopfhalterung 20 lediglich an der Hohlwelle abstützt, ist dies für das Stützelement 22 nicht zwingend erforderlich, aber auch das Stützelement 22 kann gelenkig an dem zugehörigen Spreizarm 30‘ gelagert sein. Um eine möglichst stabile Abstützung der Prüfkopfhalterung 20 innerhalb der Hohlwelle zu gewährleisten, sind der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 vorzugsweise achsensymmetrisch gegenüber der Längsachse der Tragstrebe 34 angeordnet, so dass die auf sie wirkenden Kräfte der Spreizarme 30, 30‘ in genau entgegen gesetzte Richtungen gerichtet sind. Das Stützelement 22 kann jedoch auch als Prüfkopf ausgebildet sein, so dass sich die Prüfkopfhalterung 20 über zwei Prüfköpfe an der Innenseite der Hohlwelle abstützt. In diesem Fall kann auch das Stützelement 22 als Prüfkopf gelenkig am Spreizarm gelagert sein. Auch eine größere Anzahl von Prüfköpfen und/oder Spreizarmen kann realisiert werden.
Vorzugsweise ist der Prüfkopf 21 an eine Leitung 24 angeschlossen, über welche dem Prüfkopf 21 ein Kopplungsmedium zuführbar ist. Hierbei handelt es sich typischerweise um ein Öl, mit dem der Raum zwischen dem Prüfkopf 21 und der zu prüfenden Oberfläche eines Werkstücks gefüllt wird. Die Zufuhrleitung 24 ist wenigstens bereichsweise flexibel ausgeführt, so dass sie den Bewegungen des Prüfkopfes 21 bezüglich der Tragachse 34 folgen kann. Ferner ist ein Steuer- bzw. Anschlusskabel 25 vorgesehen, welches den Prüfkopf 21 mit einer Steuereinheit der Ultraschall-Prüfeinrichtung verbindet. Dieses Steuerkabel 25 kann von dem Prüfkopf 21 durch die Lochscheibe 33 geführt werden. Werden ein oder mehrere Stützelemente ebenfalls als Prüfköpfe ausgebildet, kann es ferner vorgesehen sein, dass diese untereinander über weitere Steuerkabel miteinander verbunden werden, die ebenfalls durch die Lochscheibe 33 geführt werden und nur ein Anschlusskabel von der Lochscheibe 33 zur Steuereinheit der Ultraschall-Prüfeinrichtung führt. Für eine einfachere Handhabung können die Zufuhrleitung 24 und/oder das Steuerkabel 25 durch die jeweilige Tragstrebe der Prüfkopfhalterung geführt werden.
Dabei können an der Lochscheibe 33 Anschlussbuchsen zum Anschluss der jeweiligen Kabel vorgesehen sein, so dass die Kabel bei der Montage oder der Reinigung der Prüfkopfhalterung 20 nicht einzeln durch Bohrungen in der Lochscheibe 33 geführt werden müssen, sondern ein Prüfkopf beispielsweise mit einer Steck- und/oder Schraubverbindung an die Verkabelung der Lochscheibe angeschlossen werden kann. Der Prüfkopf kann ebenfalls so ausgestaltet sein, dass er durch eine einfache Rast- oder Klickverbindung von einem Spreizarm gelöst bzw. an diesem montiert werden kann, wodurch ein schnelles Verbindungssystem zur Montage und Demontage der Prüfkopfhalterung realisiert werden kann.
Zur Montage an einem Spreizarm kann allgemein an der Unterseite des Prüfkopfes 21 beispielsweise ein Klick- oder Schnappmechanismus vorgesehen sein, der beispielsweise einen federbelasteten Stift umfasst, der in ein zugehöriges Haltelement am Spreizarm eingreifen kann. Der Stift ist dazu in einem Anschlaggehäuse geführt, in das eine Feder eingebracht ist, so dass der Stift unter Federkraft aus dem Gehäuse herausgedrückt wird. In dieser Stellung greift der Stift in ein entsprechendes Haltelement am Spreizarm ein. Zum Lösen des Prüfkopfes von dem Spreizarm kann der Stift durch Betätigen eines Betätigungselementes gegen die Federkraft in das Gehäuse verschoben werden, so dass sich der Stift vom Haltelement des Spreizarmes löst. Es können jedoch auch andere geeignete Mechanismen für eine schnelle Ver- und Entriegelung des Prüfkopfes am Spreizarm vorgesehen sein.
2 zeigt eine Frontansicht einer Hohlwelle 60 mit eingeschobener Prüfkopfhalterung, wobei die Prüfkopfhalterung in diesem Ausführungsbeispiel einen Prüfkopf 21 und zwei Stützelemente 22 und 23 aufweist, die gelenkig jeweils an Spreizarmen 30, 30‘ und 30‘‘ montiert sind, deren Anbringung und Wirkungsweise analog zur Ausführungsform gemäß den 1a und 1b ausgestaltet ist. Der Prüfkopf 21 und die beiden Stützelemente 22 und 23 stehen jeweils in einem Winkel von etwa 120° zueinander, so dass die Kräfte, welche von der Tragstrebe 34 weg auf den Prüfkopf 21 und die Spreizarme 22, 23 wirken, ebenfalls in einem Winkel von etwa 120° zueinander gerichtet sind. Die Prüfkopfhalterung kann jedoch auch mit weiteren Stützelementen ausgebildet sein, so dass beispielsweise ein Prüfkopf und drei Stützelemente gelenkig in einem Winkel von etwa 90° zueinander an der Lochscheibe 33 angebracht wären.
Der Frontansicht der 2 ist zu entnehmen, dass die Außenfläche des Prüfkopfes 21 bzw. des darin befindlichen Vorlaufkörpers in Umfangsrichtung leicht abgerundet ausgebildet ist, um besser an dem Innenradius der jeweiligen Hohlwelle anliegen zu können. So wird die Kopplung des Prüfkopfes 21 an die Hohlwelle verbessert. Das Gleiche kann für die Außenflächen der Stützelemente 22 und 23 vorgesehen sein. Ferner können wenigstens der Prüfkopf 21, aber auch die Stützelemente 22, 23 eine Außenfläche aufweisen, die auch in axialer Richtung leicht gekrümmt, z.B. elliptisch ausgeformt ist. Hierdurch können auch gebogene Rohrleitungen geprüft werden, da sich die Prüfköpfe so besser der Biegung der Rohrleitung anpassen können. Ergänzend oder alternativ kann die Tragstrebe 34 auch wenigstens teilweise flexibel ausgeführt sein, so dass die Prüfkopfhalterung 20 in ein gebogenes Rohr einführbar ist, wobei die Tragstrebe 34 der Biegung des Rohres flexibel folgt.
3a zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Prüfkopfhalterung 20‘ für eine Ultraschall-Prüfeinrichtung, wobei die Prüfkopfhalterung 20‘ erneut einen Prüfkopf 21 und ein Stützelement 22 aufweist. Um über Ausleger eine federinduzierte Spreizung dieser beiden Bauteile 21, 22 von einer Tragstrebe 43 der Prüfkopfhalterung 20‘ weg zu bewirken, sind der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 jeweils gelenkig zwischen zwei Hebeln 40, 40‘, 41 und 41‘ montiert. Die beiden ersten Hebel 41 und 41‘ sind an ihrem anderen Ende gelenkig an einem Trägerelement 44 angebracht, das fest mit der Tragstrebe 43 verbunden ist und so einen Verbindungspunkt zur Tragstrebe 43 herstellt. Die anderen Hebel 40 und 40‘ sind dagegen gelenkig mit einer Hülse 42 verbunden, die auf die Tragstrebe 43 aufgeschoben und axial entlang dieser beweglich ist. Auf der dem Trägerelement 44 entgegen gesetzten Seite der Hülse 42 ist ein Anschlag 45 vorgesehen, und zwischen der Hülse 42 und diesem Anschlag 45 ist eine auf Druck beanspruchte Feder 51 eingespannt. Die axiale Federkraft der Feder 51 drückt die Hülse 42 in Richtung des Trägerelementes 44 und spreizt damit den Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 radial auseinander. So kann eine federinduzierte Spreizung des Prüfkopfes 21 und des Stützelementes 22 weg von der Tragstrebe 43 realisiert werden. Vorzugsweise sind der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 dabei achsensymmetrisch gegenüber der Längsachse der Tragstrebe 43 angeordnet, so dass auf diese beiden Elemente Kräfte wirken, die in genau entgegen gesetzte Richtungen gerichtet sind. Falls dies vorteilhafter ist, können jedoch auch andere Winkel zwischen den Elementen 21, 22 bzw. den auf sie wirkenden Kräften gewählt werden. Auch hier kann der Anschlag 45 so ausgeführt sein, dass seine fixierte Lage auf der Tragstrebe 43 veränderlich ist, so dass die Federkraft einstellbar ist.
3a zeigt dabei erneut die Prüfkopfhalterung 20‘ mit stark auseinander gespreiztem Prüfkopf 21 und Stützelement 22, so dass sich diese beiden Elemente sehr weit von der Tragstrebe 34 entfernt befinden. In dieser Stellung kann die Prüfkopfhalterung 20‘ in eine Hohlwelle mit relativ großem Innendurchmesser eingebracht werden. Durch die Federkraft der Feder 51 werden der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 konstant von innen gegen die Innenfläche 62 der Hohlwelle gedrückt, so dass für eine zerstörungsfreie Ultraschallprüfung ein Kontakt zwischen Prüfkopf 21 und der zu prüfenden Hohlwelle gewährleistet ist.
Um die Prüfkopfhalterung 20‘ in eine Hohlwelle mit kleinerem Innendurchmesser einbringen zu können, können der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 manuell gegen die Federkraft der Feder 51 zusammen gedrückt werden, um so den Abstand zwischen dem Prüfkopf 21 und dem Stützelement 22 zu verringern. Alternativ oder ergänzend kann die Hülse 42 in Richtung des Anschlags 45 gezogen werden, was den Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 in Richtung der Tragstrebe 34 zusammen ziehen würde. Hierdurch würde der Abstand zwischen dem Prüfkopf 21 und dem Stützelement 22 ebenfalls verringert, so dass die beiden Elemente nun in die Öffnung der Hohlwelle geschoben werden können. Durch die Federkraft der Feder 51 würden auch in dieser Stellung der Prüfkopf 21 und das Stützelement 22 konstant von innen gegen die Innenfläche 62 der Hohlwelle gedrückt, so dass ein Kontakt zwischen Prüfkopf 21 und der zu prüfenden Hohlwelle gewährleistet wäre.
Mit dieser Ausführungsform der Prüfkopfhalterung 20‘ lassen sich beispielsweise Innendurchmesser von Hohlwellen im Bereich von etwa 20 mm bis 60 mm, insbesondere von 25 mm bis 55 mm abdecken. Dabei ist der einstellbare Abstand zwischen dem Prüfkopf 21 und dem Stützelement 22 hier etwas kleiner als bei der Ausführungsform der Prüfkopfhalterung 20 gemäß 1a, da zwischen den Bauteilen lediglich die Tragstrebe 43 angeordnet ist, welche eine weitere Abstandsverringerung verhindert. Bei der Prüfkopfhalterung 20 gemäß 1a können dagegen die Spreizarme 30, 30‘ und deren gelenkige Aufhängung eine weitere Bewegung der beiden Bauteile bis hin zur Tragstrebe 34 behindern. Bei entsprechender Ausformung der Prüfköpfe/Stützelemente beispielsweise mit Nuten, welche die Spreizarme aufnehmen können, kann der Minimalabstand jedoch weiter verringert werden.
Um die Andruckkraft des wenigstens einen Prüfkopfes 21 gegen die Innenseite eines Werkstücks einstellen zu können, kann auch ein verstellbarer Anschlag 44 genutzt werden, wie er zuvor anhand des Ausführungsbeispiels der 1a erläutert wurde. Dabei hat die Lage des Anschlags 44 in diesem Ausführungsbeispiel aufgrund der Geometerie und Wirkungsweise der Vorrichtung einen größeren Einfluss auf diese Andruckkraft als beim Anschlag 35.
4 zeigt eine Frontansicht einer Hohlwelle 60 mit eingeschobener Prüfkopfhalterung 20‘, wobei die Prüfkopfhalterung 20‘ in diesem Ausführungsbeispiel einen Prüfkopf 21 und ein Stützelement 22 aufweist, wie es bei der Prüfkopfhalterung 20‘ gemäß den 3a und 3b der Fall ist. Die Prüfkopfhalterung kann jedoch auch hier mit weiteren Stützelementen ausgebildet sein, so dass beispielsweise ein Prüfkopf und drei Stützelemente gelenkig in einem Winkel von etwa 90° zueinander an dem Trägerelement 44 und der Hülse 42 angebracht wären. Auch können ein oder mehrere Stützelemente ebenfalls als Prüfkopf ausgebildet sein.
Als Material für das Gehäuse eines Prüfkopfes kann Aluminium gewählt werden, und jeder Prüfkopf wird mit wenigstens einem Wandler versehen, der vorzugsweise als Sender und Empfänger dient, um eine Ultraschallprüfung nach dem Impuls-Echo-Verfahren durchzuführen. Der Wandler kann auf ein Kunststoffteil aufgeklebt sein, das in das Gehäuse des Prüfkopfes eingelassen ist. Es können auch zwei Wandler eingesetzt werden, wobei diese unter unterschiedlichen Winkeln gegenüber dem Gehäuse des Prüfkopfes ausgerichtet sind in das Kunststoffteil einschallen. So kann der Prüfkopf unter unterschiedlichen Winkeln durch das Kunststoffteil in die zu prüfende Hohlwelle einschallen, wobei er vorzugsweise entlang der Längsachse der Hohlwelle in zwei Richtungen schallt, also vorwärts und rückwärts. Mit nur einem Wandler kann der Prüfkopf dagegen kürzer ausgeführt werden.
5a zeigt eine schematische Seitenansicht eines Prüfkopfes 21 mit einer Zufuhrleitung 24 zur Zuführung eines Kopplungsmediums und ein Steuerkabel 25 zur Ansteuerung des Prüfkopfes 21. Die Außenfläche des Prüfkopfes 21 ist diejenige, die bei Anwendung der Prüfkopfhalterung in einer Hohlwelle an der Innenseite der Hohlwelle anliegt, wobei diese Außenfläche durch einen Vorlaufkörper 29 aus Plexiglas oder Polykarbonat gebildet wird. Die Außenfläche ist im Ausführungsbeispiel der 5a oben, während der Spreizarm 30 gelenkig unten an dem Prüfkopf 21 angebracht ist. An dem Vorlaufkörper 29 sind zwei Wandler 26 und 27 angebracht, die unter unterschiedlichen Winkeln durch den Vorlaufkörper 29 in die Hohlwelle einschallen können, wobei die Außenfläche des Vorlaufkörpers 29 in Längsrichtung leicht elliptisch ausgeformt ist, um besser an gebogenen Rohrleitungen entlang gleiten zu können.
Der Vorlaufkörper 29 kann von einer umlaufenden Nut 28 umgeben sein, die zwischen dem Material des Vorlaufkörpers 29 und dem Gehäuse des Prüfkopfes 21 ausgeformt ist und in Verbindung zu der Zufuhrleitung 24 steht. So kann das Kopplungsmedium in die Nut gelangen, um von dort den Spalt zwischen der Außenfläche des Vorlaufkörpers 29 und dem Prüfling zu füllen. 5b zeigt eine schematische Aufsicht auf den Prüfkopf 21 gemäß 5a, dessen Vorlaufkörper 29 mit den Wandlern 26 und 27 von der umlaufenden Nut 28 umgeben ist, die an die Zufuhrleitung 24 für das Kopplungsmedium angeschlossen ist.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Anwendung der erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfeinrichtung 10 an einem Werkstück. Die Ultraschall-Prüfeinrichtung 10 umfasst eine Prüfkopfhalterung 20, wie sie zuvor anhand mehrerer möglicher Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wobei für diese Darstellung die Ausführungsform der 1a und 1b gewählt wurde. Die Ultraschall-Prüfeinrichtung 10 weist ferner einen Antrieb 11 zur Bewegung der Prüfkopfhalterung 20 innerhalb der Innenbohrung 61 einer Hohlwelle 60 auf. Dazu ist die Tragstrebe 34 direkt oder indirekt an den Antrieb 11 angeschlossen und kann so wenigstens axial durch die Hohlwelle 60 hindurch gefahren werden, um die Hohlwelle 60 über ihre Länge zu prüfen. Vorzugsweise kann der Antrieb 11 die Tragstrebe 34 dabei auch um ihre Längsachse drehen, so dass die Lage der Prüfkopfhalterung 20 mit dem bzw. den Prüfköpfen 21 innerhalb der Hohlwelle 60 auch über den Innenumfang veränderlich ist. So können durch den Antrieb 11 beliebige Fahrwege des Prüfkopfes 21 auf der Innenseite 62 der Hohlwelle realisiert werden, um die Hohlwelle umfassend auf Fehler prüfen zu können. Dabei kann es sich insbesondere um eine Querfehlerprüfung handeln.
Bezugszeichenliste

10: Ultraschall-Prüfeinrichtung
11: Antrieb
20, 20‘: Prüfkopfhalterung
21: Prüfkopf
22, 23: Stützelement
24: Zufuhrleitung, Leitung für Kopplungsmedium
25: Steuerkabel
26, 27: Wandler
28: Nut
29: Vorlaufkörper
30, 30‘, 30‘‘: Ausleger, Spreizarm
31, 31‘: Drehpunkt
32: Trägerelement
33: Lochscheibe, Hülse
34: Tragstrebe
35: Anschlag
40, 40‘, 41, 41‘: Ausleger, Hebel
42: Hülse
43: Tragstrebe
44: Trägerelement
45: Anschlag
50, 51: Feder
60: Werkstück, Hohlwelle, Radsatzwelle, Rohr
61: Innenbohrung
62: Innenfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202004015456 U1 [0004]

Claims

Ultraschall-Prüfeinrichtung (10) zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks (60) mit einer Innenbohrung (61), umfassend eine Prüfkopfhalterung (20; 20‘) mit wenigstens einem Prüfkopf (21), der in die Innenbohrung (61) des Werkstücks (60) einführbar ist, wobei die Prüfkopfhalterung (20; 20‘) wenigstens ein Stützelement (22; 23) und eine Tragstrebe (34; 43) aufweist, an welcher der wenigstens eine Prüfkopf (21) angebracht ist, wobei der wenigstens eine Prüfkopf (21) gegenüber der Tragstrebe (34; 43) beweglich und federbelastet ausgeführt ist, und auf den Prüfkopf (21) durch die Federkraft eine radiale Kraft von der Tragstrebe (34; 43) weg wirkt, wodurch die Prüfkopfhalterung (20; 20‘) so in die Innenbohrung (61) des Werkstücks (60) einführbar ist, dass sowohl der wenigstens eine Prüfkopf (21) als auch das wenigstens eine Stützelement (22; 23) an der Innenfläche (62) der Innenbohrung (61) anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf (21) an wenigstens einem Ausleger (30; 30‘; 30‘‘; 40; 40‘; 41; 41‘) angebracht ist, der gelenkig so mit der Tragstrebe (34; 43) verbunden ist, dass der Ausleger (30; 30‘; 30‘‘; 40; 40‘; 41; 41‘) durch eine axial wirkende Federkraft radial von der Tragstrebe (34; 43) weg bewegbar ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einstellbare radiale Abstand zwischen den Anlageflächen des Prüfkopfes (21) und des Stützelementes (22; 23) mit der Innenfläche (62) der Innenbohrung (61) in der Größenordnung von 20 mm bis 150 mm, insbesondere bei 25 mm bis 140 mm liegt.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stützelement (22; 23) ebenfalls als Prüfkopf ausgebildet ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stützelement (22; 23) wie der wenigstens eine Prüfkopf (21) gegenüber der Prüfkopfhalterung (20; 20‘) beweglich und federbelastet ausgeführt ist, wodurch auf das Stützelement (22; 23) durch die axiale Federkraft eine radiale Kraft von der Tragstrebe (34; 43) weg wirkt.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kräfte, welche von der Tragstrebe (34; 43) weg auf einen Prüfkopf (21) und ein Stützelement (23) wirken, in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bewegliche Stützelemente (22; 23) vorgesehen sind und die Kräfte, welche von der Tragstrebe (34) weg auf einen Prüfkopf (21) und die beiden Stützelemente (22; 23) wirken, in Richtungen gerichtet sind, die in einem Winkel von etwa 120° zueinander stehen.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Prüfkopf (21) an jeweils einem Spreizarm (30) angebracht ist, der über einen Drehpunkt (31) gelenkig an einem Trägerelement (32) montiert ist, das fest mit der Tragstrebe (34) verbunden ist, und dass die Federkraft in Richtung des Trägerelementes (32) auf eine axial auf der Tragstrebe (34) der Prüfkopfhalterung (10) bewegbare Lochscheibe (33) wirkt, wobei der Spreizarm (30) im Bereich seines Drehpunktes (31) eine Abrollgeometrie aufweist, die so ausgeformt ist, dass die Abrollgeometrie des Spreizarmes (30) bei Druck von der Lochscheibe (33) auf die Abrollgeometrie so an der Lochscheibe (33) abrollt, dass sich der Spreizarm (30) um seinen Drehpunkt (31) dreht und den Prüfkopf (21) radial von der Tragstrebe (34) weg bewegt.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stützelement (22; 23) wie der Prüfkopf (21) mit jeweils einem Spreizarm (30‘) über einen Drehpunkt (31‘) gelenkig an dem Trägerelement (32) angebracht ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf (21) gelenkig am Spreizarm (30) angebracht ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Druck belastete Feder (50) zwischen der Lochscheibe (33) und einem fest mit der Tragstrebe (34) verbundenen Anschlag (35) eingespannt ist, der sich auf der dem Trägerelement (32) abgewandten Seite der Lochscheibe (33) befindet.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Prüfkopf (21) jeweils gelenkig zwischen zwei Hebeln (40; 41) angebracht ist, von denen jeweils ein Hebel (41) über ein Trägerelement (44) gelenkig mit der Tragstrebe (43) der Prüfkopfhalterung (10‘) verbunden ist, während der jeweils andere Hebel (40) gelenkig mit einer Hülse (42) verbunden ist, die axial entlang der Tragstrebe (43) beweglich ist, wobei die Federkraft in Richtung des Trägerelementes (44) auf die Hülse (42) wirkt.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stützelement (22) wie der Prüfkopf (21) gelenkig zwischen zwei Hebeln (40‘; 41‘) angebracht ist, von denen jeweils ein Hebel (41‘) über das Trägerelement (44) gelenkig mit der Tragstrebe (43) der Prüfkopfhalterung (10‘) verbunden ist, während der jeweils andere Hebel (40‘) gelenkig mit der Hülse (42) verbunden ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Druck belastete Feder (51) zwischen der Hülse (42) und einem fest mit der Tragstrebe (43) verbundenen Anschlag (45) eingespannt ist, der sich auf der dem Trägerelement (44) abgewandten Seite der Hülse (42) befindet.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an den Prüfkopf (21) eine Leitung (24) zur Zuführung eines Kopplungsmediums zum Prüfkopf (21) angeschlossen ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf (21) wenigstens einen Wandler (26; 27) umfasst, der von einer umlaufenden Nut (28) umgeben ist, welche an die Leitung (24) angeschlossen ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstrebe (34; 43) wenigstens abschnittsweise flexibel ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkopfhalterung (20; 20‘) mit einem Antrieb (11) verbunden ist, der Mittel zur axialen und/oder drehenden Bewegung der Prüfkopfhalterung (20; 20‘) innerhalb der Innenbohrung (61) des Werkstücks (60) aufweist.