DE19507393C2 - Einrichtung zum Ultraschallprüfen eines in einem Bauteil eingesetzten Bauelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ultraschallprüfen eines in einem Bauteil eingesetzten Bauelementes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 40 05 545 A1 ist eine Einrichtung zum Prüfen einer Kopfschraube bekannt. Dort wird eine Ultraschallsonde eingesetzt die aus einem Zentrierstück, einem Pen­ delhalter, einem Hubzylinder und einem Drehantrieb besteht. Als Träger der Ultra­ schallsonde dient ein Schlitten, mit dessen Hilfe die Ultraschallsonde in die Nähe der zu prüfenden Schraube gebracht wird. Über eine Kolbenstange des Hubzylinders gelangt ein die Ultraschallwandler tragendes Zentrierstück in Kontakt mit der Schraube. In axialer Richtung der Schraube betrachtet wird oberhalb des Schraubenkopfes ein er­ heblicher Platz benötigt, um diese längserstreckte Ultraschallsonde einsetzen zu kön­ nen.

Die US 5,156,050 zeigt eine Einrichtung zum Prüfen einer Innensechskantschraube, wobei der Ultraschallprüfkopf in einem Träger angeordnet ist, der eine dem In­ nensechskant entsprechende Kontur aufweist. Der Träger wird zusammen mit dem Ultraschallprüfkopf in das Innensechskant eingefahren.

Zum Prüfen einer Schweißnaht wird nach der DE 35 24 390 A1 ein Ultraschallprüfkopf entlang eines Auslegers bewegt, der über eine Führungsschiene in einen Spalt ein­ bringbar ist.

Aus der DE 42 15 700 A1 ist eine in einem Spalt verfahrbare Sonde bekannt, die einen Wirbelstromprüfkopf trägt.

Sind Bauelemente nach dem Gattungsbegriff, wie z. B. Befestigungsschrauben, in ei­ nem Spalt angeordnet, so werden sie seither wegen der schweren Zugänglichkeit kei­ ner wiederkehrenden Prüfung unterzogen. Neuere Sicherheitsbestimmungen erfordern jedoch bei relevanten technischen Anlagen die Prüfung dieser seither als schwer zu­ gänglich geltenden Bauelemente.

Es stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangsgenannten Art anzugeben, die in ihrer in Richtung Bauelement zu sehenden Erstreckung kompakter ausgebildet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Da der Ultraschallprüfkopf vollständig in den Träger eingefahren werden kann, läßt sich der Träger auch bei engen Spalten relativ dick ausführen, so daß die Stabilität gewährleistet ist. Eine solche Stabilität ist auch erforderlich, wenn nach Erreichen der Fluchtposition (Ultraschallprüfkopf und Prüfobjekt befinden sich auf einer Prüfebene) das Ausfahren des Prüfkopfes in Richtung Prüfobjekt durchgeführt wird.

Zur Erzielung einer präzisen Positionierung zwischen Prüfkopf und Bauelement ist dem Träger in einem vorgebbaren Abstand zum Ultraschallprüfkopf eine Kamera zugeord­ net, wobei in Achsrichtung des Trägers betrachtet der Ultraschallprüfkopf und die Ka­ mera auf einer gleichen Symmetrieachse liegen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels und der schematischen Fig. 1 bis 5 wird eine erfindungsgemäße Einrichtung beschrieben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung die Kerneinbauten einer kerntechnischen Anlage mit einer Prüfeinrichtung,

Fig. 1a einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 2 eine andere Ausbildung gemäß Fig. 1,

Fig. 2a eine Teilansicht der Fig. 2 in Pfeilrichtung II,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil der Kerneinbauten und der Prüfein­ richtung,

Fig. 4 einen Teil der Prüfeinrichtung in einem größeren Maßstab und

Fig. 5, 5a einen Ultraschallprüfkopf beim Prüfen einer Innensechskantschraube.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen inneren Zylinder 2, der als Kernbe­ hälter zu den Kerneinbauten einer nicht dargestellten kerntechnischen Anlage gehört. Der innere Zylinder 2 ist in seinem unteren Bereich von einem äußeren Zylinder 4 un­ ter Einhaltung eines Ringspaltes 5 umfaßt. Der als thermischer Schild der Kerneinbau­ ten wirkende äußere Zylinder 4 ist als geschlossener Hohlzylinder ausgebildet und gibt in einem Ausbruch den Blick auf den inneren Zylinder 2 und die dort angeordneten Bauelemente 1 frei. Ein derartiges Bauelement bildet bei diesem Ausführungsbeispiel eine in einem größeren Maßstab nach Fig. 5 dargestellte Innensechskantschraube, die in der Wand des inneren Zylinders eingelassen ist. Zum Prüfen eines derartigen Bauelementes ist oberhalb des den äußeren Zylinder 4 in Achsrichtung überragende inneren Zylinders 2 eine Ringschiene 7 angeordnet, die einen Schlitten 8 trägt, der mit Hilfe eines An­ triebes 9 entlang der Ringschiene 7 bewegbar ist. Dem Schlitten 8 ist ein Gleitstück 10 zugeordnet, das von einer Füh­ rungsschiene 11 durchsetzt ist. Die Führungsschiene 11 endet oberhalb des äußeren Zylinders 4. Sie weist eine zahn­ stangenartig ausgebildete Verzahnung 12 auf und ist über einen in die Verzahnung eingreifenden Antrieb 13 relativ zum Schlitten 8 ein vorgebbares Maß bewegbar. Ein elastischer Sondenkörper 14 ist über einen Antrieb 15, der in einem Bogenstück der Führungs­ schiene 11 angeordnet ist, entlang der Führungsschiene 11 beweg­ bar. Die Energieversorgung erfolgt über die Kabel 16. Am freien Ende des Sondenkörpers 14 ist ein lösbar mit ihm verbundenes Endstück 17 (Fig. 1a + 4) angeordnet. Der Schlitten 8 besteht aus zwei Teilschlitten 8a, 8b, die über das Gleitstück 10 mit einander verbunden sind. Wie aus Fig. 1a zu erkennen ist, ist das Gleitstück 10 zusammen mit der Führungsschiene 11 und dem Sondenkörper 14 mit Hilfe eines angedeuteten Hebezeuges 43 von den restlichen Schlittenteilen 8a, 8b trennbar. Im zusammenge­ bauten Zustand greifen dem Gleitstück 10 zugeordnete Bohrungen 44 in Zapfen 45 ein, die an den Schlittenteilen 8a, 8b ange­ bracht sind. Mit diesem dreiteilig ausgebildetem Schlitten ist die Einrichtung variabel ausgebildet. Ein mit einer anderen Füh­ rungsschiene 11 oder einem anderen Sondenkörper 14 ausgestatte­ tes Gleitstück 10 läßt sich auf einfache Weise einsetzen, so daß sich andere Prüfaufgaben an den Zylindern 2 und 4 durchführen lassen.

Wie aus der in einem größeren Maßstab dargestellten Fig. 4 wei­ ter zu ersehen ist, ist dem Endstück 17 ein Holm 18 zugeordnet, der über einen nicht dargestellten Antrieb in Pfeilrichtung 19 bewegbar ist. Die freien Ende des Holmens 18 weisen eine Führung 20 auf, in der jeweils ein Träger 21 in Pfeilrichtung 22 beweg­ bar ist. Jeder Träger 21 ist mit einem in Fig. 5 und 5a in einem größeren Maßstab dargestellten Ultraschallprüfkopf 23 ausgerü­ stet. In einem vorgebbaren Abstand zum Ultraschallprüfkopf 23 weist der Träger eine Kamera 24 auf, wobei Kamera und Ultra­ schallprüfkopf auf einer parallel zur Längserstreckung des Hol­ mens 18 verlaufenden Symmetrieachse angeordnet sind.

In der Fig. 4 sind auch die Maßnahmen, die zur Anordnung des Ul­ traschallprüfkopfes auf einer Fluchtlinie 26 erforderlich sind, erkennbar. Nach dem Einfahren des Trägers 21 in den Ringspalt 5 mit den in Fig. 1 beschriebenen Elementen und nach der erfolgten Zentrierung zwischen Kamera 24 und des als Innensechskant schraube ausgebildeten Bauelementes erfolgt eine Verschiebung des Trägers 21 in Pfeilrichtung 22 um das vorbestimmte Abstands­ maß zwischen Kamera und Ultraschallprüfkopf, so daß die aus Fig. 4 ersichtliche präzise Positionierung auf der Fluchtlinie 26 erfolgt ist.

Nach dem diese Fluchtlinienpositionierung erreicht ist, erfolgt gemäß Fig. 2a und 4 das Verfahren des Trägers 21 in Pfeilrich­ tung 27 bis die das zu prüfende Bauelement 1 aufnehmende Wand des inneren Zylinders 2 vom Träger 21 kontaktet ist. Dazu dient ein fernbedienbarer Stößel 47, der gemäß Fig. 2a gegen die Führungsschiene 11, 11a anstellbar ist und dadurch eine Bewegung des Trägers 21 bis zu seiner Anlage an die besagte Wand ermög­ licht. Die auf Anrisse zu durchschallende Innensechskantschraube ist mit einer Scheibe 28 gesichert, so daß die Prüfung nur über die Bodenfläche des Innensechskantes erfolgen kann. Wie aus der in einem größeren Maßstab dargestellten Fig. 5a deutlicher zu erkennen ist, besteht der insgesamt mit 23 bezeichnete Ultra­ schallprüfkopf aus einer im Träger 21 eingelassenen Abdeckplatte 29, einer Membrane 30, einem Faltenbalg 31 und wenigstens einem Ultraschallwandler, der einem Flansch 37 des Faltenbalgs 31 zu­ geordnet ist. Die ringförmig ausgebildete Membrane 30 ist mit ihrer äußeren Randfläche 33 zwischen der Abdeckplatte 29 und ei­ ner Schulter 34 des Trägers 21 eingespannt. Mit ihrer inneren Randfläche 35 ist die Membrane 30 an einer Flanschbuchse 36 des Faltenbalges 31 befestigt. Zwischen dem wenigstens einen Ultra­ schallwandler tragenden Flansch 37 und der Prüflingsoberfläche ist ein Kontaktstück 32 aus einem elastischen Material angeord­ net. Durch eine entsprechende Aussparung im Träger 21 ist zwi­ schen der Abdeckplatte 29 und der Membrane 30 eine Kammer 39 ge­ bildet. Die Kammer 39 einschließlich des über eine Öffnung 38 zugänglichen Innenraums des Faltenbalges 31 ist wahlweise mit Druck (linke Zeichnungshälfte) oder mit einem Vakuum (rechte Zeichnungshälfte) beaufschlagbar. Ist ein Vakuum angelegt, so befindet sich der gesamte Ultraschallprüfkopf 23 analog der rechten Zeichnungshälfte innerhalb des Trägers 21. Diese Lage des Ultraschallprüfkopfes 23 wird bei den Verfahrbewegungen des Trägers 21 innerhalb des Ringspaltes eingenommen und schützt den Ultraschallprüfkopf vor Beschädigungen. Ist die Prüfposition nach Fig. 5, 5a erreicht, so wird die Kammer 39 mit Druck beauf­ schlagt. Analog der linken Zeichnungshälfte Fig. 5, 5a wird der wenigstens einen Ultraschallwandler tragende Flansch 37 soweit ausgefahren, bis das elastische Kontaktstück 32 an der Boden­ fläche des Innensechskantes der Schraube zur Anlage kommt. Fal­ tenbalg 31 und Kammer 39 erlauben eine Ausfahrlänge des Ultra­ schallprüfkopfes 23, die größer als die Dicke des Trägers 21 sein kann. Da die Membrane und der Faltenbalg keine separaten Dichtungen benötigen, können keine Dichtungsprobleme auftreten. Der Faltenbalg führt zu einer flexiblen und selbstzentrierenden Einrichtung. Nach erfolgter Prüfung wird ein Vakuum an der Kam­ mer 39 angelegt, so daß der Ultraschallprüfkopf 23 wieder die in der rechten Zeichnungshälfte angegebene Position einnimmt. Gemäß Fig. 1 wird mit dem Antrieb 15 und dem Schlitten 8 die nächste zu prüfende Position angefahren und mit Hilfe des Holmens 18 so­ wie des Trägers 21 feinjustiert.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt in einer perspektivi­ schen Schemazeichnung einen inneren Behälter 2, der als Kernbe­ hälter zu den Kerneinbauten einer nicht dargestellten kerntech­ nischen Anlage gehört. Der als thermischer Schild der Kerneinbauten wirkende äußere Zylinder 4a besteht aus mehreren voneinander beabstandeten zylindrischen Teilschalen 4b. Sie be­ grenzen einen Ringraum 5a, der jedoch aufgrund des Abstandes zwischen den Teilschalen 4b unterbrochen ist. Bei dieser Ausgestaltung erstreckt sich eine Führungsschiene 11a bis unter­ halb des äußeren Zylinders 4a. Sie endet auf einem Gleitelement 40, das Schlittenteile 8c, 8d miteinander verbindet, die ihrer­ seits auf einer Ringschiene 7a abgestützt und entlang derselben bewegbar sind. Der Schlitten 8, das Gleitelement 40 und die diese Bauteile miteinander verbindenden Führungsschiene 11a füh­ ren zusammen ihre Verdrehbewegung mit Hilfe der Antriebe 9, 9a aus. Die Führungsschiene 11a nimmt in gleicher Weise wie zu Fig. 1 beschrieben den Sondenkörper 14 auf. Die Verfahrbewegung des Holmens 18 und/oder der Schlitten erfolgt in Pfeilrichtung 41 in den durch die Teilschalen 4b begrenzten Ringraum 5a. Die Prüfung von im Ringraum 5a angeordneten Bauelementen 1, wie z. B. einer Innensechskantschraube, erfolgt auf gleiche Weise wie zu Fig. 1, 4 und 5 beschrieben. Ebenso wie beim Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 läßt sich die Führungsschiene 11a zusam­ men mit dem Gleitstück 10 und dem Gleitelement 40 von den Schlittenteilen trennen.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Führungsschiene 11, 11a ein Kalibrierkörper 42 zugeordnet. Der Träger 21 mit dem Ultra­ schallprüfkopf 23 kann gegenüber dem Kalibrierkörper in Position gebracht und auf Fehlergrößen und dergleichen einjustiert wer­ den.

Die Fig. 3 zeigt eine teilweise als Schlitz 48 ausgebildete Füh­ rungsschiene 11, 11a. Ein Lappen 49 der Führungsschiene trägt im Bereich des Schlitzes 48 den Kalibrierkörper 42. Der Sondenkör­ per 14 wird soweit ausgefahren, bis der Träger 21 mit den Ultra­ schallprüfköpfen in dem Schlitz 48 auf die Höhe des Kalibrierkörpers gelangt ist.

Claims (2)

1. Einrichtung zum Ultraschallprüfen eines in einem Bauteil (2) eingesetzten Bauelementes (1) mit einem Träger (21) zur Aufnahme eines Ultraschallprüf­ kopfes (23), dessen einen Ultraschallschwinger tragender Teil relativ zum Träger (21) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallprüfkopf (23) ein in den Träger (21) eingelassene Abdeckplatte (29) aufweist, daß zwischen der Abdeckplatte (29) und einer Schulter (34) des Trägers (21) eine äußere Randfläche (33) einer Mem­ brane (30) eingespannt ist, deren innere Randfläche (35) mit einer der Abdeckplatte (29) zugewandten Flanschbuchse (36) eines Faltenbalges (31) verbunden ist, daß ein der Abdeckplatte (29) abgewandter Flansch (37) des Faltenbalges (31) den Ul­ traschallschwinger trägt und daß ein zwischen Membrane (30) und Abdeckplatte (29) gebildete Kammer (39) wahlweise mit Druck beaufschlagbar oder mit einem Vakuum belegbar ist, wobei der Innenraum des Faltenbalges (31) über eine Öffnung (38) mit der Kammer (39) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Träger (21) in einem vorgebbaren Abstand zum Ultraschallprüfkopf (23) eine Kamera (24) zuge­ ordnet ist, wobei in Achsrichtung des Trägers (21) betrachtet der Ultraschallprüfkopf und die Kamera auf einer gleichen Symmetrieachse (25) liegen.