DE202004015456U1

DE202004015456U1 - Ultraschall-Prüfeinrichtung

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Publication number: DE202004015456U1
Application number: DE200420015456
Authority: DE
Original assignee: Cegelec Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Current assignee: Cegelec Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2014-10-07

Abstract

Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) zur zerstörungsfreien Prüfung eines eine Innenbohrung (7) aufweisenden Werkstücks, insbesondere einer Achswelle, mit einem ein Ultraschall-Prüfsystem (48) aufweisenden Inspektionskopf (2), der zum Verfahren in und entgegen einer Vorschubrichtung (11) über ein Teleskop (3) mit einem Axialantrieb (4) verbunden ist, der mindestens ein mit dem Inspektionskopf (2) verbundenes schubstabiles Stahlband (15, 16) motorisch antreibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Prüfeinrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines eine Innenbohrung aufweisenden Werkstücks, insbesondere einer Achswelle. Hierunter wird insbesondere die Achse eines Radsatzes eines Schienenfahrzeuges verstanden.
Zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken werden häufig Ultraschall-Prüfverfahren eingesetzt, um herstellungs- und/oder betriebsbedingte Material- oder Werkstückfehler zu detektieren. Die volumensensitive Ultraschallprüfung eignet sich dabei auch zur Prüfung der Außenoberfläche eines Werkstücks, wenn dieses mit einer Innen- oder Längsbohrung bzw. Durchgangsöffnung versehen ist.
Bei diesem Prüfverfahren wird der Inspektionskopf in die Längsbohrung des Werkstücks eingeführt. Der Inspektionskopf führt Ultraschallwandler oder -sondern zur Erzeugung und Detektion von Ultraschall mit, wobei ein dabei generiertes Prüfsignal hinsichtlich des Werkstück- bzw. Materialzustandes, insbesondere auch im Bereich der Außenoberfläche des Werkstücks, analysiert und ausgewertet werden kann.
Wünschenswert bei der zerstörungsfreien Prüfung von mit einer Längsbohrung versehenen Werkstücken ist dabei, mit dem Inspektionskopf während der Aufnahme der vom Ultraschall-Prüfsystem generierten Prüfsignale eine Abtastung des Werkstücks in Umfangsrichtung und vorzugsweise auch entlang einer wendel- oder schraubenlinienförmigen Abtastkurve durchzuführen. Dazu muss der Inspektionskopf in die Längsbohrung des Werkstücks positionsgenau ein- und/-oder ausfahrbar sein, was eine zuverlässig arbeitende Vorschubeinrichtung für den Inspektionskopf erfordert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall-Prüfeinrichtung anzugeben, deren Inspektionskopf in zuverlässiger sowie insbesondere auch einfacher Art und Weise in Vorschubrichtung verfahrbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu ist eine Vorschubeinrichtung mit einem mit dem Inspektionskopf über ein Teleskop verbundenen Axialantrieb vorgesehen, der zum Verfahren oder Verschieben des Inspektionskopfes in und entgegen der Vorschubrichtung mindestens ein an den Inspektionskopf geführtes schubstabiles Stahlband motorisch antreibt. Das Stahlband ist vorzugsweise durch einen Innenraum des zweckmäßigerweise aus hohlprofilartigen Teilschüben zusammengesetzten Teleskops, insbesondere formschlüssig, geführt.
In vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt der Vorschub mittels des Axialantriebs über zwei bombierte, d.h. quer zur Bandlängsrichtung etwa halbkreisförmig gewölbte Stahlbänder. Diese auch ohne zusätzliche formschlüssige Führung bereits relativ knicksicheren und insbesondere schubsteifen Stahlbänder sind innerhalb eines Antriebsgehäuses des Axialantriebs in jeweils einem Trommelgehäuse federvorgespannt angeordnet oder aufgerollt. Dabei ist jedes Stahlband vorzugsweise von mindestens einer motorisch angetriebenen Antriebsrolle geführt. Zweckmäßigerweise sind zwei Antriebsrollen vorgesehen, zwischen denen die beiden bombierten Stahlbänder aneinander gepresst geführt und vorgetrieben werden. Dabei sind die beiden bombierten Stahlbänder - vorzugsweise mit deren konvexer Wölbungsseite einander zugewandt - zwischen den Antriebsrollen geführt und dabei jeweils um etwa die Hälfte der jeweiligen Antriebsrolle herumgeführt. Innerhalb des Antriebsgehäuses sind die beiden bombierten Stahlbänder somit mit deren in den Innenraum des Teleskops geführten Bandabschnitten gegenüber deren aus dem jeweiligen Trommelgehäuse austretenden Bandabschnitten um etwa 180° umgelenkt. Dadurch kann das Axialgehäuse besonders Platz oder Raum sparend aufgebaut werden.
Die beiden Antriebsrollen werden zweckmäßigerweise über ein Stirnrad-Vorgelege synchron von einem Elektromotor angetrieben. Der Vorschub der Stahlbänder erfolgt dabei durch Reibschluss an den dann nach Art eines Reibradantriebs wirksamen Antriebsrollen oder durch Formschluss mittels gezahnter oder gezapfter Antriebsrollen und einer entsprechenden Perforierung der Stahlbänder. Für den Rollen- oder Reibradantrieb ist zweckmäßigerweise eine Gleichstrom-Planetengetriebe-Einheit vorgesehen.
Beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Ultraschall-Prüfeinrichtung wird diese, vorzugsweise über entsprechende Wellenadapter, an das zu prüfende Werkstück stirnseitig angeflanscht und anschließend der Inspektionskopf in die Innen- oder Längsbohrung des Werkstücks mittels des Axialantriebs eingeführt. Der Vortrieb erfolgt dabei mittels der bombierten Stahlbänder, die Rücken an Rücken im Innern des während des Vortriebs sukzessive ausfahrenden Teleskopes biegesteif und somit schubstabil vorzugsweise formschlüssig geführt sind.
Insbesondere zur Prüfung einer eine Längs- oder Wellenbohrung aufweisenden Achswelle eines Radsatzes eines Schienenfahrzeugs wird aufgrund der dort üblicherweise nur begrenzten Montage- und Betriebsfreiräume am jeweiligen Prüfort ein beispielsweise sechsteiliges Teleskop eingesetzt, um den Inspektionskopf in der Wellenbohrung axial zu verfahren. Das Teleskop umfasst zweckmäßigerweise einen im Gehäuse der Prüfeinrichtung axial beweglichen Basisschub und fünf in formschlüssigen Endstücken ineinander schiebbare Teilschübe. Diese bevorzugte Konstruktion mit einem Basisschub und einer Anzahl von gleitgelagerten und ineinander schiebbaren Teilschüben ermöglicht aufgrund der dabei erzielten Biege- und Torsionssteifigkeit ein wiederholgenaues Anfahren beliebiger Positionen innerhalb der Längsbohrung und damit des Prüfbereiches. Die einzelnen Schübe des Teleskops sind zweckmäßigerweise Aluminiumhohlprofile.
Während die Stahlbänder zweckmäßigerweise innerhalb der als Hohlprofile ausgeführten Teleskopschübe verlaufen, werden erforderliche Versorgungsstränge für den Inspektionskopf, insbesondere Prüfsignal- und Versorgungsleitungen so wie ein Koppelmittelschlauch zum Fördern eines Koppelmittels, an der Außenseite des Teleskops verlaufend an die Ultraschall-Prüfköpfe oder -Sonden geführt.
Die zum Ausfahren und Zusammenziehen der Einzelschübe des Teleskops vorgesehenen knicksicheren Stahlbänder, die hierzu mit dem Rollen- oder Reibradantrieb aus den federvorgespannten Trommeln oder Trommelgehäusen herausgezogen bzw. in diese zurückgefördert werden, sind zweckmäßigerweise in jedem Teilschub des Teleskops formschlüssig geführt.
Die jeweilige Axialposition des Inspektionskopfes in der Längsbohrung des Werkstücks oder Achswelle wird zweckmäßigerweise von einem Seilzugpositionsgeber erfasst. Dieser ist vorzugsweise auf einer Deckplatte des Antriebsgehäuses des Axialantriebs angeordnet. Ein von einer Seiltrommel abrollbares Vorderende eines in der Seiltrommel federvorgespannten Zug- oder Messseils ist am Inspektionskopf befestigt und verläuft zweckmäßigerweise ebenfalls im Innern des Teleskops.
Der Inspektionskopf der Ultraschall-Prüfeinrichtung hat während einer Ultraschallprüfung die Aufgabe, einen Ultraschall-Prüfkopfträger mit einer Anzahl von Ultraschall-Wandlern oder -Sonden zentrisch in der Längsbohrung des zu prüfenden Werkstoffs, beispielsweise in der Radsatzwellenbohrung, zu führen. Der Prüfkopfträger ist dabei zur optimalen Prüfbereichsabdeckung am vorderen Ende oder Kopfende des Inspektionskopfes angeordnet. Dort sind die zur Prüfung des Werkstücks bzw. der Welle vorgesehenen Ultraschall-Sonden zweckmäßigerweise in radial angefederten Kunststoffhalbsegmenten befestigt. Diese werden stets in sicherem Kontakt zur Innenoberfläche der Wellenbohrung gehalten.
Die Ultraschall-Sonden sind in Bohrungen der Halbsegmente versenkt und über eine Öl- oder Koppelmittelvorlaufstrecke angekoppelt. Dadurch kann ein Verschleiß an den Ultraschall-Sonden oder -Prüfköpfen sicher vermieden werden. Das Koppelmittel wird dabei direkt oberhalb der Schallaustrittsflächen der Sonden über Kanäle in die Aufnahme- oder Senkbohrungen gepresst und bildet sich somit im Spalt zwischen dem Prüfkopfträger und der Innenoberfläche des Werkstücks zu einem zusammenhängenden Ankoppelfleck aus.
Der Inspektionskopf selbst weist zweckmäßigerweise ein als Hohlzylinder ausgebildetes Gehäuse auf. In diesem zylindrischen Gehäuse ist ein Drehantrieb für den die Ultraschallsonden mitführenden Prüfkopfträger angeordnet. Der Drehantrieb umfasst zweckmäßigerweise einen Elektromotor zum Antreiben einer mit dem Prüfkopfträger gekoppelten Drehhülse und einen innerhalb dieser gehaltenen Schleifring-Drehübertrager zur Übertragung von Prüfsignalen der Ultraschallsonden. Der motorische Antrieb ist dabei zweckmäßigerweise gebildet durch eine Gleichstromservomotor-Getriebe-Einheit. Der Motor treibt zweckmäßigerweise ein Zahnrad oder Ritzel an, das seinerseits im Eingriff mit einer Innenverzahnung der Drehhülse steht.
Ein ebenfalls im Gehäuse des Inspektionskopfes vorgesehener und dort zweckmäßigerweise dem Drehantrieb zugeordneter Positionsgeber dient zur exakten Bestimmung der jeweiligen Drehposition des über den Drehantrieb in eine Rotationsbewegung versetzten Prüfkopfträger der Ultraschallsonden. Der rotierende Prüfkopfträger treibt seinerseits Schleifringe des innerhalb der Drehhülse ortsfesten Schleifring-Drehübertragers an. Die Prüfsignale, die über entsprechende Signalleitungen von den einzelnen Ultraschallsonden zu dem Drehübertrager geführt werden, werden über ortsfeste Schleifkontakte des Drehübertragers abgegriffen und über mit diesen verbundene Signalleitungen aus dem Inspektionskopf herausgeführt.
Der Inspektionskopf bzw. dessen Gehäuse weist im Bereich der einander gegenüberliegenden Kopf- bzw. Gehäuseenden gehäuseaußenseitig ein Zentrierfahrwerk auf. Dieses ist zweckmäßigerweise in Form von federelastisch gehaltenen Spreizarmen mit endseitigen Gleitrollen ausgebildet. Mit einem solchen Zentrierfahrwerk zur Zentrierung des Inspektionskopfes in der Längsbohrung des zu prüfenden Werkstücks sowie mit dem durch die radial angefederten Halbsegmente gebildeten Prüfkopfträger können Durchmesserbereiche von Werkstück- oder Wellenlängsbohrungen im Bereich zwischen 60 mm und 100 mm, vorzugsweise zwischen 65 mm und 90 mm, abgedeckt werden.
Am Kopf- oder Freiende des Inspektionskopfes ist gehäuseaußenseitig ein zweckmäßigerweise elastisch verformbarer Abstreifteller vorgesehen. Dieser dient einerseits zur Abdichtung des jeweiligen Prüfbereichs gegen austretendes Koppelmittels und somit gegen dessen Eindringen in vorhandene Radsatzwellenlager. Andererseits dient der Abstreifteller zur Rückförderung von in der Längsbohrung befindlichem Koppelmittel, indem dieses während des Zurückziehens des Inspektionskopfes aus der Längsbohrung heraus zur Eintrittsöffnung der Längsbohrung hin transportiert wird. An dem Abstreifteller können aus diesem herausragende Stößel vorgesehen sein, die bei einer stirnseitigen Kollision einen Endschalter betätigen, der seinerseits aktive Antriebe abschaltet, insbesondere den Drehantrieb und/oder den Axialantrieb.
Zu Beginn einer Ultraschall-Prüfung wird der Inspektionskopf mittels des Axialantriebs in Vorschubrichtung in die Wellen- oder Längsbohrung eingeführt und dazu mittels der über die motorisch angetriebenen Reib- oder Antriebsrollen angetriebenen bombierten Stahlbänder vorgetrieben. Der Vortrieb oder Vorschub des Inspektionskopfes erfolgt dabei bis an das dem Einführende des Werkstücks bzw. der Achswelle gegenüberliegende Bohrungsende der Längsbohrung. Dort angelangt, wird das Koppelmittel an die vom Prüfkopfträger mitgeführten Ultraschallsonden geführt.
Die Ultraschall-Prüfung erfolgt während des Zurückziehens des Inspektionskopfes mittels der vom Axialantrieb entgegen der Vorschubrichtung zurückgezogenen Stahlbänder. Während dieser Rückwärtsbewegung werden der Prüfkopfträger und damit die Ultraschallsonden mittels des Drehantriebs des Inspektionskopfes in Rotation versetzt. Dadurch ergibt sich insgesamt eine schraubenlinienförmige oder wendelartige Prüfstrecke. Während der Ultraschall-Prüfung werden die von den Ultraschall-Sonden erzeugten Prüfsignale über den Schleifring-Drehübertrager innerhalb des Inspektionskopfes und dort über entsprechende Signalleitungen zu einer Auswerteeinrichtung außerhalb des Inspektionskopfes übertragen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels einer aus einem Axialantrieb mit vorzugsweise zwei sowohl schubstabilen als auch aufrollbaren Stahlbändern sowie einem Teleskop aufgebauten Vorschubeinrichtung eine Ultraschall-Prüfeinrichtung bereitgestellt ist, die einerseits besonders raumsparend aufgebaut ist, und die andererseits einen zuverlässigen und positionsgenauen Vortrieb des Inspektionskopfes ermöglicht. Ein zweckmäßigerweise am Axialantrieb angeordneter Positionsgeber für den axialen Vortrieb und ein vorzugsweise im Innern des Inspektionskopf angeordneter Drehgeber für die Drehposition der Ultraschall-Prüfköpfe ermöglichen ein wiederholbares, positionsgenaues Anfahren gewünschter Prüfpositionen innerhalb einer Längsbohrung eines Werkstücks. Die Ultraschall-Prüfeinrichtung eignet sich daher besonders zur Prüfung von Radsatzachswellen eines Schienenfahrzeugs.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch eine Ultraschall-Prüfeinrichtung mit einem Inspektionskopf und einer Vorschubeinrichtung mit einem Axialantrieb sowie einem Teleskop,
2 den Axialantrieb mit zwei über Antriebsrollen geführten Stahlbändern in Draufsicht,
3 den Axialantrieb mit einem Positionsgeber in Seitenansicht,
4 in einer Schnittdarstellung den Inspektionskopf mit einem Drehantrieb und einem Schleifring-Drehübertrager sowie einem Prüfkopfträger, und
5a,5b jeweils Darstellungen der Durchmesserübergänge einer Radsatzwelle und der zugehörigen Wellenoberfläche als Ergebnis einer Ultraschall-Prüfung mittels der Prüfeinrichtung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Ultraschall-Prüfeinrichtung 1 umfasst einen Inspektionskopf 2, dessen Vorschubende 2a mit einem Teleskop 3 verbunden ist. Das Teleskop 3 ist mit dessen dem Inspektionskopf 2 abgewandten Teleskopende an einem Axialantrieb 4 gehalten. Am dem Vorschubende 2a gegenüberliegenden Kopfende 2b weist der Inspektionskopf 2 einen drehbaren Prüfkopfträger 5 auf. Der Inspektionskopf 2 weist zudem ein einstellbares Zentrierfahrwerk 6 zur Zentrierung des Inspektionskopfes 2 in einer strichliniert angedeuteten Innen- oder Längsbohrung 7 eines nicht näher dargestellten Werkstücks RW auf. Das Zentrierfahrwerk 6 ist gebildet durch an gegenüberliegenden Enden des Inspektionskopfes 2 gehaltene, insbesondere federelastische Spreizarme 8, die freiendseitig Gleitrollen 9 tragen.
Mittels des Axialantriebs 4 ist der Inspektionskopf 2 über das Teleskop 3 in die Längsbohrung 7, insbesondere einer Achs- oder Radsatzwelle RW eines Schienenfahrzeugs, positionsgenau einführbar. Mittels des Zentrierfahrwerks 6 können dabei Durchmesserbereiche des Innendurchmessers D der Längsbohrung 7 von beispielsweise 65 mm bis 90 mm abgedeckt werden.
Die aus dem Axialantrieb 4 und dem vorzugsweise aus Hohlprofilschüben 3a, 3b zusammengesetzten Teleskop 3 gebildete Vorschubeinrichtung 10 der Ultraschall-Prüfeinrichtung 1 ermöglicht einen Vortrieb des Inspektionskopfes 2 in und entgegen einer Vorschubrichtung 11. Dabei werden eine Anzahl von Teilschüben 3b des aus diesen und einem Basisschub 3a zusammengesetzten Teleskopes 3 in Vorschubrichtung 11 auseinander bzw. entgegen der Vorschubrichtung 11 ineinander geschoben.
Gemäß den 2 und 3 umfasst der Axialantrieb 4 ein Antriebsgehäuse 12, in dem zwei Trommeln oder Trommelgehäuse 13,14 mit federbelasteten Stahlbändern 15 bzw. 16 angeordnet sind. Die vorzugsweise bombierten Stahlbänder 15,16 sind über Antriebsrollen oder Reibräder 17 bzw. 18 in den Innenraum 19 des Teleskops 3 hinein geführt. Die in den einzelnen Schüben 3a, 3b des Teleskops 3 vorzugsweise formschlüssig geführten bombierten Stahlbänder 15, 16 sind endseitig am Inspektionskopf 2 befestigt. Die um etwa 180° innerhalb des Antriebsgehäuses 12 umgelenkten Stahlbänder 15,16 sind im Zwischen- oder Klemmraum 20 zwischen den beiden Antriebsrollen 17, 18 quasi Rücken an Rücken liegend zusammengepresst. Die in diesem Zwischenraum 20 aufgehobene Bombierung der Stahlbänder 15, 16 stellt sich in Vorschubrichtung 11 hinter diesem Zwischenraum 20, an den das Teleskop 3 innerhalb des Antriebsgehäuses 12 herangeführt ist, im Innenraum 19 des Teleskops 3 automatisch wieder ein. Die im Teleskop 3 mit deren Bombierung oder Wölbungsseite einander zugewandten Stahlbänder 15, 16 bilden somit einen schubstabilen Vortrieb für den Inspektionskopf 2. Aufgrund der Flexibilität der bombierten Stahlbänder 15, 16 sind diese jedoch im Bereich der Antriebsrollen 17, 18 umlenkbar und in den den Trommeln 13, 14 aufrollbar. Dadurch sind der Axialantrieb 4 und damit die Vorschubeinrichtung 10 insgesamt besonders raum- oder platzsparend aufgebaut.
Zusätzliche Anpress- oder Andruckrollen 21, 22 erhöhen den Reibschluss zwischen den Stahlbändern 15, 16 und den Antriebsrollen 17 bzw. 18, die motorisch angetrieben sind. Hierzu ist zweckmäßigerweise ein Elektro- oder Gleichstrom-Servomotor 23 vorgesehen, der über ein Stirnrad-Vorgelege die beiden Antriebsrollen 17, 18 synchron antreibt. Der Vorschub oder Vortrieb der Stahlbänder 15, 16 erfolgt somit durch Reibschluss. Auch können die Stahlbänder 15, 16 perforiert und die Antriebsrollen 17, 18 entsprechend gezahnt oder gezapft ausgeführt sein, so dass alternativ oder zusätzlich ein Vorschub der Stahl- oder Maßbänder 15, 16 durch Formschluss erfolgt.
Zur Bestimmung der Axialposition des Inspektionskopfes 2 innerhalb der Längsbohrung 7 ist auf einen Gehäusedeckel 24 des Antriebsgehäuses 12 ein Zugseil- oder Positionsgeber 25 mit einem und auf einer Seiltrommel 26 federvorgespannt aufgerollten Messseil 27 angeordnet. Dieses ist über Umlenkrollen 28 ebenfalls in den Innenraum 19 des Teleskops 3 geführt sowie freiendseitig am Vorschubende 2a des Inspektionskopfes 2 befestigt. An einer der Antriebsrollen 18 ist ein induk tiver Endschalter 29 angeordnet. Mit den Antriebsrollen 17, 18 synchron angetriebene Förderrollen 30 bzw. 31 dienen zur zentrierenden Einführung des Messseils 27 in den Innenraum 19 des Teleskops 3.
Der in 4 im Teillängsschnitt dargestellte Inspektionskopf 2 umfasst ein zentrales zylindrisches Gehäuse 35. An diesem sind außenseitig die endseitig mit den Gleitrollen 9 versehenen federbelasteten Spreizarme 8 des Zentrierfahrwerks 6 vorgesehen. Innerhalb des Gehäuses 35 ist ein Drehantrieb 36 vorgesehen. Dieser umfaßt einen Elektromotor 37, insbesondere einen Gleichstrom-Servomotor, und ein Untersetzungsgetriebe 38. Dem Drehantrieb 36 zugeordnet ist ein Positions- oder Drehgeber 39.
Die Antriebs- oder Motorlängsachse 40 des Drehantriebs 36 verläuft exzentrisch, bezogen auf die Zentralachse 41 des Inspektionskopfes 2. Eine aus der Motor-Getriebe-Einheit des Drehantriebs 36 herausragende und vom Motor 37 angetriebene Motorwelle 42 trägt ein Zahnrad oder Ritzel 43, das in eine Innenverzahnung 44 eines Drehrohres 45 eingreift. Die über Gleitlager 46 im Gehäuse 42 drehgelagerte Drehhülse 45 ist mit dem drehbeweglichen Prüfkopfträger 5 des Inspektionskopfes 2 verbunden.
Drehdurchführungen 47 innerhalb des Inspektionskopfes 2 ermöglichen die Zufuhr von Koppelmittel, insbesondere Öl, an vom Prüfkopfträger 5 mitgeführten Ultraschall-Wandlern oder -Sonden 48, die nachfolgend als Ultraschall-Prüfköpfe bezeichnet sind. An die Ultraschall-Prüfköpfe 48 geführte Koppelmittelkanäle 49 kommunizieren über die Drehdurchführungen 47 mit einem in einer Gehäusewandung 50 des Gehäuses 35 eingebrachten Koppelmittelkanal 51. Über die Kanäle 51 und 49 sowie die Drehdurchführungen 47 kann Koppelmittel direkt an die Ultraschall-Prüfköpfe 48 heran geführt werden.
Ein ebenfalls im Inspektionskopf 2 vorgesehener Schleifring-Drehübertrager 52 ist innerhalb des Gehäuses 35 – und dort vorzugsweise innerhalb der Drehhülse 45 – ortsfest positioniert. Eine Hohlwelle 53, über die Signalleitungen 54 an die Ultra schall-Prüfköpfe 48 geführt sind, ist mit dem Prüfkopfträger 5 einerseits und mit dem Drehübertrager 52 andererseits verbunden. Mit der im Drehübertrager 52 drehbar gelagerten Hohlwelle 53 drehen sich innerhalb des Drehübertragers 52 eine Anzahl von Schleifringen 55. Diese stehen in Schleifkontakt mit im Drehübertrager 52 ortsfesten Schleifkontakten 56, an die wiederum eine Signalleitung 57 geführt ist. Diese wird über eine Durchgangsöffnung 58 der Drehhülse 45 aus dem Inspektionskopfes 2 herausgeführt. Die Signalleitung 57 sowie eine Versorgungsleitung 59 für den Drehantrieb 36 können außerhalb des Inspektionskopfes 2 entlang des Teleskops 3 zu einer (nicht dargestellten) Auswerteeinrichtung geführt werden. Ebenso führt eine Koppelmittelleitung 60 aus dem Inspektionskopf 2 heraus, die ebenfalls am Teleskop 3 außenseitig entlang geführt ist.
Der Drehantrieb 36 treibt über das Ritzel 43 und die Innenverzahnung 44 die Drehhülse 45 an, so dass über diese der die Ultraschall-Prüfköpfe 48 mitführende Prüfkopfträger 5 in eine Dreh- oder Rotationsbewegung versetzt werden kann. Die Drehbewegung des Prüfkopfes 5 wird über die Hohlwelle 53 auf den Schleifring-Drehübertrager 52 übertragen. Von den Ultraschall-Prüfköpfen 48 erzeugte Prüfsignale werden somit über die Signalleitungen 54 und den Schleifring-Drehübertrager 52 – und dort über die mit der Hohlwelle 53 rotierenden Schleifringe 55 und die ortsfesten Schleifkontakte 56 – an die Signalleitung 57 übertragen.
Am freiendseitigen Kopfende 2b des Inspektionskopfes 2 ist gehäuseaußenseitig ein vorzugsweise elastischer Abstreifteller 61 vorgesehen. Dieser dichtet den Inspektionskopf 2 innerhalb der Längsbohrung 7 gegen austretendes Koppelmittel ab. Zudem transportiert der Abstreifteller 61 an der Bohrungsinnenwand der Längsbohrung 7 verbleibendes Koppelmittel beim Zurückziehen des Inspektionskopfes 2 aus der Längsbohrung 7 entgegen der Vorschubrichtung 11 an die Einführöffnung 7a der Längsbohrung 7.
Die dargestellte und beschriebene Ultraschall-Prüfeinrichtung 1 eignet sich zur Prüfung von Werkstücken mit Innen- oder Längsbohrung 7, deren Innendurchmesser D im Bereich einiger Zentimeter, insbesondere ab 60 mm bis ca. 95 mm, betragen kann. Die Prüfeinrichtung 1 eignet sich daher besonders zur zerstörungsfreien Prüfung von Achswellen eines Radsatzes eines Schienenfahrzeuges.
Zur Prüfung des Werkstücks auf Material- oder Werkstückfehler wird zunächst die Prüfeinrichtung 1 in nicht näher dargestellter Art und Weise – vorzugsweise über Wellenadapter – an das Werkstück derart angekoppelt, dass ein Führungskanal der Prüfeinrichtung 1 und die Innenbohrung 7 des Werkstücks achsfluchtend sowie spalt- und leckagefrei ineinander übergehen. Anschließend kann der Inspektionskopf 2 in Vorschubrichtung 11 in die Längsbohrung 7 eingeführt und dazu mittels der aus dem Axialantrieb 4 und dem Teleskop 3 gebildeten Vorschubeinrichtung 10 vorgetrieben werden. Der Vortrieb oder Vorschub des Inspektionskopfes 2 erfolgt dabei bis an das dem Einführende 7a gegenüberliegendes Bohrungsendes 7b der Längsbohrung 7. Dort angelangt wird Koppelmittel über den Koppelmittelkanal 51 und die Drehdurchführungen 47 sowie die Kanäle 49 an die Ultraschall-Prüfköpfe 48 gefördert. Der Abstreifteller 61 dichtet dabei die Längsbohrung 7 im Bereich des Kopfendes 2b des Inspektionskopfes 2 ab.
Die Ultraschall-Prüfung erfolgt während des Zurückziehens des Inspektionskopfes 3 über die entgegen der Vorschubrichtung 11 mittels des Axialantriebs 4 zurückgezogenen Stahlbänder 15, 16. Während dieser Rückwärtsbewegung des Inspektionskopfes 2 werden der Prüfkopfträger 5 und somit die mit diesem mitgeführten Ultraschall-Prüfköpfe 48 mittels des Drehantriebs 36 in Rotation versetzt. Dadurch ergibt sich insgesamt eine schraubenlinienförmige oder wendelartige Prüfstrecke. Während der Ultraschall-Prüfung werden die von den Ultraschall-Prüfköpfen 48 erzeugten Prüfsignale über die Signalleitung 54 an den Schleifring-Drehübertrager 52 und von dort über die Signalleitung 57 übertragen und können außerhalb Längsbohrung 7 mittels einer vorzugsweise mobilen Auswerteeinrichtung bereits am Prüfort analysiert werden.
Das Ergebnis eines Prüfverfahrens oder einer Inspektion, bei der der Inspektionskopf 2 entlang der Innenbohrung 7, zweckmäßigerweise entgegen der Vorschubrichtung 11, einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs geführt wird und dabei die Prüfkopfe 48 mittels des Drehantriebs 36 in eine Drehbewegung um die zentrale Achse 41 des Inspektionskopfes 2 versetzt werden, ist in den 4a und 4b beispielhaft dargestellt. Dabei zeigt der obere Teil der Darstellungen maßstäblich die jeweils ausgemessene oder geprüfte Radsatzwelle RW mit allen Durchmesserübergängen DG. Dies sind diejenigen Bereiche der Radsatzwelle RW, in denen Formanzeigen FA bei der Ultraschall-Prüfung zu erwarten sind. Diese Durchmesserübergängen DG korrelieren mit den bei der Ultraschall-Prüfung oder Inspektion infolge von Reflexionsmessungen erfassten umlaufenden Kanten der Radsatzwelle.
Diese Kanten erscheinen in den unterhalb der rechteckartigen Durchmesserübergangs-Darstellung abgebildeten Darstellungen der 4a und 4b, die die quasi abgewickelte Außenoberfläche der geprüften Radsatzwelle RW zeigen, als durchgehende vertikale Linien. Diese Linien wiederum können bei Korrelation mit den entsprechenden Durchmesserübergängen DG somit praktisch fehlerfrei als erwartete Formanzeigen FA diagnostiziert werden. Demgegenüber sind die in den Darstellungen erkennbaren Fehlerstellen FS nicht nur direkt als solche erkennbar. Vielmehr kann durch die zusätzliche Darstellung der Durchmesserübergänge einfach und praktisch unmittelbar die entsprechende Fehlstelle FS lokalisiert werden.
Durch diese zusätzliche Darstellung der Durchmesserübergänge sind Fehlerstellen FS besonders einfach erkennbar und zuverlässig lokalisierbar. Auch können umlaufende Fehlerstellen der Radsatzwelle RW aufgrund fehlender Korrelation mit den Durchmesserübergängen DG zuverlässig als solche erkannt werden.

1: Ultraschall-Prüfeinrichtung
2: Inspektionskopf
2a: Vorschubende
2b: Kopfende
3: Teleskop
3a: Basisschub
3b: Teilschub
4: Axialantrieb
5: Prüfkopfträger
6: Zentrierfahrwerk
7: Längs-/Innenbohrung
7a: Einführende
7b: Bohrungsende
8: Spreizarm
9: Gleitrolle
10: Vorschubeinrichtung
11: Vorschubrichtung
12: Antriebsgehäuse
13.14: Trommel/-gehäuse
15,16: Stahlband
17,18: Antriebsrolle/Rreibrad
19: Innenraum
20: Zwischen-/Klemmraum
21,22: Andruck-/Anpressrolle
23: Elektro-/Servomotor
24: Gehäusedeckel
25: Positionsgeber
26: Seiltrommel
27: Messseil
28: Umlenkrolle
29: Endschalter
30,31: Förderrrolle
35: Gehäuse
36: Drehantrieb
37: Elektro-/Servomotor
38: Untersetzungsgetriebe
39: Positions-/Drehgeber
40: Antriebsachse
41: Zentralachse
42: Motorwelle
43: Zahnrad/Ritze)
44: Innenverzahnung
45: Drehhülse
46: Gleitlager
47: Drehdurchführung
48: Ultaschall-Prüfkopf / -Sonde
49: Koppelmittelkanal
50: Gehäusewandung
51: Koppelmittelkanal
52: Schleifring-Drehübertrager
53: Hohlwelle
54: Signalleitung
55: Schleifring
56: Schleifkontakt
57: Signalleitung
58: Durchführung
59: Versorgungsleitung
60: Koppelmittelleitung
61: Abstreifteller
D: Innendurchmesser
FS: Fehlerstelle
RW: Radsatzwelle
DG: Durchmesserübergang
FA: Formanzeige

Claims

Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) zur zerstörungsfreien Prüfung eines eine Innenbohrung (7) aufweisenden Werkstücks, insbesondere einer Achswelle, mit einem ein Ultraschall-Prüfsystem (48) aufweisenden Inspektionskopf (2), der zum Verfahren in und entgegen einer Vorschubrichtung (11) über ein Teleskop (3) mit einem Axialantrieb (4) verbunden ist, der mindestens ein mit dem Inspektionskopf (2) verbundenes schubstabiles Stahlband (15, 16) motorisch antreibt.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Stahlband (15, 16) durch einen Innenraum (19) des Teleskops (2) geführt ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit zwei bombierten Stahlbändern (15, 16), die innerhalb eines Antriebsgehäuses (12) des Axialantriebs (4) in jeweils einem Trommelgehäuse (13, 14) federvorgespannt angeordnet sind.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes Stahlband (15, 16) von mindestens einer motorisch angetriebenen Antriebsrolle (17, 18) geführt ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach Anspruch 4, mit zwei synchron angetriebenen Antriebsrollen (17, 18), zwischen denen die Stahlbänder (15, 16) gemeinsam geführt sind.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Positionsgeber (25) mit einem an den Inspektionskopf (2) geführten und von einer Seiltrommel (26) abrollbaren federvorgespannten Messseil (27) zur Erfassung der Axialposition des Inspektionskopfes (2).
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei das Messseil (27) über den Innenraum (19) des Teleskops (3) geführt ist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Inspektionskopf (2) ein als Hohlzylinder ausgebildetes Gehäuse (35) mit gehäuseintern einem Drehantrieb (36) für einen Prüfkopfträger (5) des Ultraschall-Prüfsystems (48) umfasst.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei der Drehantrieb (36) einen Elektromotor (37) zum Antrieben einer mit dem Prüfkopfträger (5) gekoppelten Drehhülse (45) und einen innerhalb dieser gehaltenen Schleifring-Drehübertrager (52) zur Übertragung von vom Ultraschall-Prüfsystem (48) erzeugten Prüfsignalen aufweist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, mit einem gehäuseinternen Drehgeber (39) zur Bestimmung der Position des Prüfköpfträgers (5).
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Inspektionskopf (2) im Bereich dessen einander gegenüber liegenden Enden (2a, 2b) gehäuseaußenseitig ein Zentrierfahrwerk (6) aufweist.
Ultraschall-Prüfeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Inspektionskopf (2) kopfendseitig am einen Abstreifteller (61) zum Transport von und zur Abdichtung gegen austretendes Koppelmittel aufweist.