DE2047930C3 - Schlagvorrichtung zur Qualtitats kontrolle der Verklebung von miteinander verklebten Elementen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schlagvorrichtung zur Qualitätskontrolle der Verklebung von miteinander verklebter; Elementen, bestehend aus einem mn- und herbewegten auf die zu prüfende Oberflache der Klebverbindung aufstoßenden Anker, welcher unter dem Einfluß eines an eine periodische Spannung angelegten Elektromagneten und einer entgegengesetzt gerichteten Feder steht.

Es sind bereits Schlagvorrichtungen zur Qualitätkontroiie der Verklebung von miteinander verklebten Elementen bekannt (s. Patentschrift 28 242 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin), bei welchen ein Stift mittels eines hin- und herbewegten Ankers in Vibration versetzt wird, wobei entsprechend der vorhandener. Dän.pfung ein elektrisches Signal gewonnen wird, das einer Anzeigeeinrichtung zugeführt wird Es zeigt sich jedoch, daß die Messung der Dämpfung eines schwingenden Elements kein hinreichend gutes Kriterium für die Feststellung einer schlechten Klebstelle ist, weil unter gewissen Umständen der Dämpfungstaktor auch dann einen normalen Wert aufweist, wenn die Klebestelle s·. nieehi ist.

Is ist ferner bekannt, die Güte einer Klebestelle durch Abklopfen festzustellen, wobei an Hand des Klanges des Klopftones erkannt werden kann, ob eine bestimmte Stelle einer Klebeverbindung zufriedenstellend ist oder nicht. In diesem Zusammenhang können auch mittels eines Elektromagneten in Schwingungen versetzte Stimmgabeln verwendet werden, mit welchen ein elektrisches Signal erzeugt wird, das einem Kopfhörer zugeführt wird. Es zeigt sich jedoch, daß derartige Vorrichtungen nicht immer zufriedenstellend arbeiten, weil die Reproduzierbarkeit der erzeugten Töne oft zu wünschen übrig läßt.

Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schlagvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auf sehr sichere Weise die Güte der Verklebung von miteinander verklebten Elementen festgestellt werden kann.

Erfindungsgetnäß wird dies dadurch erreicht, daß der mit einem Stößel versehene Anker einerseits mit Hilfe des Elektromagneten gegen einen unbeweglichen Anschlag gezogen und andererseits mit Hilfe der Feder gegen die zu prüfende Oberfläche gestoßen ist und daß parallel zu dem Elektromagneten und

einem da/.u in Sen,.· liegende=" durch einen Impulskreis gesteuerten Sehalter ein kondensat!)! hoher Kapazität angeordnet ist, welcher über einen Stromhegien/ungswiderstand von einer Spannungsquelle gespeist ist. demzufolge beim kontaktschluß des Schalters und Entladung des Kondensators dem Elektromagneien eine zum Anzug des Ankers ausreichende !■.nergiemenge zugeführt ist. wahrend der in dem folgenden fließende konstante Strom den Elektromagneten in der angezogenen Position hall, daß zu dem genannten Schalter ein /weiter Schalter parallel geschaltet ist und daß der Impulskreis seine Impulse abwechselnd diesen beiden Schaltern zuführt, die über eine kapazitive Verbindung zum Offnen des einen Schalters bei Kontak¹ Jiluß des anderen miteinander gekoppelt sind.

Im Rahmen der vorliegenden Ertindung wird die Qualitätskontrolle einer Verklebung von miteinander verklebten Elementen auf akustischem Wege vorgenommen, indem ein Stößel mittels eines Elektromagneten gegen die zu untersuchende Oberfläche großen wird. Da die Sloßenergie von einer jeweils gleichmäßig gespannten Feder abgegeben wird, sind die mit der erfindungsgemäßen Schlagvorrichtung erzeugten Stöße äußerst reproduzierbar, demzufolge bereits geringfügige Klangunterschiede festgestellt werden können.

Die Spannunc der Feder erfolgt auf elektrischem Wege, und zwar durch Anziehen des Ankers eines Elektromagneten. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß der durch den Elektromagneten fließende Ruhestrom gerade ausreichend ist. um den Anker an dem Elektromagneten zu halten. Erst bei Unterbrechung des durch den Elektromagneten fließenden Ruhestromes erfolgt eine Freigabe des Ankers, so daß nunmehr der Stößel unter dem Einfluß der Feder gegen die zu untersuchende Oberflache geschlafen wird.

Die Häufigkeit der mit der erfindungsgemaßen Schlagvorrichtung erzeugten Schlage sind relativ gering und liegen in der Größenordnung von einem bis zwei Schlagen pro Sekunde. Dabei genügt bereits ein einzelner Schlag, um feststellen zu können, ob eine Klebestelle von miteinander verklebten Elementen der gewünschten Anforderung entspricht oder nicht. Wenn die zu untersuchenden Verbindungen gut verklebt sind, so erzeugt der mit dem Stößel erzeugte Schlag einen hellen Klang. An einer abgelösten Stelle erhält man+itngegL.i ein mattes Geräusch, das die Ortung der fehlerhaften Flächen und die Bestimmung ihrer Ausdehnung ohne Schwierigkeit ermöglicht.

Die mit der erfindungsgemaßen Schlagvorrichtung erzeugten Schläge weisen eine derartige Schlagkraft auf, daß keine Beschädigung der zu untersuchenden Oberfläche verursacht wird. Die Schlagfrequcnz der erfindungsgemaßen Schlagvorrichtung kann dabei eingestellt werden, so daß unabhängig von den Abmessungen des Prüflings und der Art der verwendeten Werkstoffe innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes eine schnelle und genaue Prüfung durchgeführt werden kann.

Um zu vermeiden, daß das Geräusch des auf den abzuhörenden Gegenstand ausgeübten Schlages nicht durch das Anstoßen des Ankers beim Anziehen des Elektromagneten gestört wird, ist eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die die Bewegung des Ankers bei seiner Rückkehr zu dem Elektromagneten abbremst. Um zu erreichen, daß die die Stoße gegen die Klebestelle drückende Feder gleichzeitig als Dämpfungsglied verwendet werden kann, erweist es sich in diesem Zusammenhang als zweckmäßig, wenn r> dei Elektromagnet eine .Aussparung aufweist, in welcher de; Anker angeordnet ist und daß sowohl die 'Aussparung als auch der Anker eine einander entsprechende konische Form aufweisen, während die in Form einer Schraubenfeder ausgebildete und am rioujn der Aussparung angeordnete Feder in zusammengedrücktem Zustand ebenfalls eine konische Form einnimmt.

An dem Gehäuse ist vorzugsweise ein Anschlag vorgesehen, der den am Anker angcbiachten Stoße!

ιό zurückhalt und ein Herabfallen des Stößels einschließlich des Ankers verhindert, wenn die Schlagvorrichtung außer Betrieb ist. Dieser Anschlag kann so weit entfernt angeordnet sein, daß der Anker aus dem lllekuomagnelen heraustreten kann, demzufolge auf dem Prüfling erst dap^< Schläge ausgeübt werden, wenn der Stößel mit diesen in Berührung gelangt ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich an Hand der l.nieranspriiche 3 bis 8.

Am unteren Teil der Vorrichtung ist schließlich

V: zweckmäßigerweise eine Leuchte vorgesehen, welche die Aufschlagstelle des Stößels auf dem verklebten Gegenstand beleuchtet.

Die Erfindung soll nunmehr in der folgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden,· wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Teile vveggebrochen sind,

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild des elektrischen Impulsgenerators.

Die Schlagvorrichtung zum Feststellen abgelöster Bereiche an Klebverbindungen besteht aus zwei Einheiten, einer Prüfvorrichtung 1 und einem elektrisehen Impulsgenerator 2.

Die Prüfvorrichtung besteht aus einem Gehäuses, an dessen Boden zwei U-Profilteile 4 und 5 befestigt sind. An der Unterseite der U-Profilteile sind Kufen 6 vorgesehen, mit welchen die Prüfvorrichtung 1 in einem konstanten Abstand auf einem Prüfling A aufliegen kann. Die Kufen sind an ihrer Unterseite leicht abgerundet und bestehen aus einem Werkstoff, der den Prüfling nicht zerkratzt. Beispielsweise bestehen sie für Klebverbindungen mit Stahloberflächc aus Aluminium, im allgemeinen werden für sie jedoch Kunststoffe benutzt.

Im Inneren des Gehäuses 3 befindet sich ein zylindrische-Elektromagnet 7 nri einei zur Ebene der Kufen 6 senkrechten Achse. Der Elektromagnet trägt eine Wicklung 8 und ist in seinem Inneren mit einem feststehenden Joch 9 versehen, das mit einem beweglichen Anker 10 zusammenarbeitet. Der Anker 10 ist an seinem äußeren Ende mit einem Stößel 12 versehen. Der mit der zu prüfenden Oberfläche in Beriihrung kommende Teil dieses Stößels ist mit einem Belag aus einem Werkstoff versehen, der in dem jeweiligen Wjrkstoff der Klebverbindung keine Eindrücke hinterläßt.

Das Joch 9 besitzt eine konische Aussparung 13.

in welche das ebenfalls konisch ausgebildete obere Ende 14 des Ankers 10 teilweise eintritt. Zwischen dem Joch und dem Anker ist eine konische Schraubenfeder 15 vorgesehen, deren eines Ende in dieser

Aussparung sitzt und deren anderes Ende auf dem konischen Ende 14 des Ankers 10 aufliegt. Diese Feder ist je nach Art des Werkstoffs der verklebten Bauteile so geeicht, daß eine gemäßigte Schlagkraft erzeugt wird, die keine Beschädigungen der zu prüfenden Oberfläche verursacht.

Auf der Innenseite des Profilteils 4 ist ein Anschlag 16 befestigt, welcher das Herabfallen des Ankers mit seinem Stößel verhindert, wenn die Prüfvorrichtung außer Betrieb ist. Nach Abnahme dieses Anschlags kann der Anker und der Stößel zum Auslausch der Feder 15 oder der Bauteile 10, 12 herausgenommen werden. Wenn die Prüfvorrichtung von dem Prüfling A entfernt ist. kommt die Kante 17 des Ankers mit dem Anschlag 16 in Berührung, wodurch die Entfernung des Ankers von dem Joch 9 so groß wird, daß der Anker nicht angezogen wird, selbst wenn der Elektromagnet gespeist ist. Auf diese Weise kann ein Leerlauf der Vorrichtung vermieden werden.

Auf der Innenseite des Gehäuses 3 ist eine Leuchte (nicht dargestellt) vorgesehen, welche die Aufschlagstelle des Stößels auf dem Prüfling beleuchtet.

Auf der Oberseite des Gehäuses 3 ist ein Potentiometer 19 angebracht, mit welchem die Schlagfrequenz geregelt werden kann.

F i g. 2 zeigt das Prinzipschaltbild des Impulsgencrators 2. der den Elektromagnet 7,8 steuert.

Die Schaltung enthalt zwei Thyristoren 21 »nd 11. die über die kapazitive Verbindung 23 miteinander gekoppelt sind. Die kapazitive Leitung besteht aus zwei einander entgegengesetzt angeordneten Elcktrolytkondensatoren.

In dem Kreis des Thyristors 21 ist ein Strombegrenzungswiderstand 24 und die Wicklung 8 in Reihe geschaltet. Parallel zu dem Thyristor 21 und der Wicklung 8 ist ein Kondensator 25 hoher Kapazität geschaltet, der normalerweise zwischen den Polen 26 und 27 der Gleichstromquelle über den Widerstand

24 geladen wird. Die Gleichstromquelle wird durch einen Schalter 20 ein- und ausgeschaltet.

Die Steuerelektrode der Thyristoren 21 und 22 werden über die Dioden 35 bzw. 36 und die Kondensatoren 28 bzw. 29 vom Ausgang 30 eines Unijunktions Transistors 31 gespeist.

Die Spannung der Steuerelektrode dieses Transistors 31 wird durch das Ladepotential des Kondensators 32 bestimmt, der über den Widerstand 33 und das Potentiometer 19 gespeist wird.

Vor Inbetriebnahme (Schalter 20 offen) ist der Stößel herausgestoßen und wird von der Feder 15 in dieser Stellung gehalten. Wird der Schalter geschlossen, so fließt zunächst in der Wicklung 8 des Elektromagneten kein Strom, während sich der Kondensator

25 auf das Potential der Pole 26 und 27 auflädt.

Am gemeinsamen Punkt 37 der Widerstände 38 und 39 tritt außerdem ein Potential auf. das groß genug ist. um jeden Durchgang einer Information durch die Diode 36 zu verhindern. Die Elemente 38 und 39. 36 und 29 schließen somit das Steuergatter des Thyristors 22.

Die einander entgegengesetzt polarisierten Dioden 40 und 4i können nicht leiten. Während dieser Vorperiode lädt sich der Kondensator 32 über die Widerstände 33 und 19 um den parallelgeschalteten Widerstand 42 auf.

Niich einem Zeitraum, der durch die Zeitkonstante des 1 adekreises dieses Kondensators 32 uiul die Charakteristiken des Unijunktion-Transislors 31 bestimmt wird, erreicht dessen Steuerelektrode einen ausreichend hohen Wert, so daß der Transistor 31 plötzlich leitend wird und am Punkt 30 an den An-Schlüssen des Widerstandes 43 ein Impuls auftritt.

Dieser Impuls, der die Steuerelektrode des Thyristors 22 nicht erreichen kann, wird über den Kondensator 28 und die Diode 35 auf die Steuerelektrode des Thyristors 21 übertragen, bewirkt dadurch

ίο die Leitung dieses Thyristors und bringt den Punkt 47, der der Anode dieses Thyristors, den Kathoden der Dioden 40 und 41, dem Ausgang der Wicklung 8 dem Widerstand 38 und dem Teil 23 a der kapazitiven Verbindung 23 gemeinsam ist, praktisch auf Masscpotcntial.

Der leitende Zustand des Thyristors 21 gestattet die Entladung des Kondensators 25 über die Wicklunge und bewirkt dadurch, daß der Stößel zum ersten Mal angezogen wird; dieser wird anschließend

ao von dem über den Widerstand 24 fließenden permanenten Strom gehalten.

Andererseits jedoch wird dadurch, daß die Kathode der Diode 41 Massepotential führt, durch die Diode 44 die Wirkung des Widerstandes 42 auf die Lo'.ung des Kondensators 32 unterdrückt. Dadurch, daß die Kathode der Diode 40 Massepotential hat. wird jede Information, die die Steuerelektrode des Thyristors 2Ϊ über die Diode 35 erreichen könnte, blockiert. Dadurch, daß der Widerstand 38 Massepo-

tential führt, wird das Potential des Punktes 37 gesenkt und wird das Zugangsgattcr der Steuerelektrode des Thyristors 22 geöffnet. Dadurch, daß die linke Elektrode des Teils 23 a Massepotential führt, kann sich der rechte Teil 23 b der kapazitiven Ver-

bindung 23 über den Widerstand 45 auf das positive Potential der Stromquelle aufladen.

Nach dieser ersten Entladung beginnt der Kondensator 32 sich wieder aufzuladen, diesmal jedoch nur über die Widerstände 33 und 19, so daß die Zeit, während welcher der Stößel in angezogener Stellung bleibt, durch eine neue Zeitkonstante bestimmt wird. Nach dieser Zeit tritt wie zuvor am Punkt 30 ein neuer Impuls auf. Dieser Impuls kann die Steuerelektrode des Thyristors 21 nicht erreichen, gelangt jedoch über die Diode 36 und den Kondensator 29 zu der Steuerelektrode des Thyristors 22, der leitend wird und den Punkt 46, der dem Widersland 45, dem Teil 23 b der kapazitiven Verbindung und der Anode des Thyristors 22 gemeinsam ist, auf Massepotential bringt.

Dies hat die Entladung der kapazitiven Verbin dung 23 mit umgekehrter Polarität auf die Anodt des Thyristors 21 zur Folge, der somit nichtleitenc wird. Dadurch wird der Strom, der den Stößel ir dem Elektromagnet hält, unterbrochen, und diesci wird durch die Feder 15 herausgestoßen.

Ferner wird durch diese Sperrung des Thyristor:

21 das Potential am gemeinsamen Punkt 47 auf da: Alisgangsmaximum gebracht, wodurch der Strom kreis wieder in den Ausgangszustand gelangt. Insbe sondere ist der Zugang zur Elektrode des Thyristor

22 von neuem geschlossen, und der Zugang zur Elek trodc des Thyristors 21 ist offen, da die Diode 41 durch umgekehrte Polarisierung blockiert ist.

Sobald sich der wieder aufgeladene Kondensato 32 entladt, erscheint bei 30 ein neuer !mpuls. wo durch der Thyristor 21 wieder leitend wird und da mi! der Thyristor 22 durch die Entladung der kapaz

liven Verbindungen 23 in der der vorhergehenden Entladung entgegengesetzten Richtung gelöscht wird.

Auf diese Weise wird die Blockierung jedes Thyristors durch Freigabe des anderen bewirkt, und zu diesem Zweck ist jeder Löschimpuls durch die beiden entgegengesetzt angeordneten polarisierten Kapazitäten 23 α und 23 b genau polarisiert.

In einem kompletten Zyklus liegt die kapazitive Verbindung 23 somit zunächst auf einer Seile über einen gezündeten Thyristor an Masse und auf der anderen Seite an positivem Potential, dann auf beiden Seiten an Masse, dann auf der zweiten Seite an Masse und auf der ersten Seite an positivem Potential und dann wieder auf beiden Seiten an Masse, wobei ein entgegengesetzter Entladungsimpuls geliefert wird usw.

Der auf diese Weise ausgelöste Zyklus läuft in Form einer regelmäßigen Schlagbewcgung des Stößels unbegrenzt weiter, wobei die Zeit zwischen zwei Schlägen durch die Summe der beiden Zeitkonstanten der Ladung des Kondensators 32 gegeben ist.

Da der Rhythmus der Zündimpulsc sehr langsam ist, können diese Impulse durch beliebige mechanische, elcktromcchanische, elektromagnetische oder elektronische Vorrichtungen ausgesandt werden.

Wenn die Prüfvorrichtung 1 mit ihren Kufen 6 auf

dem Prüfling A aufliegt, kann der Prüfer je nach den Merkmalen der zu untersuchenden Verbindung die zum Abhören geeignetste Frequenz mittels des Stellknopfcs 19 einstellen.

Die Bedienungsperson InBt nun die Prüfvorrichtung manuell in sehr kleinen Bewegungen über die ίο Klebverbindung gleiten.

Wenn die Klebverbindungen beliebigen Aufbaus oder Stärke gut verklebt sind, so erzeugen die Schläge einen hellen Klang. An einer Stelle, bei der die Verklebung sich gelöst hat, erhält man einen matten, gedämpften Klang, der die gena\ic Bestimmung der Fehler gestattet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die Prüfung alle·" Arten verklebter oder verschweißter Baukörper geeignet und ist insbesondere im Flugzeugbau ao zur Prüfung von aus zusammengesetzten, verklebten Elementen bestehenden Bauteilen anwendbar, wie Tragflächen, Ruder, Klappen, Hubschrauberblätter u.dgl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 647/

Claims (5)

Patentansprüche.

1. VhLmvorHchtunü /in Qualitätskontrolle der Verklebung von miteinander verklebten Elcme'.iten. bestehend aus einem hin- und herbewegten aul die zu prüfer Je Oberthiche der Klebvcrhindimg aufstoßenden \nkci. welcher unter dem !.uillu!! eine' an eine periodische Spannung imnjlegten l· !ekiiouiagnc'.cn und einer eiilijeuenge- ic sei/; gerichteten F-'eder ste'ni. dadurch gek e η η / e i c h η e ( . daß der mit einem Stin'-e! i 12) versehene Anke; ι 10) .inerseit- mit Hilfe des Elektromagneten (8) genen einen unbeweglichen Anschlag gezogen und linde > er>ei'.- mit llille der Feder (15) ueüen die zu piiiieiide < )bcrtlache gestoßen is; u:\o daß parallel /u dem Elektromagneten (8) und einem dazu in Sei'e hegenden di ι :h einen Impulskreis (31. 32. 33) gesteuerten Sehalter (21) ein Kondensator (25) huher Kapazität angeordnet ist. welcher über einen Strombegrenzungswiderstand (24) von einer Spannungsi|uelle (26. 27) gespeist ist. demzufolge beim Koniaktschluß des Schalters (21) und Entladung ties Kondensators {15) dem Elektromagneten(8) eine /um Anzug des Ankers (10) ausreichende Energiemenge zugeführt ist. wahre;,J der in dem folgenden fließende konstante Stm,η den ί lektro'vngneten (8) in der angezogenen Position halt. (JaLi zu dem genannten Schalter (21) 3η ein /weitei Schaltet (22) ,larullel geschalte! ist und daß der Impulskrei·. (31- 32. 33) seine impulse abwechselnd diesen btiden Schaltern (21. 22) zuführt, die über eine kapazitive Verbindung (23) /um (Minen des einen Schalters bei Kontakt-Schluß des anderen miteinander eekopppelt sind.

2. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Hlektromagnet (8) eine Aussparung (13) aufweist, in welcher der Ankei (10) angeordnet ist. und daß sowohl die Aussparung (13) als auch der Anker (10) eine einander entsprechende konische Form aufweisen, wahrend die in Form einer Schraubenfeder ausgebildete und am Boden eier Aussparung (13) angeordnete Feder (15) in zusammengedrücktem Zustand ebenfalls eine konische Form einnimmt.

3. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch einen Anschlag (16). der das Herabfallen des Stößels (12) und des damit verbundenen Ankers (10) verhindert, und den Stößel so weit über die dut.li die Kufen (6) gelegte Ebene !eraustreten laßt, daß der Abstand zwischen dem Anker und dem Elektromagnet (7.

8) großer als dessen Anzugskapazitiit ist.

4. Schlagvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallet· (21) aus einem Thyristor besieht, der nacheinander Ziind- und Löschimpulse erhält.

5. Schlagvorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse vom Ausgang eines Unijunktions-Transistors (31) geliefert werden, dessen Steuerelektrode mit einem über ein Potentiometer (19) sich aufladenden Kondensator (32) verbunden ist.

(1. Schlagvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (22) aus einem zweiten Thyristor (22) besteht, dessen Atiode mit tier Anode des ersten Thvristors über die kapazitive Verbindung (23) verbunden ist.

-. Schlagvorrichtung na.h Anspruch 6. da-JurJi gekennzeichnet, daß die kapazitive \ crbinduiiii (23) au- zwei enijegenge-eizt geschalteten polarisienen Kondensatoren (23(.·. 23 b) besteht.

A. ^schlagvorrichtung nach Anspruch fi oder", dadurch gcL-nn/uchnct. ei iß dei Ladekrcis des Kondensators (25) au- z.wei paraüeigeschalteten Wider-tandskieisen Iv-icln. wobei in dem einen d..s I'oti'ntiometer (19) in Reihe geschaltet i-< und ,11 dem anderen der Strom in dem Zeitraum zwischen einem auf den 'Ihvristor (21) z.ugel'ührien Inpuls und Jen¹ darauflolgendeii. dem zweiten Ί hvristor (22) .'!!geführten Impuls auf Masse aS'elcitet wird.