DE3202877C2

DE3202877C2 - Sonde zur Lokalisierung der von einem Prüfkopf festgestellten Fehler

Info

Publication number: DE3202877C2
Application number: DE3202877A
Authority: DE
Inventors: Günter 8520 Erlangen Lehner; Thomas Dipl.-Ing. Müller
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1986-05-15
Also published as: DE3202877A1

Abstract

Zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren kann man Sonden mit einem Elektromotor (30) zum Antrieb eines rotierenden Prüfkopfes (1) einsetzen, bei denen eine Einrichtung zur elektrischen Erfassung der Winkellage des Prüfkopfes (1) vorgesehen ist, damit Fehlerstellen möglichst genau geortet werden können. Diese Einrichtung umfaßt einen mit dem Prüfkopf (1) starr und direkt verbundenen Rotor (100), der aus zwei Teilen (101, 102) unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit besteht, von denen der eine in Form eines schmalen Streifens (102) längs des Rotorumfanges verläuft. Dem Rotor (100) sind zwei Bürsten (103, 104) zugeordnet, die einen der Leitfähigkeit des Streifens (102) entsprechend unterschiedlichen Strom über den Rotor (100) führen. Zur genauen Winkelstellungsmessung können mehrere Streifen (102) vorteilhaft über den Rotor (102) verteilt sein, die sich elektrisch unterscheiden lassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Lokalisierung der von einem mit einem Elektromotor angetriebenen rotierenden, der zerstörungsfreien Innenprüfung von Rohren dienenden Prüfkopf festgestellten Fehler mittels einer Einrichtung zur elektrischen Erfassung der Winkellage des Prüfkopfs unter Berücksichtigung der Drehzahl.

Da die Winkellage für die Lokalisierung von Fehlern wichtig ist, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine einfache und dennoch möglichst genau arbeitende Einrichtung zur Erfassung der Winkellage zu schaffen, die an Sonden mit Durchmessern von 20 mm und kleiner angepaßt ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Einrichtung einen mit dem Prüfkopf starr und direkt verbundenen Rotor umfaßt, der einen oder mehren: auf dem Rotorumfang in axialer Richtung verlaufende Streifen aufweist, die sich in der elektrischen Leitfähigkeit gegenüber dem übrigen Rotormaterial und bei mehreren Streifen unter sich unterscheiden, und daß dem Rotor Bürstenpaare zugeordnet sind, die der Leitfähigkeit des bzw. der Streifen entsprechende unterschiedliche Ströme über den Rotor führen.

Mit der Erfindung erhält man eine sprunghafte Änderung des Stromes über die Bürsten als elektrisches Signal in einer durch die Streifen gegebenen Winkellage des Rotors, so daß die gewünschte Lokalisierung von Fehlern in bezug auf feststehende Teile, nämlich die Sonde und das Rohr, ohne weiters möglich ist. Bei Kenntnis der Drehzahl und damit auch der Winkelgeschwindigkeit von Prüfkopf und Rotor sowie bei Kenntnis des zeitlichen Abstandes eines vom Prüfkopf abgegebenen Fehlersignals zur nächstgelegenen sprunghaften Änderung des über den Rotor geführten Stromes ergibt sich auf einfachste Weise die dem Fehlersignal entsprechende Winkelstellung des Prüfkopfs. In ähnlich einfacher Weise ist es auch möglich, die beiden zeitlich unmittelbar vor und nach dem Fehlersignal beobachteten sprunghaften Änderungen des über den Rotor geführten Stroms bei der Auswertung zu berücksichtigen und mittels einer Interpolation die dem Fehrersignal

ίο entsprechende Winkellage zwischen den bekannten Winkellagen der Stromänderungen zu ermitteln.

Die Erfindung ist nicht mit sogenannten Wmkelkodierern zu vergleichen, die in der Zeitschrift »Messen + Prüfen/Automatik«, Mai 1978, Seiten 2S6 und 289,

is beschrieben sind. Diese Winkelkodierer sind selbständige Bauelemente. Sie sollen zur Richtungs- und Höhenerkennung Strecken- oder Drehbewegungen erfassen und in digitale Informationen umsetzen, damit ein rechnergerechtes Signal zur Steuerung von Werkzeugmaschinen oder dergleichen entsteht Von den beschriebenen unterschiedlichen Bauweisen unierliegt die mit mechanischer Abtastung, bei der entsprechend der Winkelstellung auf mechanischem Wege elektrische Kontakte geschlossen werden, dem Verschleiß. Optische Winkelkodierer sollen wiederum große Abmessungen haben. Außerdem erfordern sie eine präzise Mechanik, so daß ihre Anwendung ebenfalls nicht empfehlenswert erscheint Ferner ist bei den bekannten Winkelkodierern ein Nullimpuls vorgesehen, um eine definierte Winkelstellung innerhalb einer Umdrehung zu selektieren und zu weiteren Ansteuerungen zu verwenden. Bei der Erfindung ergibt sich dagegen die Bezugslage durch die Führung der Sonden mit Hilfe eines Schubschlauches, so daß für den einen der relativ zueinander beweglichen Teile die Umfangslage eindeutig festgelegt ist. Darüber hinaus steht der Anwendung der bekannten Winkelkodierer auch entgegen, daß die erfindungsgemäßen Sonden zur Prüfung von Rohren kleiner Durchmesser gar nicht den für den Einbau vor; Winkdkodierern notwendigen Raum bieten.

Aus der DE-OS 28 33 349 ist ferner ein elektrischer Drehwinkelgeber bekannt, der insbesondere als Windrichtungsmeßgeber dienen soll und mit einer dielektrischen Flüssigkeit arbeitet, die einen Wirk- oder Blindwiderstand bildet. Mit einer an einer Drehachse exzentrisch angeordneten inneren und einer äußeren ortsfesten Elektrode ist ein drehwinkelabhängiger Spannungsabfall abgreifbar. Dieser ändert sich aber naturgemäß stetig, so daß die für eine genaue Erfassung günsti-

ge sprunghafte Änderung ausgeschlossen ist. Außerdem erfordert der bekannte Drehwinkelgeber im Hinblick auf die Abdichtung einen hohen Aufwand, auch an Betätigungskräften, der einer Anwendung bei rotierenden Prüfköpfen entgegensteht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist Dabei zeigt die

F i g. 1 die Sonde als Ganze: in einer Seitenansicht. Die

F i g. 2 zeigt einen teilweisen Längsschnitt im größeren Maßstab, während die

Fig. 3 einen Querschnitt an der aus Fig. 2 ersichtlichen Stelle wiedergibt.

Die Sonde ist eine Ultraschallsonde und besitzt als wesentlichen Teil den drehbaren Prüfkopf 1, der in einer Führungsspitze 2 und einem Mittelteil 3 drehbar gelagert ist. An das Mittelteil 3 schließt sich ein weiteres Führungsteil 4 mit einem Abdichtungskörper 5 an, an

dem ein Schubschlauch 6 befestigt ist. Zwischen dem Führungsteil 4 und dem Mittelteil 3 ist eine Steckverbindung 7 mit einem Bajonettverschluß vorgesehen.

Das Mittelteil 3 hat als wesentlichen Bestandteil einen Schalenkörper 40, der im Bereich 41 eine dem zu prüfenden Rohr angepaßte zylindrische Außenfläche aufweist. Das dem Prüfkopf 1 zugekehrte Ende des Schalenkörpers 40 ist mit einer Haube 42 verschlossen, die auf ein Gewinde 43 des Schalenkörpers 40 aufgeschraubt ist. Zwischen der Haube 42 und der Antriebswelle 28 des Prüfkopfes 1 mit dem Ultraschall-Schwinger 12, die zu einem Elektromotor 30 führt, sitzt ein Kugellager 44, das mit einer Ringmutter 45 auf der Antriebswelle 28 festgelegt ist Das dem Prüfkopf 1 abgekehrte Ende 46 der Antriebswelle 28 sitzt in einem zweiten Wälzlager 47, das im Schalenkörper 40 festgelegt ist

Im Raum 48 zwischen der Ringmutter 45 und dem Wälzlager 47 sind verschiedene Schleifkontakte angeordnet. Mit ihnen werden einmal die über das Kabel 26 übertragenen elektrischen Werte d°s Schwingers 12 von der Antriebswelle 28 auf feststehende AnschluRieitungen übertragen, die in der Figur als Kaber 49 und 50 zu sehen sind und zu einem Stecker 53 an dem dem Prüfkopf 1 abgekehrten Ende des Schalenkörpers 40 führen. Zum anderen dienen mit der Antriebswelle 28 und damit auch mit dem Prüfkopf 1 unmittelbar und direkt verbundene Schleifringe als Rotoren zur Erfassung der Drehzahl und Winkellage des Prüfkopfes.

In Fig.3 ist zu sehen, daß in dem Schalenkörper 40 eine Nut 97 in Längsrichtung verläuft, in der die Kabel 49 und 50 verlaufen. Von diesen dienen die Kabel 49 der Übertragung von Impulsen, die mit Hilfe eines mehrteiligen Schleifringes 100 erzeugt werden. Der Schleifring ist mit einer Isolierstoffhülse 99 auf der Antriebswelle 28 befestigt, so daß gegenüber dieser eine elektrische Trennung gegeben ist Er besteht nämlich aus einer zylindrischen metallischen Hülse 101, in die zwölf in Längsrichtung verlaufende isolierstoffstreifen 102 gleichmäßig verteilt eingelegt sind. Mit den Isolierstoffstreifen 102, die geringfügig über die Oberfläche der Hülse 101 hinausragen, wird der elektrische Kontakt zwischen der Hülse 101 und als Bürsten dienenden Schleifdrähten 103 einerseits und 104 andererseits unterbrochen, die auf gegenüberliegenden Seiten am Schleifring 100 anliegen. Dadurch entstehen die Impulse, die das gewünschte Signal für die Winkellage des Prüfkopfes 1 darstellen und damit auch die Drehzahl angeben.

Über nicht dargestellte weitere ungeteilte Schleifringe und weitere Bürsten, die mit dem Kabel 50 verbunden sind, werden die Ultraschallmeßwerte übertragen. Damit bildet das Kabel 50 die durch Schleifringe weitergeschaltete Verlängerung des Kabels 26.

Die Genauigkeit der Erfassung der Winkellage des Prüfkopfes 1 kann mit der Zahl der Streifen 102 noch gesteigert werden, wenn es nicht wie beim Ausführungsbeispiel ausreicht, mit zwölf Streifen 102 Umfangswinkel von 30° genau zu signalisieren und als Grundlage für Aufzeichnungen und damit für Interpolationen von wenigen Winkelgraden zu verwenden. Diese Genauigkeit ist bei Sondendurchmessern von 20 mm und weniger ohne weiteres zu realisieren. Man kann aber auch einem Streifen 102 mehrere um den Umfang des Rotors 100 verteilte Bürstenpaare zuordnen.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonde zur Lokalisierung der von einem mit einem Elektromotor angetriebenen rotierenden, der zerstörungsfreien Innenprüfung von Rohren dienenden Prüfkopf festgestellten Fehler mittels einer Einrichtung zur elektrischen Erfassung der Winkellage des Prüfkops unter Berücksichtigung der Drehzahl,
dadurch gekennzeichnet,

daß diese Einrichtung einen mit dem Prüfkopf (1) starr und direkt verbundenen Rotor (tOO) umfaßt, der einen oder mehrere auf dem Rotorumfang in axialer Richtung verlaufende Streifen (102) aufweist, die sich in der elektrischen Leitfähigkeit gegenüber dem übrigen Rotormaterial und bei mehreren Streifen unter sich unterscheiden, und
daß dem Rotor (100) Bürstenpaare (103, 104) zugeordnet sind, die der Leitfähigkeit des bzw. der Streifen (102) entsprechende unterschiedliche Ströme über den Rotor (100) führen.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen aus gut leitendem Material besteht, das in Isolierstoff eingebettet ist, und daß die Bürsten in Längsrichtung des Streifens versetzt am Rotor anliegen.

3. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (102) aus Isolierstoff besteht, das in gut leitendes Material (101) eingebettet ist, und daß mindestens eine Bürste (103,104) eine Auflagefläche τ:.Λ einer kleineren Breite als der Streifen (102) hat.