DE3448080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Wandler zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall mit einem Magneten, der ein Magnetjoch mit äußerem Polschuh und einem von diesem umgebenen vorzugsweise sich in Richtung des Werkstücks hin konisch verjüngenden inneren Polschuh aufweist, im Bereich dessen freier dem Werkstück zugewandter Stirnfläche Er­ reger- und Empfangsspulen angeordnet sind, die ihrerseits zumindest auf der dem Werkstück zugewandten Seite eine Abdeckung aufweisen.

Ein entsprechender elektrodynamischer Wandler ist der GB-PS- 20 06 433 zu entnehmen. Der - wie üblich - als Elektromagnet ausgebildete Magnet besteht dabei aus zwei koaxial angeordneten Polen, deren dem zu überprüfenden Werkstück zugewandten Stirnseiten der Geometrie der Oberfläche des zu überprüfenden Werkstücks entspricht. Auf dem inneren Polschuh, der ebenfalls aus zwei koaxial zueinander angeordneten Abschnitten besteht, ist auf der Frontfläche eine Erreger- und Empfangsspule angeordnet, die werkstückseitig von einer Keramikschicht und magnetpolseitig von einer Isolierschicht abgedeckt ist. Bei einer entsprechenden Ausbildung der Polschuhe kann unter anderem der Nachteil auftreten, daß eine von dem zu überprüfenden Werkstück erfolgte Rückkopplung und die damit bedingte Erzeugung von Wirbelströmen in den Polschuhen derart erfolgt, daß eine Beeinflussung der Meßsignalauflösung auftritt. Auch besteht nicht die Möglichkeit, einen entsprechenden elektrodynamischen Wandlerkopf im Bereich der Erreger- und Empfangsspule unmittelbar auf dem Werkstück aufzusetzen, um Messungen bei rotierendem Elektromagnet und/oder sich drehendem Werkstück durchzuführen, da andernfalls aufgrund der wie Schmirgelpapier wirkenden Oberfläche des Werkstücks eine umgehende Zerstörung der Erreger- und Empfangsspule erfolgen würde. Die aus Keramikmaterialien bestehende Abdeckung ist jedoch nicht hochschlagfest.

In der DE-OS-31 23 935 ist ein elektrodynamischer Wandler beschrieben, der ebenfalls einen inneren von einem äußeren Polschuh umgebenden Pol eines Elektromagneten umfaßt, wobei der innere Polschuh auf seiner Stirnfläche Erreger- und Empfangsspule und zudem radial verlaufende Schlitze aufweist, in die gegebenenfalls isolierte Transformatorbleche eingebracht sein können. Dadurch soll ausgeschlossen werden, daß eine Rückkopplung von dem zu überprüfenden Werkstück in den Polschuh zurück erfolgt, so daß eine hohe Auflösung der Meßwerte ermöglicht wird. Ein entsprechender elektrodynamischer Wandlerkopf kann jedoch nicht auf ein zu überprüfendes Werkstück, insbesondere Rohr aufgesetzt und zu diesem bewegt werden, da andernfalls eine sofortige Zerstörung des Meßsystems erfolgen würde.

In der Europäischen Patentanmeldung 00 45 412 und in der Britischen Patentschrift 14 25 201 werden elektrodynamische Wandler beschrieben, deren Erreger- und Empfangsspulen wärmeisoliert auf dem inneren Polschuh eines Magneten angeordnet sind. Die Stirnfläche des Wandlers weist bei der Messung einen Abstand zum überprüfenden Werkstück auf. Hierzu wird nach der GB-PS 14 25 520 ein Luftpolster zwischen Werkstück und Wandler erzeugt. In der DE-OS 28 45 579 wird ein Wandler beschrieben, bei dem die Stirnflächen eines inneren Polschuhs und die diesen umgebenden äußeren Polschuhen konkav ausgebildet sind und der Außenform eines zu überprüfenden Werkstücks angepaßt sind. Die gekrümmten Flächen der Polschuhe weisen ebenfalls einen Abstand zur Werkstückoberfläche auf.

In der nicht vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung P- 34 01 072 ist ein elektrodynamischer Wandler gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bei dem die Schutzkappe aus Metall besteht und radial verlaufende Schlitze aufweist. Zwar ist hierdurch eine Zerstörung der Erreger- und Empfangsspule weitgehend ausgeschlossen, jedoch kann durch die Schlitze Schmutz und ähnliches eindringen, wodurch die Funktionstüchtigkeit beeinträchtigt werden könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrodynamischen Wandler der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, daß die Erreger- und Empfangsspule beim Aufsetzen des Wandlerkopfs auf ein Werkstück nicht zerstört werden kann und daß ausgeschlossen ist, daß in den Bereich zwischen der Erreger- und Empfangsspule und der Schutzkappe abgeriebene Metallteile und ähnliches vom Werkstück her nicht eindringen können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen lehren die Ansprüche 2- 5. Durch die Ausbildung der Schutzkappe aus Metall ist eine Abriebsfestigkeit gewährleistet, ohne daß eine Beeinflussung der Meßsignale erfolgt, da durch die Schlitze eine Wirbelstromausbildung unterbunden wird. Durch die Ausbildung der Schutzkappe ist ferner sichergestellt, daß durch die Schlitze in den Bereichen der Spulen von der Oberfläche des zu überprüfenden Werkstücks abgeriebene Metallteile nicht eindringen können. Um die Abdichtung der Schlitze zu erhöhen, ist die Hartgewebeschicht auf die lnnenfläche vorzugsweise geklebt.

Die Schutzkappe selbst, die die Form eines Kegelstumpfs aufweist und einen unteren umlaufenden vorzugsweise parallel zu der Stirnfläche verlaufenden Rand aufweist, liegt polschuhseitig auf einem vorzugsweise aus Hartgewebe-Epoxydharz-Gemisch bestehenden Kappenträger auf, der an der Seitenwandung des konusförmig ausgebildeten Kopfabschnitts des inneren Polschuhs anliegt. Die Schutzkappe wird demzufolge zwischen Abschnitten des Basiskörpers des Gleitschutzelementes und dem Kappenträger festgelegt. Damit die Schutzkappe, die zu der Erreger- und Empfangsspule beabstandet ist, die Meßergebnisse nicht negativ beeinflußt, ist ihre Materialstärke gering zu halten. Vorzugsweise liegt die Stärke bei einem Durchmesser von ca. 20 bis 30 mm im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 mm, wobei die Stärke von 0,4 mm besonders zu erwähnen ist. Die in der Schutzkappe eingelassenen radial verlaufenden Schlitze sollten selbst eine Breite aufweisen, die geringer als die Stärke des Schutzkappenmaterials ist. So kann die Breite zwischen 0,2 und 0,4 mm liegen, wobei ein Mittelwert von 0,3 mm besonders geeignet sein dürfte. Auch sollten die Schlitze vorzugsweise im Abstand zum Mittelpunkt der Schutzkappe enden, um die Stabilität der Schutzkappe nicht negativ zu beeinflussen.

Zum anderen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzkappe durch eine die Spulen abdeckende Schicht aus synthetischem Stein wie Saphir gebildet ist. Dabei kann die Saphirschicht spulenseitig mit einer Hartgewebeschicht versehen sein, um so die Festigkeit der aus synthetischem Stein bestehenden Schicht zu erhöhen. Die Stärke sowohl der Schicht aus synthetischem Stein als auch der Hartgewebeschicht sollte im Bereich von 0,2 bis 0,3 mm liegen. Die aus einer Schicht aus synthetischem Stein bestehende Schutzkappe in Form einer Zylinderscheibe, die in einen Kappenträger der zuvor beschriebenen Art eingesetzt sein kann, bietet den Vorteil, daß trotz der Abschirmung der Spulen gegenüber dem Werkstück eine negative Beeinflussung der zu bewertenden Signale nicht erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines elektrodynamischen Wandlerkopfes,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des elektrodynamischen Wandlerkopfs nach Fig. 1 entlang der Linien A-B und

Fig. 3 eine Detaildarstellung einer Schutzkappe des elektro­ dynamischen Wandlerkopfs gemäß Fig. 1 und 2.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte elektrodynamische Wandlerkopf 10 ist ein Teil eines Wandlers, der einen Elektromagneten umfaßt, der ein Magnetjoch mit einem nicht dargestellten Außenpolschuh und einen von diesem umgebenen inneren Polschuh 12 aufweist. Der innere Polschuh 12, der auf ein Werkstück 14 in Form eines Rohres ausgerichtet ist, weist einen zum Werkstück 14 hin verjüngten End­ abschnitt 16 auf, der gegebenenfalls nicht dargestellte radial ver­ laufende Schlitze aufweist, in die ihrerseits nicht dargestellte isolierte Transformatorbleche eingebracht werden können. Eine ent­ sprechende Ausgestaltung des Polschuhkopfs 16 stellt sicher, daß in diesem eine Wirbelstromausbildung unterbunden wird, wodurch andernfalls die Meßergebnisse verfälscht werden könnten. Auf der Stirnseite des Polschuhkopfs 16 befindet sich eine nicht näher bezeichnete Erreger- und Empfangsspule, die für die elektrodynamische Anregung erforderlich ist. (Die elektrodynamische Erzeugung von Ultraschall in elektrisch leitfähigen Medien beruht bekanntlich auf der Wechselwirkung von Wirbelströmen mit statischen Magnetfeldern, wodurch eine Teilchenbewegung im Werkstück, also die Ultraschallwellen erzeugt werden. Dabei wird das erforderliche Magnetfeld vorzugsweise durch einen Elektromagneten über eine gewünschte Polschuhkonfiguration erzeugt. Durch in den Drähten der Erregerspule geführte Hochfrequenzströme werden Wirbelströme im Werkstück erzeugt, deren Einprägtiefe von der verwendeten Frequenz abhängig ist.)

Um den Prüfkopf 10 im Bereich des inneren Polschuhs 16 unmittelbar auf das Rohr 14 aufsetzen zu können, ohne daß bei einer Relativbewegung zwischen diesen eine Beschädigung der Erreger- und Empfangsspule erfolgt, ist die Stirnfläche 18 des Polschuhs 16 und damit die Erreger- und Empfangsspule mit einer Schutzkappe 20 versehen, die sich über die gesamte Stirnfläche 18 erstreckt. Da die Schutzkappe 20 im Bereich der Stirnfläche 18 eine geringe Materialstärke aufweisen muß, um eine negative Beeinflussung der Meßsignale auszuschließen, wird die Schutzkappe 20 selbst von einem Gleitschutzelement 22 zumindest teilweise umfaßt.

Die Schutzkappe 20 wird von einem Kappenträger 36 aufgenommen, der seinerseits auf der Seitenwandung des konisch ausgebildeten Innenpolschuhs 16 anliegt. Der Kappenträger 36 besteht dabei vorzugsweise aus einem Hartgewebe (HgwEpox) in Form eines Epoxydharzgemisches. Dabei ist die Geometrie der Außenfläche des Kappenträgers 36 der Geometrie der Schutzkappe 20 außerhalb des Stirnbereichs des Polschuhs 16 angepaßt. Die Schutzkappe 20 selbst weist vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfabschnittes auf, dessen unterer umlaufender Rand nach außen abgewinkelt ist. Ferner besteht die Schutzkappe 20 vorzugsweise aus Metall mit nitrierter Oberfläche und weist radial verlaufende Schlitze auf, wodurch eine Ausbildung von Wirbelströmen vermieden wird. Die Innenfläche der Schutzkappe 20 ist außerdem mit einer Hartgewebeschicht ausgekleidet, um sicherzustellen, daß von dem Werkstückkörper abgeriebene Teile nicht durch die Schlitze dringen können. Vorzugsweise ist die Hartgewebeschicht mit dem Kappenträger verklebt.

Alternativ kann die Schutzkappe 20 durch eine in den Kappenträger 36 eingelassene Schicht 38 aus synthetischem Stein wie zum Beispiel Saphir ersetzt werden. Dadurch ist eine Beeinflussung der Meßsignale durch die Schutzkappe nahezu ausgeschlossen. Die aus synthetischem Stein bestehende Schicht 38 kann dabei spulenseitig von einer Hartgewebeschicht abgedeckt sein, um so die Stabilität zu erhöhen. Eine entsprechende Ausbildung der Schutzkappe ist besonders hervorzuheben.

Claims (8)

1. Elektrodynamischer Wandler zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall mit einem Magneten, der ein Magnetjoch mit äußerem Polschuh und einem von diesem umgebenen vorzugsweise sich in Richtung des Werkstücks hin konisch verjüngenden inneren Polschuh aufweist, im Bereich dessen freier dem Werkstück zugewandter Stirnfläche Erreger- und Empfangsspulen angeordnet sind, die ihrerseits zumindest auf der dem Werkstück zugewandten Seite eine Schutzkappe als Abdeckung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (20) aus Metall besteht und radial verlaufende Schlitze aufweist und die Innenfläche der Schutzkappe (20) zumindest im Bereich der Schlitze mit einer Hartgewebeschicht ausgekleidet ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartgewebeschicht auf die Innenfläche geklebt ist.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Schutzkappe (20) nitriert ist.

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (20) in Form eines Kegelstumpfs einen nach außen abgewinkelten parallel zur Stirnfläche (18) verlaufenden unteren Rand aufweist und außerhalb der Stirnfläche des inneren Polschuhs (12, 16) auf einem Kappenträger (36) aufliegt, der seinerseits an dem inneren Polschuh (16) abstützbar ist.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenträger (36) aus einem Hartgewebe wie Epoxydharz-Material besteht.

6. Elektrodynamischer Wandler zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall mit einem Magneten, der ein Magnetjoch mit äußerem Polschuh und einem von diesem umgebenen vorzugsweise sich in Richtung des Werkstücks hin konisch verjüngenden inneren Polschuh aufweist, im Bereich dessen freier dem Werkstück zugewandter Stirnfläche Erreger- und Empfangsspulen angeordnet sind, die ihrerseits zumindest auf der dem Werkstück zugewandten Seite eine Schutzkappe als Abdeckung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe eine Schicht aus synthetischem Stein (38) ist.

7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spulenseitige Innenfläche der Schicht aus synthetischem Stein (38) mit einer Hartgewebeschicht versehen ist.

8. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Stein (38) ein Saphir ist.