DE4007956A1 - Ultraschall-pruefkopfanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Prüfkopfan­ ordnung zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Prüfkopfanordnungen dieser Art, wie sie etwa aus der DE-AS 16 48 731 oder der DE-OS 29 16 933 bekannt sind, wird die Ultraschall-Ankoppelung an das zu prüfende Werkstück durch einen freien Flüssigkeits-, insbesondere Wasserstrahl bewirkt, der durch eine den Ultraschall-Prüfkopf zugeordnete Strahldüse erzeugt wird und einen Schaltkanal zur Übertra­ gung der Schallimpulse bildet. Derartige Prüfkopfanordnungen ermöglichen zwar eine mühelose und rasche Ultraschall- Ankoppelung an das Werkstück unabhängig von Abstandsvaria­ tionen zwischen Prüfkopf und Werkstück-Oberfläche, erfordern jedoch eine hochgradig homogene, blasen- und wirbelfreie Wasserführung in der Vorkammer und im Wasserstrahl, die sich nit den Prüfkopf-Düsen bekannter Bauart nur in begrenz­ tem Umfang und nur durch aufwendige Düseneinbauten oder Zusatzdüsen erreichen läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ultraschall-Prüfkopf­ anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einer baulich einfachen und störunanfälligen Strahldüsen­ konstruktion eine gleichbleibend hochwertige Ultraschall- Ankoppelung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 gekennzeichnete Prüfkopfanordnung gelöst.

Erfindungsgemäß wird in der Vorlaufkammer sowohl zulauf­ wie auch abströmseitig eine ausgeprägt radiale und vor allem im Übergangsbereich zum Düsenauslaßkanal an dem zu diesen konzentrischen Ringwulst zentralsymmetrische Druck­ flüssigkeitsströmung erzeugt, die sich der axialen Haupt­ strömungsrichtung der Düse überlagert, mit dem überraschenden Effekt, daß allein aufgrund der so erzielten Wasserführung und ohne baulich aufwendige Zusatzmaßnahmen eine störende Turbulenzbildung und/oder Luftansammlung in der Düse und dem freien Flüssigkeitsstrahl wirksam verhindert und dadurch eine äußerst stabile und verlustarme Schallübertragung zwischen Prüfkopf und Werkstück-Oberfläche sichergestellt wird. Mit der Erfindung wird somit durch eine einfache Düsenkonstruktion auf dem Gebiet der Freistrahl-Ultraschall- Ankoppelung eine wesentliche Verbesserung der Ankoppelungs­ güte erzielt.

Im Hinblick auf eine weitere bauliche Vereinfachung und strömungsgünstige Ausgestaltung der Strahldüse ist der Auslaßkanal gemäß Anspruch 2 vorzugsweise zylindrisch und koaxial zur Vorlaufkammer ausgebildet.

Gemäß Anspruch 3 wird die Vorlaufkammer zweckmäßigerweise im abströmseitigen Endbereich, also zum Umströmungs­ wulst hin, kegelstumpfförmig verjüngt ausgebildet, und der Druckflüssigkeits-Zulauf wird gemäß Anspruch 4 vorzugsweise nahe des Umströmungswulstes angeordnet, um noch günstigere Strömungsverhältnisse für eine einwandfreie hydrodynamische Ultraschall-Ankoppelung zu erzielen.

In weiterer baulicher und strömungstechnischer Verbesserung ist der Druckflüssigkeits-Zustrom zur Vorlaufkammer gemäß Anspruch 5 vorzugsweise senkrecht zur Mittelachse der Vorlaufkammer gerichtet.

Um den je nach Anwendungsfall günstigsten Flüssigkeitsdruck im Düsenzulauf feinfühlig und unabhängig von Druckschwan­ kungen in der Versorgungsleitung regulieren zu können, empfiehlt es sich gemäß Anspruch 6 vor allen bei Anordnung mehrerer, an eine gemeinsame Versorgungsleitung angeschlos­ sener Strahldüsen, jeder Strahldüse ein eigenes, dem Druckflüssigkeits-Zulauf vorgeschaltetes, veränderlich einstellbares Druckregelventil zuzuordnen.

Gemäß Anspruch 7 ist die Vorlaufkammer etwa doppelt so lang wie der Auslaßkanal bemessen, was sich als zur Erzielung eines stabilen, homogenen Strömungsbildes ausreichende Baulänge erwiesen hat, und um eine einfache, visuelle Kontrolle der Strömungsverhältnisse in der Strahldüse, insbesondere auf Blasenfreiheit, zu ermöglichen, ist die Strahldüse gemäß Anspruch 8 zweckmäßigerweise aus einem transparenten Material, etwa Acrylglas, hergestellt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand zweier Ausführungsbei­ spiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine aus einen Ultraschall-Prüfkopf und einer zugeordneten Strahldüse bestehende Prüfkopf- Anordnung im Längsschnitt; und

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Prüfkopf-Anordnung mit modifizierter Strahldüse.

Gemäß Fig. 1 enthält die Prüfkopfanordnung eine Druckwasser- Strahldüse 2 mit einer kreiszylindrischen, in einem Mantel­ rohr 4 z. B. aus Acrylglas ausgebildeten Vorlaufkammer 6 und einem am abströmseitigen Ende der Vorlaufkammer 6 - etwa durch Verschraubungen - befestigten Düsen-Einsatzstück 8, welches ebenfalls aus transparentem Material hergestellt sein kann und mit einem zur Mittelachse A-A der Vorlauf­ kammer 6 koaxialen, kreiszylindrischen, im Durchmesser jedoch gegenüber der Vorlaufkammer 6 verringerten Düsen- Auslaßkanal 10 versehen ist. Der der Prüfkopfanordnung zu­ geordnete Ultraschall-Prüfkopf 12 ist unmittelbar an dem dem Einsatzstück 8 gegenüberliegenden, dichtend verschlossenen Ende der Vorlaufkammer 6 angeordnet.

An der vorlaufkammerseitigen Stirnfläche des Einsatzstückes 8 ist eine wulstförmig nach innen in die Vorlaufkammer 6 ragende Umströmungsnase 14 ausgebildet, die den Düsenaus­ laßkanal 10 im Einströmbereich ringförmig umschließt und konzentrisch zur Mittelachse A-A verläuft. Die Druck­ wasserzufuhr zur Strahldüse 2 erfolgt über eine in die Vorlaufkammer 6 nahe der Umströmungsnase 14 mündende Zulauföffnung 16, welche genau radial auf die Mittelachse A-A, also zu dieser zentrisch und senkrecht, ausgerichtet ist. Zur individuellen, feinfühligen Regulierung der Flüssig­ keits-Druckverhältnisse in der Strahldüse ist dieser ein eigenes, zwischen Druckwasser-Versorgungsleitung 18 und Zulauföffnung 16 wirksames, veränderlich einstellbares Druckregelventil 20 zugeordnet. Die hohe Freistrahl-Ankoppe­ lungsgüte der beschriebenen Prüfkopfanordnung hat sich in der Praxis anhand eines Erprobungsmusters erwiesen, bei den das Mantelrohr 4 der Strahldüse 2 etwa 1,5 mal so lang wie das Einsatzstück 8 und der Durchmesser der Vorlaufkammer 6 etwa 2,5 mal so groß wie der des Düsen-Auslaßkanals 10 ausgebildet war und der Abstand des Umströmungswulstes 14 von der Mantelrohr-Innenwand etwa 5 mm und seine axiale Länge 4 mm betrug.

Die Prüfkopfanordnung gemäß Fig. 2, in der die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Bauelemente durch ein um 100 erhöhtes Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unter­ scheidet sich von diesem dadurch, daß die Vorlaufkammer 106 im Übergangsbereich zwischen zylindrischen Vorkamner-Abschnitt und Einsatzstück 108 zum Auslaßkanal 110 hin kegelstumpf­ förmig verjüngt ausgebildet und die Zulauföffnung 116 im auslaßkanalseitigen Endabschnitt des zylindrischen Vorlauf­ kammer-Abschnitts angeordnet ist. Im übrigen ist die Bau- und

Funktionsweise der Prüfkopfanordnung gemäß Fig. 2 die gleiche wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Claims (8)

1. Ultraschall-Prüfkopfanordnung zur zerstörungsfreien Werk­ stückprüfung, bestehend aus mindestens einem Ultraschall- Prüfkopf und einer diesen zugeordneten, einen freien Flüssigkeitsstrahl zur Ultraschall-Ankoppelung des Prüfkopfes an das Werkstück erzeugenden Strahldüse nit einem auf das Werkstück gerichteten Düsen-Auslaßkanal, einer relativ zu diesem im Durchmesser zylindrisch erweiterten, zwischen Auslaßkanal und Prüfkopf ange­ ordneten Vorlaufkammer sowie einem in die Vorlauf­ kammer mündenden Druckflüssigkeits-Zulauf, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckflüssigkeits-Zulauf (16, 116) zentrisch auf die Mittelachse (A) der Vorlaufkammer (6, 106) gerichtet und der Auslaßkanal (10, 110) im vorlaufkammerseitigen Einströmbereich mit einem nach innen in die Vorlauf­ kammer ragenden Umströmungswulst (14, 114) versehen ist.

2. Prüfkopfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (10, 110) zylindrisch und koaxial zur Vorlaufkammer (6, 106) ausgebildet ist.

3. Prüfkopfanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufkammer (106) zum Auslaßkanal (110) hin verjüngt ausgebildet ist.

4. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckflüssigkeits-Zulauf (16) nahe des Umströmungs­ wulstes (14) in die Vorlaufkammer (6) mündet.

5. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckflüssigkeits-Zulauf (16, 116) senkrecht zur Mittelachse (A) der Vorlaufkammer (6, 106) verläuft.

6. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckflüssigkeits-Zulauf (16, 116) über ein eigens der Strahldüse (2, 102) zugeordnetes, veränderlich einstellbares Druckregelventil (20, 120) an die Flüssig­ keits-Versorgungsleitung (18, 118) angeschlossen ist.

7. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufkammer (6, 106) etwa doppelt so lang wie der Auslaßkanal (10, 110) bemessen ist.

8. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse (2, 102) aus einen transparenten Material, etwa Acrylglas, besteht.