DE4019865A1

DE4019865A1 - Messeinrichtung zur messung der wanddicke bzw. der ungleichwandigkeit an laufenden rohren und rohrziehvorrichtung mit mindestens einer solchen messeinrichtung

Info

Publication number: DE4019865A1
Application number: DE19904019865
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Beller; Hans-Werner Kaestner; Hans Wiedenmann
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-01-09
Also published as: DE4019865C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Messung der Wanddicke bzw. der Ungleichwandigkeit an laufenden Rohren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer Meßeinrichtung der genannten Art (etwa nach der US-PS 40 27 527) sind die Ultraschallsonden in einer zweiteilig ausge bildeten Haltevorrichtung angeordnet. In der Meßstellung stützen sich die Teile im Sinne einer Dreipunkt-Abstützung jeweils mittels Rollen auf dem Rohr ab. Damit ergeben sich Schwierig keiten einerseits hinsichtlich der Messung von Rohren mit unter schiedlichen Durchmessern und andererseits hinsichtlich der Messung bei hohen Geschwindigkeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrich tung der genannten Art so auszubilden, daß sie sich universell einsetzen läßt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ultra schallsonden jeweils in zugeordneten Sondenhaltern angeordnet sind, die in den Radialkanälen zwischen einer Ausgangsstellung und der Meßstellung beweglich geführt sind, wobei die Sondenhal ter in der Meßstellung elastisch an das Rohr angedrückt sind. Es ist zwar aus der DE-PS 29 12 996 bekannt, Ultraschallsonden in Sondenhaltern anzuordnen und diese starr am Umfang einer Matrize einer Rohrziehvorrichtung anzuschrauben, dadurch wird der Fach mann jedoch nicht dazu angeregt, die Messung direkt am Rohr vorzunehmen.

Mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wird erreicht, daß sich der geforderte Abstand zwischen Rohroberfläche und Ultraschall sonde automatisch einstellen läßt. Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung auch bei hohen Geschwindig keiten (maximal 500 m/min.) der laufenden Rohre eine gute Ankopplung zwischen Ultraschallsonden und dem Meßobjekt erzielt wird. In der Meßstellung der Sondenhalter verhindert das Flüs sigkeitspolster zwischen Sondenhaltern und Rohr den direkten Kontakt der Sondenhalter mit dem schnellbewegten Rohr, gleich zeitig wird eine für die Schallübertragung nötige Flüssigkeits säule aufgebaut.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sondenhalter hydraulisch, pneumatisch oder motorisch verschieb bar.

Bei der Ankopplung werden gute Meßsignale erhalten, wenn in der Meßstellung bei Einspeisung einer reinen Flüssigkeit (insbesondere Öl) der Abstand der Ultraschallsonden von der Rohroberfläche maximal etwa 12-15 mm beträgt, bei Einspeisung einer verunreinigten Flüssigkeit maximal etwa 3 mm.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sondenhalter in der Ausgangsstellung jeweils durch eine Feder im Abstand vom Rohr gehalten und in der Meßstellung gegen die Wirkung der Feder hydraulisch verschiebbar, wobei in der Halte vorrichtung ein Flüssigkeitskanal vorgesehen ist, der in eine Kammer mündet, die zwischen dem hinteren Ende des Sondenhalters und einem im Radialkanal angeordneten Stützring gebildet wird. Die Flüssigkeitsleitung selbst ist vorzugsweise jeweils in den Sondenhaltern vorgesehen oder als Ringraum zwischen Ultraschall sonde und Sondenhalter ausgebildet.

Dabei ist die Kammer vorzugsweise über eine Bohrung im Sonden halter mit der Flüssigkeitsleitung verbunden. Auf diese Weise wird die zum Verschieben der Sondenhalter benötigte Hydraulik flüssigkeit gleichzeitig als Meßflüssigkeit verwendet. Nach einer erfindungsgemäßen Alternative ist auch eine getrennte Speisung der Flüssigkeitsleitung möglich.

Für den Einsatz der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung über einen großen Durchmesserbereich empfiehlt es sich, daß die Krümmung des rohrseitigen Endes des Sondenhalters derjenigen des größten Rohrdurchmessers entspricht.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Rohrziehvorrichtung mit einer Ziehmatrize, einem insbesondere fliegenden Dorn und einem die Ziehmatrize aufnehmenden Matrizenhalter, welche mindestens eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung aufweist. Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Meßeinrichtung in einer Ebene liegt, die - in Ziehrichtung gesehen - hinter und/oder vor der Ziehmatrize angeordnet ist.

Aus Platzgründen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Matrizenhalter die Haltevorrichtung für die Meßeinrichtung bildet.

In einem solchen Fall wird als Koppelflüssigkeit vorzugsweise dasselbe Ziehöl verwendet, das auch zur Schmierung beim Ziehvor gang dient. Der Flüssigkeitskanal im Matrizenhalter ist daher erfindungsgemäß mit der Versorgungsleitung für das Ziehöl ver bunden.

Da mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung die Wanddicke bzw. die Ungleichwandigkeit des Rohres kontinuierlich während des Ziehvorgangs gemessen wird, können die erhaltenen Daten zur kontinuierlichen Regelung der Wanddicke bzw. der Ungleich wandigkeit verwendet werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bilden daher die Meßeinrichtung und Einrichtungen zur Verstellung des Einlaufwin kels α des Rohres in die Ziehmatrize einen Regelkreis.

Da es sich herausgestellt hat, daß bei Trommelziehmaschinen die maximalen Wanddickenunterschiede des Rohres in einer Ebene liegen, die etwa senkrecht zur Achse einer Wickelvorrichtung liegt, von der das in die Ziehmatrize einlaufende Rohr abgewic kelt wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwei gegenüber liegende Ultraschallsonden in dieser Ebene anzuordnen.

Im Normalfall ist es ausreichend, daß bei der erfindungsgemäßen Ziehvorrichtung zwei gegenüberliegende Ultraschallsonden in einer Horizontalebene angeordnet sind.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Variante bilden die Meß einrichtung und eine schwenkbar gelagerte Ziehmatrize (etwa nach der DE-AS 19 59 676) einen Regelkreis.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein reales Rohr zur Darstellung der Ungleichwandigkeit U,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch eine Rohrziehvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2 mit Sondenhaltern in Ausgangsstellung,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2 mit Sondenhaltern in Meßstellung und

Fig. 5 schematisch die Regelung der Ungleichwandigkeit durch Verstellung des Einlaufwinkels α in die Ziehmatrize.

Bei einem realen Rohr nach Fig. 1 werden die Extremwerte s_max und s_min gemessen. Dabei sind die Ungleichwandigkeit U und die auf die mittlere Wanddicke s bezogene Ungleichwandigkeit U_b folgen dermaßen definiert (DIN 1754):

In Fig. 2 ist im Horizontalschnitt eine Ziehvorrichtung 1 darge stellt, die aus einem Matrizenhalter 2 und einer Ziehmatrize 3 besteht, durch welche unter Verwendung eines fliegenden Dorns 4 ein Rohr 5 gezogen wird, dessen Wandstärke bzw. Ungleichwandig keit gemessen werden soll. Die Ziehrichtung ist durch die einge zeichnete Pfeilrichtung gegeben.

Weil sich gezeigt hat, daß bei Trommelziehmaschinen die maximalen Wanddickenunterschiede in der Horizontalebene liegen, besteht die Meßeinrichtung im vorliegenden Fall im wesentlichen aus zwei in einer Horizontalebene angeordneten, piezoelektrischen Ultra schallsonden 6, mit denen die Wandstärke bzw. Ungleichwandigkeit U in bekannter Weise nach der Impuls-Echo Methode gemessen wird. Die Ultraschallsonden 6 sind außerhalb der Ebene der Ziehmatrize 3, also - in Ziehrichtung des Rohres 5 gesehen - hinter der Ziehmatrize 3 angeordnet. Die Ultraschallsonden 6 sind in Sondenhaltern 7 montiert, die in kreisförmigen Radialkanälen S zwischen einer Ausgangsstellung und der Meßstellung geführt sind. Das rohrseitige Ende 7′ der Sondenhalter 7 weist eine Krümmung auf, welche derjenigen des größten zu bearbeitenden Rohrdurch messers entspricht.

Das hintere Ende 7′′ des Sondenhalters 7 setzt sich mit einem rohrförmigen Stutzen 9 fort, der das Versorgungskabel 10 für die Ultraschallsonde 6 aufnimmt, und wird von einer Verdrehsicherung 11 abgeschlossen. Der Stutzen 9 durchtritt einen im Radialkanal S fest montierten Stützring 12. Zwischen Verdrehsicherung 11 und Stützring 12 ist eine Feder 13 angeordnet.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausgangsstellung liegt das hintere Ende 7′′ des Sondenhalters 7 unter der Wirkung der Feder 13 am Stützring 12 an. Um die Meßstellung nach Fig. 4 zu erreichen, wird der Sondenhalter 7 gegen die Wirkung der Feder 13 hydrau lisch verschoben, indem Ziehöl aus einem im Matrizenhalter 2 befindlichen Kanal 14 in die Kammer 15 gelangt die zwischen dem hinteren Ende 7′′ des Sondenhalters 7 und dem Stützring 12 gebildet wird. Der Kanal 14 ist mit der nicht näher dargestellten Versorgungsleitung für das Ziehöl verbunden. Das Ziehöl drückt den Sondenhalter 7 samt Ultraschallsonde 6 elastisch an das Rohr 5.

Die Kammer 15 steht gleichzeitig über eine Bohrung 16 mit einer Flüssigkeitsleitung 17 im Sondenhalter 7 in Verbindung, die aus dem rohrseitigen Ende 7′ in Richtung der Rohroberfläche austritt. Auf diese Weise fließt ein Teil des Öls durch die Leitung 17 und bildet dadurch die für die Schallübertragung benötigte Flüssig keitssäule 18. Die Bohrung 16 im Sondenhalter 7 wirkt als Dros sel. Im Verhältnis zu der zur Verfügung stehenden Andruckfläche des hinteren Endes 7′′ des Sondenhalters 7 ist der Durchmesser der Bohrung 16 so zu wählen, daß ein problemloses Andrücken des Sondenhalters 7 samt Ultraschallsonde 6 möglich ist.

Da das Öl mit Kupferabrieb stark angereichert ist, ist die Dämpfung der Schallwellen durch die Kupferteilchen so stark, daß die Flüssigkeitssäule 18 zwischen Ultraschallsonde 6 und Rohr oberfläche höchstens 3 mm betragen sollte. Das durch den Spalt 19 abfließende Öl erzeugt ein Flüssigkeitspolster zwischen Sondenhalter 7 und Rohr 5 und verhindert damit den direkten Kontakt des Sondenhalters 7 mit dem schnell bewegten Rohr 5. Das für die Messung benötigte Ziehöl wird durch eine nicht näher dargestellte Abstreifvorrichtung wieder vom Rohr 5 entfernt.

Wenn eine andere Rohrabmessung verarbeitet werden soll, so ist lediglich die Ziehmatrize 3 zu wechseln. An der Meßeinrichtung muß nicht umgerüstet werden.

Die von den Ultraschallsonden 6 gelieferten Meßsignale können zur Regelung der Wandstärke bzw. der Ungleichwandigkeit U verwendet werden.

In Fig. 5 ist beispielsweise schematisch dargestellt, daß die von den Ultraschallsonden 6 gelieferten Meßsignale zu einem Daten aufzeichnungssystem 20 geliefert werden, das Einrichtungen 21 (in Form von Rollen usw.) zur Verstellung des Einlaufwinkels α des Rohres 5 in die Ziehmatrize 3 regelt. (S. die eingezeichnete Pfeilrichtung).

Die Abwickel- bzw. Aufwickeltrommel sind durch Ziffer 22 bzw. 23 angedeutet.

Beispiel:

Mit einer Rohrziehvorrichtung 1 der beschriebenen Art wurden u. a. Rohre 5 der Abmessung 46,2×2,6 mm mittels einer Matrize 3 mit einem Durchmesser von 35,7 mm verarbeitet. Die bezogene Ungleich wandigkeit U_b der einlaufenden Rohre betrug etwa 8%. Nach einem ersten Zug wurde sie durch die beschriebene Regelung im Mittel auf 4,3% verringert.

Nach einem weiteren Zug mittels einer Matrize mit einem Durch messer von 30,1 mm wurde sie auf 1,2% verringert. Im Mittel nahm die bezogene Ungleichwandigkeit U_b nach zwei Zügen um 85% ab.

Claims

1. Meßeinrichtung zur Messung der Wanddicke bzw. der Ungleich wandigkeit an laufenden Rohren (5), wobei die Meßeinrichtung Ultraschallsonden (6) aufweist, die jeweils in Radialkanälen (8) einer das Rohr (5) umgebenden Haltevorrichtung (2) angeordnet sind, wobei in der Meßstellung eine Flüssig keitsleitung (17) ein Flüssigkeitspolster zwischen Ultra schallsonden (6) und dem Rohr (5) speist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultraschallsonden (6) jeweils in zugeordneten Sondenhaltern (7) angeordnet sind, die in den Radialkanälen (8) zwischen einer Ausgangsstellung und der Meßstellung beweglich geführt sind,
wobei die Sondenhalter (7) in der Meßstellung elastisch an das Rohr (5) angedrückt sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenhalter (7) hydraulisch, pneumatisch oder motorisch verschiebbar sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßstellung bei Einspeisung einer reinen Flüs sigkeit der Abstand der Ultraschallsonden (6) von der Rohroberfläche maximal etwa 12-15 mm beträgt.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßstellung bei Einspeisung einer verunreinigten Flüssigkeit der Abstand der Ultraschallsonden (6) von der Rohroberfläche maximal etwa 3 mm beträgt.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder 2 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sondenhalter (7) in der Ausgangsstellung jeweils durch eine Feder (13) im Abstand vom Rohr (5) gehalten sind und
daß die Sondenhalter (7) in der Meßstellung gegen die Wirkung der Feder (13) hydraulisch verschiebbar sind, wobei in der Haltevorrichtung (2) ein Flüssigkeitskanal (14) vorgesehen ist, der in eine Kammer (15) mündet, die zwischen dem hinteren Ende (7′′) des Sondenhalters (7) und einem im Radialkanal (8) angeordneten Stützring (12) gebildet wird.

6. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsleitung (17) jeweils in den Sondenhal tern (7) vorgesehen ist.

7. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsleitung (17) jeweils als Ringraum zwischen Ultraschallsonde (6) und Sondenhalter (7) ausge bildet ist.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 5 und 6 oder 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (15) über eine Bohrung (16) im Sondenhalter (7) mit der Flüssigkeitsleitung (17) verbunden ist.

9. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des rohrseitigen Endes (7′) des Sondenhal ters (7) derjenigen des größten Rohrdurchmessers entspricht.

10. Rohrziehvorrichtung (1) mit einer Ziehmatrize (3), einem insbesondere fliegenden Dorn (4) und einem die Ziehmatrize (3) aufnehmenden Matrizenhalter (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehvorrichtung (1) mindestens eine Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei die Meßeinrichtung in einer Ebene liegt, die - in Ziehrichtung gesehen - hinter und/oder vor der Ziehmatrize (3) angeordnet ist.

11. Ziehvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrizenhalter (2) die Haltevorrichtung (2) für die Meßeinrichtung bildet.

12. Ziehvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (14) mit der Versorgungsleitung für das Ziehöl verbunden ist.

13. Ziehvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung und Einrichtungen (21) zur Verstel lung des Einlaufwinkels α des Rohres (5) in die Ziehmatrize (3) einen Regelkreis bilden.

14. Ziehvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Ultraschallsonden (6) in einer Ebene angeordnet sind, die etwa senkrecht zur Achse einer Wickelvorrichtung (22) liegt, von der das in die Ziehmatrize (3) einlaufende Rohr (5) abgewickelt wird.

15. Ziehvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Ultraschallsonden (6) in einer Horizontalebene angeordnet sind.

16. Ziehvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung und eine schwenkbar gelagerte Zieh matrize (3) einen Regelkreis bilden.