DE4237378C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ankopplung eines ersten Körpers an einen zweiten Körper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Ankopplung eines ersten Körpers an einen zweiten Körper, insbesondere zur Ankopplung von Ultraschallprüf­ köpfen an Prüfstücke gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. Oberbegriff des Anspruchs 2.

Es ist bekannt, Ultraschallprüfköpfe über Zwischen­ schichten, Wasserspaltankopplung und Tauchtechnik an Prüf­ stücke anzukoppeln. Zwischenschichten erhöhen jedoch bei der Impulsechotechnik die Störechos. Insbesondere bei der mechanisierten Prüfung größerer Mengen gleicher Prüfstücke wird daher vorwiegend die Wasserspaltankopplung oder die Tauchtechnik angewendet. Bei beiden Techniken wird Wasser unter Druck zugeführt. Der Wasserverbrauch ist hoch, und der Prüfkopf muß an das Prüfstück angedrückt werden (es sei hierzu auf "Werkstoffprüfung mit Ultraschall" von Krautkrämer, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokio, 1986, S. 300-305 verwiesen).

Durch die DE 34 15 618 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ankopplung eines Ultraschallkörpers an ein Prüfstück bekannt. Über eine Öffnung in einem den Prüfkopf umgebenden Ring wird Flüssigkeit aus einem Tank unter Druck zugeführt. Über eine gegenüberliegende Öffnung kann die Flüssigkeit mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt wer­ den. Der Abstand zwischen dem Ring und einer zu untersu­ chenden Probe ist so gewählt, daß eine Kapillarwirkung entsteht, aufgrund deren die unter Druck anstehende Flüs­ sigkeit in den Zwischenraum zwischen Ring und Probe ein­ dringt und im Kopplungsspalt gehalten wird. Zum Zuführen der Kopplungsflüssigkeit unter Druck und zum Absaugen der Kopplungsflüssigkeit müssen jeweils normalerweise ge­ schlossene Magnetventile geöffnet werden. Bei der bekann­ ten Vorrichtung kann unabhängig davon, ob sich der Prüf­ kopf in Betriebsstellung befindet oder nicht, Flüssigkeit durch Öffnen eines Ventiles zugeführt werden, und zwar auch unbeabsichtigt. Die Zu- und Abführung der Flüssigkeit erfolgt durch zwei getrennte Prozesse, wofür zwei getrenn­ te Systeme vorgesehen sind, nämlich ein System zur Zufüh­ rung der Flüssigkeit und ein System zur Abführung der Flüssigkeit. Um den vorgesehenen Kapillarspalt aufrecht­ halten zu können, muß der Prüfkopf mit einer bestimmten Kraft in Richtung der zu untersuchenden Probe gedrückt werden.

Durch die DE 16 48 504 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsankopplung von Ultraschall- Schallköpfen bekannt, die voll vergleichbar sind mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der DE 34 15 618 A1. Auch bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung wird Koppel­ flüssigkeit unter Druck zugeführt und aus dem Kopplungs­ spaltraum wieder abgesaugt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Ankopplung optimiert wird, ge­ ringere Mengen an Kopplungsflüssigkeit benötigt werden, ein Ablaufen von Kopplungsflüssigkeit verhindert wird und die Nachteile der bekannten Techniken vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Kennzei­ chen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 2 angegeben.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der er­ findungsgemäßen Aufgaben sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird die Kopp­ lungsflüssigkeit nicht mit Druck in den Kopplungsspalt ge­ führt, sondern die Kopplungsflüssigkeit wird in den Spaltraum, in dem Unterdruck erzeugt wird, gesaugt, wo­ durch automatisch der Prüfkopf angesaugt wird, so daß ein Andrücken des Prüfkopfes nicht mehr notwendig ist. Die Kopplungsflüssigkeit zirkuliert, so daß der Flüssigkeits­ verbrauch gering ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird der Flüssigkeitsstrom automatisch unterbrochen, so­ bald der Prüfkopf vom Prüfstück entfernt wird, weil dann der Unterdruck verschwindet. Die Kupplungsflüssigkeit be­ ginnt sofort automatisch wieder zu fließen, wenn der Prüf­ kopf wieder angesetzt wird, weil sich dann der Unterdruck sofort wieder aufbaut. Es kann also auf das sonst lästige Ein- und Ausschalten der Pumpe verzichtet werden.

Durch Verwendung von Unterdruck wird zwar das ge­ wünschte Flüssigkeitspolster zwischen Ultraschallprüfkopf und Prüfstück aufgebaut, aber es wird verhindert, daß Flüssigkeit von der Oberfläche des Prüfstückes abläuft.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrich­ tung zur Ankopplung eines Ultraschallprüfkopfes an ein Prüfstück und

Fig. 2 ein Funktionsschema der Vorrichtung nach Fig. 1.

Gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung 2 zur Ankopplung eines Ultraschallprüfkopfes 4 an ein Prüfstück 6.

Der Prüfkopf 4 sitzt in einer ringförmigen Prüfkopf­ halterung 8 und wird durch eine Einstellschraube 9 posi­ tioniert, die in einer Platte 11 angeordnet ist. Der Prüf­ kopf 4 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kopplungskörper 38, beispielsweise aus Plexiglas, auf. Der Prüfkopf 4 wird gegen eine elastische Dichtung 14 ge­ drückt. In die Prüfkopfhalterung 8 sind zwei Kanäle 10 und 12 zur Zuführung bzw. Abführung von Kopplungsflüssigkeit eingearbeitet.

Innerhalb der Prüfkopfhalterung 8 sind ein Ringraum 16 und in seiner Ringinnenfläche eine Ringnut 18 ausgebildet, die den Kopplungskörper 38 umgibt.

Der Kanal 10 mündet in den Ringraum 16, während der andere Kanal 12 in die Ringnut 18 mündet.

In der Prüfkopfhalterung 8 sind wenigstens zwei kreis­ förmig verteilt angeordnete Kanäle 20 und 22 ausgebildet, die den Ringraum 16 und eine unterseitig bzw. prüfstück­ seitig ausgebildete ringförmige Nut 24 miteinander verbin­ den. Diese Nut 24 weist vorzugsweise schräg einwärts ge­ neigte Wandungen 26, 28 auf. Die Außenwand der Ringnut 24 weist eine ringförmige Verlängerung 30 als Prüfkopfführung und Abdichtung zur Auflage auf dem Prüfstück 6 auf, so daß prüfstückseitig bei auf dem Prüfstück 6 aufgesetzter Prüf­ kopfhalterung 8 eine Ringnutkammer 32, eine Ringspaltkam­ mer 34 und eine zentrale Kammer 36 gebildet werden, in die der Kopplungskörper 38 hineinragt, so daß um den Kopp­ lungskörper herum ein Ringraum 42 gebildet wird. Die ring­ förmige Verlängerung kann, wie dargestellt, als Fortset­ zung der Außenwand der Ringnut 24 schräg einwärts gerich­ tet sein oder kann einfach senkrecht abstehen, auch mit Abstand zur Außenwand.

Die ringförmige Verlängerung 30 kann ferner auch als separate, aufsetzbare Lippendichtung 30′ ausgebildet sein, wie dies gestrichelt in der Fig. 1 eingezeichnet ist.

Der Kopplungskörper 38 steht um ein geringeres Maß von der Unterseite der Prüfkopfhalterung 8 vor als die ring­ förmige Verlängerung 30 bzw. die Lippendichtung 30′, so daß bei aufgesetzter Prüfkopfhalterung zwischen dem Kopp­ lungskörper 38 und der Prüfstückoberfläche ein enger Spalt 40 verbleibt.

Der Kanal 12 mündet wie oben schon erwähnt in die Ringnut 18 und somit in den Ringraum 42.

Der Kopplungskörper 38 kann auch fehlen; dann ragt das untere Ende des Prüfkopfes 4 entsprechend weit in die zen­ trale Kammer 36 hinein.

An die Kanäle 10 und 12 ist ein Zwei-Wege-Ventil 46 über Leitungen 48 und 50 angeschlossen. Das Wege-Ventil verbindet die Kanäle 10 und 12 mit zwei Steigleitungen 52 und 54 von zwei Behältern 56 und 58 für die Kopplungsflüs­ sigkeit.

Ein weiteres Zwei-Wege-Ventil 60 verbindet zwei weite­ re in den oberen Teil der Behälter ragende Leitungen 62 und 64 mit einer Unterdruckquelle 66.

Zusätzlich kann, wie dies in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist, ein die Prüfkopfhalterung 8 und den Vor­ satzkörper 14 durchdringender weiterer Kanal 70 vorgesehen sein, der in eine die Prüfkopfführung 30 und damit die Kammern 32 und 36 umschließende ringförmige Kammer 72 mün­ det, die dadurch gebildet ist, daß außerhalb der Prüfkopf­ führung 30 ein ringförmiger Vorsprung 74 vorgesehen ist, der gleich weit vorspringt wie die Prüfkopfführung 30. An diesen Kanal 70 wird über eine Leitung 76 die Unterdruck­ quelle 66 angeschlossen zur Erzeugung eines Unterdruckes in der Ringkammer 72. Die Saugrichtung ist durch den Pfeil 78 in der Fig. 2 angezeigt.

In die Verbindungsleitungen 48 und 50 können noch Fil­ ter (nicht dargestellt) geschaltet werden.

Die Vorrichtung nach der Zeichnung arbeitet wie folgt: Der Behälter 58 ist mit Kopplungsflüssigkeit bis zu einer bestimmten Höhe unterhalb der Leitung 64 gefüllt, und seine Steigleitung 54 ist über das Wegeventil 46 und die Leitung 50 mit dem Kanal 10 und damit mit dem Ringraum 18, den Kanälen 20, 22 und dem Ringraum 32 verbunden. Die Steigleitung 52 des Behälters 56 ist über das Wegeventil 46 und die Leitung 48 mit dem Kanal 12 und damit mit der Ringnut 18 und mit dem Ringraum 42 verbunden. Über das Wegeventil 60 ist die Leitung 62 des Behälters 56 mit der Unterdruckquelle 66 verbunden, während die Leitung 64 des Behälters 58 zur Atmosphäre hin offen ist.

Es sei angenommen, daß die Unterdruckquelle arbeitet. Wird dann der Prüfkopf 2 auf das Prüfstück 6 aufgesetzt, so wird über das Wegeventil 60, die Leitung 62, die Steig­ leitung 52, das Wegeventil 46, die Leitung 48 und den Ka­ nal 12 in der Ringnut 18 und im Ringraum 42 ein Unterdruck aufgebaut, der bewirkt, daß Flüssigkeit aus dem Behälter 58 über die Steigleitung 54, das Wegeventil 46 und die Leitung 50 in den Kanal 10 und damit in den Ringraum 16, die Kanäle 20, 22, den Ringraum 32, den Spalt 40, den Ringraum 42, den Kanal 12, die Leitung 48, das Wegeventil 46 und die Steigleitung 52 in den Behälter 56 gesaugt wird. Die Strömungsrichtung der Kopplungsflüssigkeit im Bereich der Leitungen 48 und 50 ist oberhalb des Prüfkop­ fes durch die durchgezogenen Pfeile A angezeigt.

Sobald der Flüssigkeitspegel im Behälter 58 ausrei­ chend weit abgesenkt worden ist, können die Ventile 46 und 60 umgesteuert werden, so daß jetzt der obere Raum des Behälters 58 über die Leitung 64 mit der Unterdruckquelle 66 in Verbindung steht und die Leitung 62 des Behälters zur Atmosphäre hin geöffnet wird. Es kehrt sich dann die Funktionsweise der Behälter um, d. h. es wird das Wasser aus dem Behälter 56 über die Vorrichtung in den Behälter 58 gefördert. Die Strömungsrichtung innerhalb der Prüf­ kopfhalterung ändert sich nicht. Die Strömungsrichtung durch die Prüfkopfhalterung 8 kann allerdings umgekehrt werden, wenn anders als in der Fig. 2 dargestellt, die Leitung 48 mit dem Kanal 10 und die Leitung 50 mit dem Kanal 12 verbunden wird.

Durch Unterdruckerzeugung entweder in der Ringkammer 32 oder dem Ringraum 42 nach dem Aufsetzen der Prüfkopf­ halterung 8 auf das Prüfstück 6 strömt Kopplungsflüssig­ keit entweder aus dem Ringraum 42 zur Ringkammer 32 oder umgekehrt, wodurch der Ringraum zwischen dem Prüfkopf und der Prüfstückoberfläche, also der Spaltraum 40 mit Flüs­ sigkeit gefüllt wird. Hierdurch wird das für die Ankopp­ lung erforderliche Flüssigkeitspolster zwischen Prüfkopf und Prüfstückoberfläche hergestellt.

Es kann, wie oben schon angedeutet, über die Leitung 76 und den Kanal 70 in der Kammer 72 zusätzlich ein Unter­ druck erzeugt werden, der dazu dient, die Luft und somit Luftblasen aus den Kammern 32, 34 und 42 und damit aus dem inneren Kreislauf fernzuhalten. Der Unterdruck in der Ringkammer 72 hat außerdem die Wirkung, daß die Vorrich­ tung 2 mit dem Prüfkopf 4 sozusagen auf der Oberfläche des Prüfstückes angesaugt und damit auf der Prüfstückoberflä­ che gehalten wird. Außerdem trägt die durch den Unterdruck erzeugte Kraft zur Abdichtung der Kammer 32 nach außen hin bei.

Zusätzlich kann die Prüfkopfhalterung prüfstückseitig mit einer Ringdichtung 80 versehen sein, die auch als Teil der aufsetzbaren Lippendichtung 30′ ausgebildet sein kann. Die Ringdichtung 80 kann sowohl außerhalb als auch inner­ halb der Verlängerung 30 bzw. der entsprechenden Lippe der Lippendichtung 30′ angeordnet sein.

Bei einem Prüfstück aus einem ferromagnetischen Werk­ stoff kann die Haltefunktion auch durch einen mit der Prüfkopfhalterung verbundenen Magneten erreicht werden.

Die Spaltbreite des Spaltes 40 wird vorzugsweise so eng gewählt, daß Kapillarwirkung entsteht. Durch die Ka­ pillarwirkung kann verhindert werden, daß Luftblasen strö­ mungsbedingt in den Spalt 40 eindringen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Ankopplung eines ersten in einer Füh­ rungs- und Halterungseinrichtung angeordneten Körpers an einen zweiten Körper, insbesondere zur Ankopplung eines Ultraschallprüfkopfes an ein Prüfstück, bei dem zwischen der Führungs- und Halterungseinrichtung und dem zweiten Körper sowie zwischen beiden Körpern durch Flüssigkeitszu- und Flüssigkeitsabführungen ein Flüssigkeitspolster für die Ankopplung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen durch Aufsetzen der Führungs- und Halterungs­ einrichtung (8) auf den zweiten Körper (6) zwischen der Füh­ rungs- und Halterungseinrichtung und dem zweiten Körper und zwischen dem ersten und zweiten Körper (4) und (6) gebildeten Raum (34, 40) die Kopplungsflüssigkeit hin­ durchgesaugt wird.

2. Vorrichtung zur Ankopplung eines ersten Körpers an ei­ nen zweiten Körper, insbesondere zur Ankopplung eines Ul­ traschallprüfkopfes an ein Prüfstück, mit einer Führungs- und Halterungseinrichtung in welcher der erste Körper angeordnet ist, wobei durch Zuführung von Flüssigkeit in den Raum zwischen bei­ den Körpern und durch eine zusätzliche Abführung ein Flüs­ sigkeitspolter für die Ankopplung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem zweiten Körper (6) zugewandten Seite der Füh­ rungs- und Halterungseinrichtung (8) ein zum zweiten Kör­ per hin offener, durch den zweiten Körper (6) beim Aufset­ zen der Führungs- und Halterungseinrichtung (8) auf diesen zweiten Körper schließbarer Raum (34, 40) vorgesehen ist, an den eine Unterdruckquelle (66) zum Durchsaugen der Kopplungsflüssigkeit durch den Raum (34, 40) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- und Halterungseinrichtung (8) auf der dem zweiten Körper (6) zugewandten Seite zwei Räume (32) und (42) bildende Ausnehmungen aufweist, die über den Raum (40) zwischen den beiden Körpern (4) und (6) miteinander in Verbindung stehen, wobei der erste Raum (32) mit der Unterdruckquelle (66) und der zweite Raum (42) mit einem der Behälter (56) oder (58) oder umgekehrt verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Körper (4) in einer Öffnung der Führungs- und Halterungseinrichtung (8, 14) angeordnet ist und in einen in der Öffnung gebildeten Raum (36) hinein­ ragt, in dem der zweite Raum (42) als Ringraum zwischen dem ersten Körper (4) und der Öffnungswandung ausgebildet ist, daß der erste Raum (32) in der dem zweiten Körper (6) zugewandten Fläche der Führungs- und Halterungseinrichtung (8, 14) als Ringnut oder in Form von mehreren einzelnen Ausnehmungen mit Abstand zum Ringraum (42) ausgebildet ist und daß außerhalb der Ringnut (32) oder der Ausnehmungen ein ringförmiger Vorsprung (30) als Führung und Dichtung für den ersten Körper (4) auf dem zweiten Körper (6) vor­ gesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (32) oder die Ausnehmungen über in der Führungs- und Halterungseinrichtung (8) ausgebildete Kanä­ le (20, 22, 10) mit der Unterdruckquelle (66) oder mit einem der Behälter (56) oder (58) verbindbar ist und daß der Ringraum (42) über wenigstens einen in der Führungs- und Halterungseinrichtung (8) ausgebildeten Kanal (12) mit einem der Behälter (56) oder (58) oder mit der Unterdruck­ quelle (66) verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Behälter (56) und (58) vorgesehen sind, von denen der eine Behälter (56) mit dem Ringraum (42) und der andere Behälter (58) mit der Ringnut (32) verbunden ist und daß beide Behälter (56) und (58) abwechselnd mit der Unterdruckquelle (66) verbindbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (32) schräg nach innen gerichtete Wände aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (30) als Verlän­ gerung der Ringnut-Außenwand ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorsprung als separate, aufsetzbare Lip­ pendichtung (30′) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Führungs- und Halterungsvorrichtung (8) ein Ringraum (16) ausgebildet ist, in den der Kanal (10) und die mit dem Ringraum (32) verbundenen Kanäle (20) und (22) münden, und daß der Kanal (12) in den Ringraum (42) mündet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (12) in eine in der Wandung des Ringraumes (42) ausgebildete Ringnut (18) mündet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Ringkammer (72) zwischen dem ringförmigen Vorsprung (30) oder der Lippen­ dichtung (30′) und einem weiteren ringförmigen Vorsprung (74) vorgesehen ist und über eine Leitung (70, 76) mit der Unterdruckquelle (66) verbindbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung des Ultra­ schallprüfkopfes (4) über einen Flüssigkeitsspalt oder über eine Vorlaufstrecke mit dem Flüssigkeitsspalt erfolgt.