DE4409741C2 - Prüfeinrichtung mit wenigstens einer mit einem Rotor umlaufenden Prüfsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zum Prüfen von langgestreckten Prüflingen, die ggf. Querschnittsunregel­ mäßigkeiten aufwiesen, mit einem durch einen Rotorantrieb antreibbaren Rotor und wenigstens einer mit dem Rotor umlau­ fenden Prüfsonde, die an einem Sondenhalter angeordnet und durch rotordrehzahlabhängige Betätigungsmittel zwischen einer nahe an dem Prüfling liegenden Prüfposition und einer weiter vom Prüfling entfernten Abhebeposition bewegbar ist.

Die DE 41 21 948 A1 zeigt eine gattungsgemäße Prüfvorrichtung, bei der die Prüfsonden an federbelasteten, als Fliehgewicht dienenden Prüfhebel angeordnet sind. Bei stillgesetztem Rotor, wenn beispielsweise ein neuer Prüfling eingebaut wird, werden die Prüfsonden durch-die Federkraft in Abhebeposition gehalten. Wenn der Rotor rotiert werden die Prüfsonden flieh­ kraftbetätigt in die weiter innen liegende Prüfposition ver­ schwenkt. Bei erneutem Stillsetzen des Rotors gehen die Prüf­ sonden automatisch wieder in Abhebeposition.

Das deutsche Gebrauchsmuster G 91 08 162 und die US-Patent­ schrift 3 736 501 betreffen ebenfalls Prüfvorrichtungen mit Rotierköpfen. Bei diesen werden in radial verschiebbaren Son­ denhaltern angeordnete Prüfsonden ausgehend vom Rotorstill­ stand bei Beginn der Drehung des Rotors fliehkraftbetätigt in ihre Prüfposition verschoben, bzw. nach Abstoppen wieder von dieser entfernt.

In Rotierköpfen zur Materialprüfung werden empfindliche Wirbelstromsonden mit geringem Abstand (z. B. ca. 1 mm) zum Prüfling eingesetzt. Da die zu prüfenden Stäbe bzw. Rohre an den Enden oder an Verbindungsstellen oft Grate, Spieße oder sonstige Störstellen haben, ist es notwendig, zum Schutz der Sonden diese während des Ein- bzw. Auslaufs der Prüflinge abzuheben.

Bekannt sind Systeme, die eine Prüfkopfabhebung durch externe Schaltung bewirken, beispielsweise durch Hubmagneten oder pneumatische Systeme. Sie sind sehr aufwendig und wartungsin­ tensiv und in den maximalen Drehzahlen beschränkt. Bei Dreh­ zahlen über 1500 UpM sind sie kaum zu realisieren.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Prüfeinrichtung der be­ schriebenen Art mit einer Prüfkopfabhebung zu schaffen, die besonders einfach ausgebildet und zu betätigen ist. Dabei sollte nach Möglichkeit auf für den Rotierkopf an sich art­ fremde Schaltsignale verzichtet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel zur Einstellung wenigstens zweier Drehzahlen des Rotoran­ triebs vorgesehen sind, von denen eine die Betriebsdrehzahl der Prüfeinrichtung ist, bei der die Prüfsonde in Prüfposi­ tion ist, und die andere eine davon unterschiedliche Prüf­ unterbrechungsdrehzahl ist, bei der die Prüfsonde in Ab­ hebeposition ist. Dies kann dadurch geschehen, daß die Betätigungsmittel durch eine drehzahlabhängige Verschiebung eines Kräfteungleichgewichtes zwischen einer Fliehkraft und einer anderen Kraft gebildet sind. Der Rotor ist zur Betäti­ gung der Abhebung der Prüfsonde aus der Prüfposition in seiner Drehzahl veränderbar.

Dies kommt dem normalen Arbeitsablauf bei der Prüfung sehr entgegen. Zum Einführen des Prüflings und bei seinem Auslauf sowie auch an Stellen, die z. B. durch Verschweißung zweier Prüflingsteile Unregelmäßigkeiten im Durchmesser aufweisen können, braucht der Prüfling ohnehin nicht geprüft zu werden, weil diese Stellen später entfernt werden. Bei diesen Tätig­ keiten, wie Ein- und Ausfädeln, ist es daher auch nicht notwendig, daß der Prüfrotor weiterläuft. Man kann seinen Antrieb also abschalten, wodurch automatisch der Prüfkopf abgehoben werden kann. Zweckmäßig wird also eine Prüfkopfab­ hebung bei geringerer Rotordrehzahl eintreten.

Die Erfindung ermöglicht es, die Prüfeinrichtung erhöhten Produktionsgeschwindigkeiten anzupassen und läßt sich direkt in die Produktionssysteme, z. B. Ziehlinien für Draht, inte­ grieren. Sie ermöglicht die Entwicklung entsprechend lei­ stungsfähiger Rotierköpfe mit sehr hohen Drehzahlen bis beispielsweise zu 18000 UpM.

Die Betätigungsmittel für die Prüfsondenabhebung können ein Fliehgewicht enthalten, das oberhalb einer vorgegebenen Rotordrehzahl den Sondenhalter in eine der Positionen, vor­ zugsweise die Prüfposition, bewegt und in dieser hält, während nicht oder geringer von der Fliehkraft beeinflußte Kraftmittel, beispielsweise eine Feder, zur Bewegung in die andere Position und zum Halten in dieser vorgesehen ist. Durch entsprechende Hebelausbildung und Anpassung der Kenn­ linien der Kraftmittel, beispielsweise Federkennlinien, ist es möglich, die Abhebebewegung und die Rückbewegung in die Prüfposition zwischen einem weichen Übergang und einer klaren Umschaltung zu beeinflussen, wobei dieser Schaltpunkt in einen Drehzahlbereich gelegt werden sollte, der ausreichend weit von der Arbeitsdrehzahl entfernt ist und durch entspre­ chende Auslegung und Steuerung des Antriebes schnell durch­ fahren werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführung kann der Sondenhalter ein zweiarmiger Hebel sein, an dessen einem Arm die Prüfsonde und an dessen anderem Arm das Fliehgewicht vorgesehen ist. Dabei ist, wenn hier von einem Fliehgewicht die Rede ist, damit nicht nur ein gesondertes körperlich abgetrenntes Gewicht zu verstehen, das auf ein im übrigen fliehkraftmäßig ausgewuch­ tetes, weitgehend momentenfreies System, z. B. Hebelsystem, einseitig aufgesetzt ist, sondern diese bewußte Unwucht durch das Fliehgewicht kann auch durch entsprechende konstruktive Gestaltung der Teile selbst, beispielsweise des Hebels, unter Berücksichtigung des Prüfsonden- sowie Federgewichts erzeugt werden.

In den jeweiligen Endpositionen können einstellbare Anschläge für die stabile Positionierung der Prüfsonde sorgen. Es sei noch bemerkt, daß die Prüfsonden normalerweise in ihrem Wirkdurchmesser einstellbar sind. Das beschriebene Sondenhal­ tersystem mit drehzahlabhängiger Umschaltung kann also insge­ samt auf einem gegenüber dem Rotierkopf zur Einstellung be­ wegbaren Schlitten oder Träger angeordnet sein.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführun­ gen darstellen können.

Zeichnungskurzbeschreibung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Quer- und Längsschnitte durch eine Prüfeinrichtung in Prüf­ position,

Fig. 3 und 4 entsprechende Darstellungen in Abhe­ beposition und

Fig. 5 eine Fig. 1 entsprechende Darstel­ lung einer Variante.

Die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Prüfeinrichtung ist für die Prüfung von langgestreckten, rotationssymmetrischen Prüflingen 11, wie Stangen, Rohren, Drähten oder dgl., vorgesehen. Die Prüfeinrichtung enthält einen Rotor 12, der den Prüfling 11 konzentrisch umgibt und in Drehrichtung 13 drehbar anzutrei­ ben ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, enthält der Rotor zwi­ schen einer Einlaufdüse 14 und einer Auslaufdüse 15 einen Prüfkopf 16, der eine Prüfsonde 17, beispielsweise eine Wirbelstromprüfsonde enthält. Dabei handelt es sich meist um sehr empfindliche Spulenanordnungen, die mit ihrer aktiven Prüffläche 18 so dicht wie möglich an den Prüfling 11 herange­ bracht werden sollten, beispielsweise auf einen Abstand von 1 mm oder darunter. Es könnten bei anderen Meßmethoden auch auf dem Prüfling schleifende Sonden sein.

Die Ein- und Auslaufdüsen 14, 15 schützen zwar die Prüfsonde 17 gegen grobe Einflüsse, wie beispielsweise eine Abbiegung am Ende des Drahtes, und führen den Draht innerhalb der Prüf­ öffnung 20. Besonders an Enden, die oft Verformungen als Fol­ ge der Abtrennung des Prüflings haben, könnte es jedoch vor­ kommen, daß trotz des Schutzes zwischen den Schutzdüsen 14, 15 der Prüfkopf von einem Teil des Prüflings getroffen und beschädigt wird. Obwohl in Fig. 2 dargestellt ist, daß der Prüfkopf in Prüfposition nicht über den Innendurchmesser der
Schutzdüsen nach radial innen ragt, könnte es jedoch nötig sein, ihn so einzustellen, daß der Prüfkopf über die Innen­ kante der Schutzdüsen in die Prüföffnung hineinragt.

Der Prüfkopf 16 mit der Prüfsonde 17 ist an einem Ende eines Sondenhalters 21 in Form eines zweiarmigen Hebels angebracht, der am Rotor 12 um eine zur Achse 19 des Prüflings (und des Rotors 12) parallele Schwenkachse 22 schwenkbar gelagert ist. An dem Arm 23 des Hebels, der den Prüfkopf trägt, greift eine Zugfeder 24 an, deren anderes Ende am Rotor angebracht ist und die den Sondenhalter 21 in Fig. 1 und 3 im Uhrzeigersinne zu schwenken sucht, also so, daß die Prüfsonde 17 von dem Prüfling wegbewegt, also abgehoben, wird.

Dieser Tendenz wirkt ein Fliehgewicht 26 entgegen, daß an dem anderen Arm 25 des Sondenhalters angeordnet ist. Es ist bei der schematischen Darstellung als ein gesondertes Gewicht gezeichnet, könnte aber auch dadurch gebildet sein, daß die Gesamtkonstruktion des Sondenhalters eine entsprechende Ge­ wichtskomponente enthält, die unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Radien eine Gesamtfliehkraftwirkung auf den Sondenhalter einschließlich des Prüfkopfes ausübt, die ein Moment erzeugt, das den Sondenhalter 21 entgegen dem Uhrzei­ gersinn um die Schwenkachse 22 zu schwenken strebt. Feder 24 und Fliehgewicht bilden zusammen durch ihre Kräfteverschie­ bung bei Drehzahländerungen wirksame Betätigungsmittel für den Sondenhalter 21.

Der Sondenhalter-Hebel läuft im Rotor schräg nach außen. Die Anordnung ist tangential zu der Prüfstelle am Prüfling, je­ doch demgegenüber etwas nach außen versetzt (Fig. 1).

Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der nach den Fig. 1 bis 4 durch eine unterschiedliche Gestaltung des Sondenhalters und der Feder. Der Arm 23 des Sondenhalters ist etwas abgeknickt, so daß er näher am Prüfling 11 verläuft und somit einen kleineren Rotordurchmesser ermöglicht. Der fliehkraftaktive Arm 25 ist länger ausgebildet als der Arm 23.

Statt einer Zugfeder ist hier eine doppelarmige Blattfe­ der 24′ gezeigt, die sich an einer Abstützfläche 27 des Ro­ tors abstützt, selbst aber am Arm 25 des Sondenhalter-Hebels 21 befestigt ist. Im vorliegenden Falle ist kein ausgeprägtes Fliehgewicht vorgesehen, sondern dieses ergibt sich aus den Gewichts- und Abstandsverhältnissen der einzelnen Elemente des Sondenhalters von der Rotationsachse 19 so, daß das den Prüfkopf in seine Prüfposition (Fig. 5) schwenkende Moment erzeugt wird. Die Blattfeder 24′ ist dabei, trotz ihrer im übrigen in Gegenrichtung wirkenden Funktion, selbst Teil des ein Fliehgewicht repräsentierenden Armes 25. Sie bilden zu­ sammen das Betätigungsmittel 32. Es sind auch andere Feder­ anordnungen und -ausbildungen möglich, um eine in Abheberich­ tung wirkende Kraft zu erzeugen. Auch andere Kraftmittel, die in der Lage sind, eine Kraft mit anderer Charakteristik als die Zentrifugalkraft zu erzeugen, können verwendet werden.

Funktion

Im Stillstand des Rotors wirkt keine Zentrifugalkraft auf den Sondenhalter ein, sondern (abgesehen von zu vernachlässigen­ den Gewichtskräften) nur die Kraft der Feder 24 (Fig. 3). Diele zieht den Sondenhalter an einen Anschlag 28 und damit in eine Abhebeposition, in der die Prüfsonde 17 einen erheb­ lichen Abstand von der Oberfläche des Prüflings 11 hat.

Fig. 4 zeigt ebenfalls diese Position des Prüfkopfes. Er liegt dabei weit hinter der Innenfläche (Prüföffnung 20) der Schutzdüsen 14, 15.

In dieser Position könnte der Prüfling, also ein Draht oder eine Stange, bereits in die Prüfeinrichtung eingeführt wer­ den. Dies kann aber auch bei einer Drehzahl des Rotors 12 geschehen, die unter der Arbeitsdrehzahl im Prüfzustand liegt. In diesem Falle wirken zwar Zentrifugal-(Flieh-)Kräfte Fz1, jedoch ist die der Federkraft Fs entgegenwirkende Flieh­ kraftkomponente Fz1′ unter Berücksichtigung der gegebenen­ falls unterschiedlichen Hebelarme zwischen Federangriffspunkt und resultierendem Fliehkraftangriffspunkt kleiner als die Federkraft Fs, so daß der Sondenhalter in der in Fig. 3 und 4 dargestellten abgehobenen Position bleibt. Wenn jetzt der Prüfling eingeführt wird, so könnten von ihm abstehende Späne, Vorsprünge oder dgl. den Prüfkopf nicht gefährden.

Zum Prüfbetrieb wird danach der Rotor 12 auf Betriebsdrehzahl gebracht, die, wie vorher beschrieben, unter Umständen sehr hoch, bei z. B. bis 18000 UpM sein kann. Der Antrieb des Ro­ tors ist so ausgebildet, daß wenigstens zwei Drehzahlen ein­ gestellt werden können, nämlich die Betriebsdrehzahl und eine darunterliegenden Drehzahl, in der der Prüfkopf abgehoben ist.

Bei Betriebsdrehzahl überwiegt nun die Fliehkraftkomponente Fz2′, die sich aus der Fliehkraft Fz2 unter Berücksichtigung des Winkels zwischen der Sondenhaltererstreckung und dem Radius R zum gedachten Fliehkraftschwerpunkt 30 ergibt, die Federkraft Fs, so daß der Sondenhalter entgegen dem Uhrzei­ gersinn in seine Prüfposition geschwenkt wird, in der die Prüfsonde 17 in dem vorgegebenen Abstand zur Oberfläche des Prüflings 11 liegt. In dieser Stellung wird sie durch einen ggf. einstellbaren Anschlag 29 begrenzt.

Die Fliehkräfte ergeben sich aus der folgenden Formel:

Fz = m _* R _* (2ñn)²,

wobei m das jeweilig betrachtete Massenelement und R der Radius zu diesem ist und n die Drehzahl bedeutet.

Der Angriffspunkt der resultierenden Fliehkraft (Schwerpunkt) liegt im Bereich des Hebels 25, d. h. in den Fig. 1, 3 und 5 jeweils rechts vom Schwenklager 22.

Die Funktion ist bei Fig. 5 entsprechend. Es ist also zu erkennen, daß hier eine besonders einfache, sinnvolle und sich gut in den Arbeitsablauf einfügende Möglichkeit gefunden wurde, um den Prüfkopf in seine Prüfposition zu bringen.

Nähert sich das Ende des Prüflings oder eine Trennstelle oder dgl., so wird die Drehzahl des Rotors reduziert, so daß die Fliehkraft zurückgeht und der Prüfkopf wieder entsprechend Fig. 3 und 4 abgehoben wird. Es ist also lediglich notwendig, die Rotordrehzahl rechtzeitig zu reduzieren, beispielsweise den Antrieb kurz vor dem Ende des Prüflings abzuschalten, um die beabsichtigte Wirkung zu erreichen.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform möglich. In besonderen Anwendungsfällen könnte die Drehzahlabhängigkeit in umgekehrter Richtung erfolgen, d. h. zum Abheben könnte die Rotordrehzahl erhöht werden. Der Sondenhalter ist vorzugswei­ se als Hebel, könnte jedoch auch in anderer Weise ausgebildet sein, beispielsweise als ein schieberartig gelagertes U-för­ miges Joch, bei dem das Fliehgewicht auf der dem abzuhebenden Prüfkopf entgegengesetzten Seite des Prüflings liegt. Auch dort würde sich durch die Erhöhung der Fliehkraft bei Dreh­ zahlerhöhung eine den Prüfkopf in Prüfposition bringende Kraft ergeben.

Claims (9)

1. Prüfeinrichtung zum Prüfen von langgestreckten Prüflin­ gen, die ggf. Querschnittsunregelmäßigkeiten aufweisen, mit einem durch einen Rotorantrieb antreibbaren, vom Prüfling durchlaufenen Rotor (12) und wenigstens einer mit dem Rotor (12) umlaufenden Prüfsonde (17), die an einem Sondenhalter (21) angeordnet und durch rotordreh­ zahlabhängige Betätigungsmittel zwischen einer nahe an dem Prüfling (11) liegenden Prüfposition und einer weiter vom Prüfling entfernten Abhebeposition bewegbar ist, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung wenig­ stens zweier Drehzahlen des Rotorantriebs, von denen eine die Betriebsdrehzahl der Prüfeinrichtung ist, bei der die Prüfsonde in Prüfposition ist, und die andere eine davon unterschiedliche Prüfunterbrechungsdrehzahl ist, bei der die Prüfsonde in Abhebeposition ist.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rotor (12) die wenigstens eine Prüfsonde (17) an dem relativ zum Rotor beweglichen Sondenhalter angeordnet ist.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigungsmittel durch ein Kräfteun­ gleichgewicht zwischen einer Fliehkraft (Fz) und einer nicht oder weniger fliehkraftabhängigen Kraft (Fs) antreibbar sind.

4. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel ein Fliehgewicht (26), das oberhalb einer vorgegebenen Rotordrehzahl den Sondenhalter (21) in eine der Positio­ nen bewegt und in dieser hält und nicht oder geringer von der Fliehkraft (Fz) beeinflußte Kraftmittel (24, 24′) zur Bewegung in die andere Position und zum Halten in dieser enthalten.

5. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position, in die das Fliehgewicht (26) den Sondenhalter (21) unter Flieh­ krafteinwirkung bewirkt, die Prüfposition ist.

6. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenhalter (21) ein zweiarmiger Hebel ist, an dessen einem Arm (23) die Prüfsonde (17) und an dessen anderem Arm (25) das Flieh­ gewicht (26) vorgesehen ist.

7. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- und Abhebeposition zwei durch ggf. einstellbare Anschläge (28, 29) festge­ legte stabile Positionen sind.

8. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kraftmittel eine Feder (24, 24′) ist.

9. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungslinie zwischen dem Schwerpunkt (30) des Fliehgewichtes (26) und einem Schwenkpunkt (22) des Sondenhalters (21) mit einem Radius (R) des Rotors (12) durch diesen Schwer­ punkt (30) zumindest in Prüfposition einen Winkel von weniger als 90°, vorzugsweise unter 45°, miteinander bilden.