DE9007688U1 - Elektrodynamischer Wandlerkopf - Google Patents
Elektrodynamischer WandlerkopfInfo
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Description
Elektrodynamischer Wandlerkopf
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Wandlerkopf zur zerstörungsfreien
Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall mit einem Magneten wie Elektromagneten mit
zumindest zwei Polschuhen, von denen zumindest einem eine eine Erreger- und Empfangsspule umfassende Sonde zugeordnet ist, die werkstückseitig mit einer Schutzplatte abgedeckt
ist, wobei der Wandlerkopf werkstückseitig eine lösbare Abdeckung wie Kappe aufweist, die
von sich gegebenenfalls auf dem Werkstück abstützenden Gleitsteinen durchsetzt ist.
Ein entsprechender Wandlerkopf ist der EP-A-O 168 011 zu entnehmen. Einen ähnlichen
Aufbau zeigt auch der der DE-C-34 01 072 zu entnehmende Wandlerkopf. Die bekannten
Wandlerköpfe weisen jeweils eine einzige Sonde auf, so daß es zur Erzielung einer hohen
Meßdichte apparativ recht aufwendig ist, mehrere Sonden und damit Wandler nebeneinander
anzuordnen. Infolgedessen sind hohe Vorschubgeschwindigkeiten von zu überprüfenden
Rohren im häufig gewünschten Umfang nicht erzielbar.
Auch wenn bei den bekannten Meßköpfen die Sonde selbst durch die über diese vorstehende
Gleitsteine geschützt ist, ist von Zeit zu Zeit ein Auswechseln bzw. ein Überprüfen der Sonde
erforderlich. Dies ist aufwendig, da die Sonden in den Wandlerköpfen fest installiert sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Werkstücke, die mit hoher Vorschubgeschwindigkeit
transportiert werden, im hinreichenden Umfang zu prüfen, wobei der apparative Aufwand
in bezug auf die Anzahl der im gewünschten Umfang zu verwendenden Sonden optimiert
werden soll. Auch soll die Möglichkeit geschaffen werden, den Wandlerkopf an die erforderlichen
Gegebenheiten anpassen zu können, ohne daß der Grundaufbau selbst wesentlich verändert wird. Ferner soll eine einfache Überprüfung und gegebenenfalls ein Austausch einer
oder mehrerer Sonden möglich sein. Schließlich soll sichergestellt sein, daß die die Sonde
abdeckende Schutzplatte auch bei stoßartigen Belastungen nicht notwendigerweise beschädigt
bzw. zerstört wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Wandlerkopf
zumindest zwei aneinandergereihte lösbar in dem Wandlerkopf angeordnete, identisch
aufgebaute, jeweils einen Magnetfeldkonzentrator umfassende Sonden aufweist, die von einer
gemeinsamen Schutzplatte abgedeckt sind. Erfindungsgemäß wird folglich ein elektrodynamischer
Wandlerkopf vorgeschlagen, der mehrkanalig ausgebildet ist, um eine zerstörungsfreie
Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall zu ermöglichen. Die einzelnen Sonden - auch
Schwinger genannt - sind dabei entlang einer Linie aneinandergereiht in dem Wandlerkopf
angeordnet, liegen also dicht an dicht, wobei vorzugsweise eine maximale Bestückung von
acht Sonden erfolgt, die eine Gesamtlänge von ca. 80 mm ausmachen.
Durch den erfindungsgemäßen elektrodynamischen Wandlerkopf ist in Abhängigkeit von
Wanddicke und Spulengestaltung eine 100%ige Prüfung der Wanddicke von z. B. Rohren mit
großer Vorschubgeschwindigkeit möglich. Auch ist trotz Amplitudeneinbruch zwischen den
Sonden eine 100%ige Dopplungsprüfung mit z.B. einem 8 mm Kreisscheibenreflektor (Flachbodensack-Lochbohrung) als Bezugsfehler möglich. Die einzelnen Sonden oder
Schwinger werden dabei multiplex betrieben, so daß sich die Signale der einzelnen Sonden
nicht störend überlagern.
Jede Sonde bzw. jeder Schwinger umfaßt einen Magnetfeldkonzentrator, wobei auf der dem
Werkstück zugewandten Fläche des Magnetfeldkonzentrators die Spulen angeordnet sind.
Diese Einheit wird vorzugsweise über Steckverbindungen mit dem Wandlerkopf verbunden,
so daß sich hierdurch eine problemlose Bestückbarkeit mit der gewünschten Anzahl von
Sonden bzw. eine Austauschbarkeit dieser ergibt.
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Die Magnetfeldkonzentratoren, die aus einem Material geringen magnetischen Widerstands
wie z.B. Siliziumeisen bestehen, weisen einen rechteckförmigen Querschnitt auf, der auf eine
Trägerplatte geschraubt ist. Der Magnetfeldkonzentrator wird von den Anschlußdrähten für
die Sende- und Empfangsspule durchsetzt, wobei die gesamte Einheit erwähntermaßen über
vorzugsweise Steckverbindungen mit dem Wandlerkopf verbunden ist.
Die Sende- und Empfangsspulen selbst sind übereinanderliegend angeordnet, wobei die
Sendespule direkt auf dem Magnetfeldkonzentrator aufliegt. Die Form von Sende- und
Empfangsspule kann als pfannkuchenförmig, also als scheibenförmig ausgebildet bezeichnet
werden, wobei die Empfangsspule aus Widerstandsdraht und die Sendespule aus Cu-Draht
mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Drähten besteht. Sende- und Empfangsspule
sind dabei in einer verschleißfesten Vergußmasse eingegossen,
wobei die dem Werkstück zugewandte Seite plan überschliffen ist.
wobei die dem Werkstück zugewandte Seite plan überschliffen ist.
Die erwähntermaßen entlang einer Geraden angeordneten Sensoren oder Schwinger sind
gegenüber dem Werkstück mittels Keramikgleitsteinen derart geschützt, daß trotz dichten
Führens entlang der Werkstückoberfläche ein unmittelbares Berühren zwischen Werkstück
und Schutzplatte ausgeschlossen ist. Hierzu ragen die Keramikgleitsteine über der den
Wandlerkopf abschließenden Abdeckung wie Kappe vor, wobei vorzugsweise jeweils zwei
Keramikgleitsteine an je einem Ende der Geraden, auf der die Sensoren angeordnet sind, liegen.
Die Keramikgleitsteine zeigen einen geringen Verschleiß, so daß der gesamte Wandlerkopf
eine hohe Standzeit besitzt. Die hohe mechanische Festigkeit der Keramikgleitsteine ermöglicht
ein problemloses automatisches Zustellen des Wandlerkopfes. Auch weisen die Keramikgleitsteine eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so daß auch eine Prüfung bei
höheren Werkstücktemperaturen möglich ist.
Die Keramikgleitsteine können in Richtung auf das zu überprüfende Werkstück verstellt
werden, um so einen Verschleiß auszugleichen. Die Verstellbarkeit kann durch Zwischenstücke
wie dünne Bleche erfolgen.
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Um einen unzulässigen Verschleiß der Keramikgleitsteine zu erfassen, ist zwischen jeweils
zwei Keramikgleitsteinen ein Verschleißschutzkontakt angeordnet, der im wesentlichen einen
spiralförmig aufgewickelten Draht in einer verschleißfesten Vergußmasse umfaßt. Der Draht
liegt dabei tiefer als die freie Oberfläche des Gleitsteines, jedoch höher als die freie Fläche
der vorzugsweise aus Keramik bestehenden Schutzplatte. Der Draht bzw. die Drahtwendel ist
an eine Stromquelle angeschlossen, so daß dann, wenn der Draht zerstört ist, also wenn die
Keramikgleitsteine im unzulässigen Umfang verschlissen sind, der Stromkreis unterbrochen
und damit ein Warnsignal ausgelöst wird.
Die sämtliche Sonden abdeckende Schutzplatte weist vorzugsweise eine Stärke zwischen 0,3
mm und 0,5 mm auf und besteht erwähntermaßen vorzugsweise aus Keramik. Die Schutzplatte
ist austauschbar in dem Wandlerkopf angeordnet. Hierzu sind vorzugsweise Z-förmig
ausgebildete und aus dünnem Blech bestehende Niederhalter vorgesehen, die die Längsränder
der Schutzplatte erfassen. Die Niederhalter sind wiederum von der Abdeckung oder Kappe
des Wandlerkopfes gesichert. Zusätzlich befindet sich zwischen den Sonden und der Schutzplatte
ein adhäsives Fluid wie Silikonfett, wodurch sich zum einen die Schwingungsdämpfung
und zum anderen eine Dämpfung von stoßartigen Einwirkungen auf die Schutzplatte ergibt.
Die Magnetfeldzuführung erfolgt über bewegliche Polschuhe über die gesamte Länge der
entlang einer Geraden angeordneten Sonden bzw. Schwinger. Hierdurch ist ein automatisches
Aussetzen und Abheben bei feststehendem Magnetjoch möglich. Die Magnetisierung erfolgt
vorzugsweise mittels eines Elektromagneten.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den
Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-,
sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden
bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Draufsicht auf einen elektrodynamischen Wandlerkopf,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Wandlerkopf nach Fig. 1, teilweise weggebro-
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chen,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in Fig. 1 und
Fig. 5 eine auseinandergezogene Darstellung wesentlicher Elemente des Wandlerkopfs.
In Fig. 1 ist in Draufsicht ein elektrodynamischer Wandlerkopf (10) dargestellt, um in
bekannter Weise mittels elektrodynamisch erzeugtem Ultraschall ein Werkstück wie z.B.
Rohr zerstörungsfrei zu prüfen. Das hierzu erforderliche Magnetfeld wird mittels eines nicht
dargestellten Elektromagneten erzeugt, wobei der Wandlerkopf (10) mit einem beweglichen
Polschuh des Magneten verbunden ist.
Der Wandlerkopf (10) umfaßt eine Träger- oder Basisplatte (12), die mit dem Polschuh über
nicht näher bezeichnete Verbindungselemente wie Schrauben verbunden ist.
Auf der Basisplatte (12) sind Sonden aneinanderreihbar, also entlang einer Linie angeordnet,
wobei drei Sonden beispielhaft mit den Bezugszeichen (14), (16), (18) versehen sind. Jede
Sonde bzw. jeder Schwinger (14), (16) und (18) umfaßt eine z.B. aus Kupferdraht bestehende
Sendespule (20) und eine Empfangsspule (22), die über Steckkontakte (24), (26), (28) mit
nicht näher bezeichneten elektrischen Anschlüssen verbindbar sind, um die Spulen zu erregen
bzw. von diesen empfangene Signale weiterzuleiten.
Die Sendespule (20), die aus Cu-Draht bestehen kann, ist unmittelbar auf einem Magnetfeldkonzentrator
(32) angeordnet, dessen Umriß in Fig. 3 durch eine verstärkte Linie angedeutet ist. Der Magnetfeldkonzentrator (32), der aus Material geringen magnetischen Widerstandes
besteht, weist trapezförmige Seitenflächen auf, die der Fig. 3 zu entnehmen sind. In der
Schnittdarstellung weist der Magnetfeldkonzentrator (32) eine Rechteckform auf. Es ergibt
sich also eine Art Pyramidenform mit zwei gegenüberliegenden parallel zueinander verlaufenden
Flächen.
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Die Empfangsspule (22), die aus Widerstandsdraht besteht, ist werkstückseitig, also über der
Sendespule (20) angeordnet. Sende- und Empfangsspule (20) bzw. (22) sind in einer verschleißfesten
Vergußmasse (30) eingebettet, wobei die dem Werkstück zugewandte Fläche plan überschliffen ist.
Die Vergußmasse (30) wird von einer Keramikschutzscheibe (34) abgedeckt, die über sich in
Längsrichtung verlaufende Z-förmige Halterungen (36), (38) gesichert sind. Diese wiederum
sind von einer Abdeckung oder Kappe (40) gehalten, die mit der Basisplatte (12) verschraubt
ist.
Die Keramikschutzplatte (34) erstreckt sich vorzugsweise über sämtliche aneinandergereihte
Sonden bzw. Schwinger (14), (16), (18), bildet also eine Einheit. Selbstverständlich besteht
auch die Möglichkeit, daß die Schutzplatte (34) in Teilabschnitte unterteilt ist.
Die Keramikschutzplatte (34) weist eine Dicke zwischen 0,3 und 0,5 mm auf und ist abrieb-
und schlagfest. Zwischen der Sondenoberfläche, also der plan geschliffenen Vergußmasse
(30) und der Keramikschutzplatte (34) befindet sich zusätzlich eine adhäsive Zwischenschicht,
wie z.B. Silikonschicht, wodurch zum einen die Keramikplatte (34) zusätzlich gehalten wird und zum anderen stoßartige Einwirkungen auf diese gedämpft werden.
. Da die Sonden bzw. Schwinger (14), (16), (18) erwähntermaßen durch Steckverbindungen
(28) mit dem Wandlerkopf (10) verbunden sind, kann dieser mit der gewünschten Anzahl von
Schwingern bestückt werden, also problemlos auf den jeweiligen Einsatzzweck ausgerichtet
werden. Nicht ausgefüllte Bereiche können durch Blindstücke ausgefüllt werden.
Dies gilt auch für die Endbereiche, die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit einem
Endstein (36) ausgefüllt sind, der gleichfalls aus einem Material mit geringem magnetischem
Widerstand besteht.
Im Bereich der Stirnenden des die Sonden (14), (16), (18) aufweisenden Lineals wird die
Abdeckung bzw. Kappe (40) von Gleitsteinen (44), (46), (48) und (50) durchsetzt. Die
Gleitsteine (44), (46) und (48) bestehen aus Keramik und weisen eine hohe mechanische
Festigkeit auf. Hierdurch erfährt der Wandlerkopf (10) eine hohe Standzeit, da die mit der
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Werkstückoberfläche wechselwirkenden Gleitsteine (44), (46), (48) und (50) nur einen
geringen Verschleiß zeigen. Die Gleitsteine (44), (46), (48) und (50) zeichnen sich des
weiteren durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus, so daß mit dem erfindungsgemäßen
Wandlerkopf (10) auch Prüfungen bei höheren Werkstücktemperaturen durchführbar sind.
Die Gleitsteine (44), (46), (48), (50) können mittels Zwischenstücke (52), (54), die aus
dünnen Blechen bestehen können, in der Höhe eingestellt werden. Hierdurch ergibt sich die
Möglichkeit des Nachstellen bei einem Verschleiß.
Ein unzulässiger Verschleiß kann des weiteren durch zwischen den Gleitsteinen (44) und (46)
bzw. (48) und (50) angeordnete Verschleißschutzkontakte (56), (58) festgestellt werden. Wie
die Fig. 4 verdeutlicht, ist jeder Verschleißschutzkontakt (56) mittels Steckverbindung mit der
Basisplatte (12) verbunden. Der Verschleißschutzkontakt (56) weist einen spiral- oder
wendelförmig angeordneten Draht (58) auf, der in einer Vergußmasse (60) eingebettet ist.
Dabei liegt die obere Fläche des Drahtes (58) niedriger als die freie Fläche der Gleitsteine
(44), (46) bzw. (48), (50). Werden nun die Gleitsteine (44), (46) bzw. (48), (50) in unzulässigem
Umfang verschlissen, so wird bei einem weiteren Abrieb der Draht (58) zerstört. Hierdurch kann wiederum ein Alarm ausgelöst werden, nämlich dann, wenn der Draht (58)
in einem Stromkreis angeordnet ist.
Zu den Magnetfeldkonzentratoren (32) ist noch zu bemerken, daß durch diese die Anschlüsse
für die Sende- und Empfangsspule (20) bzw. (22) geführt werden. Dies ist der Fig. 3 zu
entnehmen. Der Konzentrator (32) besteht vorzugsweise aus Silizium-Eisen zur Wirbelstromdämpfung und zur Verhinderung von Schall im Polschuh und zur
Dämpfung der Spulen (kurzer Impuls zur Wanddickenmessung). Weiterhin können die Konzentratoren (32) zur Erzielung der gleichen Effekte geschlitzt werden.
Der Wandlerkopf (10) ist vorzugsweise mit einem beweglichen Polschuh verbunden, wodurch
ein automatisches Aufsetzen und Abheben bei feststehendem Magnetjoch möglich wird. Das
Magnetfeld selbst wird vorzugsweise mit einem Elektromagneten erzeugt.
Die wesentlichen Bestandteile einer Sonde mit Magnetfeldkonzentrator (32), Sende- und
Empfangsspule (20) und (22), die diese aufnehmende Vergußmasse (30), der Keramik-
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schutzscheibe (34), den diese haltenden Z-förmigen Halterungen (36) und (38) sowie der
Abdeckung (40) sind noch einmal in auseinandergezogener Darstellung in Fig. 5 wiedergegeben.
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Claims (10)
1. Elektrodynamischer Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken
mittels Ultraschall mit einem Magneten wie Elektromagneten mit Polschuhen, von denen zumindest einem eine eine Erreger- und Empfangsspule umfassende Sonde
zugeordnet ist, die werkstückseitig mit einer Schutzplatte abgedeckt ist, wobei der
Wandlerkopf werkstückseitig eine lösbare Abdeckung wie Kappe aufweist, die von sich gegebenenfalls auf dem Werkstück abstützenden Gleitsteinen durchsetzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandlerkopf (10) zumindest zwei aneinandergereihte lösbar in dem Wandlerkopf
(10) angeordnete, identisch aufgebaute, jeweils einen Magnetfeldkonzentrator umfassende Sonden aufweist, die von einer gemeinsamen Schutzplatte (34) abgedeckt
sind.
2. Wandlerkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetfeldkonzentrator (32) mit der Sonde (14, 16, 18) als Einheit vorzugsweise
über Steckverbindungen in dem elektrodynamischen Wandlerkopf (10) verbunden ist.
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3. Wandlerkopf nach zumindest Ansprach 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetfeldkonzentrator (32) einen rechteckförmigen Querschnitt mit parallel
verlaufenden trapezförmigen Seitenflächen aufweist.
4. Wandlerkopf nach Ansprach 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetfeldkonzentrator (32) aus Silizium-Eisen besteht und/oder geschlitzt
ist.
5. Wandlerkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sonden (14, 16, 18) entlang einer Geraden angeordnet sind, daß an den
jeweiligen Stirnenden der Geraden zumindest zwei zueinander beabstandete, über die
Kappenoberfläche zumindest abschnittsweise vorstehende Gleitsteine (44, 46, 48, 50)
angeordnet sind und daß zwischen zwei Gleitsteinen (44, 46; 48, 50) ein Verschleißschutzelement
(56, 58) verläuft.
6. Wandlerkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleitsteine (44, 46, 48, 50) durch Zwischenstücke (52, 54) wie dünne Bleche
in Richtung des Werkstücks einstellbar ausgebildet sind.
7. Wandlerkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzplatte (34) mittels Z-förmig gebogener Halterangen (36, 38) gesichert
ist, die ihrerseits von der Kappe (40) des Wandlerkopfes (10) gehalten sind.
8. Wandlerkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
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dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der dem Werkstück zugewandten Sondenfläche und der Schutzplatte
(34) ein adhäsives Fluid wie Silikonfett vorhanden ist.
9. Wandlerkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangsspule (20, 22) in einer verschleißfesten Vergußmasse
(30) eingegossen sind, die werkstückseitig plan abgeschliffen ist.
10. Wandlerkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangsspule (20, 22) scheibenförmig übereinanderliegend
angeordnet sind, wobei die Sendespule (20) unmittelbar auf dem Magnetfeldkonzentrator
(32) angeordnet ist.
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- 1990-01-25 DE DE9007688U patent/DE9007688U1/de not_active Expired - Lifetime
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