DE927770C - Vorrichtung zum UEbertragen von Ultraschallerschuetterungen in Gegenstaende - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Uebertragen von Ultraschallerschütterungen in Gegenstände Die Erfindung beieht sich auf -das Prüfen von Gegenständen und Werkstoffen durch Ultraschallerschütterungen oder -vibrationen. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf diejenige Prüfungsart, bei der Stöße von Ultraschallerschütterungen in den Gegenstand hinein übertragen werden und der Zeitablauf zwischen der Übertragung des Stoßes und dem Empfang seiner von einer reflektierenden Fläche ausgehenden Reflexion einen Anhalt für das Vorhandensein von innenliegenden Fehlern gibt. Bei der einfachsten Form dieses Prüfverfahrens werden Stöße aus Längserschütterungen in den Gegenstand hinein rechtwinklig zu der Oberfläche des Gegenstandes gerichtet. Teile des Gegenstandes, die nicht in dem geraden Weg dieser Vibrationen oder Erschütterungen liegen, können mit diesem Verfahren nicht untersucht werden.
• Wenn beispielsweise die Achsen einer D;iesellokomotive untersucht werden sollen, von denen lediglich das Ende zugänglich fest, würden die hauptsächlichsten Teile der zu untersuchenden Achse, nämlich die Schultern und die Lager, außerhalb der geraden Wege der mit Bezug auf die Stirnfläche der Achse senkrecht eingeführten Wellen liegen, weil diese Lagerflächen einen größeren Durchmesser haben als die Stirnfläche.
• Es ist deshalb vorgeschlagen worden, die zur Untersuchung dienenden Wellen in den Gegenstand hinein unter einem Winkel zur Eintrittsfläche einzuführen, der von der zu dieser Fläche senkrechten Richtung abweicht, und den Winkel wunschgemäß zu ändern. Zu diesem Zweck wurde der elektro- akustische Übertrager, gewöhnlich ein Kristall, drehbar in einer Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, gen lagert, die in einem Behälter eingeschlossen war, der in fester Berührung mit der Eintrittsfläche gehalten werden konnte. Bei dieser Vorrichtungsform entstehen Schwierigkeiten bei der Anwendung, außerdem war die Vorrichtung durch die Verwendung von Quecksilber gefährlich.
• Das Hauptziel der Erfindung -ist, einen unter. veränderlichen Winkeln arbeitenden Umwandler zu -schaffen, der leicht und sicher verwendet werden kann und der die Übertragung von Ultraschallwellen oder Stößen in einen Gegenstand hinein unter jedem gewünschten Winkel innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ermöglicht.
• Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung. In der Zeichnung ist Fig. I ein senkrechter Schnitt eines unter - veränderlichen Winkeln arbeitenden, die Erfindung enthaltenden Übertragers, bei dem die Teile in einer Stellung stehen, um Erschütterungen unter einem größten Winkel zur Senkrechten zu übertragen, Fig. 2 eine der Fig. I entsprechende Ansicht, in der die Teile in der Stellung stehen, um Erschütterungen bei einem Kleinstwinkel (0°) zur Senkrechten in übertragen, und Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung.
• Fig. I zeigt einen elektro-akustischen Umwandler 10 in Form eines piezoelektrischen Kristalls, der auf elektrischem Wege von einer geeigneten Wechselstromquelle aus erregt werden kann, so daß der Kristall in eirier bestimmten Frequenz schwingt. Der Kristall wandelt die elektrischen Schwingungen in mechanische Erschütterungen um, die in einen Gegenstand I2 hinein durch eine Eintrittsfläche 15 des Gegenstandes eingeführt werden.
• Der Gegenstand 12 kann eine einer Diesellokomotive zugehörende Achse mit einer Anzahl Lagerflächen I6, I7, I8 von allmählich zunehmendem Durchmesser sein. Unter diesen Umständen können die in den Gegenstand senkrecht zur Fläche 15 eingeführten Erschütterungen, wie durch die gestrichelte Linie A angedeutet, die Außen ab schnitte der Teile 17 und 18 nicht erreichen, und wenn ein Fehler, z. B. Fehler D, in diesen Zonen liegt, wird keine Reflexion der Vilbrationen von D aus erhalten. Die in diesen Zonen. liegenden Fehler werden deshalb nicht gefunden,. Aus diesen Grunde ist es erwünscht, die Kristallvibrationen in den Gegenstand hinein unter einem Winkel zu übertragen, so daß .sie einer durch die gestrichelte Linie B angedeuteten Bahn folgen, die den Viibrationen ermöglicht, die Außenzonen der vergrößerten Zapfenteile 17 und I8 zu erreichen und auf einen Fehler, z. B. den Fehler D, zu treffen, so daß eine Reflexion der Wellen zurück zu dem aussendenden Kristall stattfindet.
• Bei der Prüfung von Gegenständen ist es oft erwünscht, den Übertragungswinkel zu ändern, damit das ganze I'nnere eines unregelmäßigen Gegenstandes, z. B. der dargestellten Diesellokomotivachse, geprüft werden kann. Die gestrichelten Linien A, B, C:und E zeigen .die Vielzahl der Winkel, die bei der Prüfung eines solchen Gegenstandes angewendet werden müssen. Um das Prüfen- -eines Gegenstandes über einen weiten Winkelbereich zu ermöglichen, wird der Kristall 10 auf einen Keilaufban gelagert, der aus' zwei Keilteilen besteht, nämlich aus einem oberen Keilteil 20 und einem unteren Keilteil 30. Die Teile bestehen aus seinem die Erschütterungen leitenden Stoff, z. B.
• Plexiglas. Die Grundflhche 21 des oberen Keilteile--s 20 ruht auf Grundfläche 3I des unteren Keiles teiles 30 auf und ist auf dieser Fläche drehbar.
• Die geneigte Fläche bildet einen Winkel alpha mit Bezug auf ihre Grundfläche, während die geneigte Fläche 32 einen Winkel beta mit Bezug auf die Grundflhche 31 bildet. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung sind die Winkel alpha und beta additiv, so daß sich ein Gesamthöchstwinkel y für den Keilaufbau ergibt. Sobald der obere Keilteil 20 um eine Achse, die senkrecht zu den aufeinanderliegenden Flächen 21 und 3I liegt, gedreht wird, verkleinert sich der Winkel des Keilaufbaues-, d. h. je weiter der Keilteil 20 aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung heraus gedreht wird, desto größer ist der Winkel, der von y abgezogen werden muß. Durch Drehen des Keilteiles 20 um 1800 wird mit dem Keilaufbau ein Kleinstwinkel erreicht. Wenn Winkel alpha gleich Winkel beta ist, ist der Keilaufbauwinkel gleich Null, und die Vibrationen werden senkrecht in die Fläche I5 übertragen. Es kann also auf diese Weise lediglich durch Drehen des Keilteiles 20 auf Keilteil 30 jeder gewünschte Übertragungswinkel zwischen o° und y erhalten werden.
• Bei der Durchführung kann der Keilteil 30 in dem unteren Ende eines Gehäuses festgelegt und so gelagert werden, daß die Keilfläche 32 über die untere Kante des Gehäuses vorsteht. Der obere Keilteil 20 kann in einem Gehäuse 41 befestigt werden und steht über das Gehäuse vor. Die Lagerfläche ist die Zwischenfläche 2I und 3I. Ein ölfilm kann als Verbindungsmittel an der Zwischenfläche verwendet werden. .Zwischen einem Deckel oder einem Abschluß 51 und dem Gehäuse 41 kann eine Feder 50 eingeschaltet sein, um d.ie Keile in Kupplungsstellung zu halten. Die elektrischen Anschlußleitungen 52 zum Kristall gehen durch eine Öffnung 53 des Deckels hindurch. Zur Drehung des Ringes 41 auf seiner Lagerfläche ragt ein am Ring befestigter Vorsprung 45 durch einen Bogenschlitz 46 des Gehäuses, hindurch. Der Vorsprung kann in einem Zeiger 47 enden, der mit einer Skala an dem Gehäuse (Fig. 3) zusammenarbeitet, um die Größe des Winkels @ anzugeben.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zum Übertragen von Ultraschallerschütterungen in einen Gegenstand hinein durch eine Eingangsfläche des Gegenstandes hindurch und zur Aufnahme von Erschütterungen aus dem Gegenstand unter einem zur Senkrechten auf der Oberfläche- geneigten Winkel, dadurch gekennzeichnet, daß -die Vorrichtung besteht aus, zwei die Erschütterungen übertragenden Keilen, von denen jeder eine Grundfläche und eine zu der Grundfläche geneigte Oberfläche hat, aus einem Kristall, der auf der Schrägfläche des einen Keiles gelagert ist, während die Schrägfläche des andelren Keiles mit der Eingangsfläche des Gegenstandes in Berührung steht, und aus einer Vorrichtung, um die Keile relativ zueinander auf ihren Berührungsgrundflächen zu drehen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel der Oberflächen der Keile gleich sind, so daß der Übertragungswinkel bei einem 180° betragenden Umlauf dieser Keile von Null auf die doppelte Größe des Neigungswinkels eines Keiles sich ändert.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur relativen Drehung der Keile auf ihren Berührungsflächen besteht aus einem Gehäuse, aus einer Einrichtung zum festen Tragen eines der Keile in diesem Gehäuse und aus einer Einrichtung, um den anderen Keil drehbar in dem Gehäuse z,u tragen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Öffnung aufweist und daß die drehbare Trageinrichtung einen Vorsprung hat, der sich durch. diese Offnung hindurch erstreckt, so daß der drehbare Keil gedreht zu' werden vermag.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Bogenschlitz aufweist und èine mit dem. Schlitz zusammenarbeitende, in Winkelgrade eingeteilte Skala vorgesehen ist, wobei der durch den Schlitz hiedurch sich erstreckende Vorsprung mit der Skala zusammenarbeitet, so daß der drehbare Keil gedreht werden kann und sein Drehungswinkel auf der Skala angegeben wird.

   Angezogene Druckschriften: Journal of the Iron and Stell I, 1946, S. 321 bis 328; P o h l, R. W., Einführung in die Optik, Springer-Verlag, Berlin, 1943, 5. 9, Abb. I8.