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Vorrichtung zum Prüfen der Dichte von eingeschweißten Verschlußstopfen
von Hohlventilen
Es ist bereits bekannt, die Prüfung von Schweißungen und Lötungen
durch Ultraschall nach dem sogenannten Durchstrahlungsverfahren vorzunehmen. Zu
diesem Zweckzwi,rd an geeigneter Stelle das Werkstück mit einem Ultraschallsendekopf
in Berührung gebracht. Die vom Werkstück durchgelassene Ultraschallenergie wird
auf der anderen Seite des Werkstückes oder nach Reflexion an der. Rückseite einer
V-förmigen Durchstrahlung des Prüflings auf der gleichen Seite einem Empfangsschallkopf
zugeführt. Dort werden die Ultraschallwellen wieder in elektrische Energie zurückverwandelt
und verstärkt zur Anzeige gebracht.
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Es wird also die durchgelassene Ultraschallenergie bzw. deren Verlust
auf ihrem Weg durch das Werkstück gemessen.
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Bei der Prüfung von Schweißnähten an Gegenständen mit mindestens
einer gekrümmten Außenfläche hat man bisher nur die V-förmige Durchstrahlung angewandt,
welche sich überraschenderweise gerade für die Prüfung der Schließzapfen von Ventilen
als ungeeignet zeigt, wie die Fig. I der Zeichnung am Querschnitt eines Hohlventils
mit einem im Zentrum des Ventilteiles verschweißten Verschlußstopfens zeigt. Es
war nach dem bisher üblichen Verfahren für derartige Körper das Nächstliegende,
einen der Schallköpfe bei a und den anderen bei a' anzusetzen. Bei dieser Anordnung
wird der Schallstrahl im Punkt b reflektiert.
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Der Verlauf des Schallstrahles bringt es mit sich, daß er die Schweißfuge
zweimal, und zwar bei d und e, durchdringt, so daß man dann, wenn das
Anzeigegerät
eine Schadensstelle der Schweißnaht anzeigt, nicht weiß, auf welcher Seite der Schweißringfuge
diese Schadensstelle liegt.
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Demzufolge wird nach der Erfindung vorgeschlagen, einen der Schallköpfe
auf den Verschlußstopfen von innen nach außen gerichtet und den anderen auf der
Rückseite des Ventiltellers diesem gegenüber aufsitzen zu lassen, so daß die Schweißringfuge
nur einmal, und zwar geradlinig durch strahlt wird, wie der kreuz schraffierte Strahl
f in Fig. I zeigt. Man erzielt damit zugleich den weiteren Vorteil, daß der Schall
strahl f die Schweißfuge in ihrem äußeren Bereich durchdringt, in welchem gerade
eine besonders zuverlässige gasdichte Schweißung verlangt wird.
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Dazu dient eine Vorrichtung, welche es erlaubt, eine derartige Prüfung
im Zuge der Serienfertigung von mit einem Hohlstopfen verschlossenen Ventilen vorzunehmen.
Die Vorrichtung besteht darin, daß zwei nach drei Richtungen hin grob und fein einstellbare
Schallköpfe gegenüber einem umlaufenden und mit einer automatischen Antriebsabschaltvorrichtung
versehenen Schnellspannfutter angeordnet sind, derart, daß sich einer der Schallköpfe
durch bloßes Heranschwenken und kurzes Vorschieben auf den mit dem Ventil verschweißten
Verschlußstopfen aufsetzt, während der andere Schallkopf in seiner grob eingestellten
Gebrauchslage bleibt und lediglich durch kurzes Vorschieben in seine Arbeitsstellung
sich gegen die Rückseite des durch einen Anschlag im Spannfutter festgelegten Ventils
legt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in Fig. 2 in einem Ausführungsbeispiel
schaubildlich dargestellt. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, wird nach der Erfindung
vorgeschlagen, den zweiten Schallkopf a' nicht auf der gleichen Ventiltellerseite
dem Schallkopf a gegenüber anzuordnen, sondern auf der Ventiltellerunterseite bei
a". Dementsprechend nimmt ein scharfer, gerader Schallstrahlf einen kürzesten Weg
von a nach a oder umgekehrt, je nachdem der Schallkopf a oder der Schallkopf a"
Sendekopf ist.
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Bei der Vorrichtung nach dem Schaubild von Fig. 2 ist der an der
Ventiltellerrückseite aufsitzende Schallkopf wieder mit a und der zweite Schallkopf
mit a" bezeichnet. Nach dem Geräteschema von Fig. 3 wirkt der Schallkopf a" als
Sender und der Schallkopf a als Empfänger. Es könnte aber auch gerade umgekehrt
sein. Beide Schallköpfe sind mit ihrer zugehörigen elektrischen Impulsgeber- und
Empfängereinrichtung in einem Rohr I, I" angeordnet, das jeweils in einem Mantelrohr
2, 2H durch Zapfen und Schlitze 3, 3" geführt bzw. undrehbar, jedoch längs verschieblich
gelagert ist. Das Mantelrohr 2" kann mit Hilfe eines Schneckentriebes 4 um die Achse
1 eines Gabelkopfies 5 z. B. waagerecht geschwenkt werden. Es ist der Gabelkopf
5 mittels eines zweiten Schneckentriebes 6 um die Achse II eines Halteschaftes 7
verschwenkbar. Außerdem ist mit Hilfe einer Spannschraube 8 auch eine axiale Verstellung
und Festlegung des Schaftes 7 möglich. Der Tragarm g des Schaftes 7 sitzt schwenkbar
und mittels eines Handgriffes 10 feststellbar auf einer Säule. Die Schwenklage des
Tragarmes g ist durch den Anschlag 12 eines Ringes I3 bestimmt, der ebenfalls auf
die Säule II aufgeschoben ist und mittels einer Stellschraube 14 ein- und festgestellt
werden kann.
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Eine aus der Zeichnung nicht ersichtliche Feder ist bestrebt, das
Rohr It' mit dem Schallkopf a" nach vorn zu verschieben. Der Verschiebeweg ist neben
der Begrenzung durch die Stift- und Schlitzführung 3 auch durch einen Federriegel
I5, eine Federspange od. dgl. begrenzt, wenn man den Riegel 15 aus'der Stellung
von Fig. 2 in die Lage von I5' umlegt. Auf ähnliche Weise ist die Halterung des
Schallkopfes a konstruiert. Mittels des Schneckentriebes I6 kann das Mantelrohr
2 um die Achse III quer verschwenkt werden. Eine vertikale Verstellung ist ebenfalls
mittels eines aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Schneckentriebes, der auf der
Rückseite angeordnet ist, um die Achse IV möglich. Für die Begrenzung der Teleskopbewegung
des Rohres I ist wiederum ein Federriegel I7 auge ordnet. Eine Verstellung der Säule
II in einem zugehörigen Fußgestell ist durch einen Handgriff I8 möglich. Über dem
Rohr 2 und dem Rohr 2" gegenüber ist ein Schnellspannfutter 19 vorgesehen, dessen
Backen mit Hilfe von Konushülsen od. dgl durch einen Drehgriff 20 rasch geschlossen
und geöffnet werden können. Über eine biegsame Welle 21, eine Kupplung 22 und einen
Schneckentrieb 23 kann das Spannfutter 19 in Umlauf gesetzt werden.
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Der Antrieb erfolgt zweckmäßigerweise elektrisch über einen Drehzahl-
und Drehrichtungsregler.
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Zwischen dem Schneckentrieb 23 und dem Spannfutterbackenverstellring
20 ist noch eine Nockenscheibe 24 für einen elektrischen Abschalter 25 vorgesehen.
Das zu untersuchende Ventil ist mit 27 bezeichnet.
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Das kombinierte Ultraschallsende- und Empfbangsgerät ist in einem
gemeinschaftlichen Gehäuse 28 (Fig. 3) untergebracht. Die Kabelverbindung vom Schallkopf
a" führt z. B. zum Sender 29 mit einer Vorstufe 30 und einem Netzteil 31. Der Schallkopf
a ist an einen Hochfrequenzverstärker 32 mit Gleichrichter 33, Verstärker 34 und
Regler 35 angeschlossen. Zwei Signallampen 36 und 37 zeigen die Betriebsbereitschaft
von Sende- und Empfangsgerät an. Mit 38 ist noch ein Relais bezeichnet und mit 39
eine Stromweiche. Die Strahlintensität im Empfänger wird durch ein Zeigerinstrument
40 angezeigt.
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Die Handhabung und Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 ist
folgende: Sendeschallkopf a" und Empfangsschallkopf a sind eingeschaltet. In das
noch nicht umlaufende Spannfutter Ig wird das zu untersuchende Ventil so tief eingespannt,
bis dessen rückwärtiges Schaftende auf der Rückseite des Spannfutters austritt und
an einer fein einstellbaren Anschlagschraulx 4I anliegt. Der Tragarm g ist dabei
noch weit im Sinne des Uhrzeigers aus der Stellung nach Fig. 2 herausgeschwenkt.
Die grobe Einstellage des Schallkopfes 2 liegt jedoch fest. Es wird lediglich
das
Rohr I durch die in ihre waagerechte Lage geklappte Verriegelung 17 in seiner rückwärtigen
Lage festgehalten, so daß die Tastspitze des Schallkopfes a nur wenige Millimeter
vor der Rückseite des Ventiltellers 27 liegt. Ist das Ventil 27 durch Zusammenspannen
der Backen durch den Ring 20 festgelegt, dann wird der Riegel 17, wie die Fig. 2
zeigt, hochgeklappt. Damit vermag die Feder der Teleskoprohrhalterung 2, I das Rohr
I nach vorn zu verschieben, bis die Tastspitze des Schallkopfes 2 an der Rückseite
des Ventiltellers 27 anliegt. Hierauf wird der rechte Arm g mit dem Schaft 7 so
weit gegen das Ventil zu um die Säule I3 verschwenkt, bis der Anschlag I2 wirksam
wird.
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Somit liegt auch der Sendeschallkopf a" dicht vor der Unterseite des
Ventiltellers 27, daß dann, wenn man die Verriegelung I5 aus der Stellung I5' in
die Stellung 15 hochschwenkt, die Feder der Teleskopführung I", 2" den Schallkopf
d' so weit nach vorn schiebt, bis sich seine Tastspitze gegen den Verschlußstopfen
des Hohlventils legt, wie die Fig. I zeigt. Ist das Gerät so vorbereitet, dann wird
durch einen vorgesehenen besonderen Startschalter die elektrische Antriebsvorrichtung
des Spannfutters 19 eingeschaltet. Mit dem Umlaufen des Spannfutters dreht sich
auch das Ventil. Dabei wandert die zu untersuchende Schweißringfläche an den Tastspitzen
der beiden Schallköpfe vorbei, und jede Schwankung der Schallintensität wird in
bekannter Weise durch das Zeigerinstrument 40 angezeigt.
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Sobald dessen Ausschlag eine bestimmte Winkelgröße, die farbig gekennzeichnet
sein kann, ülbersteigt, ist das unttrsuchte Ventil zum Ausschuß zu zählen. Sobald
das Ventil oder Spannfutter eine volle Umdrehung ausgeführt hat, wird der Nocken
24 am Abschalter 25 wirksam mit der Folge, daß der Spanufutterantrieb abgeschaltet
wird und das Spannfutter mit dem Ventil stehenbleibt. Nunmehr werden die Riegel
I5 und I7 wieder umgelegt und damit die Schallköpfe a und a" wieder auf wenige Millimeter
Entfernung von der Ventiltelleroberfläche abgehoben. Anschließend wird der Tragarm
7, 9 wieder vom Ventil so weit abgeschwenkt, daß man nach Lösen der Spannfutterbacken
das Ventil abnehmen kann.
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Im Rahmen der Erfindung kann der einfache Sperriegel I5 auch durch
einen mehrfach abgestuften Riegel oder ein Zahnstangentriebwerk ersetzt werden.