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Einrichtung zur Kontrolle der Wandungen bei der Fertigung von Schläuchen
und Rohren mittels radioaktiver Strahler
Bei der Fertigung von Schläuchen und Rohren
aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit Hilfe von Kolben- oder Schneckenstrangpressen,
Ziehpressen, Walzwerken usw. ist der Anteil der durch fehlerhafte Durchmesser und
Wanddicken (Abweichungen in Längs- und Umfangsrichtung) entstehenden Ausschuß erzeugnisse
häufig sehr beträchtlich. Insbesondere bei großen Soll-Durchmessern bzw. -Wanddicken
und strengen Toleranzforderungen ergeben sich oft erhebliche Mengen fehlerhaften
und unbrauchbaren Schlauch- bzw.
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Rohrmaterials. Eine nochmalige Verarbeitung des Ausschußmaterials
auf der gleichen Maschine ist, wenn nicht unmöglich, so doch in jedem Falle unwirtschaftlich,
zumal das Material (Metall, Kunststoff usw.) vor der nochmaligen Verarbeitung im
allgemeinen neu aufbereitet (eingeschmolzen, geliert usw.) werden muß.
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Die Entnahme von Stichproben während der Herstellung gibt zwar die
Möglichkeit, Abweichungen von den Soll-Maßen bei einem Teil der Erzeugnisse zu überwachen
und die Betriebsbedingungen - Einstellung des Ringspaltes zwischen dem Dorn und
den äußeren Arbeitswerkzeugen (Mundstück, Matrize, Walzenpaar usw.) in bezug auf
Spaltweite und Zentrizität, ferner Temperaturen, Arbeitsgeschwindigkeiten (Kolben
- Vorschubgeschwindigkeit, Schneckendrehzahl, Zieh-
geschwindigkeit
usw.) - zu korrigieren; doch ist diese diskontinuierliche Kontrolle in vielen Fällen
nicht ausreichend, zumal die Abstände zwischen den einzelnen Stichprobenentnahmen
nicht beliebig verkürzt werden können, wenn größere zusammenhängende Schlauch- bzw.
Rohrlängen hergestellt werden sollen.
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Die Forderung der einschlägigen Industrien nach einer fortlaufenden
oder in beliebig kurzen Zeitabständen durchführbaren Maßkontrolle bei der Fertig
gung von Schläuchen und Rohren - und zwar einer Kontrolle der Wandungen in Längs-
und/oder Umfangsrichtung des Erzeugnisses - wird daher bereits seit Jahrzehnten
gestellt.
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Eine den Erfordernissen dèr Betriebspraxis entsprechende Einrichtung,
mit der dieses Problem gelöst werden könnte, ist jedoch bisher nicht bekanntgeworden.
- Ein wesentliches Erschwernis bei der praktischen Lösung der meßtechnischen Aufgabe
bestand darin, daß der Innenraum des Rohres bzw.
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Schlauches während des Fertigungsvorganges im allgemeinen nicht oder
doch nur vom freien (offenen) Ende des Rohres her zugänglich ist, welches sich laufend
immer weiter von der - möglichst in der Nähe der Fertigungseinrichtung an-=eordneten
- Meßstelle entfernt.
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Es ist zwar bekannt, y-Strahlen aussendende radioaktive Präparate
in Verbindung mit Zählrohren für die Wanddickenkontrolle bei Rohren endlicher Länge
zu verwenden. Dabei befindet sich der Strahler außerhalb, das Zählrohr innerhalb
des Rohres, und zwar möglichst nahe der zu messenden Rohrwandung. Auch werden radioaktive
Präparate in Verbindung mit Zählrohren oder Ionisationskammern für die Prüfung hohlzylindrischer
Teile auf Dicke, Lunker, Poren, Gasblasen, Schlackeneinschlüsse usw. benutzt, wobei
das radioaktive Präparat sich im inneren Hohlraum des zu prüfenden Teiles nahe der
Wandung, also außerhalb der Achse des Prüflings befindet. Die zu prüfenden Teile
werden in drehender Bewegung (Einspannung auf Drehbank oder dgl.) bzw. in schraubenartiger
Bewegung (z. B. Führung auf Rollenbahnen mit schräggestellten Rollen) mit der zu
durchstrahlenden Wandung zwischen dem Strahler und den Meßkammern hindurchgeführt.
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Die im Inneren des Prüflings befindlichen Teile der Meßanordnung
(Strahler bzw. Meßkammer) müssen dabei an mehr oder weniger langen Stangen bzw.
Rohren befestigt werden. Abgesehen von der Beschränkung auf begrenzte Rohrlängen
ist diese Art der Montage besonders bei langen Rohren nicht nur außerordentlich
umständlich, sondern auch für die Genauigkeit der Messung ungünstig, da eine unveränderliche
Lage zwischen Strahler und Meßkammer sich hiermit kaum erreichen läßt.
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Auch ist der Meßbereich dieser Anordnungen, soweit sie mit Zählrohren
oder gar mit Ionisationskammern im Inneren des Prüflings arbeiten, auf größere Innendurchmesser
beschränkt.
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Es ist bekannt, bei gewalzten Rohren die Messung während der Fertigung
mit Hilfe einer harten Strahlung (Röntgen- oder y-Strahlung) unter Verwendung eines
Zählrohrgerätes vorzunehmen. Dabei befinden sich sowohl die Strahlenquelle als auch
das Zählrohr außerhalb des gewalzten Rohres, und zwar in diametraler Lage zueinander.
Die Strahlung wird quer zur Rohrachse unter Benutzung geeigneter Blenden geführt
und auf der gegenüberliegenden Seite die nach Durchdringung der beiden Rohrwände
verbleibende Strahlung gemessen. Dieses Verfahren ist dem speziellen Zweck der Wauddickenmessung
in den einzelnen Sektoren der Rohrwandung in keiner Weise angepaßt. Selbst bei Begrenzung
des Strahlenbündels durch Blenden kann in der beschriebenen Anordnung nur eine Art
»Summenwert« für die aus den beiden durchstrahlten Wanddicken zusammengesetzte Nilaterialschicht
gemessen werden. Dieser Meßwert gibt jedoch kein echtes Maß für die Summe der beiden
Wanddicken, da die Durchstrahlung des dem Strahler am nächsten gelegenen Wandabschnittes
unter anderen geometrischen Bedingungen erfolgt als die des gegenüberliegenden Wandabschnittes,
es sei denn, daß die Blendenschlitze auf beiden Seiten des Rohres extrem klein eingestellt
werden, was aber wegen des damit verbundenen Intensitätsverlustes und der entsprechenden
Erhöhung der Zeitkonstante der Meßanordnung unzulässig ist. Die geometrischen Bedingungen
bei der Durchstrahlung der diametral einander gegenüberliegenden Wandabschnitte
sind um so unterschiedlicher, je größer der Außendurchmesser des Rohres im Verhältnis
zum Abstand der Strahlenquelle und je kleiner der Innendurchmesser des Rohres ist.
Aber selbst wenn das Ergebnis ein echtes Maß für die Summe der beiden Wanddicken
wäre, würden doch die Wanddicken in den einzelnen Sektoren nach diesem Verfahren
nicht feststellbar sein. Insbesondere würde sich eine in der Durchstrahlungsrichtung
vorhandene Exzentrizität der Rohrdurchmesser aus dem gemessenen Summenwert nicht
erkennen lassen.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, welche bei der Fertigung
von Schläuchen und Rohren eine fortlaufende Kontrolle der Wanddicke, gegebenenfalls
auch eine Kontrolle der konzentrischen Lage von Innen- und Außenwand, ermöglicht.
Die Einrichtung arbeitet nach dem an sich bekannten Prinzip, daß die Schwächung
radioaktiver Strahlungen durch eine Masse-Schicht als ein relatives Maß für die
Dicke (genauer: das in g/cm2 gemessende »Flächengewicht«) der durchstrahlten Schicht
verwendet wird. Das besondere Merkmal des Erfindungsgegenstandes besteht darin,
daß der oder die Strahler in das Schlauch- oder Rohrinnere hineinragend an dem von
dem Schlauch oder Rohr umschlossenen Formwerkzeug gegenüber einer oder mehreren
außen gelegenen Meßkammern angebracht wird. - Bei Verwendung eines einzelnen Strahlers,
der kon- oder exzentrisch am inneren Formwerkzeug angeordnet sein kann und mit einer
einzelnen Meßkammer zusammenarbeitet, ergibt sich eine besonders einfache Ausführung
einer solchen Einrichtung. - Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das System Strahler/Meßkammer(n)
mit
einer an sich bekannten Vorrichtung zur Überwachung des Außendurchmessers
des Schlauches bzw. Rohres verwendet wird.
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Im einzelnen besteht die erfindunsgemäß ausgeführte Einrichtung aus
folgenden Hauptteilen: I. Einem oder mehreren radioaktiven Strahlern. vorzugsweise
einem einzelnen fl-Strahler, der mittels eines kurzen biegungssteifen Präparate
halters koaxial und konzentrisch zum Austritt>sringspalt der Arbeitsmaschine
im Inneren de} Schlauches bzw. Rohres an dem von dem entstehenden Schlauch bzw.
Rohr umschlossener? Formwerkzeug (Spritzdorn, Ziehdorn. Walzdorn usw.) angeordnet
ist. Das radioaktive Präparat befindet sich in einer die Strahlungsintensität nur
wenig mindernden Kapsel, die soweit stärkere thermische Beanspruchungen zu erwarten
sind - zweclmäßig aus dünnen hitzebeständigem Blech (etwa Wolfram) oder aus keramischem
Material besteht.
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2. Einer oder mehreren Meßkammern, vorzugsweise Ionisationskammern,
die außerhalb des Prüflings montiert und in ihrer Form und räumlichen Anordnung
dem zylindrisch-symmetrischen Meßproblem angepaßt sind.
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3. Dem eigentlichen Anzeigegerät, welches die von der oder den Meßkammer(n)
gelieferten schwachen elektrischen Impulse nach entsprechender Verstärliung in Zeigerausschläge,
I,ichtsignale oder dgl. umwandelt.
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Eine Beispielsausführung der Einrichtung mit vier Ionisationskammern
für den Fall einer Schlauchpresse (Extruder) ist in Abb. I (Längsschnitt) und 2
(Querschnitt) schematisch dargestellt.
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Dabei bedeutet 1 = Mundstüch. 2 = Dorn, 3 = Schlauch bzw.
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Rohr, 4=Präparathalter, 5=radioaktives Präparat (p-Strahler langer
Halbwertzeit), 6 = lonisationskammern.
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Der Präparathalter 4 ist mit einer Längsbohrung und einer Querbohrung
versehen, um durch den Dorn eventuell Luft in den Innenraum des Schlauches bzw.
Rohres einblasen zu können. Die Blasluft kann sowohl zur Abstützung der Wandung
als auch zur Durchmesserregelung, als auch zur Kühlung des Schlauches bzw. Rohres
und/oder Präparathalters 4 dienen.
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Eine Kühlung des Präparathalters 4 und des radioaktiven Präparates
selbst kann zweckmäßig oder notwendig sein, um größere Lageänderungen des Strahlers
und/oder nachteilige chemische Veränderungen (Zersetzung) bzw. physikalische Veränderungen
(Phasen-Umwandlungen) des Präparates zu vermeiden.
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Zur Verringerung der Wärmeübertragung über die Halterung empfiehlt
es sich, den Präparathalter 4 ganz oder teilweise aus Material mit einem geringen
Wärmeleitwert herzustellen.
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In Abb. 2 ist die radioaktive Strahlung nur in einem Sektor angedeutet.
Nicht dargestellt ist die Halterung der Ionisationskammern. Diese stützt sich auf
das Ende des Zylinders der Strangpresse ab; auf diese Weise wirken sich Vibrationen
usw. dieses Zylinders in etwa gleicher Weise auf den Strahler 5 und die Meßkammern
6 aus, so daß beide trotz der Unruhe der Arbeitsmaschine in praktisch unveränderter
Lage zueinander bleiben.
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Das ebenfalls nicht dargestellte Anzeigegerät kann ausgerüstet sein
mit: a) vier separaten Anzeigeinstrumenten für die einzelnen Ionisationskammern
oder 1)') einem einzelnen Anzeigeinstrument, welches mit Hilfe eines Umschalters
nacheinander auf die verschiedenen Kammern geschaltet wird oder c) zwei Anzeigeinstrumenten,
wobei jedes einzelne Instrument nacheinander auf zwei diametral einander gegenüberliegende
Kammern geschaltet wird.
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Zum Schutz der Bedienung gegen schädliche Einflüsse der radioaktiven
Strahlung werden die seitlich von den Ionisationskammern 6 gelegenen Schlauch- bzw.
Rohrabschnitte ebenso wie die Ionisationskammern selbst zweckmäßig mit einem Schutzmantel
aus Bleiblech od. dgl. umgeben.
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In manchen Fällen empfiehlt es sich, das System Strahler/Meßkammer(n)
mit einer Vorrichtung zur Überwachung des Außendurchmessers des Schlauches bzw.
Rohres zu kombinieren. Hierfür kommen insbesondere mechanische und aeromechanische
Meßmittel in Frage. Soweit diese auf den Prüfling einen Meßdruck ausüben, der den
Prüfling im heißen Zustand deformieren könnte, wird zwischen der Austrittsstelle
und der Kontrollstelle zweckmäßig eine Kühlung vorgesehen.
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Die Kombination von Wanddicken- und Außendurchmesser-Kontrolle hat
unter anderem folgende Wirkungen: Bei der Fertigung von Schläuchen bzw. Rohren sind
in dem aus mehreren Teilen bestehenden Produktions-Aggregat im allgemeinen drei
regelbare bzw. justierbare Gruppen zu unterscheiden, nämlich a) Hauptantrieb (beispielsweise
Antrieb einer Schneckenpresse), b) Arbeitswerkzeuge (beispielsweise zylindrische
Spritzmundstück und axial anstellbarer konischer Spritzdorn) und c) Antrieb des
Rohrabzugs. Wenn nun durch eine Strahlungsmessung eine in allen Teilen des Rohrquerschnittes
zu kleine oder zu große Wanddicke festgestellt wird, so kann diese sowohl durch
einen fehlerhaften Innendurchmesser als auch durch einen fehlerhaften Außendurchmesser
verursacht sein. Im ersteren Falle würde beispielsweise bei einem aus zylindrischem
Mundstück und axial anstellbarem konischem Dorn bestehenden Arbeitswerkzeug die
Einstellung des Dornes zu korrigieren sein. Im anderen Falle dagegen müßte das Verhältnis
von Ausstoßgeschwindigkeit zu Abzugsgeschwindigkeit (also Hauptantrieb/Abzugsantrieb)
nachgeregelt werden. Nur durch eine gleichzeitig mit der Strahlungsmessung erfolgende
Kontrolle des Außendurchmessers kann entschieden werden, welche Nachstelloperationen
auszuführen sind. In diesem Falle wird also die praktische Auswertung der Strahlungsmessung
durch die Kombination mit einer Durchmesserkontrolle überhaupt erst ermöglicht.
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I)as beschriebene Verfahren und die entsprechende Einrichtung ermöglichen
die kontinuierliche Überwachung der zueinander koaxialen und konzentrischen Lage
der Innen- und Außenflächen von Schläuchen und Rohren sowie (bei konstanter Älaterialdichte)
die Messung der Schlauch- bzw.
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Rohrwanddicken in den einzelnen Sektoren bei beliebigen Schlauch-
bzw. Rohrlängen und in weiten Grenzen ohne Beschränkung auf bestimmte Durchmesser,
Durchlaufgeschwindigkeiten und Materialtemperaturen, sowie die Nachjustierung derArbeitswerkzeuge
und die Nachregulierung der Arbeitsgeschwindigkeiten. Die Meßgenauigkeit und die
Betriebssicherheit der Einrichtung entsprechen in jeder Weise den Erfordernissen.