WO2018113995A1 - Welle mit ultraschallprüfkopf, verfahren zur in-situ-detektion einer veränderungsstelle einer welle und verwendung einer welle - Google Patents

Welle mit ultraschallprüfkopf, verfahren zur in-situ-detektion einer veränderungsstelle einer welle und verwendung einer welle Download PDF

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shaft
cavity
rotation
ultrasound
ultrasonic
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Stefan Biniszkiewicz
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Thyssenkrupp Millservices & Systems Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • Ultrasonic probe shaft method for in situ detection of a change location of a wave and use of a wave
  • the invention relates to a shaft with ultrasonic probe for use as part of a transmission. Furthermore, the invention relates to a method for in-situ detection of a change point of a wave. The invention also relates to a use of a shaft.
  • Shafts are due to their function of power transmission on the one hand a high stress, which can lead to change in the shaft, for example, for cracking.
  • change points are detected in good time.
  • safety-critical applications for example in wheel axles of rail vehicles, a timely detection of change points is needed.
  • an ex-situ monitoring has the disadvantage that due to the associated regular shutdown of the corresponding facilities operation for the monitoring period is impossible. The associated time and associated costs should be avoided as much as possible.
  • DE 10 2011 051 759 AI An approach for monitoring a rotating shaft, ie for in-situ monitoring, is explained in DE 10 2011 051 759 AI.
  • the method explained in DE 10 2011 051 759 A1 envisages in situ monitoring of a wave on the basis of reflection spectra or ultrasonic responses of ultrasound beams.
  • one or more ultrasonic probes are used, which are arranged stationary on the rotating shaft.
  • As comprehensive a detection of the shaft is achieved by arranging several ultrasonic probes at different positions on the shaft. In particular, an arrangement is provided on an end face or on a circumference of the shaft.
  • this device and the procedure provided with it has the disadvantage that due to the required for a comprehensive monitoring arrangement of multiple ultrasonic probes a lot of effort.
  • the present invention has for its object to provide a comprehensive in-situ monitoring of a wave for which a smaller number of used ultrasonic probes is sufficient than in the known from the prior art examples.
  • the shaft is formed at least along part of its extension as a hollow shaft with a cavity.
  • the ultrasonic probe is disposed on a positioning device located at least partially in the cavity for positioning the
  • Ultrasound probe within the cavity of the shaft such that the ultrasonic probe performs a relative rotation about a rotation axis of the shaft during rotation of the shaft for performing in-situ ultrasonic testing during use of the transmission.
  • the rotation does not necessarily have to have a closed curve; It may also be provided that, in addition to a complete rotation of the ultrasonic test head about the axis of rotation, a movement superimposed on the rotational movement is provided.
  • the ultrasonic test head is arranged on a positioning device located at least partially in the cavity for positioning the ultrasonic test head within the cavity.
  • the positioning device comprises a rolling bearing, which is arranged circumferentially on an inner shell of the cavity for relative rotation of the ultrasonic probe about the axis of rotation. It can be provided, for example, that the ultrasonic probe is arranged by means of a holding arm of the positioning device on the rolling bearing, in which the holding arm of an outer ring or a Inner ring of the bearing is positioned starting in the cavity.
  • Advantage of a positioning on a rolling bearing is that depending on the intended bearing and depending on the arrangement of
  • Positioning device on the outer ring or inner ring takes place relative to the inner shell of the cavity rotational movement takes place or takes place relative to the inner shell of the cavity stationary positioning.
  • the cavity is cylindrical and that a ball bearing designed as a rolling bearing is fitted to an inner shell of the cavity.
  • Spherical roller bearing is provided. This results, inter alia, in the advantage that a risk of deformation of the positioning device or of the ultrasonic test head as a result of load-induced deformations of the hollow shaft during operation is reduced.
  • the ultrasonic probe can also be arranged, for example, on an inner shell of the rolling bearing. Likewise, it can be provided that the ultrasonic probe is embedded in an outer ring of the rolling bearing, whereby the advantage is that the positioning device is part of the rolling bearing and thereby minimizing the required number of components is brought about.
  • Positioning device has a conveyor for moving the ultrasonic probe within the cavity.
  • a conveyor for moving the ultrasonic probe within the cavity.
  • an axial movement can be provided, whereby the advantage is brought about that when using only one ultrasonic probe a comprehensive examination of the shaft is made possible.
  • Transport means comprises a pilgrim step mechanism, a copying unit and / or an electronic drive.
  • the hollow shaft has at least one opening arranged on the front side, in which the positioning device is arranged projecting.
  • the ultrasonic probe and the shaft are designed such that the ultrasonic probe is introduced into the shaft and introduced that the shaft and / or the ultrasonic probe means for reproducing angular orientation of the ultrasonic probe in the cavity of Shaft has.
  • An advantageous development of the invention provides that the ultrasonic probe and the shaft are designed such that the ultrasonic probe is introduced into the shaft introduced and that the shaft and / or the ultrasonic probe has a means for angular position detection of the ultrasonic probe in the cavity of the shaft.
  • Ultrasound spectra a reproduced detection is ensured even after installation of the ultrasonic probe. This advantage is for example in large rolling bearings of particular advantage.
  • the system can also be used on the move. This brings about the advantage that the ultrasonic test head can be placed exactly reproducibly in order to use the system's replaceability periodically for predictive maintenance.
  • the ultrasonic test head is arranged to be movable along a direction parallel to an axis of rotation of the shaft.
  • Ultrasound probe is arranged stationary relative to the transmission.
  • a detection of points of change along a circumference of the hollow shaft as a result of the rotational movement of the shaft given in addition to the present advantage of a simple and thus, among other things, robust construction.
  • the shaft has an access for introducing a coupling-in means between an inner jacket of the cavity of the shaft and a detector region of the ultrasonic probe.
  • the coupling means serves the acoustic coupling.
  • oil, fat, water or a coupling agent based on oil, fat and / or water can be provided as coupling agent.
  • the ultrasonic test head is a single beam test probe or a phased array test head.
  • Another independent concept of the invention provides a method for in situ detection of a change location of a wave.
  • the method comprises the following steps:
  • ultrasonic response refers to a result of a measurement of reflected ultrasonic waves.
  • it may be a sound intensity of ultrasound of one or more or many sound frequencies independently or as a function of a transit time. It may also be possible for an ultrasound response to use the term of
  • Ultrasound spectrum for example, a sound intensity as a function of a
  • Sound frequency represents.
  • the method provides for detection of an ultrasound response as sound intensity of ultrasound waves of a specific sound frequency or of a specific sound frequency range as a function of a transit time of the sound wave.
  • detection of an ultrasound response as the sound intensity of ultrasound waves of a specific sound frequency as a function of a transit time of the sound wave.
  • a specific sound frequency for example, a
  • Sound frequency of 2.5 MHz or 5.0 MHz be provided. But also all other sound frequencies that result in a material to be examined a wavelength in the range of the ultrasonic spectrum can be used.
  • An embodiment of the method provides that a continuous or quasi-continuous repetitive movement of the ultrasonic probe takes place in a direction parallel to an axis of rotation of the shaft.
  • FIG. 1a shaft with ultrasonic test head in a first embodiment
  • Fig. Lb shaft with ultrasonic probe in a second embodiment
  • FIG. 2a ultrasound response without a change site
  • FIG. 1 a shows a shaft with ultrasonic test head 2 in a first embodiment.
  • the shaft 1 with an axis of rotation which is shown in the illustration shown as a dash-dotted straight line, is formed along the entire extension of the shaft as a hollow shaft.
  • the hollow shaft shown has in the embodiment shown along its extension to a same inner diameter, which has a first outer diameter in a first portion and a second outer diameter in a second portion.
  • the shaft is supported, inter alia, with a ball bearing 10.
  • the shaft has a cavity 3 as a hollow shaft. Within the cavity 3, a positioning device 11 is introduced.
  • Positioning device 11 has a ball bearing 8 designed as a ball bearing. Furthermore, the positioning device 11 has a holding arm 4, which is arranged on the rolling bearing.
  • the ultrasonic probe 2 is disposed near the inner shell 9 of the shaft 1 and acoustically coupled thereto via a coupling-in means. Upon rotation of the shaft 1, a relative rotation of the ultrasonic probe 2 about the common axis of rotation of the shaft 1 and the rolling bearing 8 of the positioning device I I takes place. Such rotation may, in the given configuration, for example, be due to an imbalance in the
  • FIG. 1b differs from FIG. 1a in particular in that the
  • Positioning device 11 has a holding arm 4, which protrudes into the cavity 3 via an end opening 12.
  • the holding arm carries the ultrasonic probe 2 coupled to the inner jacket 9 of the shaft, wherein the ultrasonic probe 2 is acoustically coupled to the inner jacket 9 by means of a coupling-in means.
  • An electronic drive is arranged on the holding arm 4, which movement of the Ultraschallprüfkopfes 2 along the support arm 4th
  • FIG. 2 a shows a first ultrasound response, which is obtained with the embodiment according to FIG. 1 at a position of the ultrasonic test head 2 at which there is no point of change.
  • Fig. 2b is a second ultrasonic response to refer to the embodiment is obtained at a position of the Ultraschallprüfkopfes at the one change point is present.
  • the presence of a change point formed as a crack is pronounced in the example shown in a broadening of the middle and the right peak in comparison to the Fig. 2a to be taken ultrasonic response.
  • Ultrasonic waves of a fixed sound frequency in this example of 5 MHz, as a function of a sound transit time t in s.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle (1) mit Ultraschallprüfkopf (2) zur Verwendung als Teil eines Getriebes. Die Welle (1) ist wenigstens entlang eines Teils ihrer Erstreckung als Hohlwelle mit einem Hohlraum (3) ausgebildet. Der Ultraschallprüfkopf (2) ist an einer wenigstens teilweise in dem Hohlraum (3) befindlichen Positioniervorrichtung (11) angeordnet zur Positionierung des Ultraschallprüfkopfes innerhalb des Hohlraums (3) der Welle (1) derart, dass der Ultraschallprüfkopf bei Rotation der Welle (1) eine relative Rotation um eine Rotationsachse der Welle (1) vollzieht zur in-situ Durchführung einer Ultraschallprüfung während einer Verwendung des Getriebes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur in-situ-Detektion einer Veränderungsstelle einer Welle sowie eine Verwendung.

Description

Welle mit Ultraschallprüfkopf, Verfahren zur in-situ-Detektion einer Veränderungsstelle einer Welle und Verwendung einer Welle
Die Erfindung betrifft eine Welle mit Ultraschallprüfkopf zur Verwendung als Teil eines Getriebes. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur in-situ-Detektion einer Veränderungsstelle einer Welle. Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung einer Welle.
Wellen unterliegen aufgrund ihrer Funktion der Kraftübertragung zum Einen einer hohen Beanspruchung, welche zur Veränderung der Welle führen kann, beispielsweise zur Rissbildung. Zum Anderen ist in vielen Anwendungen vorteilhaft, wenn Veränderungsstellen rechtzeitig erkannt werden. Insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen, beispielsweise bei Radachsen von Schienenfahrzeugen, ist eine rechtzeitige Erkennung von Veränderungsstellen vonnöten. Eine ex-situ-Überwachung weist hierfür jedoch den Nachteil auf, dass aufgrund der hiermit verbundenen regelmäßigen Stillegung der entsprechenden Anlagen ein Betrieb für den Überwachungszeitraum unmöglich ist. Der hiermit verbundene Zeitaufwand und die hiermit verbundenen Kosten sollen möglichst vermieden werden.
Ein Ansatz zur Überwachung einer drehenden Welle, also zu einer in-situ-Überwachung, ist in der DE 10 2011 051 759 AI erläutert. Das in der DE 10 2011 051 759 AI erläuterte Verfahren sieht eine in-situ-Überwachung einer Welle auf Grundlage von Reflexionsspektren oder Ultraschallantworten von Ultraschallstrahlen vor. Zur Erfassung dieser Spektren wird einer oder werden mehrere Ultraschallprüfköpfe genutzt, die an der sich drehenden Welle stationär angeordnet sind. Eine möglichst umfassende Erfassung der Welle wird dadurch erreicht, dass mehrere Ultraschallprüfköpfe an unterschiedlichen Positionen an der Welle angeordnet werden. Insbesondere ist eine Anordnung an einer Stirnseite oder an einem Umfang der Welle vorgesehen. Diese Vorrichtung und die mit ihr vorgesehene Vorgehensweise weist jedoch den Nachteil auf, dass aufgrund der für eine umfassende Überwachung erforderlichen Anordnung mehrerer Ultraschalprüfköpfe ein hoher Aufwand entsteht. Dieser Aufwand wird zusätzlich dadurch verstärkt, dass je nach vorliegender geometrischer Konfiguration der Welle eine Nutzung unterschiedlicher Wellenarten, beispielsweise Transversalwelle, Longitudinalwelle oder überlagerte Transversal- und Longitudinalwellen genutzt werden, was den Aufwand zusätzlich erhöht. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umfassende in-situ Überwachung einer Welle zu ermöglichen, für die eine geringere Anzahl von genutzten Ultraschallprüfköpfen ausreichend ist als in den aus dem Stand der Technik bekannten Beispielen.
Die Aufgabe wird mit einer Welle mit Ultraschallprüfkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Verfahren zur in-situ-Detektion einer Veränderungsstelle einer Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie mit der Verwendung des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch den Figuren können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden. Der vorgeschlagene Gegenstand ist nur als Entwurf zur Formulierung der Erfindung aufzufassen, ohne diesen aber zu beschränken.
Es wird eine Welle mit Ultraschallprüfkopf zur Verwendung als Teil eines Getriebes
vorgeschlagen. Die Welle ist wenigstens entlang eines Teils ihrer Erstreckung als Hohlwelle mit einem Hohlraum ausgebildet. Der Ultraschallprüfkopf ist an einer wenigstens teilweise in dem Hohlraum befindlichen Positioniervorrichtung angeordnet zur Positionierung des
Ultraschallprüfkopfes innerhalb des Hohlraums der Welle derart, dass der Ultraschallprüfkopf bei Rotation der Welle eine relative Rotation um eine Rotationsachse der Welle vollzieht zur in-situ Durchführung einer Ultraschallprüfung während einer Verwendung des Getriebes.
Die Rotation muss nicht notwendigerweise eine geschlossene Kurve aufweisen; ebenso kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu einem vollständigem Umlauf des Ultraschallprüfkopfes um die Rotationsachse eine der Rotationsbewegung überlagerte Bewegung vorgesehen ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ultraschallprüfkopf an einer wenigstens teilweise in dem Hohlraum befindlichen Positioniervorrichtung angeordnet ist zur Positionierung des Ultraschallprüfkopfes innerhalb des Hohlraums.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Positioniervorrichtung ein Wälzlager aufweist, das an einem Innenmantel des Hohlraums umlaufend angeordnet ist zur relativen Rotation des Ultraschallprüfkopfes um die Rotationsachse. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ultraschallprüfkopf mittels eines Haltearms der Positioniervorrichtung an dem Wälzlager angeordnet ist, in dem der Haltearm von einem Außenring oder einem Innenring des Wälzlagers in den Hohlraum ausgehend positioniert ist. Vorteil einer Positionierung an einem Wälzlager ist, dass je nach vorgesehener Lagerart und je nach Anordnung der
Positioniervorrichtung an dem Außenring oder Innenring eine relativ zu dem Innenmantel des Hohlraums erfolgende Rotationsbewegung erfolgt oder eine relativ zu dem Innenmantel des Hohlraums erfolgende stationäre Positionierung vorliegt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Hohlraum zylindrisch ausgebildet ist und dass ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager an einem Innenmantel des Hohlraums eingepasst ist.
In einer Weiterbildung kann auch vorgesehen sein, dass das Wälzlager als
Pendelrollenlagervorgesehen ist. Hierdurch ergibt sich unter anderem der Vorteil, dass eine Gefahr einer Verformung der Positioniervorrichtung oder des Ultraschallprüfkopfes infolge belastungsbedingter Verformungen der Hohlwelle im Betrieb reduziert wird.
Der Ultraschallprüfkopf kann weiterhin beispielsweise an einem Innenmantel des Wälzlagers angeordnet sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Ultraschallprüfkopf in einem Außenring des Wälzlagers eingebettet ist, wodurch der Vorteil erfolgt, dass die Positioniervorrichtung Bestandteil des Wälzlagers ist und hierdurch eine Minimierung der erforderlichen Bauteilanzahl herbeigeführt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die
Positioniervorrichtung ein Beförderungsmittel aufweist zur Bewegung des Ultraschallprüfkopfes innerhalb des Hohlraums. Insbesondere kann hierbei eine axiale Bewegung vorgesehen sein, wodurch der Vorteil herbeigeführt wird, dass bei Nutzung auch nur eines Ultraschallprüfkopfes eine umfassende Prüfung der Welle ermöglicht wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise vorsehen, dass das
Beförderungsmittel ein Pilgerschrittgetriebe, ein Kopierwerk und/oder einen elektronischen Antrieb aufweist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Hohlwelle wenigstens eine stirnseitig angeordnete Öffnung aufweist, in welche die Positioniervorrichtung hineinragend angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ultraschallprüfkopf und die Welle derart ausgelegt sind, dass der Ultraschallprüfkopf in die Welle einbringbar ausgebildet ist und dass die Welle und/oder der Ultraschallprüfkopf ein Mittel zur reproduzierten Winkelorientierung des Ultraschallprüfkopfes in dem Hohlraum der Welle aufweist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Ultraschallprüfkopf und die Welle derart ausgelegt sind, dass der Ultraschallprüfkopf in die Welle einbringbar ausgebildet ist und dass die Welle und/oder der Ultraschallprüfkopf ein Mittel zur Winkelpositionsermittlung des Ultraschallprüfkopfes in dem Hohlraum der Welle aufweist.
Eine Gewährleistung einer reproduzierten Winkelorientierung oder einer
Winkelpositionsermittlung hat den Vorteil zur Folge, dass auch bei bauteilbedingt
unregelmäßigen Verteilungen von Ultraschallantworten reflektierten Ultraschalls oder
Ultraschallspektren auch nach einem Einbau des Ultraschallprüfkopfes eine reproduzierte Erfassung gewährleistet ist. Dieser Vorteil ist beispielsweise bei Großwälzlagern von besonderem Vorteil.
Bei Großwälzlagern kommen zusätzliche Rahmenbedingungen, die im Einsatz dieses Verfahrens zu berücksichtigen sind:
Es liegen konstruktionsbedingte Unregelmäßigkeiten der durchschallten Bauteile, beispielsweise in Form von Bohrungen und Schmierstoffkanälen vor,
Es liegen Unregelmäßigkeiten in dem Gefüge im Bereich des Härteschlupfes der
Lauffläche vor, bei mehrteiligen Laufbahnen ergeben sich regelmäßige Unstetigkeiten durch die
Stoßstellen.
Bei Vorhandensein eines Mittels zur reproduzierten Winkelorientierung, beispielsweise in
Ausgestaltung einer geometrisch definierter am Lager verbleibender Aufnahmevorrichtung, oder bei Vorhandensein eines Mittels zur Winkelpositionsermittlung, beispielsweise in Ausgestaltung einer Markierung kann das System auch mobil eingesetzt werden. Dies führt den Vorteil herbei, dass der Ultraschallprüfkopf exakt reproduzierbar platzierbar ist, um die Ersetzbarkeit des Systems periodisch zur vorausschauenden Instandhaltung einzusetzen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ultraschallprüfkopf entlang einer zu einer Rotationsachse der Welle parallelen Richtung beweglich angeordnet ist. Mit einer zur
Rotationsachse der Welle parallel orientierten Bewegung ist gewährleistet, dass
Veränderungsstellen, beispielsweise infolge von Rissentwicklung an den entsprechend abgedeckten Bereichen frühzeitig erkannt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der
Ultraschallprüfkopf relativ zum Getriebe ortsfest angeordnet ist. In einer derartigen Ausgestaltung ist eine Detektion von Veränderungsstellen entlang eines Umfangs der Hohlwelle in Folge der Drehbewegung der Welle gegeben bei zusätzlich vorliegendem Vorteil einer einfachen und somit unter anderem auch robusten Konstruktion.
In einer ebenfalls vorgesehenen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Welle einen Zugang aufweist zur Einbringung eines Einkoppelmittels zwischen einem Innenmantel des Hohlraums der Welle und einem Detektorbereich des Ultraschallprüfkopfes. Das Einkoppelmittel dient hierbei der akustischen Ankopplung. Als Einkoppelmittel können beispielsweise Öl, Fett, Wasser oder ein auf Öl, Fett und/oder Wasser basierendes Einkoppelmittel vorgesehen sein.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist beispielsweise vorgesehen, dass der Ultraschallprüfkopf ein Einzelstrahlprüfkopf oder ein Phased-Array-Prüfkopf ist.
Ein weiterer, unabhängiger Gedanke der Erfindung sieht ein Verfahren zur in-situ-Detektion einer Veränderungsstelle einer Welle vor. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Einbringen eines Ultraschallprüfkopfes in einen Hohlraum der Welle,
- Richten eines Schallemissionsbereichs des Ultraschallprüfkopfes auf eine Kerbstelle und Emittieren von Ultraschall,
- kontinuierliche oder quasikontinuierliche Erfassung einer Ultraschallantwort reflektierten Ultraschalls mittels des Ultraschallprüfkopfes, wobei eine relative Rotation des Ultraschallprüfkopfes um einen Innenumfang der Welle erfolgt.
Der Begriff der Ultraschallantwort bezeichnet hierbei ein Ergebnis einer Messung von reflektierten Ultraschallwellen. Beispielsweise kann es sich um eine Schallintensität von Ultraschall einer oder mehrerer oder vieler Schallfrequenzen unabhängig oder in Abhängigkeit von einer Laufzeit handeln. Ebenfalls kann möglich sein, dass eine Ultraschallantwort den Begriff des
Ultraschallspektrum, das beispielsweise eine Schallintensität in Abhängigkeit von einer
Schallfrequenz darstellt. In einer vorteilhaften Weiterbildung sieht das Verfahren eine Erfassung einer Ultraschallantwort als Schallintensität von Ultraschallwellen einer bestimmten Schallfrequenz oder eines bestimmten Schallfrequenzbereichs in Abhängigkeit von einer Laufzeit der Schallwelle vor.
In einer beispielhaften vorteilhaften Ausbildung eine Erfassung einer Ultraschallantwort als Schallintensität von Ultraschallwellen einer bestimmten Schallfrequenz in Abhängigkeit von einer Laufzeit der Schallwelle vor. Als bestimmte Schallfrequenz können beispielsweise eine
Schallfrequenz von 2,5 MHz oder von 5,0 MHz vorgesehen sein. Aber auch sämtliche anderen Schallfrequenzen, die in einem zu untersuchenden Material eine Wellenlänge im Bereich des Ultraschallspektrums ergeben, können genutzt werden.
Eine Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche wiederholende Bewegung des Ultraschallprüfkopfs in einer zu einer Rotationsachse der Welle parallelen Richtung erfolgt.
In einem weiteren, unabhängigen Gedanken der Erfindung ist eine Verwendung einer der eingangs erläuterten Wellen in einem Hubgetriebe eines Kranwagens, in einem Generator, in einer Windkraftanlage oder in einem Brecherwerk vorgesehen.
Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren im Detail näher erläutert. Die Figuren und begleitende Beschreibung der resultierenden
Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen
Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind.
Es zeigen:
Fig. la: Welle mit Ultraschallprüfkopf in einer ersten Ausgestaltung,
Fig. lb: Welle mit Ultraschallprüfkopf in einer zweiten Ausgestaltung,
Fig. 2a: Ultraschallantwort ohne Veränderungsstelle,
Fig. 2b: Ultraschallantwort mit Veränderungsstelle. Fig. la ist eine Welle mit Ultraschallprüfkopf 2 in einer ersten Ausgestaltung zu entnehmen. Die Welle 1 mit einer Rotationsachse, die in der gezeigten Darstellung als strichgepunktete gerade Linie dargestellt ist, ist entlang der gesamten Erstreckung der Welle lals Hohlwelle ausgebildet. Die gezeigte Hohlwelle weist in der gezeigten Ausgestaltung entlang ihrer Erstreckung einen selben Innendurchmesser auf, der in einem ersten Abschnitt einen ersten Außendurchmesser und in einem zweiten Abschnitt einen zweiten Außendurchmesser aufweist. Die Welle ist unter anderem mit einem Kugellager 10 gelagert. Die Welle weist als Hohlwelle einen Hohlraum 3 auf. Innerhalb des Hohlraums 3 ist eine Positioniervorrichtung 11 eingebracht. Die
Positioniervorrichtung 11 weist ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager 8 auf. Weiterhin weist die Positioniervorrichtung 11 einen Haltearm 4 auf, der an dem Wälzlager angeordnet ist. Der Ultraschallprüfkopf 2 ist nahe dem Innenmantel 9 der Welle 1 angeordnet und mit diesem über ein Einkoppelmittel akustisch gekoppelt. Bei einer Rotation der Welle 1 erfolgt eine relative Rotation des Ultraschallprüfkopfes 2 um die gemeinsame Rotationsachse der Welle 1 und des Wälzlagers 8 der Positioniervorrichtung I I . Eine derartige Rotation kann in der gegebenen Konfiguration beispielsweise über ein Vorhandensein eines Ungleichgewichts in der
Gesamtanordnung der Positioniervorrichtung 11 und des Ultraschallprüfkopfes 2 erfolgen, wobei der Ultraschallprüfkopf in einem Einsatz Richtung Schwerkraftrichtung bewegt wird. Je nach Position kann somit entweder eine Ultraschallantwort erhalten werden, das nicht auf eine Veränderungsstelle hinweist oder aber eine Ultraschallantwort erhalten werden die auf eine Veränderungsstelle hinweist, wie es in der gezeigte Darstellung in der dargestellten Position mit Veränderungsstelle 7 der Fall ist.
Fig. lb unterscheidet sich von Fig. la insbesondere dahingehend, dass die
Positioniervorrichtung 11 einen Haltearm 4aufweist, der über eine stirnseitige Öffnung 12 in den Hohlraum 3 hineinragt. Der Haltearm trägt den Ultraschallprüfkopf 2 an dem Innenmantel 9 der Welle angekoppelt positioniert, wobei der Ultraschallprüfkopf 2 mittels eines Einkoppelmittels akustisch an dem Innenmantel 9 gekoppelt ist. An dem Haltearm 4 ist ein elektronischer Antrieb angeordnet, der eine Bewegung des Ultraschallprüfkopfes 2 entlang des Haltearms 4
herbeiführt, sodass die zusätzlich zur Rotationsbewegung parallel zur Rotationsachse erfolgende Bewegung zu einer größerflächigen Abdeckung der Detektion von Veränderungsstellen führt, beispielsweise in der gezeigten Darstellung zu der Veränderungsstelle 7.
Fig. 2a ist eine erste Ultraschallantwort zu entnehmen, das mit der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 an einer Position der Ultraschallprüfkopfes 2 erhalten wird, an der keine Veränderungsstelle vorliegt. Fig. 2b ist eine zweite Ultraschallantwort zu entnehmen, die mit der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 an einer Position des Ultraschallprüfkopfes erhalten wird an der eine Veränderungsstelle vorliegt. Das Vorliegen einer als Riss ausgebildeten Veränderungsstelle ist in dem gezeigten Beispiel in einer Verbreiterung des mittleren und des rechten Peaks im Vergleich zu der Fig. 2a zu entnehmenden Ultraschallantwort ausgeprägt. Die gezeigten
Ultraschallantworten der Figs. 2a und 2b stellen eine Intensität in dB von reflektierten
Ultraschallwellen einer festen Schallfrequenz, in diesem Beispiel von 5 MHz, in Abhängigkeit von einer Schallaufzeit t in s dar.

Claims

Patentansprüche
1. Welle (1) mit Ultraschallprüfkopf (2) zur Verwendung als Teil eines Getriebes, wobei die Welle (1) wenigstens entlang eines Teils ihrer Erstreckung als Hohlwelle mit einem Hohlraum (3) ausgebildet ist, der Ultraschallprüfkopf (2) an einer wenigstens teilweise in dem Hohlraum (3)
befindlichen Positioniervorrichtung (11) zur Positionierung des Ultraschallprüfkopfes innerhalb des Hohlraums (3) der Welle (1) derart angeordnet ist, dass der
Ultraschallprüfkopf bei Rotation der Welle (1) eine relative Rotation um eine
Rotationsachse der Welle (1) vollzieht zur in-situ Durchführung einer Ultraschallprüfung während einer Verwendung des Getriebes.
2. Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (11) ein Wälzlager (8) aufweist, das an einem Innenmantel (9) des Hohlraums (3) umlaufend angeordnet ist zur relativen Rotation des Ultraschallprüfkopfes (2) um die Rotationsachse.
3. Welle (1) nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (11) ein Beförderungsmittel (5) aufweist zur Bewegung des Ultraschallprüfkopfes innerhalb des Hohlraums.
4. Welle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beförderungsmittel (5) ein Pilgerschrittgetriebe, ein Kopierwerk und/oder einen elektronischen Antrieb aufweist.
5. Welle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallprüfkopf (2) entlang einer zu einer Rotationsachse (6) der Welle (1) parallelen Richtung beweglich angeordnet ist.
6. Welle (1) nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallprüfkopf (2) relativ zum Getriebe ortsfest angeordnet ist.
7. Welle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) einen Zugang aufweist zur Einbringung eines Einkoppelmittels zwischen einem Innenmantel des Hohlraums der Welle (1) und einem Detektorbereich des
Ultraschallprüfkopfes (2).
8. Welle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallprüfkopf (2) ein Einzelstrahlprüfkopf oder ein Phased-Array-Prüfkopf ist.
9. Verfahren zur in-situ-Detektion einer Veränderungsstelle (7) einer Welle, wobei das
Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- Einbringen eines Ultraschallprüfkopfes in einen Hohlraum (3) der Welle,
- Richten eines Schallemissionsbereichs des Ultraschallprüfkopfes (3) auf eine Kerbstelle und Emittieren von Ultraschall,
- kontinuierliche oder quasikontinuierliche Erfassung einer Ultraschallantwort reflektierten Ultraschalls,
wobei eine relative Rotation des Ultraschallprüfkopfes (3) um eine Rotationsachse der Welle (1) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche wiederholende Bewegung des Ultraschallprüfkopfes (3) in einer zu einer Rotationsachse (6) der Welle (1) parallelen Richtung erfolgt.
11. Verwendung einer Welle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Hubgetriebe eines Kranwagens, in einem Generator, in einer Windkraftanlage oder in einem
Brecherwerk.
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