DE3401072C2

DE3401072C2 - Elektrodynamischer Wandlerkopf

Info

Publication number: DE3401072C2
Application number: DE3401072A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard 8755 Alzenau Behl; Gerhard 8752 Laufach-Frohnhofen Hüschelrath; Ewald 6393 Wehrheim Kowol
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1984-01-13
Filing date: 1984-01-13
Publication date: 1986-04-10
Also published as: GB2152668B; JPS60159645A; US4596147A; GB2152668A; FR2558261A1; GB8500571D0; DE3401072A1

Abstract

Ein elektrodynamischer Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken (12) mittels Ultraschall weist einen Elektromagneten mit Magnetjoch auf, der einen äußeren Polschuh und einen von diesem umgebenen inneren Polschuh (10, 14) umfaßt. Auf diesen sind Erreger- und Empfangsspulen (16, 18) angeordnet. Um ein unmittelbares Auflegen des inneren Polschuhs (10, 14) auf das sich relativ zu diesem bewegende Werkstück (12) gefahrlos zu ermöglichen, sind diese mit einer Schutzkappe (20) versehen, die von einem Schutzring (22) umgeben ist, dessen dem Werkstück (12) zugewandte Stirnfläche über der der Schutzkappe vorsteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein entsprechender elektrodynamischer Wandlerkopf ist der GB-PS 14 25 201 zu entnehmen. Dabei stellt die Schutzkappe eine Keramikscheibe dar, die unmittelbar die Erreger- bzw. Empfangsspule trägt. Das die Keramikscheibe aufnehmende Schutzelement ist als über die gesamte Breite des Wandlers erstreckende Scheibe ausgebildet, die zu dem zu überprüfenden Werkstück stets beabstandet ist. Zu diesem Zweck wird zwischen der Scheibe und dem Werkstück ein Luftkissen aufgebaut.

In der PCT-WO 29 52 885 wird eine Uitraschallsonde zur Erfassung von durch Laserstrahlimpulse erzeugtem Ultraschall beschrieben, dessen Empfangsspulen durch eine zu diesen beabstandete Keramikplatte abgedeckt sind, die in einer dem zu überprüfenden Werkstück zugewandten scheibenförmigen Bodenplatte eingelassen ist.

Die nach den bekannten Vorschlägen aus Keramik bestehenden Abdeckscheiben stellen jedoch nicht sicher, daß die Erreger- und Empfangsspule nicht durch

z. B. auf der Oberfläche des Werkstückes vorhandenem Zunderstaub beschädigt wird, da Keramikmaterialien weitgehend nicht abriebfest und nicht schlagfest sind. Daher ist stets ein Abstand zwischen den Sonden und den Werkstücken vorgesehen.

In der DE-OS 31 23 935 ist ein elektrodynamischer Wandlerkopf beschrieben, der ebenfalls einen inneren von einem äußeren Pobchuh umgebenen Poi eines Elektromagneten umfaßt, wobei der innere Polschuh

!0 auf seiner Stirnfläche Erreger- und Empfangsspule und zudem radial verlaufende Schlitze aufweist, in die gegebenenfalls isolierte Transformatorbleche eingebracht :.ein können. Dadurch soll ausgeschlossen werden, daß e.:ie Rückkopplung von dem zu überprüfenden Werk-

stück in den Polschuh zurück erfolgt, so daß eine hohe Auflösung der Meßwerte ermöglicht wird. Ein entsprechender elektrodynamischer Wandlerkopf kann jedoch nicht auf ein zu überprüfendes Werkstück, insbesondere Rohr aufgesetzt und zu diesem bewegt werden, da andernfsüs eine sofortige Zerstörung des Meßsystems erfolgen würde.

Der der DE-PS 29 49 256 zu entnehmende Ultraschallwandler ist durch Rollen gegenüber einem Werkstück abgestützt, um so einen definierten Abstand zwi-

sehen der Erreger- bzw. Empfangsspule und der Werkstückoberfläche einzunähen. Die Spule selbst weist keine Schutzkappe auf, so daß bei einem geringen Abstand zum Werkstück die Gefahr der Beschädigung durch z. B. Zunder, Grate o. ä. besteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrodynamischen Wandlerkopf der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, daß gefahrlos ein Aufsetzen des elektrodynamischen Wandlerkopfs auf ein Werkstück, insbesondere ein Rohr erfolgen kann und diese zueinander eine Relativbewegung beschreiben, ohne daß eine Zerstörung der Erreger- und Empfangs?pule erfolgt.

Die Aufgabe wird durch die dem Kennzeichen des Anspruchs 1 zu entnehmenden Merkmale gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird die Stirnfläche des inneren die Erreger- und Empfangsspule des elektrodynamischen Wandlerkopfs umfassenden Poles des Elektromagneten mit einer Schutzkappe gegen Zerstörung gesichert, die aus Metall besteht und

damit abriebfest ist, ohne daß die Meßsignale beeinträchtigt werden: denn durch die radial verlaufenden Schlitze ist sichergestellt, daß eine Wirbelstromausbildung unterbunden wird.

Die Schutzkappe selbst, die die Form eines Kegel-

stumpfes aufweist und einen unteren umlaufenden paralhl zu der Stirnfläche verlaufenden Rand aufweist, liegt polschuhseitig auf einem vorzugsweise aus Hartgcwebe-Epoxydharzgemisch bestehenden Kappenträger auf, der an der Scitenwandung des konusförmig ausgebildcten Kopfabschnitts des inneren Polschuhs anliegt. Die Schutzkappe wird demzufolge zwischen Abschnitten des Schutzelementes und dem K?ppcnträger festgelegt, wobei zwischen der Unterseite des Schutzelementes und dem umlaufenden Rand der Schutzkappe eine Dichtung in Form eines O-Rings angeordnet sein kann.

Damit die Meßergebnisse durch das Anordnen der Schutzkappe vorder Erreger- und Empfangsspule nicht negativ beeinflußt werden, ist die Schutzkappe hinsichtlich der Materialstärke gering zu halten. Vorzugsweise liegt die Materialstärke einer Schutzkappe mit einem Durchmesser von ca. 20—30 mm im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 mm, wobei sich die Stärke von 0,4 mm besonders bewährt hat. Die in der Schutzkappe eingelassenen

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radial verlaufenden Schlitze sollten selbst eine Breite aufweisen, die geringer als die Stärke des Schutzkappenmaterials ist. Die Breite sollte zwischen 0,2 und 0.4 mm liegen, wobei ein Wert von 0.3 mm zu erwähnen ist. Auch sollten die Schlitze vorzugsweise im Abstand zum Mittelpunkt der Schutzkappe in einem Umfang enden, daß die Stabilität der Schutzkappe nicht beeinflußt wird. Zur Erhöhung der Abriebfestigkeit der Schutzkappe kann diese eine nitrierte Oberfläche aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des der Zeichnung zu entnehmenden Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt eines elektrodynamischen Wandlerkopfs,

F i g. 2 eine Draufsicht einer im Wandlerkopf nach F i g. 1 vorgesehenen Schutzkappe.

Her in F i g. 1 im Ausschnitt dargestellte elektrodynamische Wandlerkopf umfaßt einen Elektromagneten, der ein Magnetjoch mit einem nicht dargestellten Außenpolschuh und einen von diesem umgebenen inneren Polschuh 10 umfaßt. Der innere Polschuh, der auf ein Werkstück 12 in Form eines Rohres ausgerichtet ist, weist einen zum Werkstück 12 hin verjüngten Endabschnitt auf, der radial verlaufende Schlitze 15 aufweist, in die gegebenenfalls nicht dargestellte isolierte Transformatorbleche eingebracht werden können. Eine entsprechende Ausgestaltung des Polschuhkopfes 14 stellt sicher, daß in diesem eine Wirbelstromausbildung unterbunden wird, wodurch die Meßergebnisse verfälscht werden könnten. Auf der Stirnseite des Polschuhkopfs 14 befinden sich Erreger- und Empfangsspulen 16 und 18. die für die elektrodynamische Anregung erforderlich sind.(Die elektrodynamische Erzeugung von Ultraschall in elektrisch ieitfahigen Medien beruht bekanntlich auf der Wechselwirkung von Wirbelströmen mit statischen Magnetfeldern, wodurch eine Teilchenbewegung im Werkstück also die Ultraschallwellen, erzeugt werden. Dabei wird das erforderliche Magnetfeld vorzugsweise durch einen Elektromagneten über eine gewünschte Polschuhkonfiguration erzeugt. Durch in den Drähten der Erregerspule geführte Hochfrequenzströme werden Wirbelströme im Werkstück erzeugt, deren Einprägtiefe von der verwendeten Frequenz abhängig ist.)

Um den Prüfkopf im Bereich des inneren Polschuhi 14 unmittelbar auf das Werkstück 12 aufsetzen zu können, ohne daß bei einer Relativbewegung zwischen diesen eine Beschädigung d^r Erreger- und Empfangsspule 16 bzw. 18 erfolgt, wird die Stirnfläche des Polschuhs 10 mit einer Schutzkappe 20 versehen, die sich über die gesamte Stirnfläche 23 erstreckt. Da diese Schutzkappe sehr dünn gewählt werden muß. um die Meßsignale nicht zu verfälschen, wird die Schutzkappe 20 selbst von einem Schutzelement wie Schutzring 22 umfaßt, dessen dem Werkstück 12 zugewandte Stirnfläche 24 über der Oberfläche der Schutzkappe 20 vorsteht. Liegt demzufolge ein die entsprechende Abdeckung aufweisender Prüfkopf auf dem Werkstück 12 an. so ist sichergestellt, cliiß ein Berühren der Schutzkappe 20 durch das Werkstück 12 nicht erfolgt. Vielmehr tritt der Schutzring 22 mit der häufig mit Zunderstaub versehenen Oberfläche des Werkstücks 12 in Wechselwirkung, die einen Schmirgelpapiereffekt hervorruft. Da jedoch der Schutzring 22, der zutreffenderweise mit Schutzgleit- (,5 ring zu bezeichnen ist, pus einem Vollhartmetallmaterial z. B. der Klasse G 10 besteht, ist sichergestellt, daß die Schutzkappe 20 normalerweise unbeschädigt bleibt.

Wie der Fig. 1 ebenfalls zu entnehmen ist. ist die Schutzkante 20, die aus einem hochverschleißfesien Metall besteht, auf einem Kappenträger 26 abgestützt, der seinerseits der Seitenwandung des konisch ausgebildeten Innenpolschuhkopfs 14 anliegt. Der Kappenträger 26 besteht dabei vorzugsweise aus Hartgewebe-Epoxydharzgemisch. Dabei ist die Geometrie der Außenfläche des Kappenträgers 26 der Geometrie der Schutzkappe 22 außerhalb des Stirnbereichs des Polschuhs 14 angepaßi. Vorzugsweise weist dabei die Schutzkappe 20 die Form eines Kegelstumpfabschnittes auf, dessen unterer umlaufender Rand 34 nach außen abgewinkelt ist.

Eine Draufsicht der vorzugsweise aus Stahl bestehenden Kappe 20 ist der Fig. 2 zu entnehmen. Die Kappe 20 weist radial verlaufende zum Mittelpunkt hin beabstandete Schlitze 28 auf, die sicherstellen, daß sich in der aus Metall bestehenden Schutzkappe 20 keine Wirbelströme ausbilden können. Auch erkennt man, daß die Kappe aur drei Abschnitten besteht, nämlich der die Schlitze 28 aufweisenden Stirnfläch·. >0. der schräg nach außen verlaufenden Seitenfläche 32 so'vie der umlautenden Randfläche 34. deren Ebene parallel zu der der Stirnfläche 30 angeordnet ist. Die Randfläche 34 ist nun zwischen der Unterseite des Schutzgleitrings 22 und dem K-ppenträger 26 angeordnet, wobei zwischen der Randfläche 30 und dem Aufnahmegleitring 24 eine O-Ringdichtung 36 vorgesehen sein kann. Eine entsprechend ausgebildete Schutzkappe 20 kann folgende Abmessungen aufweisen: Durchmesser der Stirnfläche 30 in etwa 21 mm, Durchmesser der Unterseite im Bereich der Randfläche 34 in etwa 29 mm, Stärke des Materials im Bereich der Stirnfläche 30 in etwa 0,4 mm und Höhe der Schutzkappe in etwa 4 mm.

Der Schutzgleitring 22 ist auf ein eine Zylinderform aufweisendes Ringelemeiit 38 gelötet, das seinerseits auf einen Aufnahrnering 40 geschraubt werden kann, welcher von der Oberfläche des Polschuhs 10 ausgeht. Zusätzlich kann die Außenfläche des zyliiiderfc; migen Ringelements 38 von einer nicht dargestellten umlaufenden Sicherungspratze festgelegt werden, die ihrerseits über Schraubverbindungen mit dem Elektromagneten lösbar verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Abdeckung des die Erreger- und Empfangsspule 16, 18 aufweisenden Polschuhs 10 ist sichergestellt, daß gefahrlos ein Entlanggleiten auf der Oberfläche des zu überprüfenden Werkstücks 12 erfolgen kann. Dabe' kann die Abschirmung im Bereich der Spulen 16,18 sehr dünn gewählt werden, da die die Stirnfläche 23 des Polschuhs 14 abdeckende Schutzkappe 20 seinerseits von einem vorstehenden Schutzgleitring 22 umgeben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

34 Ol 072 Patentansprüche:

1. Elektrodynamischer Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels Ultraschall mit vorzugsweise einem Elektromagneten, der ein Magnetjoch mit äußerem Polschuh und einem von diesem umgebenen vorzugsweise sich in Richtung des Werkstücks hin konisch verjüngenden inneren Polschuh aufweist, im Bereich dessen freier dem Werkstück zugewandter Stirnfläche Erregerund Empfangsspulen angeordnet sind, die zumindest auf der dem Werkstück zugewandten Seite eine Schutzkappe als Abdeckung aufweisen, die zumindest teilweise von einem Schutzelement aufgenommen ist, dessen dem Werkstück zugewandte Fläche über der der Schutzkappe vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (20) zu der Erreger- und tmpfangsspule (16,18) beabstandet ist, aus Metall besteht und radial verlaufende Schlitze (28) aufweist.

2. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Schutzkappenmaterials im Bereich oberhalb der Stirnfläche (22) des inneren Polschuhs (10, 16) im Pereich zwischen 0,3 und 0,5 mm liegt.

3. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (20) eine nitrierte Oberfläche aufweist.

4. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (18) die Form eines Kegelstumpfes mit nach außen abgewinkeltem parallel zur Stirnfläche verlaufenden unteren Rand (34) aufweist und außerhalb der Stirnfläche (23) des inneren Polschuhs (10, 16) auf einem Kappenträger (26) aufliegt, der seinerseits an dem inneren Polschuh (14) abstützbar ist.

5. Wandlerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenträger (26) aus einem Hartgewebe-Epoxydharzmaterial besteht.