DE4007471A1 - Fuehrungsduese zum fuehren von langgestrecktem werkmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungsdüse, mit deren Hilfe langgestrecktes Werkmaterial durch eine Einrichtung geführt wird, insbesondere langgestrecktes metallisches Werkmaterial durch eine Prüfeinrichtung der zerstörungsfreien Werkstoff­ prüfung. Solche Führungsdüsen bestehen ganz allgemein aus einem ringförmigen Düsenkörper mit einer Durchlaßöffnung für das Werkmaterial. In der Regel befindet sich an der Ein­ gangs- und an der Ausgangsseite der Einrichtung je eine Füh­ rungsdüse, die dort z. B. mittels Bajonettverschluß auswech­ selbar befestigt ist. Die Führungsdüsen weisen eine Bohrung auf, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der des zu führenden Werkmaterials und ermöglichen so die Führung des letzteren gegenüber der Einrichtung.

Führungsdüsen dieser Art sind u. a. beschrieben in DE-OS 37 43 521, wo sie dazu dienen, Prüfgut durch eine sta­ tionäre magnetinduktive Prüfeinrichtung zu führen. Ähnliche Führungsdüsen, dort als Schutzbuchsen bezeichnet, sind in Patentanmeldung P 39 37 618 dargestellt. Sie haben die Auf­ gabe, Prüfgut durch einen Wirbelstromrotierkopf zu führen. In einer Vielzahl von Fällen haben sich die bekannten Füh­ rungsdüsen als zweckmäßig und ausreichend erwiesen. In ande­ ren Fällen jedoch, wo höhere Anforderungen an die Vibrati­ onsfreiheit zu stellen waren, mußten anstelle der Führungs­ düsen oder zusätzlich zu ihnen Rollenführungen benutzt wer­ den, um den vorliegenden Bedürfnissen nachzukommen. Bei Rol­ lenführungen dieser Art steht das Werkmaterial an seinem Um­ fang in Berührung mit umlaufenden Rollen. Dadurch wird eine sichere Führung und ein ruhiger Lauf des Werkmaterials er­ möglicht. Allerdings haben Rollenführungen außer ihrer Auf­ wendigkeit den Nachteil, daß sie außerhalb der Einrichtun­ gen, durch die das Werkmaterial hindurchgeführt werden soll, aufgebaut sind. Die eingangs- und ausgangsseitigen Rollen­ führungen weisen daher in axialer Richtung des Werkmaterials einen beträchtlichen Abstand voneinander auf. Das führt da­ zu, daß am Anfang und am Ende des Werkmaterials ein entspre­ chend langes Stück ohne hinreichende Führung bleibt. Bei Prüfeinrichtungen müssen diese Endstücke ungeprüft bleiben. Man spricht daher in diesem Zusammenhang von "ungeprüften Enden" oder allgemeiner von "ungeführten Enden" und stellt die Forderung, daß diese möglichst kurz sein sollen.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufga­ be, eine Führungsdüse der eingangs definierten Art zu schaf­ fen, die eine praktisch vibrationsfreie Führung, insbesonde­ re für Werkmaterial geringen Durchmessers und für dünnwandi­ ge Rohre ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Führungsdüse, die gemäß dem Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird u. a. erstmals mög­ lich, empfindliche dünnwandige Rohre in einem magnetischen Streuflußprüfgerät auf Fehler zu prüfen und gleichzeitig die Forderung nach kurzen ungeprüften Enden zu erfüllen. Wegen sonst unvermeidlicher mechanischer Schwingungen, die eine störungsfreie Prüfung ausgeschlossen hätten, war es bisher nötig gewesen, in diesem Falle von Rollenführungen Gebrauch zu machen. Die dabei anfallenden relativ langen ungeprüften Enden mußten abgeschnitten und verschrottet werden. Das je­ doch trat bei den hochwertigen dünnwandigen Rohren als nicht unerheblicher Kostenfaktor in Erscheinung. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Führungsdüsen ist es nunmehr möglich, mit einem empfindlichen Streuflußprüfgerät schon in 1 cm Ab­ stand vom Ende eines dünnwandigen Rohres eine kleine Bohrung nachzuweisen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung besteht die Führungsdüse aus zwei Teilstücken, die miteinander z. B. durch ein oder mehrere Gleitlager verbun­ den sind und so gegeneinander um eine Achse verdrehbar sind, die praktisch mit der Achse des Werkmaterials zusammenfällt. Dadurch wird der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Führungsdüse erheblich erweitert. Zum einen kann eine solche Führungsdüse unmittelbar in den Rotor eines zu durchlaufen­ den Rotierkopfes eingebaut sein zum anderen kann sie in Verbindung mit einer stationären Einrichtung eingesetzt wer­ den, wenn diese von um die eigene Achse sich drehendem Werk­ material durchwandert wird. In beiden Fällen können trotz der erschwerten Bedingungen die eingangs- und ausgangsseiti­ gen Führungsdüsen eng benachbart montiert sein, was kurze "ungeführte Enden" ermöglicht. Eine andere wertvolle Ausge­ staltung der Erfindung besteht darin, daß die Führungsele­ mente in radialer Richtung verstellbar und so an unter­ schiedliche Durchmesser des Werkmaterials anpassbar sind. Das kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung da­ durch geschehen, daß die Führungselemente jeweils in Träger eingebaut sind, die von einer gemeinsamen Steueranordnung in gleichförmiger Bewegung in Richtung auf das Zentrum der Füh­ rungsdüse geführt werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung enthalten.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Führungsdüse,

Fig. 2 eine Führungsdüse mit gegeneinander rotierba­ rem Innen- und Außenteil,

Fig. 3 eine Führungsdüse mit zentrisch verstellbaren Führungselementen,

Fig. 4 eine Einzelheit der Führungsdüse von Fig. 3.

Fig. 1a zeigt in Vorderansicht, Fig. 1b in einem Teil­ schnitt entlang der Linie 1b eine Führungsdüse 10 mit drei Führungselementen 12, die in Berührung stehen mit dem zu führenden Werkmaterial 14, einem dünnwandigen Rohr. Die Füh­ rungselemente 12 sind in einen ringförmigen Düsenkörper 16 eingebaut, der eine Durchlaßöffnung 18 für das Werkmaterial 14 aufweist und der sich aus einem Grundkörper 20 und einem Deckring 22 zusammensetzt. Befestigungslöcher 24 erlauben das Anschrauben der Führungsdüsen 10 an der Einlauf- oder Auslaufseite der zugehörigen, hier nicht dargestellten Ein­ richtung, z. B. einer Prüfeinrichtung der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Zur Aufnahme der Führungselemente 12 die­ nen drei im Abstand von jeweils 120° im Düsenkörper 16 ange­ brachte Schächte 26, die in die Durchlaßöffnung 18 münden. Die Führungselemente 12 bestehen aus einem Gleitkörper 28, einer Scheibe 30 einem Dämpfungselement 32 und einer Mutter 34. Jeder Gleitkörper 28 besitzt zum direkten Kontakt mit dem Werkmaterial 14 einen Gleitkopf 35 mit einer Panzerung 36, die im allgemeinen durch ein eingesetztes Hartmetall­ plättchen realisiert sein kann, für die aber in manchen Fäl­ len auch eine Einsatzhärtung der betreffenden Bereiche des Gleitkopfes 35 ausreicht. Aufgleitschrägen 38 mildern den Stoß beim Einlauf und Auslauf des Werkmaterials 14. Gute Gleiteigenschaften für den Durchlauf des Werkmaterials 14 erzielt man durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung der Panzerung 36. Der Gleitkörper 28 setzt sich nach hinten fort in einem Schaft 40, der über einen Teil seiner Länge ein Gewinde 42 aufweist, das mit dem der Mutter 34 korres­ pondiert. Der Schaft 40 erstreckt sich durch Bohrungen des Dämpfungselementes 32 und eines Steges 44 in Grundkörper 20. Mit Hilfe von Schaft 40 und Mutter 34 ist das Führungsele­ ment 12 am Steg 44 befestigt. Durch Anziehen der Mutter 34 kann dem Dämpfungselement 32 eine bestimmte Vorspannung übermittelt werden. Das Dämpfungselement 32 ist aus einem gummielastischen Werkstoff hoher Hysterese, z. B. aus Poly­ urethan oder einem geeigneten Gummi hergestellt. Die gefor­ derte hohe Hysterese dient dazu, die bei Vibration des Werk­ materials 14 freiwerdende Energie umzuwandeln. Um die volle Wirkung des Dämpfungselementes 32 zu erzielen ist es nötig, daß dieses sich innerhalb des Schachtes 26 frei bewegen kann, daß also zwischen den Wänden des Schachtes und dem Dämpfungselement noch ein Spalt 46 freibleibt. Durch die Verwendung einer oder mehrerer Scheiben 30 können bei gege­ bener Stärke des Dämpfungselementes 32 und bei festgelegter Vorspannung die Führungselemente 12 an einem bestimmten Durchmesser des Werkmaterials 14 angepaßt werden.

Fig. 2a ist die Wiedergabe einer Vorderansicht einer Füh­ rungsdüse 50, teilweise geschnitten entlang einer Linie IIa. Fig. 2b gibt eine Seitenansicht der gleichen Füh­ rungsdüse 50, teilweise geschnitten entlang einer Linie IIb, wieder. Führungsdüse 50 setzt sich aus einem inneren (52) und einem äußeren (54) Düsenkörper zusammen, die beide jeweils zweiteilig sind. Der innere Düsenkörper 52 besteht aus einem Einlaufring 56 und einem Trägerring 58, der äußere Düsenkörper 54 aus einem vorderen (60) und einem rückwärti­ gen (62) Deckel. Beide Düsenkörper 52, 54 sind durch ein Ku­ gellager 64 verdrehbar miteinander verbunden. Das letztere wird außenseitig gehaltert durch Verschrauben der beiden Deckel 60, 62 mittels Schrauben 66, innenseitig durch Ver­ schrauben von Einlaufring 56 mit Trägerring 58 mittels Schrauben 68. Drei Führungselemente 12 sind in den inneren Düsenkörper 52 eingebaut und am Trägerring 58 befestigt. Sie besitzen den gleichen Aufbau wie die oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen. Es konnten die gleichen Bezugs­ ziffern Verwendung finden. Eine Wiederholung der Beschrei­ bung erübrigt sich daher. Im rückwärtigen Deckel 62 ist eine Bohrung 70 vorgesehen. Sie macht die Muttern 34 zugänglich und ermöglicht gleichzeitig das Herausfallen von eventuell in den Raum zwischen innerem und äußerem Düsenkörper gelang­ tem Schmutz. Ein Stift 72 ermöglicht eine Bajonettverriege­ lung der Führungsdüse 50 in einer Nut der zugehörigen Ein­ richtung. Bei der letzteren kann es sich um den Rotierkopf eines magnetischen Streuflußprüfgerätes handeln. In diesem Falle kann die Führungsdüse 50 unmittelbar in den Rotor des Rotierkopfes eingebaut sein. Der äußere Düsenkörper 54 der Führungsdüse 50 macht dann die Drehbewegung des Rotors mit, während der im Kontakt mit dem Werkmaterial 14 stehende in­ nere Düsenkörper 52 ruht. Statt des Rotierkopfes kann die zugehörige Einrichtung aber auch ein stationärer Prüfkopf sein, durch den ein sich spiralig fortbewegendes Werkmateri­ al 14 geführt werden soll. In einem solchen Fall ruht der äußere Düsenkörper 54, während der innere Düsenkörper 52 der Drehbewegung des Werkmaterials 14 folgt.

Fig. 3a stellt die Vorderansicht, Fig. 3b die teilweise entlang einer Linie IIIb geschnittene Seitenansicht und Fi­ gur 3c den Schnitt entlang einer Linie IIIc von einer Füh­ rungsdüse 80 dar, deren Führungselemente 82 die Oberfläche des Werkmaterials 14 berühren und zentrisch in Richtung auf die Oberfläche des Werkmaterials nachgestellt werden können. Damit ist eine Anpassung der Führungsdüsen 80 an unter­ schiedliche Durchmesser möglich. Die hierzu notwendigen Maß­ nahmen erfordern einen gegenüber den bisher beschriebenen Führungsdüsen geänderten Aufbau der Führungsdüse 80, der im folgenden dargestellt werden soll. Die Führungselemente 82 sind eingeschlossen in ein Gehäuse 84 und einen Gehäuseein­ satz 86, die durch Senkschrauben 87 zusammengehalten werden. Zur Befestigung der Führungsdüse 80 an der Einrichtung, durch die das Werkmaterial 14 geführt werden soll, sind Lö­ cher 85 im Gehäuse 84 vorgesehen. Jedes der drei Führungs­ elemente 82 besitzt, wie die zuvor beschriebenen, einen Gleitkörper 88, eine Scheibe 90, ein Dämpfungselement 92 und eine Mutter 94. Auch der Gleitkörper 88 ist ähnlich ausge­ stattet wie die zuvor beschriebenen und verfügt über Auf­ laufschrägen 96 und eine Panzerung 98. An seiner Rückseite ist ein zylindrischer Stutzen 100 vorgesehen, der als Sitz für das Dämpfungselement 92 dient und der in einen Gewinde­ bolzen 102 ausläuft. Das Führungselement 82 ist eingebaut in eine Hülse 104, die ihrerseits in einer Bohrung des Gehäuse­ einsatzes 86 gleitet. Auf den Gewindebolzen 102 ist die Mut­ ter 94 aufgeschraubt, mit der das Führungselement 82 an der Hülse 104 befestigt ist und mit deren Hilfe die Vorspannung des Dämpfungselementes 92 eingestellt wird. Die Hülse 104 steht auch in gleitender Verbindung mit einem Mitnehmer 106. Eine kräftige Druckfeder 108 preßt sie in die vorderste Lage gegenüber dem Mitnehmer 106, die durch eine weitere Mutter 110 auf dem Gewindebolzen 102 bestimmt wird. Der Mitnehmer 106 seinerseits ist durch eine Schraube 112 an einem Gleit­ bolzen 114 angebracht, der gleitend in einer Bohrung im Ge­ häuseeinsatz 86 gelagert ist. Der Gleitbolzen 114 hat an seiner Innenseite eine für gelegentliche Berührung mit dem Werkmaterial geeignete Leitfläche 115, die jedoch deutlich hinter der Oberfläche der Panzerung 98 des Gleitkörpers 88 zurücktritt. Die Lage des Gleitbolzens 114 und damit die La­ ge der Führungselemente 82 wird gesteuert durch eine Steuer­ scheibe 116, die in Fig. 4 noch einmal getrennt herausge­ zeichnet ist. Sie ist drehbar gelagert im Gehäuse 84 und be­ sitzt drei gekurvte Rampen 118, die in Nuten an den Gleit­ bolzen 114 eingreifen. Die Rampen 118 sind in Form einer ar­ chimedischen Spirale ausgebildet und können so bei Verdrehen der Steuerscheibe 116 die Lage der Gleitbolzen 114 in radia­ ler Richtung verändern. Die archimedische Spirale weist bei den drei Rampen 118 die gleiche Steigung auf. Dadurch wird eine exakt zentrische Verstellung der Führungselemente 82 ermöglicht. Die Verstellung wird angetrieben durch ein Rit­ zel 120, das mittels einer Buchse 122 in Gehäuseeinsatz 86 gelagert ist. Es ist an der Vorderseite des Gehäuseeinsatzes 86 zugänglich und besitzt hier einen Innensechskant 121 zur Betätigung durch einen Sechskantschlüssel. Die Zähne des Ritzels 120 stehen im Eingriff mit einem Zahnsegment 124 an der Steuerscheibe 116 und bewirken so deren Verdrehung. Eine gewählte Einstellung kann durch eine Klemmvorrichtung 126 abgesichert werden. Diese besteht aus einer Schraube 128, die mit einem Gewinde 130 im Gehäuseeinsatz 86 korrespon­ diert und einem Klemmklotz 132, der bei Betätigung der Schraube 128 von dieser auf die Flanke der Steuerscheibe 116 gepreßt wird und so eine weitere Verdrehung der letzteren verhindert. Zur Betätigung der Schraube 128 ist wiederum ein Innensechskant 129 vorgesehen. Die Anzeige einer vorgenomme­ nen Einstellung erfolgt durch eine Skala 134 auf der Steuer­ scheibe 116 unmittelbar in Durchmesserwerten des geführten Werkmaterials. Die Skala 134 wird sichtbar gemacht durch ei­ ne Bohrung in Gehäuseeinsatz 86 und ein in diese Bohrung eingesetztes Prisma 136 aus Acrylglas, die miteinander einen Lichtschacht 138 bilden. Das Prisma 136 ist vorsorglich durch eine leicht ersetzbare Scheibe 140 gegen Verschmutzung und Verkratzen geschützt, die ebenfalls aus Acrylglas beste­ hen kann. Zum Ablesen der Skalenanzeige ist an der Untersei­ te des Prismas 136 eine Markierung 142 angebracht.

Die Führungsdüse 80 wird in folgender Weise in Betrieb ge­ nommen und benutzt. Man stellt mit Ritzel 120 die Skalenan­ zeige auf einen Wert ein, der geringfügig unter dem Durch­ messer des zu führenden Werkmaterials 14 liegt, so daß nach Einführung des Werkmaterials die drei Führungselemente 82 satt an der Oberfläche des Werkmaterials 14 anliegen. Dabei soll sich eine leichte Erhöhung der Vorspannung der Dämp­ fungselemente 92 ergeben. Nach erfolgter Einstellung wird die Steuerscheibe 116 durch die Klemmvorrichtung 126 festge­ legt. Die Leitflächen 115 der Gleitbolzen 114 haben im Be­ triebsfall keine Berührung mit der Oberfläche des Werkmate­ rials. Ihre Aufgabe besteht lediglich darin, beim Einlauf des Werkmaterials 14, eine gewisse grobe Vorzentrierung zu bewirken. Die eigentliche Führungsaufgabe obliegt den Füh­ rungselementen 82, die alle schnellen Stöße und Vibrationen aufnehmen und deren kinetische Energie mit Hilfe der Dämp­ fungselemente 92 in Wärmeenergie umwandeln. Die Feder 108 kommt nur dann zum Einsatz, wenn durch Unrundheit, Krümmung oder zu großen Durchmesser des Werkmaterials höhere Kräfte auftreten, die dann durch eine entsprechende Bewegung der Hülse 104 verarbeitet werden. Schnelle Stöße und Vibrationen macht dagegen die Hülse 104 wegen ihrer größeren Masse nicht mit.

Claims (13)

1. Führungsdüse zum Führen von langgestrecktem Werkmateri­ al (14) durch eine Einrichtung, insbesondere zum Führen von langgestrecktem metallischem Werkmaterial (14) durch eine Prüfeinrichtung der zerstörungsfreien Werk­ stoffprüfung, bestehend aus einem ringförmigen Düsen­ körper (16; 52, 54; 84, 86) mit einer Durchlaßöffnung (18) für das Werkmaterial (14), dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin im Inneren der Durchlaßöffnung (18) mindestens drei Führungselemente (12, 82) über den Um­ fang verteilt vorgesehen sind, die auf die Oberfläche des Werkmaterials (14) gerichtet sind, die ein Dämp­ fungselement (32, 92) aus gummielastischem Werkstoff mit hoher Hysterese enthalten und die einen Gleitkörper (28, 88) mit verschleißfester Oberfläche zum Kontakt mit dem Werkmaterial (14) aufweisen.

2. Führungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (12, 82) in in radialer Richtung verlaufende Schächte (26) im Düsenkörper (16; 52, 54; 84, 86) eingebaut sind.

3. Führungsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gleitkörper (28, 88) einen Gleitkopf (35), der in Kontakt mit der Oberfläche des Werkmaterials (14) steht, und einen Schaft (40, 102) zum Haltern des Dämpfungselementes (32, 92) und zur Befestigung des Gleitkörpers (28, 88) im Düsenkörper (16; 52, 54; 84, 86) besitzt.

4. Führungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (32, 92) unter einer Vor­ spannung steht.

5. Führungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (12, 82) durch Beilegen von Scheiben (30, 90) zu den Dämpfungselementen (32, 92) an den Durchmesser des Werkmaterials (14) angepaßt werden.

6. Führungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Düsenkörper aus zwei Teilkör­ pern (52, 54) besteht, die gegeneinander verdrehbar durch ein Gleitlager (64) verbunden sind.

7. Führungsdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den beiden Teilkörpern um einen in­ neren (52) und einen äußeren (54) Düsenkörper handelt und daß die Führungselemente (12) im inneren Düsenkör­ per (52) eingebaut sind.

8. Führungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (82) in Tragkörpern (104) eingebaut sind, die in radialer Richtung verstellbar sind.

9. Führungsdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbewegung der Tragkörper (104) von einem gemeinsamen Steuerglied (116) gesteuert wird.

10. Führungsdüse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerglied in einer zum Düsenkörper (84, 86) koaxialen Steuerscheibe (116) besteht, daß diese in den Düsenkörper (84, 86) eingebaut ist und eine der An­ zahl der Führungselemente (82) entsprechende Anzahl von Rampen (118) in Form von Spiralen gleicher Steigung aufweist, die mit den Tragkörpern (104) direkt oder in­ direkt im Eingriff stehen.

11. Führungsdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (116) ein Zahnsegment (124) besitzt, das von einem Ritzel (120) angetrieben wird.

12. Führungsdüse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerscheibe (116) mit einer Skala (134) versehen ist, die direkt in Durchmesserwerten des Werk­ materials (14) geeicht ist.

13. Führungsdüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala (134) durch eine Bohrung sichtbar ist, die durch ein durchsichtiges Prisma (136), vor­ zugsweise aus Acrylglas, ausgefüllt ist.