DE19520889A1 - Verfahren und Meßgerät zur Erfassung der Einschubtiefe in einer Rohrverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Einschub­ tiefe in einer Rohrverbindung bestehend aus einem Rohr und einem Preßfitting, bei dem von einem Ultraschallgeber Ultra­ schall in das Rohr eingegeben und das Ultraschallecho von einem Ultraschallempfänger erfaßt wird und dessen Empfangssignal in einer Meßschaltung als eine der Einschubtiefe des Rohres ent­ sprechende Größe für die Auswertung herangezogen wird. Die Er­ findung betrifft desweiteren ein Meßgerät zur Erfassung der Einschubtiefe in einer Rohrverbindung, bestehend aus einem Rohr und einem Preßfitting, mit einem Geräteträger mit wenigstens einem am Geräteträger angeordneten Ultraschallgeber und Ultra­ schallempfänger sowie mit einer Meßschaltung zur Auswertung von Ultraschallsignalen derart, daß ein von der Einschubtiefe abhän­ giges Signal entsteht.

Zur Verbindung von Rohrenden ist es bekannt, hülsenförmige Preßfittings zu verwenden, die plastisch verformbar sind und aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, bestehen. Solche Rohrver­ bindungen und die zugehörigen Preßfittings sind beispielsweise aus der DE-C-11 87 870 und der DE-C-40 12 504 bekannt. Für die Herstellung der Verbindung wird der Endbereich eines Rohres axial in den Preßfitting eingeschoben und anschließend mittels eines auf den Preßfitting aufgesetzten Preßwerkzeugs durch zu­ einander bewegbare Preßbacken kraft- und formschlüssig miteinan­ der verbunden.

Die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Rohr und dem Preßfitting hängt u. a. davon ab, daß das Rohr um eine bestimm­ te Mindesteinschubtiefe in den Preßfitting eingeschoben wird. Die Einschubtiefe wird durch eine Einschnürung im Preßfitting begrenzt. Dabei ist der axiale Abstand der Einschnürung zu dem Ende, in das das Rohr einzuschieben ist, umso größer, je größer der Durchmesser des Rohrendes bzw. des Preßfittings ist. Die Einschnürung bildet dabei einen Anschlag gegen das weitere axia­ le Einschieben des Rohres.

Da die Einschubtiefe von außen nicht erkennbar ist, ist ein Meß­ gerät entwickelt worden, das der Messung der Einschubtiefe die­ nen soll. Es hat einen auf die Außenseite der Rohrverbindung aufsetzbaren Geräteträger, der auch als Preßgerät ausgebildet sein kann und an dem ein Dickensensor zur Erfassung der Materi­ alstärke der Rohrverbindung angebracht ist (PCT/WO 95/06232). Als Dickensensoren werden Ultraschall-, Magnetfeld- und/oder Wirbelstromsensoren vorgeschlagen. Mit Hilfe einer Auswerteein­ richtung wird die erfaßte Materialstärke zumindest qualitativ optisch oder akustisch dargestellt.

Diese Meßmethode hat sich als nicht zuverlässig erwiesen. Grund hierfür ist der in seiner Dimension schwankende Luftspalt zwi­ schen dem Rohr und dem Preßfitting. Auch die im Preßfitting im Bereich der Rohrverbindung eingelassenen Dichtringe stören die empfangenen Signale. Soweit magnetische Verfahren vorgeschlagen werden, sind sie nur bei magnetisierbarem Material und demnach nicht bei Edelstahlrohrverbindungen einsetzbar.

Daneben sind Wirbelstrommeßverfahren bekannt, die die Beeinflus­ sung der Wirbelstromausbildung durch das Rohr hinter dem Preß­ fitting messen. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß das Empfangssignal bei verschiedenen Rohr- bzw. Fittingdurchmessern unterschiedlich ist, weil sich mit dem Durchmesser auch die Wanddicken von Preßfitting und Rohr ändern. Zudem wird der Wir­ belstrom durch die Wandung des Preßfittings soweit abge­ schwächt, daß eine genaue Messung der Einschubtiefe nicht ge­ währleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Meßgerät der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Einschubtiefe mit hoher Zuverlässigkeit erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ul­ traschall schräg in Richtung auf das Rohrende in einem vorgege­ benen Abstand zum Preßfitting in das Rohr eingeschallt wird und daß das vom Rohrende reflektierte Ultraschallsignal als ein der Einschubtiefe des Rohres entsprechendes Signal herangezogen wird. Dieses kann dann beispielsweise qualitativ oder quantita­ tiv angezeigt, oder es kann zur Steuerung angeschlossener Gerä­ te, z. B. eines Preßgeräts, verwendet werden. Dabei kann der vorerwähnte Abstand im wesentlichen beliebig sein, sollte je­ doch wesentlich geringer sein als zum anderen Rohrende. Er kann auch gegen Null gehen.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, mit Hilfe von Schrägein­ schallung transversale Ultraschallwellen im Rohr zu erzeugen, die dann vom Rohrende reflektiert und vom Ultraschallempfänger detektiert werden. Da der Ultraschall vorzugsweise ohne Koppel­ hilfsmedium direkt und vor der Rohrverbindung in das Rohr einge­ schallt wird, sind Meßwertverfälschungen aufgrund von Luftspal­ ten ausgeschaltet. Das Verfahren zeichnet sich demnach durch hohe Zuverlässigkeit und Meßgenauigkeit aus.

Die für die Auswertung herangezogenen Empfangssignale können auf verschiedene Weise erzeugt werden. So kommt das im Stand der Technik bekannte Interferenzverfahren in Frage, bei dem Fre­ quenzen überlagert werden. Geeignet ist auch das ebenfalls be­ kannte Resonanzverfahren, bei dem Frequenzen solange geändert werden, bis Resonanz eintritt, sowie Verfahren, bei denen eine Frequenzanalyse vorgenommen wird. Daneben besteht die Möglich­ keit, die Laufzeit des eingeschallten Ultraschallsignals bis zum Ultraschallempfänger als eine der Einschubtiefe des Rohres entsprechende Größe heranzuziehen.

Es versteht sich, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Ultraschalls im Rohr von dessen Material, d. h. dessen Schallge­ schwindigkeit, abhängt. Sofern die Schallgeschwindigkeit be­ kannt ist, kann dem durch einen entsprechenden Aufbau der Meß­ schaltung oder durch Einspeichern des betreffenden Werts Rech­ nung getragen werden. Damit das erfindungsgemäße Verfahren uni­ versell und damit auch bei unbekannten Materialien eingesetzt werden kann, empfiehlt sich die Feststellung der Schallgeschwin­ digkeit im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierzu kann beispielsweise vor dem Einschieben des Rohres in den Preßfit­ ting Ultraschall in einem vorbestimmten, d. h. bekannten Ab­ stand zum Rohrende schräg in das Rohr in Richtung auf das Rohr­ ende eingeschallt und das vom Rohrende reflektierte Ultra­ schallsignal als ein der Schallgeschwindigkeit des Rohrmateri­ als entsprechende Größe zugrundegelegt werden. Nach Einschieben des Rohres in den Preßfitting kann dann das eigentliche Meßver­ fahren unter Verwendung der zuvor festgestellten Größe für die Schallgeschwindigkeit durchgeführt werden.

Alternativ dazu ist vorgesehen, daß Ultraschall jeweils schräg in das Rohr nacheinander an zwei in einem vorgegebenen Abstand in Längsrichtung des Rohres befindlichen Stellen eingeschallt und empfangen wird und daß der Unterschied der vom Rohrende re­ flektierten Ultraschallsignale als ein der Schallgeschwindig­ keit entsprechendes Signal für die Auswertung zugrundegelegt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß ein der Schallgeschwindigkeit entsprechendes Signal auch nach Einschie­ ben des Rohres in den Preßfitting ermittelbar ist.

In Abweichung dazu ist vorgesehen, daß der Ultraschall nach Ein­ schieben des Rohres in den Preßfitting in einem ersten vorgege­ benen Abstand zum Preßfitting in das Rohr eingeschallt und dann in einem zweiten vorgegebenen Abstand empfangen wird, der klei­ ner zum Preßfitting ist als der erste Abstand, wobei auch das auf direktem Weg zwischen Ultraschallgeber und Ultraschallem­ pfänger erfaßte Ultraschallsignal als eine der Schallgeschwin­ digkeit des Rohrmaterials entsprechende Größe für die Auswer­ tung zugrundegelegt wird. Dieses Verfahren setzt allerdings zwei unabhängige Ultraschallwandler voraus. Im Anschluß an die vorbeschriebene Messung kann dann die eigentliche Erfassung des Ultraschallechos vom Rohrende durchgeführt werden.

In den häufigsten Fällen kommen in der Praxis normaler Werkzeug­ stahl oder Edelstahl zur Anwendung. Deren unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten können auf einfache Weise durch Erfas­ sung der Magnetisierbarkeit des Rohres beispielsweise mit Hil­ fe eines Magneten ermittelt werden, wobei dann das dabei entste­ hende Signal als ein der Schallgeschwindigkeit des Rohrmateri­ als entsprechendes Signal für die Auswertung herangezogen wird.

Sofern die Laufzeit des Ultraschalls erfaßt wird, sollte das zeitlich kürzeste Ultraschallsignal als Maß für die Einschub­ tiefe herangezogen werden. Es handelt sich dabei um das in axia­ ler Richtung reflektierte Ultraschallecho, das direkt proportio­ nal der Einschubtiefe ist.

Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, den Reflexionsverlauf des Ultraschalls am Rohrende in Form mehrerer, zeitlich nachein­ ander liegender Empfangssignale zu erfassen und diese mit vorge­ gebenen Werten zu vergleichen, welche für zumindest einen Rohr­ durchmesser charakteristisch sind. Dieses Verfahren kann vor­ teilhafterweise dann zum Einsatz kommen, wenn die Erfassung der Einschubtiefe mit dem Verpressen der Rohrverbindung kombiniert wird. Mit dem Verfahren läßt sich feststellen, ob der tatsäch­ liche Rohrdurchmesser demjenigen entspricht, zu dem das Preß­ werkzeug paßt. Auf diese Weise kann vermieden werden, daß ein falsches Preßwerkzeug angesetzt wird.

Konkret kann die Durchmesserfeststellung dadurch geschehen, daß der Reflexionsverlauf vor dem Einschieben des Rohres in den Preßfitting in einem vorbestimmten Abstand zum Rohrende erfaßt wird. Man erhält dann die für den Rohrdurchmesser charakteristi­ schen Werte unabhängig von der Einschubtiefe.

Sofern der Reflexionsverlauf nach dem Einschieben des Rohres in den Preßfitting erfaßt wird, werden die Empfangssignale in der Meßschaltung in Anpassung an die jeweils festgestellte Einschub­ tiefe derart korrigiert, daß ein Vergleich mit den vorgegebenen Laufzeiten möglich ist.

Was das für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Meßgerät angeht, wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Ultraschallgeber und Ultraschallempfänger für die Schrägein­ schallung bzw. den Schrägempfang ausgebildet sind und der Gerä­ teträger derart gestaltet ist, daß Ultraschallgeber und Ultra­ schallempfänger am Rohr in einem vorgegebenen Abstand zum Preß­ fitting anbringbar sind, wobei die Meßschaltung für die Auswer­ tung von Ultraschallechos am Rohrende eingerichtet ist. Wie schon erwähnt, werden mit dem Ultraschallgeber Transversalwel­ len erzeugt, die am Rohrende reflektiert und dann von dem Ultra­ schallempfänger erfaßt werden können. Dabei können Ultraschall­ geber und Ultraschallempfänger als ein einziger Ultraschallwand­ ler ausgebildet sein, der durch die Meßschaltung so gesteuert wird, daß er sowohl als Geber als auch als Empfänger arbeitet.

Damit sich immer derselbe Abstand zwischen Ultraschallgeber bzw. Ultraschallempfänger und Preßfitting ergibt, kann der Gerä­ teträger so ausgebildet sein, daß er sich am Preßfitting axial unbeweglich abstützen kann, beispielsweise an dem für solche Fittings charakteristischen Rundwulst oder am vorderen Ende des Preßfittings. Der Abstand sollte nicht zu groß sein und kann durchaus gegen Null gehen.

Mit Hilfe dieses Meßgeräts lassen sich die schon oben näher be­ schriebenen Interferenz- oder Resonanzverfahren verwirklichen.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Meßschaltung für die Erfassung der Laufzeit des eingeschallten und am Rohrende reflektierten Ultraschallsignals einzurichten.

Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Meßgerät in einem bestimmten vorgegebenen Abstand zum Rohrende an das Rohr ansetzbar und die Meßschaltung für die Berechnung einer der Schallgeschwindigkeit des Rohres entsprechenden Größe aus dem Verhalten, insbesondere der Laufzeit eines Ultraschallsignals eingerichtet ist, wobei dieser Wert anschließend für die Bestim­ mung der Einschubtiefe übernommen wird. Aufgrund des bekannten Abstands zum Rohrende läßt sich mit diesem zusätzlichen Schritt die Schallgeschwindigkeit im Rohrmaterial feststellen, die dann für die nachfolgende eigentliche Messung herangezogen wird. Ein solches Meßgerät kann auch bei unbekannten Rohrmaterialien ver­ wendet werden.

Alternativ dazu kann das Meßgerät eine Verschiebeeinrichtung für die axiale Verschiebung des Ultraschallwandlers um einen vorbestimmten Weg aufweisen. Diese Ausbildung läßt es zu, daß an zwei in einem vorbestimmten axialen Abstand zueinander lie­ genden Stellen Ultraschallsignale in das Rohr eingeschallt und wieder empfangen werden. Aufgrund des Unterschieds zwischen den daraus gebildeten Empfangssignalen kann die Schallgeschwindig­ keit im Rohr ermittelt werden, d. h. der Unterschied stellt ein Maß für diese Schallgeschwindigkeit dar.

In Abweichung dazu kann das Meßgerät so ausgebildet sein, daß ein erster Ultraschallwandler als Ultraschallgeber und ein zwei­ ter Ultraschallwandler als Ultraschallempfänger im Längsabstand zueinander angeordnet werden und die Meßschaltung auch für die Erfassung der Laufzeit eines Ultraschallsignals vom Ultraschall­ geber direkt zum Ultraschallempfänger eingerichtet ist, wobei diese Laufzeit anschließend als eine der Schallgeschwindigkeit entsprechende Größe für die Bestimmung der Einschubtiefe über­ nommen wird. Dies setzt allerdings das Vorhandensein von zwei beabstandeten Ultraschallwandlern voraus.

Die Übergabe der der Schallgeschwindigkeit entsprechenden Größe kann auf einfache Weise dadurch geschehen, daß diese Größe ange­ zeigt und über eine Eingabeeinrichtung in die Meßschaltung ein­ gegeben wird. Empfehlenswerter ist jedoch, die Meßschaltung so auszubilden, daß sie die der Schallgeschwindigkeit des Rohres entsprechenden Größe automatisch oder durch Quittierung von Hand für die Bestimmung der Einschubtiefe übernimmt.

Sofern das Meßgerät ausschließlich für Rohre aus Werkzeugstahl oder Edelstahl verwendet werden soll, ist es ausreichend, daß das Meßgerät einen Magnetsensor für die Erfassung der Magneti­ sierbarkeit des Rohres aufweist, wobei das jeweils erzeugte Sig­ nal für die Meßschaltung als eine für die Schallgeschwindigkeit charakteristische Größe herangezogen wird. Auch dies kann von Hand mit Hilfe einer Anzeige- und Eingabeeinrichtung oder durch automatische Übergabe geschehen. Der Magnetsensor spricht dar­ auf an, daß Edelstahl im Unterschied zu Werkzeugstahl praktisch nicht magnetisierbar ist.

Sofern die Meßschaltung für die Ermittlung der Laufzeit des Ul­ traschallsignals ausgerichtet ist, sollte sie für die Erfassung und Verarbeitung des zeitlich kürzesten Ultraschallsignals ein­ gerichtet sein, da diese Laufzeit direkt proportional zum Ab­ stand zwischen Rohrende und Ultraschallgeber bzw. -nehmer und damit zur Einschubtiefe ist.

Darüberhinaus kann es sich empfehlen, daß die Meßschaltung für die Erfassung des Reflexionsverlaufs durch Verarbeitung mehre­ rer zeitlich nacheinander liegender Empfangssignale sowie für den Vergleich des Reflexionsverlaufs mit vorgegebenen Werten eingerichtet ist, welche für zumindest einen Rohrdurchmesser charakteristisch sind. Diese Art der Meßschaltung sollte mit einer Signaleinrichtung für eine Signalgabe verbunden sein, die für die Erfassung des jeweiligen Rohrdurchmessers charakteri­ stisch ist. Aufgrund dieser Signalgabe läßt sich feststellen, ob der gemessene Rohrdurchmesser entweder mit den beispielswei­ se in einer Matrix gespeicherten theoretischen Werten überein­ stimmt oder nicht. Ist letzteres der Fall, kann über die Signal­ einrichtung entschieden werden, ob das zur Verfügung stehende Preßgerät für die Verbindung zwischen Rohr und Preßfitting größenmäßig geeignet ist oder nicht. Dabei besteht auch die Mög­ lichkeit, daß mehrere Gruppen von vorgegebenen Werten vorhanden sind, die jeweils für einen bestimmten Rohrdurchmesser charak­ teristisch sind. Dies läßt es sogar zu, dem jeweiligen Rohr­ durchmesser nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ anzu­ zeigen, wobei die Bedienungsperson dann anhand der Anzeige ent­ scheiden kann, welches Preßgerät passend ist.

In besonders bevorzugter Ausbildung ist der Geräteträger als Preßwerkzeug zum radialen Verpressen der Rohrverbindung ausge­ bildet. Infolge des bestimmungsgemäßen Ansetzens des Preßgeräts an die Rohrverbindung durch Einfassen des wulstförmigen Endes des Preßfittings ist automatisch gesichert, daß der Ultraschall­ geber entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung immer in einem vorbestimmten Abstand zu dem Preßfitting angeordnet und auf das Rohr zwecks Einschallung aufgesetzt wird. Diese Kombina­ tion aus Meßgerät und Preßwerkzeug ist besonders sicher einsetz­ bar, wenn die schon oben erwähnte Meßschaltung vorhanden ist, die eine Erfassung des Reflexionsverlaufs eingerichtet ist. Durch eine entsprechende Anzeige erhält die Bedienungsperson eine Information darüber, ob das zugehörige Preßgerät zu dem Durchmesser des Rohres paßt oder nicht.

In besonders bevorzugter Ausführung ist der gewöhnlich an dem Preßwerkzeug vorgesehene Antrieb mit der Meßschaltung derart verbunden, daß der Antrieb blockiert ist, wenn die Empfangssig­ nale, die bei der Erfassung des Reflexionsverlaufs entstehen, nicht mit den vorgegebenen Werten übereinstimmt. Die hierdurch erreichte Sicherheit gegen Fehlbedienung läßt sich noch dadurch steigern, daß der Antrieb auch dann blockiert wird, wenn die gemessene Einschubtiefe kleiner ist als ein vorgegebener Wert für eine Einschubtiefe. Dies verhindert einen Preßvorgang bei zu geringer Einschubtiefe.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß das Meßgerät eine zu­ mindest qualitative Anzeige für die Einschubtiefe hat. Diese An­ zeige kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß eine opti­ sche Anzeige erst dann erlischt, wenn ein zuvor eingespeicher­ ter Wert für die Einschubtiefe erreicht oder überschritten wird. Da die Mindesttiefe für die Einschubtiefe vom Rohrdurch­ messer abhängig sind, kann die Meßschaltung auch so eingerich­ tet sein, daß bei Eingabe eines bestimmten Rohrdurchmessers die jeweils vorzugebende Einschubtiefe errechnet oder zugeordnet wird. Diese Ausbildung der Meßschaltung läßt sich auch mit der schon vorerwähnten Erfassung des Rohrdurchmessers mit Hilfe der Ultraschallmessung in der Weise kombinieren, daß nach Ermitt­ lung des Rohrdurchmessers ein zugehöriger Wert für die Einschub­ tiefe zugeordnet oder errechnet wird, der dann für die Anzeige herangezogen wird.

Unabhängig davon besteht selbstverständlich die Möglichkeit, die jeweils gemessene Einschubtiefe nach entsprechender Aufbe­ reitung der Meßsignale quantitativ anzuzeigen, so daß die Bedie­ nungsperson die Möglichkeit hat, den angezeigten Wert mit sich aus Tabellen ergebenden Werten zu vergleichen. Die vorerwähnten automatischen Abgleiche bis hin zur Blockierung des Antriebs bei nicht ausreichender Einschubtiefe vermeiden jedoch Ablese­ fehler, die beim Vergleich mit einer Tabelle passieren können.

Nach der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß Ultraschall­ geber und Ultraschallempfänger in Radialrichtung federnd ge­ führt sind. Auf diese Weise ist gesichert, daß der oder die Ul­ traschallwandler unabhängig vom jeweiligen Rohrdurchmesser an dem Rohr zur Anlage kommen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen näher veranschaulicht.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Preßwerkzeug mit Ultraschallmeßgerät in der Frontalansicht mit Schnitt durch eine Rohrver­ bindung;

Fig. 2 die Seitenansicht des Preßwerkzeugs mit der Rohrverbindung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Axialschnitt durch die Rohrverbindung und einen Teil des Preßwerkzeugs gemäß den Fig. 1 und 2 in um 90° verdrehter Stellung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen Meßgeräts an dem Rohr;

Fig. 5 eine Grafik zur Erläuterung der Ultraschallaus­ breitung im Rohr;

Fig. 6 eine Grafik zur Darstellung der Ultraschall­ echos in Abhängigkeit vom Radius des Rohres und

Fig. 7 eine Grafik zur Darstellung der Ultraschall­ echos in Abhängigkeit vom Einschallwinkel.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Preßwerkzeug 1 dargestellt. Es weist zwei im Abstand zueinander angeordnete Grundplatte 2, 3 auf, die nach nach oben in herzförmige, mit den Grundplatten 2, 3 verbundene Endplatten 4, 5 fortsetzen. In dem Freiraum zwi­ schen den Grundplatten 2, 3 und den Endplatten 5, 6 erstrecken sich Preßhebel 7, 8, die etwa mittig über Gelenkbolzen 9, 19 in den Endplatten 5, 6 gelagert sind.

Die jeweils oberen Hebelarme 11, 12 der Preßhebel 7, 8 haben einander gegenüberliegende Einbuchtungen 13, 14. Innenseitig haben die Einbuchtungen 13, 14 zueinander passende Preß­ nuten 15, 16. Außenseitig werden die Einbuchtungen 13, 14 durch unregelmäßig vorstehende Ringstege 17, 18, 19, 20 begrenzt.

Die Preßhebel 7, 8 weist untere Hebelarme 21, 22 auf, deren Ab­ stand sich in Richtung auf die Gelenkbolzen 9, 10 konisch ver­ ringert. Zwischen den Grundplatten 2, 3 sind zwei Spreizrollen 23, 24 auf einem hier nicht näher dargestellten Schlitten neben­ einander gelagert. Der Schlitten kann durch eine anmontierbare Antriebseinrichtung in Richtung des Pfeils P bewegt werden. Da­ bei fahren die Spreizrollen 23, 24 gegen Spreizflächen 25, 26 an den unteren Hebelarmen 21, 22 und drücken sie auseinander. Dies wiederum hat zur Folge, daß die oberen Hebelarme 11, 12 zu­ einander, d. h. in Preßrichtung bewegt werden.

An der in Fig. 2 linksseitigen Grundplatte 2 ist eine Halte­ rung 27 eines Meßgeräts angebracht, die eine nach oben offene Bohrung 28 aufweist. In diese Bohrung 28 ist ein Ultraschall­ wandler 29 teleskopisch bewegbar eingesetzt. Er stützt sich auf einer Schraubenfeder 30 ab, die bestrebt ist, den Ultraschall­ wandler 29 in Auswärtsrichtung, d. h. nach oben zu drücken. Der Ultraschallwandler 29 ist - was in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist - so ausgebildet, daß er Ultraschall schräg in Richtung auf das Preßwerkzeug 1 aussenden und auch reflektierte Ultraschallsignale empfangen kann. Von der Unterseite des Ultra­ schallwandlers 29 geht eine elektrische Leitung 31 aus, die über eine vom Boden der Bohrung 28 ausgehenden Leitungskanal 32 zu einem hier nicht näher dargestellten Auswertgerät des Meßge­ räts mit einer Meßschaltung zur Verarbeitung der vom Ultra­ schallwandler 29 ausgehenden Empfangssignale geht.

Wie sich insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersehen läßt, um­ fassen die Einbuchtungen 13, 14 eine Rohrverbindung 33. Sie be­ steht aus einem Rohr 34 und einem Preßfitting 35, beide übli­ cher Bauart. Der Preßfitting 35 hat endseitig über den Umfang gehende Ringwülste 36, 37, in die innenseitig jeweils ein Dich­ tungsring 38, 39 aus elastomerem Material eingelegt ist. In der Mitte hat der Preßfitting 35 eine Einschnürung 40, welche einen Anschlag für das Rohrende 41 des Rohres 34 bildet. Das Rohr 34 ist bis zu der Einschnürung 40 in den Preßfitting 35 eingescho­ ben.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Variante zu der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3. Statt nur eines Ultraschallwandlers 29 sind hier zwei in Axialrichtung des Rohres 34 hintereinander angeordnete Ultraschallwandler vorgesehen, und zwar ein Ultra­ schallgeber 42 mit dem Abstand L zum Rohrende 41 und ein um den Abstand a näher zum Rohrende 41 angeordneter Ultraschallempfän­ ger 43, wobei der Abstand zum Rohrende 41 durch b angezeigt ist. Beide Ultraschallwandler sind in einer hier nicht näher dargestellten Halterung geführt, welche in analoger Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 an dem hier ebenfalls nicht dargestellten Preßwerkzeug 1 fest ange­ bracht ist. Auf diese Weise ist gesichert, daß Ultraschallgeber 42 und Ultraschallempfänger 43 bei bestimmungsgemäßem Ansetzen des Preßgeräts am Preßfitting 35 immer gleiche Abstände zum Preßfitting 35 haben.

Mit Hilfe des Ultraschallgebers 42 können Ultraschallwellen schräg in Richtung auf das Rohrende 41 eingeschallt werden, die sich im Rohr 34 als Transversalwellen zum Rohrende 41 hin aus­ breiten und dort reflektiert werden. Die Ultraschallechos kön­ nen dann von dem Ultraschallempfänger 43 empfangen und in elek­ trische Empfangssignale umgewandelt werden. Darüberhinaus kann die vom Ultraschallgeber 42 direkt zum Ultraschallempfänger 43 kommende Schallwelle erfaßt werden. Die Laufzeit dieser Schall­ welle dient in der Meßschaltung als Basis für die Schallge­ schwindigkeit des Rohrmaterials.

In Fig. 5 ist das Rohr 34 mit dem Rohrende 41 erneut darge­ stellt, jedoch ohne den Preßfitting 35. "A" versinnbildlicht die Stelle, an der der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ul­ traschallwandler 29 auf dem Rohr 34 aufgesetzt ist, und zwar in einem Abstand L zum Rohrende 41. Die Übertragung erfolgt ohne Koppelhilfsmedium wie Wasser oder Gelee. Mit Hilfe des Ultra­ schallwandlers 29 werden schräge Ultraschallimpulse von sehr kurzer Zeitdauer eingeschallt. Hierdurch entstehen über den Rohrquerschnitt transversale Schallwellen, die sich in allen Richtungen ausbreiten. Dabei ist der Abstand L so gewählt, daß eventuelle Schallreflexionen von links ausgeblendet werden kön­ nen, indem der Abstand L wesentlich kleiner als die Gesamtlänge des Rohres 34 gewählt wird.

Der eingeschallte Ultraschallimpuls bzw. die Ultraschallwelle läuft bis zum Rohrende 41 und wird dort reflektiert. Die Lauf­ zeit hängt davon ab, an welchem Punkt des Rohrquerschnitts zwi­ schen S0 und S1 der jeweilige Anteil des Ultraschallimpulses reflektiert wird, d. h. je größer der Winkel α ist, desto län­ ger braucht der Anteil des Ultraschallimpulses, um nach Refle­ xion am Rohrende 41 wieder um Ausgangspunkt A und damit zu dem Ultraschallwandler 29 zu kommen. Die geringste Laufzeit hat der parallel zur Oberfläche des Rohres 34 zwischen A und S0 verlau­ fende Anteil. Seine Laufzeit entspricht dem Abstand L und ist damit ein Maß für die Einschubtiefe des Rohres 34 in den Preß­ fitting 35, wenn das Preßwerkzeug 1 auf die Rohrverbindung 33 in der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Stellung aufgesetzt ist, die Preßnuten 15, 16 also den Ringwulst 36 einfassen.

Die im Winkel zu der Rohroberfläche laufenden Anteile des Ultra­ schallimpulses legen teilelliptische Strecken zurück, wie dies am Beispiel des Winkels a und damit der Strecke A-Q durch Pro­ jizierung der Schnittfläche durch das Rohr 34 nach unten darge­ stellt ist. Der Ultraschallimpuls geht von A aus und teilt sich in einen Anteil A-G und einen Anteil A-H. Dabei erfolgt bei G und H die Reflexion. Am längsten ist der Weg von A bis S1. Ist der Winkel α größer als bei der Strecke A-S1, also bei einem Winkel A-S1 bis A-K, löschen sich die Anteile des Ultraschallim­ pulses selbst aus, da sie sich entlang der Strecke K-S1 treffen und gleiche Amplitude und Phasen besitzen.

Nach Reflexion am Rohrende 41 kommen am Punkt A zeitlich nach­ einander Reflexionen des Ultraschallimpulses an. Wenn sie von der Innenseite der Rohrwandung selbst kommen, ist die Zeit bei den üblicherweise verwendeten dünnwandigen Rohren sehr kurz, so daß sie ausgeblendet werden können. Umgekehrt treffen die von dem hier nicht dargestellten anderen Rohrende kommenden Echos im Verhältnis zu den Echos vom Rohrende 41 so spät ein, daß sie ebenfalls ausgeblendet werden können.

Fig. 6 zeigt eine Schar von Teilellipsen, die die Anteile der Schallimpulse bei einem Geberabstand L zum Rohrende 41 von 32 mm und bei einem Rohrdurchmesser von 27 mm durchlaufen.

In Fig. 7 ist die jeweils halbe zurückgelegte Strecke S über den Winkel des jeweiligen Anteils des Schallimpulses aufgezeich­ net. Bei einem Winkel Null ist die halbe zurückgelegte Strecke S identisch mit L und damit mit dem Abstand des Ultraschallwand­ lers 29 vom Rohrende 41. Je größer der Winkel α (Fig. 5) wird, desto länger werden die Strecken und damit die Laufzeiten. Die Enden der senkrechten Striche ergeben - miteinander verbunden - eine für den jeweiligen Rohrdurchmesser charakteristische Kur­ ve, die den Reflexionsverlauf darstellt. Der Winkel, bei dem Auslöschung erfolgt, ist im vorliegenden Beispiel 57°. Er ist umso kleiner, je größer der Abstand des Ultraschallwandlers 29 vom Rohrende 41 ist.

Die charakteristische Kurvenform, die sich aus der Verbindung der Enden der vertikalen Striche ergibt, ist umso steiler, je größer der Durchmesser des Rohres 34 ist. Nach Erfassung des Ab­ stands L - hier 32 mm - läßt sich aufgrund der Kurvenform ermit­ teln, welchen Durchmesser das Rohr 34 hat. Dies kann dazu ver­ wendet werden, über die Auswerteeinrichtung eine Anzeige über den Rohrdurchmesser zu geben, damit die Bedienungsperson für das Preßgerät 1 entscheiden kann, ob der Durchmesser zu dem Preßgerät 1 paßt oder nicht. Sicherheitshalber kann die Ermitt­ lung des Rohrdurchmessers auch mit dem Antrieb für das Preßge­ rät 1 dergestalt verbunden werden, daß der Antrieb blockiert wird, wenn der festgestellte Rohrdurchmesser nicht zu den Ein­ buchtungen 13, 14 des Preßgeräts 1 paßt.

Claims (29)

1. Verfahren zur Messung der Einschubtiefe in einer Rohrverbin­ dung bestehend aus dem Rohrende eines Rohres und einem Preß­ fitting, bei dem von einem Ultraschallgeber Ultraschall in das Rohr eingegeben und das Ultraschallecho von einem Ultra­ schallempfänger erfaßt wird und dessen Empfangssignal in einer Meßschaltung als eine der Einschubtiefe des Rohres ent­ sprechender Größe für die Auswertung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall schräg in Rich­ tung auf das Rohrende (41) in einem vorgegebenen Abstand zum Preßfitting (35) in das Rohr (34) eingeschallt wird und daß das vom Rohrende (41) reflektierte Ultraschallsignal als ein der Einschubtiefe des Rohres entsprechendes Signal herangezo­ gen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit des Ultraschallsig­ nals bis zum Ultraschallempfänger als ein der Einschubtiefe des Rohres (34) entsprechende Größe herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einschieben des Rohres (34) in den Preßfitting Ultraschall in einem vorbestimmten Abstand zum Rohrende schräg in das Rohr (34) in Richtung auf das Rohrende (41) eingeschallt und das vom Rohrende (41) re­ flektierte Ultraschallsignal als ein der Schallgeschwindig­ keit des Rohrmaterials entsprechendes Signal für die Auswer­ tung zugrundegelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschall jeweils schräg in das Rohr (34) nacheinander an zwei in einem vorgegebenen Ab­ stand in Längsrichtung des Rohres (34) befindlichen Stellen eingeschallt und empfangen wird und daß der Unterschied der vom Rohrende (41) reflektierten Ultraschallsignale als eine der Schallgeschwindigkeit entsprechende Größe für die Auswer­ tung zugrundegelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall nach Einschieben des Rohres (34) in den Preßfitting (35) in einem ersten vor­ gegebenen Abstand zum Preßfitting (35) in das Rohr (34) ein­ geschallt und dann in einem zweiten vorgegebenen Abstand em­ pfangen wird, der kleiner zum Preßfitting ist als der erste Abstand, wobei auch das auf direktem Weg erfaßte Ultraschall­ signal zwischen Ultraschallgeber (42) und Ultraschallempfän­ ger (43) als eine der Schallgeschwindigkeit des Rohrmateri­ als entsprechende Größe für die Auswertung zugrundegelegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierbarkeit des Roh­ res (34) erfaßt und als eine der Schallgeschwindigkeit des Rohrmaterials entsprechende Größe für die Auswertung heran­ gezogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zeitlich kürzeste Ultra­ schallsignal als Maß für die Einschubtiefe herangezogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsverlauf des Ultra­ schalls am Rohrende (41) in Form mehrerer, zeitlich nachein­ ander liegender Empfangssignale erfaßt und diese mit vorgege­ benen Werten verglichen werden, welche für zumindest einen Rohrdurchmesser charakteristisch sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsverlauf vor dem Einschieben des Rohres (34) in den Preßfitting (35) in einem vorbestimmten Abstand zum Rohrende (41) erfaßt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsverlauf nach dem Einschieben des Rohres (34) in den Preßfitting (35) erfaßt wird und die Empfangssignale in der Meßschaltung in Anpas­ sung an die zuvor festgestellte Einschubtiefe derart korri­ giert werden, daß ein Vergleich mit den vorgegebenen Werten möglich ist.

11. Meßgerät zur Erfassung der Einschubtiefe in einer Rohrver­ bindung, bestehend aus dem Rohrende eines Rohres und einem Preßfitting, mit einem Geräteträger mit wenigstens einem am Geräteträger angeordneten Ultraschallgeber und Ultraschallem­ pfänger sowie mit einer Meßschaltung zur Auswertung von Ul­ traschallsignalen derart, daß ein von der Einschubtiefe ab­ hängiges Signal entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallgeber (29, 42) und Ultraschallempfänger (29, 43) für die Schrägeinschallung bzw. den Schrägempfang ausgebildet sind und der Geräteträger derart gestaltet ist, daß Ultraschallgeber (29, 42) und Ultraschallempfänger (29, 43) am Rohr (34) in einem vorgege­ benen Abstand zum Preßfitting (35) anbringbar sind, wobei die Meßschaltung für die Auswertung des Empfangssignals des Ultraschallempfängers (29, 43) eingerichtet ist.

12. Meßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung für die Erfas­ sung der Laufzeit des Ultraschallsignals eingerichtet ist.

13. Meßgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät in einem bestimmten vorgegebenen Abstand zum Rohrende (41) an das Rohr (34) an­ setzbar und die Meßschaltung für die Berechnung eines der Schallgeschwindigkeit des Rohres (34) entsprechende Größe aus dem Verhalten eines Ultraschallsignals eingerichtet ist, wobei dieser Wert anschließend für die Bestimmung der Ein­ schubtiefe übernommen wird.

14. Meßgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät eine Verschiebeein­ richtung für die axiale Verschiebung des Ultraschallwandlers um einen vorbestimmten Weg aufweist.

15. Meßgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (42) und der Ultraschallempfänger (43) im Längsabstand zueinander an­ geordnet sind und daß die Meßschaltung auch für die Erfas­ sung der Laufzeit eines Ultraschallsignals vom Ultraschall­ geber (42) direkt zum Ultraschallempfänger (43) eingerichtet ist, wobei diese Laufzeit anschließend als ein der Schallge­ schwindigkeit entsprechende Größe für die Bestimmung der Ein­ schubtiefe übernommen wird.

16. Meßgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät eine Anzeigeeinrich­ tung für die Schallgeschwindigkeit und eine Eingabeeinrich­ tung für die Vorgabe der Schallgeschwindigkeit des Rohres (34) hat.

17. Meßgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung die der Schall­ geschwindigkeit des Rohres (34) entsprechenden Größe automa­ tisch oder durch Quittierung für die Bestimmung der Einschub­ tiefe übernimmt.

18. Meßgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät einen Magnetsensor für die Erfassung der Magnetisierbarkeit des Rohres (34) auf­ weist, wobei das jeweils erzeugte Signal für die Meßschal­ tung als eine für die Schallgeschwindigkeit charakteristi­ sche Größe herangezogen wird.

19. Meßgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät eine Anzeige für die zumindest qualitative Darstellung der Magnetisierbarkeit hat.

20. Meßgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetsensor mit der Meß­ schaltung für die automatische Übernahme der der Magnetisier­ barkeit entsprechenden Größe verbunden ist.

21. Meßgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung für die Erfas­ sung und Verarbeitung des zeitlich kürzesten Ultraschallsig­ nals eingerichtet ist.

22. Meßgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung für die Erfas­ sung des Reflexionsverlaufs durch Verarbeitung mehrerer zeit­ lich nacheinander liegender Empfangssignale und für den Ver­ gleich des Reflexionsverlaufs mit vorgegebenen Werten einge­ richtet ist, welche für zumindest einen Rohrdurchmesser cha­ rakteristisch sind.

23. Meßgerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßschaltung eine Signalgabe gehört, die für die Erfassung des jeweiligen Rohrdurchmes­ sers charakteristisch ist.

24. Meßgerät nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen von vorgegebenen Werten vorhanden sind, die jeweils für einen bestimmten Durchmesser charakteristisch sind.

25. Meßgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Geräteträger als Preßwerk­ zeug (1) zum radialen Verpressen der Rohrverbindung (33) aus­ gebildet ist.

26. Meßgerät nach einem der Ansprüche 22 bis 24 und Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug (1) einen An­ trieb aufweist, der mit der Meßschaltung derart verbunden ist, daß der Antrieb blockiert ist, wenn der gemessene Refle­ xionsverlauf nicht mit den vorgegebenen Werten übereinstim­ men.

27. Meßgerät nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug (1) einen An­ trieb aufweist, der mit der Meßschaltung derart verbunden ist, daß der Antrieb blockiert ist, wenn die gemessene Ein­ schubtiefe kleiner ist als ein vorgegebener Wert.

28. Meßgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät eine zumindest qua­ litative Anzeige für die Einschubtiefe hat.

29. Meßgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallgeber (29, 42) und Ultraschallempfänger (29, 43) in Radialrichtung federnd ge­ führt sind.