DE102012216954A1

DE102012216954A1 - Verschleißkappe für Ultraschallwandler

Info

Publication number: DE102012216954A1
Application number: DE102012216954A
Authority: DE
Inventors: Todd Jackson
Original assignee: Ascent Ventures LLC
Current assignee: Ascent Ventures LLC
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-05-23
Also published as: US20130074602A1; US8841823B2

Abstract

Eine Verschleißkappe, die eine flexible Hülse und eine steife Scheibe umfasst, ermöglicht es einem Hochfrequenz-Ultraschallwandler, sich ordnungsgemäß in Bezug auf die Oberfläche eines zu prüfenden Materials auszurichten. Die Verschleißkappe kann für jeden Typ Berührungssensor eingesetzt werden, der eine Verschleißschutzkappe benötigt und sich in Bezug auf die Oberfläche eines zu prüfenden Materials ausrichten muss. Eine Ultraschallwandleranordnung umfasst eine Verschleißkappe und einen Ultraschallwandler. Der Ultraschallwandler ist in der Verschleißkappe montiert und umfasst einen Wandlerkörper mit einer zylindrischen Form. Ein Verfahren zur Herstellung einer Verschleißkappe für einen Ultraschallwandler umfasst das Auswählen eines flexiblen Materials, das Bilden einer flexiblen Hülse aus dem flexiblen Material, das Auswählen eines steifen Materials, das Bilden einer steifen Scheibe aus dem steifen Material und das Befestigen der steifen Scheibe an einem Ende der flexiblen Hülse.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Der Gegenstand dieser Anmeldung ist verwandt mit dem Gegenstand in einer gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit dem Titel ”VORRICHTUNG FÜR DIE PLATZIERUNG EINES ULTRASCHALLWANDLERS ODER EINES ANDEREN BERÜHRUNGSSENSORS GEGEN EIN PRÜFMATERIAL”, die am selben Tage wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde. Die vorgenannte Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme umfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Ultraschallwandler. Genauer betrifft die Erfindung Verschleißkappen für Ultraschallwandler.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
Verschleißkappen mit steifen Hülsen für Niederfrequenz-Ultraschallwandler werden standardmäßig in der Ultraschallprüfungs- und -messindustrie verwendet. 1 zeigt einen Ultraschallwandleraufbau des Standes der Technik mit einem im Allgemeinen zylindrischen Körper 10, einer Vorderfläche 12 am Boden des zylindrischen Körpers 10 und einem elektrischen Stecker 14, der sich von der Seite des Körpers 10 erstreckt. Bei Niederfrequenzwandlern ist der Zweck einer austauschbaren Verschleißkappe, als ein preiswerter Mechanismus zum Schutz des aktiven Endes des Wandlers vor Beschädigung zu dienen. Die Verschleißkappe wird dann ausgetauscht, wenn sie verschlissen oder beschädigt ist. Andere solcher Verschleißkappen sind typischerweise in den Aufbau des Wandlerkörpers integriert, einschließlich von Ausgestaltungen von Olympus NDT Inc. (Waltham, MA, US) und GE Energy Services (Atlanta, GA, US), die sich gegenwärtig auf dem Markt befinden.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfasst eine Verschleißkappe eine Schutzschicht 22, die an der Vorderfläche 12 eines Wandlers befestigt ist und die vordere Wandlerfläche 12 vor Beschädigung schützt. Die Verschleißkappe kann eine steife Hülse 20 umfassen, die sich um den Wandlerkörper 10 legt, um die Schutzschicht 22 gegen die vordere Wandleroberfläche 12 zu halten. Ein in der steifen Hülse 20 montierter O-Ring 26 kann eingesetzt werden, um den Wandlerkörper 10 zu greifen und den Wandler in der Verschleißkappe zu sicher zu befestigen. Die steife Hülse 20 der Verschleißkappe kann eine Kerbe 24 umfassen, um den elektrischen Stecker 14 des Wandlers aufzunehmen.
Um sicherzustellen, dass die durch einen Ultraschallwandler erzeugte Anregungswelle in das Prüfmaterial eingebracht wird, und dass reflektierte Wellen zum Wandler zurück geleitet werden, muss der Wandler einen guten physischen Kontakt mit der inneren Oberfläche der Verschleißkappe herstellen, und die äußere Oberfläche der Verschleißkappe muss die Prüffläche 30, wie in 4 gezeigt, kontaktieren. Ferner sollte der Wandler rechtwinklig zu der Oberfläche platziert werden, so dass der Ultraschallstrahl 40 von der Prüffläche zum Wandler zurückreflektiert wird. Jede Falschausrichtung des Wandlers in der Verschleißkappe bewirkt, dass der Ultraschallstrahl 50 fehlgeleitet wird, wie dies in 5 gezeigt ist.
Das US-Patent Nr. 3,109,155 mit dem Titel ”PROTECTIVE CASING FOR AN ULTRASONIC TRANSDUCER”, am 29. Oktober 1963 an Degen erteilt, offenbart ein Schutzdeflektorgehäuse für Elektroultraschallwandler, insbesondere einen einzelnen Wandler zur Detektion von vorbeifahrenden Fahrzeugen.
Das US-Patent Nr. 4,211,949 mit dem Titel ”WEAR PLATE FOR PIEZOELECTRIC ULTRASONIC TRASNSDUCER ARRAYS” am 8. Juli 1980 an Brisken et al. erteilt, offenbart ein lineares Wandlerarray für 90°- oder andere Weitwinkel-Sektorabtastungen. Das Wandlerarray wird von einer den Körper berührenden Verschleißplatte abgedeckt, die aus einem Material wie etwa gefülltem Silikonkautschuk oder Polyurethanepoxid ist, in dem die longitudinale Schallgeschwindigkeit gleich der oder geringer als die in dem Körper ist, und in dem die akustische Impedanz für longitudinale Schallwellen ungefähr gleich der des Körpers ist. Eine Brechung, falls sie stattfindet, vergrößert das Sichtfeld, ohne die Durchlässigkeit für akustische Energie zu reduzieren. Die Verschleißplatte sorgt für die mechanische Unterstützung für ein fragiles, an die Vorderfläche angepasstes Array.
Das US-Patent Nr. 6,072,312 mit dem Titel ”ENCAPSULATED TRANSDUCER HAVING A PROTECTIVE SLEEVE”, am 6. Juni 2000 an Van Den Berg erteilt, offenbarte einen gekapselten Wandler. Die Spritzgussverkapselung ist ein Monolith aus härtbarem, formbarem Material, das ein Sensorelement, das sich an das vordere Ende anschließt, und einen Teil eines Information übertragenden Mediums einschließt, der von dem hinteren Ende entspringt. Eine Vorform zur Ausrichtung von Komponenten koppelt das Sensorelement wirksam mit dem Information übertragenden Medium. Die Vorform zur Ausrichtung von Komponenten umfasst eine vordere Muffe und eine damit verbundene und linear davon entlang einer langen Achse beabstandete hintere Muffe. Die Vorform zur Ausrichtung von Komponenten umfasst ferner eine ringförmige Ausnehmung, in der das Sensorelement oder die Spule platziert wird, so dass sie linear beabstandet und entlang der gemeinsamen langen Achse ausgerichtet ist, in der die vordere und die hintere Muffe ausgerichtet sind. Ein erster Anschlussdraht der Spule ist elektrisch mit der vorderen Muffe verbunden, und ein zweiter Anschlussdraht der Spule ist elektrisch mit der hinteren Muffe verbunden. Ein hinteres Ende der Vorform zur Ausrichtung von Komponenten nimmt ein abisoliertes Ende des Kabels auf, derart, dass ein mittlerer Leiter mit der vorderen Muffe gekoppelt und ein koaxialer Leiter mit der hinteren Muffe gekoppelt wird. Die Leiter sind elektrisch und mechanisch mit der vorderen und der hinteren Muffe verbunden. Anschließend wird eine Schutzhülle über der Spule angebracht, wodurch eine umhüllte Spulen- und Kabelanordnung gebildet wird. Diese umhüllte Spulen- und Kabelanordnung wird durch einen Spritzgussprozess eingekapselt, der die widerstandsfähige Verkapselung bereitstellt, die sich mit sich selbst und mit der umhüllten Spulen- und Kabelanordnung verbindet. Die umhüllte Spulen- und Kabelanordnung ist innerhalb der Verkapselung symmetrisch angeordnet, und die Verkapselung umfasst eine einstückig ausgebildete Schutzwand mit einer einheitlichen Stärke entlang eines vordersten Abschnitts des Sensorelements.
Das US-Patent Nr. 6,800,987 mit dem Titel ”PROTECTIVE HOUSING FOR ULTRASONIC TRANSDUCER APPARATUS”, am 5. Oktober 2004 an Toda erteilt, offenbart eine Schutzabdeckung oder ein Schutzgitter für einen Ultraschallwandler. Die Abdeckung umfasst eine Reihe von vertikal beabstandeten Elementen, die voneinander mit einem vorbestimmten Abstand getrennt sind. Jedes Element weist eine einheitliche Breite auf und ist in einer zylindrischen Form angeordnet. Das Schutzgitter schließt einen Hohlraum für einen zylindrischen Wandler ein. Das Schutzgitter arbeitet sowohl als ein physischer Schutzmechanismus zum Schutz des in einem Gehäuse befindlichen, zylindrischen Wandlers, wie auch als eine Impedanzanpassungsvorrichtung.
Derartige Verschleißkappen werden nur für Niederfrequenzwandler, typischerweise 5 MHz oder weniger, angeboten, obwohl Olympus gegenwärtig ein einzelnes Angebot für einen 10 Mhz-Wandler hat. Niederfrequenzwandler tolerieren Verschleißkappen, da Niederfrequenzultraschall das Verschleißkappenmaterial leicht durchläuft. Die Grundgestalt einer Verschleißkappe ist eine Materialschicht, die gegen die Vorderfläche des Wandlers gehalten wird. Bei einigen Ausgestaltungen wird eine Anordnung aus entweder Metall oder Kunststoffeingesetzt, um die Verschleißkappe steif gegen die Wandlervorderfläche zu halten. Bei anderen Ausgestaltungen kann die Verschleißkappe die Form einer Tasse aufweisen, die als eine an einer steifen Hülse befestigte Verschleißkappenschicht geformt ist, und der Wandler gleitet in die Hülse, bis er mit der Verschleißkappenschicht in Kontakt kommt.
Verschleißkappen werden traditionell aus mehreren Gründen nicht für Hochfrequenzwandler angeboten, die da wären:

1. Hochfrequenzultraschall wird in den meisten Materialien schnell gedämpft, und kann stark durch das Durchlaufen einer Verschleißkappe gedämpft werden.
2. Hochfrequenzultraschall wird sehr stark an Grenzflächen zwischen Materialien reflektiert, so dass das Hinzufügen einer Verschleißkappenschicht bewirken kann, dass Ultraschall durch die Verschleißkappe reflektiert wird, anstatt durch die Verschleißkappe hindurch an das Material übertragen zu werden. Wenn irgendein Luftraum zwischen der Vorderfläche des Wandlers und dem Inneren der Verschleißkappe existiert, wird tatsächlich der Hochfrequenzultraschall vollständig zum Wandler zurückreflektiert. Daher sind Ultraschallmessungen nicht möglich, wenn die Innenfläche der Verschleißkappe und die Vorderfläche des Wandlers keinen guten Kontakt herstellen.
3. Hochfrequenzultraschall ist hochgradig gerichtet. Bei dem Puls-Echo-Typ der Ultraschallprüfanwendung muss der von einem Hochfrequenzwandler emittierte Ultraschallstrahl eine Prüfmaterialoberfläche erreichen und davon reflektiert werden, und muss dann zum Wandler zurückkehren, daher der Name Puls-Echo. Das Hinzufügen einer Verschleißkappe zwischen dem Hochfrequenzwandler und der Prüfmaterialoberfläche kann den Wandler relativ zu der Prüfmaterialoberfläche fehlausrichten, was dazu führt, dass der reflektierte Ultraschallstrahl den Wandler verfehlt und daher nicht vom Wandler detektiert wird.

Aufgrund der oben stehenden Probleme bezüglich der Leistung werden Verschleißkappen herkömmlicherweise nicht zum Einsatz mit Hochfrequenzultraschallwandlern angeboten. Pulsecho-Schichtdickenmessgeräte (pulse/echo layer thickness, PELT) nutzen Hochfrequenzultraschall-Berührungswandler, und es ist notwendig, die Fläche dieser Wandler vor physischer Beschädigung zu schützen, und es ist ebenso nötig, eine Materialzwischenschicht zwischen den Wandlern und der Prüfmaterialoberfläche einzusetzen, um es somit zu ermöglichen, Dickenmessungen leichter durchzuführen. Steife Kunststoffverschleißkappen zur Verwendung in Hochfrequenz-Ultraschallwandlern von PELT-Messgeräten sind seit den Neunzigern auf dem Markt, aber es gibt in Verbindung mit diesen steifen Verschleißkappen viele Probleme in Bezug auf Leistungsverluste.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Verschleißkappe, die eine flexible Hülse und eine steife Scheibe umfasst, ermöglicht es einem Hochfrequenz-Ultraschallwandler, sich ordnungsgemäß in Bezug auf die Oberfläche eines zu prüfenden Materials auszurichten. Die Verschleißkappe kann für jeden Typ Berührungssensor eingesetzt werden, der eine Verschleißschutzkappe benötigt und sich in Bezug auf die Oberfläche eines zu prüfenden Materials ausrichten muss. Eine Ultraschallwandleranordnung umfasst eine Verschleißkappe und einen Ultraschallwandler. Der Ultraschallwandler ist in der Verschleißkappe montiert und umfasst einen Wandlerkörper mit einer zylindrischen Form. Die flexible Hülse weist einen Innendurchmesser auf, der gleich dem oder kleiner als ein Außendurchmesser des Wandlerkörpers ist, derart, dass die flexible Hülse sich dehnt, um den Ultraschallwandler aufzunehmen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Verschleißkappe für einen Ultraschallwandler umfasst das Auswählen eines flexiblen Materials, das Bilden einer flexiblen Hülse aus dem flexiblen Material, das Auswählen eines steifen Materials, das Bilden einer steifen Scheibe aus dem steifen Material und das Befestigen der steifen Scheibe an einem Ende der flexiblen Hülse. Die flexible Hülse weist eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser auf, der gleich dem oder kleiner als ein Außendurchmesser des Ultraschallwandlers ist, derart, dass die flexible Hülse sich dehnt, um den Ultraschallwandler aufzunehmen. Das steife Material erlaubt das Durchlaufen eines Ultraschallstrahls von dem Ultraschallwandler.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ultraschallwandlers des Standes der Technik.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Verschleißkappe des Standes der Technik für einen Ultraschallwandler.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Ultraschallwandlers aus 1, der in der Verschleißkappe aus 2 montiert ist.
4 zeigt den Weg des Ultraschallstrahls, wenn der Ultraschallwandler aus 1 ordnungsgemäß in der Verschleißkappe aus 2 montiert ist.
5 zeigt den Weg des Ultraschallstrahls, wenn der Ultraschallwandler aus 1 nicht ordnungsgemäß in der Verschleißkappe aus 2 montiert ist.
6A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ultraschallwandlers des Standes der Technik ohne Schutz im Kontakt mit einer Prüffläche.
6B zeigt eine Messung von dem Ultraschallwandler aus 6A.
7A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ultraschallwandlers des Standes der Technik mit einer Verschleißkappe im Kontakt mit einer Prüffläche.
7B zeigt eine Messung von dem Ultraschallwandler aus 7A.
8 zeigt eine schematische Ansicht einer Verschleißkappe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ultraschallwandlers, der in einer Verschleißkappe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ultraschallwandlers, der in einer Verschleißkappe mit einer gekrümmten Fläche in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ultraschallwandlers, der in einer fluidgekoppelten Verschleißkappe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines fokussierenden Ultraschallwandlers, der in einer Verschleißkappe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Verschleißschutzkappe mit einer flexiblen Hülse schützt die vordere Fläche eines Hochfrequenzultraschallwandlers, während sie gleichzeitig einen guten physischen Kontakt zwischen der Wandleroberfläche und dem Kappenmaterial aufrechterhält. Die Verschleißkappe ist bei vielen Ultraschallwandleranwendungen von Nutzen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Hochfrequenz-Berührungsultraschallwandlern, die in Pulsecho-Schichtdickenmessgeräten (pulse/echo layer thickness, PELT) verwendet werden. Für PELT-Messgeräte ist es nötig, dass der Ultraschallwandler und die Schutzkappe einen guten Kontakt mit einer beschichteten Prüffläche herstellen, so dass das PELT-Messgerät in der Lage ist, Messungen der Beschichtungsdicken vorzunehmen.
Die Verschleißkappe schützt die Fläche eines Ultraschallwandlers und richtet sie in Bezug auf die Oberfläche eines zu prüfenden Materials aus, während sie den Durchlauf eines Ultraschallstrahls zwischen dem Wandler und dem Material, das geprüft wird, ermöglicht und erleichtert.
Die Ultraschall-Puls-Echo-Prüfung von Materialien bedingt, dass ein Ultraschallwandler eine Ultraschallanregungswelle in ein Prüfmaterial einbringt und die reflektierten Ultraschallwellen detektiert und analysiert. Bei den Ultraschallanregungswellen kann es sich entweder um Kompressions- oder Scherwellen handeln. Es ist üblich, dass ein einzelner Ultraschallwandler sowohl zur Einbringung der Anregungswellen als auch zur Detektion von reflektierten Wellen verwendet wird.
Wenn ein allgemein verwendbarer Ultraschallwandler mit einer flachen Vorderfläche mit einer Verschleißkappe kombiniert wird, wird er gegen eine Prüfmaterialoberfläche platziert, und es wird anschließend eine Messung durchgeführt. Um verlässliche und wiederholbare Hochfrequenz-Ultraschallmessungen zu ermöglichen, ist es wichtig, dass der Wandler sich zuverlässig auf die Prüffläche ausrichtet, auch wenn die Wandler- und Verschleißkappenanordnung durch eine ungeübte Bedienperson oder ein Robotersystem platziert wird.
Dementsprechend erleichtert bevorzugt eine Verschleißkappeneinrichtung der vorliegenden Erfindung die Ausrichtung zwischen dem Wandler und der Prüfmaterialoberfläche, so dass von dem Prüfmaterial reflektierte Echos zum Wandler zurückreflektiert werden.
Bei einigen Ausführungsformen sorgt die Verschleißkappeneinrichtung für Schutz für den Ultraschallwandler gegen physische Beschädigung.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Verschleißkappeneinrichtung einfach in der Konstruktion, kostengünstig in der Herstellung und klein im Durchmesser.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Verschleißkappeneinrichtung leicht an einem Ultraschallwandler zu befestigen und behält ihre befestigte Position ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen mechanischen Mechanismen bei.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Verschleißkappeneinrichtung leicht auf einem Wandler platziert werden, während sie erlaubt, dass eingeschlossene Luft oder übermäßiges Kopplungsfluid herausgedrückt wird.
Bei einigen Ausführungsformen funktioniert die Verschleißkappeneinrichtung ordnungsgemäß ohne die Notwendigkeit, dass eine große Kraft zwischen dem Wandler und dem Prüfmaterial aufzubringen ist.
Bei einigen Ausführungsformen speichert die Verschleißkappeneinrichtung eine geringe Menge an Kopplungsfluid.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Verschleißkappe leicht auszutauschen, wenn sie verschlissen oder beschädigt ist.
Bei einigen Ausführungsformen stellt die Verschleißkappeneinrichtung dem Nutzer eine gute Oberfläche zum Greifen zur Verfügung.
Bei einigen Ausführungsformen optimiert die Verschleißkappeneinrichtung die Amplitude von Reflektionen oder Echos, die durch ein Prüfmaterial erzeugt werden.
Bei einigen Ausführungsformen eliminiert die Verschleißkappeneinrichtung die Überlappung von Prüfmaterialechos oder von Artefaktechos.
Bei einigen Ausführungsformen verhindert die Verschleißkappeneinrichtung das Verdecken von Prüfmaterialechos durch andere Echos.
Bei einigen Ausführungsformen funktioniert die Verschleißkappeneinrichtung sowohl auf flachen wie auch auf sanft gekrümmten Prüfmaterialoberflächen.
Bei manchen Ausführungsformen ist das zwischen dem Wandler und dem Prüfmaterial liegende Verschleißkappenmaterial ein akustisches Kopplungsfluid.
Bei einigen Ausführungsformen erleichtert die Verschleißkappeneinrichtung das Fokussieren eines Ultraschallstrahls auf die Prüfmaterialoberfläche.
Verschleißkappen mit steifen Hülsen und steifen Scheiben wurden zum Einsatz mit Hochfrequenz-PELT-Wandlern angeboten. Wenn eine steife Verschleißschutzkappe verwendet wird, um die aktive Vorderfläche eines Hochfrequenz-PELT-Wandlers abzudecken, wird es in vielen Situationen sehr schwierig, genaue Dickenmessungen von Beschichtungsschichten durchzuführen. Das Einsetzen einer Verschleißkappe zwischen dem Wandler und der Prüfmaterialoberfläche stört oftmals die natürliche Ausrichtung des Wandlers in Bezug auf das Prüfmaterial, so dass Ultraschall nicht von den Beschichtungsschichten zum Wandler zurückreflektiert wird, wodurch verhindert wird, dass die von den Beschichtungsschichten reflektierten Echos ordnungsgemäß vom Wandler detektiert werden. Des Weiteren kann es sein, dass der Wandler keinen innigen Kontakt mit dem Inneren der Verschleißkappe herstellt, wie es in 5 gezeigt ist, und demzufolge wird die Qualität der Ultraschallwellenform aufgrund dessen, dass die Verschleißkappe das Durchlaufen von Ultraschall durch das Prüfmaterial unterbricht, verringert.
Viele PELT-Wandler weisen eine flache Vorderfläche auf, die dazu bestimmt ist, Kontakt mit einem Prüfmaterial herzustellen. Wenn er gegen eine relativ flache Oberfläche mit Beschichtungsschichten gedrückt wird, hat ein PELT-Wandler eine natürliche Tendenz, sich in Bezug zu der Oberfläche derart auszurichten, das von den Beschichtungsschichten reflektierte Echos am Ende zum Wandler zurückkehren. Dies ist bedingt durch die Tatsache, dass zwei flache Oberflächen dazu tendieren, sich in Bezug zueinander auszurichten, wenn sie zusammengedrückt werden, und der senkrecht aus der Vorderfläche eines Wandlers emittierte Ultraschall wird als Echos von den Oberflächen zurückreflektiert und kehrt zum Wandler zurück. Das Hinzufügen einer Verschleißkappe zur Vorderfläche eines PELT-Wandlers kann die Leitung von Ultraschall von dem Wandler zur beschichteten Oberfläche stören und es erschweren, gute Ultraschallwellenformen zu erhalten. Als Beispiel dafür, wie eine Fehlausrichtung entstehen kann, ist es bei Hochfrequenzanwendungen nötig, dass die steife Verschleißkappe eine geringe Menge Ultraschallkopplungsfluid speichert, die den Durchlauf von Hochfrequenzultraschall vom Wandler zur Verschleißkappe erleichtert. Dieses Fluid wird durch eine ”Abdichtung” zurückgehalten, die typischerweise die Form eines O-Rings zwischen dem Wandlerkörper und der Verschleißkappenhülse aufweist. Mechanische Standardfertigungstoleranzen an der Verschleißkappenhülse können dazu führen, dass der O-Ring dergestalt ein Drehmoment auf den Wandler ausübt, dass die Vorderfläche des Wandlers keinen innigen physischen Kontakt mit der inneren Oberfläche der Verschleißkappe herstellen kann, wie es in 5 gezeigt wird. Dies kann dazu führen, dass ein Nutzer manuell ein großes Maß an Kraft auf den Wandler ausüben muss, um den Wandler, die Verschleißkappe und die Beschichtungsschicht in guten Kontakt miteinander zu drücken. Eine solche Fehlausrichtung kann es einem Nutzer erschweren, gute Messungen zu erhalten, und kann zu einer übermäßigen Belastung der Hand des Nutzers führen.
Bevorzugt schützt eine Verschleißschutzkappe für Hochfrequenz-Ultraschallmessungsanwendungen den Wandler, während sie gleichzeitig einen guten physischen Kontakt und Ausrichtung zwischen der Vorderfläche des Wandlers und der inneren Oberfläche der Verschleißkappe fördert. Die Ausgestaltung der Verschleißkappe fördert bevorzugt ebenso einen guten Kontakt zwischen der äußeren Oberfläche der Verschleißkappe und der beschichteten Oberfläche. Um die physische Belastung des Nutzers zu verringern, ist hierfür bevorzugt die Ausübung einer signifikanten Kraft durch den Nutzer nicht notwendig.
Obwohl die Ausgestaltung der Verschleißkappe primär für PELT-Messeinrichtungen beschrieben wird, kann die Grundstruktur der Verschleißkappe die Bedürfnisse bei Messungen der gesamten Ultraschallindustrie, wie auch die Bedürfnisse anderer Messtechniken erfüllen, die andere Typen von Wandlern einsetzen.
Ein Verschleißkappenaufbau für Hochfrequenz-PELT-Ultraschallwandler erfüllt bevorzugt eines oder mehrere der folgenden Kriterien:

1. Die Verschleißkappe ist in ihrem Aufbau einfach und kostengünstig in der Herstellung und benötigt keine engen Fertigungstoleranzen. Steife Verschleißkappen weisen enge mechanische Toleranzen auf und sind oftmals teuer und schwierig herzustellen.
2. Die Verschleißkappe weist einen kleinen Durchmesser auf. Die Hülse ist bevorzugt dünn, derart, dass der Außendurchmesser der Verschleißkappen-Wandler-Anordnung nicht viel größer ist, als der Durchmesser des Wandlers, so dass sie einen guten physischen Kontakt mit sanft gekrümmten Oberflächen herstellt und in der Lage ist, in die engen Grenzen zu passen, in die der Wandler normalerweise passen würde. Dies ist eine Eigenschaft, die herkömmliche steife Verschleißkappen nicht aufweisen.
3. Die Verschleißkappe ist leicht an einem Ultraschallwandler zu befestigen und behält ihre befestigte Position ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen mechanischen Mechanismen, wie etwa Halteclips, bei. Dies ist eine Eigenschaft, die herkömmliche steife Verschleißkappen manchmal nicht aufweisen.
4. Die Verschleißkappe kann leicht auf einem Wandler platziert werden, während sie erlaubt, dass eingeschlossene Luft oder übermäßiges Kopplungsfluid herausgedrückt wird. Sobald sie auf einem Wandler platziert ist, dichtet anschließend die Verschleißkappe gegen den Eintritt von Verunreinigungen ab, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, von Wasser, Staub und Schmutz.
5. Die Verschleißkappe fördert einen guten Kontakt zwischen der inneren Oberfläche der Verschleißkappe und Vorderfläche des Wandlers, und fördert ebenso einen guten Kontakt zwischen der äußeren Oberfläche der Verschleißkappe und der beschichteten Prüffläche. Des Weiteren fördert die Verschleißkappe eine gute Ausrichtung zwischen dem Ultraschallwandler und der beschichteten Prüffläche, um es so zu ermöglichen, dass Beschichtungsschichtenechos detektiert werden. Dieser Kontakt und diese Ausrichtung finden statt, wenn nur eine kleine Menge Kraft manuell vom Nutzer ausgeübt wird, um den Wandler und die Verschleißkappe gegen die Prüffläche zu drücken. Um dies zu ermöglichen, bietet die Verschleißkappe dem Wandler einen gewissen Grad an mechanischer Freiheit, anstatt ihn in einer festen Ausrichtung zu halten, wozu steife Verschleißkappen neigen. Dies ist eine Eigenschaft, die herkömmliche steife Verschleißkappen nicht aufweisen.
6. Die Verschleißkappe beinhaltet ein kleines Reservoir an Ultraschallkopplungsmittel, was ein Fluid ist, das dazu ausgelegt ist, Luft zu beseitigen und den Durchlauf von Ultraschall zwischen zwei Oberflächen zu erlauben, nämlich zwischen der aktiven Vorderfläche des Wandlers und der inneren Oberfläche der Verschleißkappe.
7. Die Verschleißkappe benötigt dahingehend minimale Wartung, dass die Verschleißkappe leicht und einfach auszutauschen ist, wenn sie beschädigt oder verschlissen ist.
8. Die Verschleißkappe bildet einen stoßabsorbierenden Mantel um den Wandler, um somit den Wandler vor physischer Beschädigung zu schützen.
9. Die Verschleißkappe bietet eine für die Hand eines Nutzers bequeme Oberfläche und ist leicht zu greifen. Dies ist eine Eigenschaft, die herkömmliche steife Verschleißkappen nicht aufweisen.

Wenn Ultraschall durch den Hochfrequenzwandler emittiert wird und von der Vorderfläche des Wandlers 10, wie in 6A gezeigt, in irgendein anderes unterschiedliches Material, wie etwa eine sich auf einem Prüfmaterial 60 befindende Lackschicht, durchläuft, umfasst das zum Wandler zurückgekehrte Ultraschallsignal 62 (6B) ein ”erstes” Echo 64 mit einer großen Größe, die aufgrund der Differenz der akustischen Impedanz zwischen dem Wandler und dem Material erzeugt wird. Ein großes ”erstes” Echo kann nachfolgende Beschichtungsechos 66 von dem Testmaterial verdecken, die typischerweise eine viel kleinere Amplitude aufweisen, was die Durchführung von Beschichtungsdickenmessungen schwierig gestaltet.
Wenn eine Verschleißkappe zwischen dem Hochfrequenzwandler und dem Prüfmaterial positioniert wird, mindert eine sorgfältige Auswahl des Verschleißkappenmaterials und der Dicke das Problem, dass das große ”erste” Echo nachfolgende Echos verdeckt. In 7A wird eine Kunststoffverschleißkappe gezeigt, die eine steife Scheibe 22 aufweist, deren akustische Impedanz der akustischen Impedanz von Beschichtungsschichten auf dem Prüfmaterial 60 ähnlich ist. Das zum Wandler zurückgekehrte Ultraschallsignal 72 (7B) umfasst ein ”erstes” durch die Wandler-Verschleißkappen-Schnittstelle erzeugtes Echo 74 mit einer aufgrund der Differenz der akustischen Impedanz zwischen dem Wandler und dem Material großen Größe. Während der Ultraschall von der Verschleißkappe in die Beschichtungsschichten mit ähnlicher akustischer Impedanz auf der Prüffläche 60 läuft, weisen die Echos 78 jedoch typischerweise eine ähnliche Amplitude auf. Ferner wird die Dicke des Verschleißkappenmaterials so ausgewählt, dass sie für eine gute zeitliche Trennung 76 zwischen dem großen ersten Echo 74 und den kleineren nachfolgenden Echos 78 von Beschichtungen sorgt. Das erste Echo 74 stört somit nicht die Beschichtungsschichtenechos 78, was die Durchführung von Messungen ermöglicht. Als solches wird deutlich, dass eine sorgfältige Auswahl der Dicke des Verschleißkappenmaterials und der akustischen Impedanz die Leistung des PELT-Messgeräts verbessert.
Die Dicke der steifen Scheibe für eine Verschleißkappe wird bevorzugt auf der Basis des Wesens der durchgeführten Messung ausgewählt. Wenn ein Prüfmaterial mit Ultraschall durch einen Wandler ”angepingt” wird, wird der Ultraschall von dem Wandler durch die Verschleißkappe und in das Prüfmaterial gesendet. Das erste Echo, das zum Wandler zurückkehrt, stammt von der Schnittfläche von der Verschleißkappe zum Prüfmaterial. Die nächsten zurück geworfenen Echos sind aus dem Inneren des Prüfmaterials. Das erste Echo erzeugt jedoch eine abfallende Folge von Echos, da dieser ”Ping” zwischen der vorderen und der hinteren Oberfläche der Verschleißkappe hin und her springt. Falls das Verschleißkappenmaterial dünn genug ist, kann das zweite Echo in dieser abfallenden Folge ankommen und die von dem Prüfmaterial zurück geworfenen Echos überlappen. Daher wird das Verschleißkappenmaterial bevorzugt dick genug ausgeführt, um sicherzustellen, dass das zweite Echo erst nach der Ankunft von Echos aus dem Prüfmaterial ankommt.
Das Material der steifen Scheibe der Verschleißkappe ist bevorzugt sorgfältig so ausgewählt, dass das Ultraschallsignal minimal gedämpft wird. Dies ist wichtig, wenn Hochfrequenzultraschall verwendet wird. Obwohl das Material und die Dicke der steifen Scheibe der Verschleißkappe wichtig sind, gibt es ein breites Spektrum an Materialien, die für die steife Scheibe verwendet werden können, sowohl in Bezug auf Materialtypen wie auch auf die Dicke des ausgewählten Materials. Es gibt nicht einen einzigen bevorzugten Materialtyp für alle Ultraschallwandleranwendungen, da das beste Material für die Verschleißkappe abhängig von dem Gegenstand variiert, der vermessen wird. Jedes Material kann für eine steife Scheibe verwendet werden, solange das Material Ultraschall durchlaufen lässt. Das Material weist bevorzugt eine akustische Impedanz auf, die ähnlich der akustischen Impedanz der Materialien ist, die vermessen werden.
Für die Messung von Lackschichten mittels PELT-Messgeräten werden bevorzugt Kunststoffe für die steifen Scheiben von PELT-Messgerätverschleißkappen verwendet, da Lacke aufgrund von einigermaßen Kunststoff-ähnlichen physischen Eigenschaften eine dem Kunststoff ähnliche akustische Impedanz aufweisen. Bevorzugte Kunststoffe für die steife Scheibe umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Polyester, Polyetherimide, Polycarbonate, Polyethylene, Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyamide und Polytetrafluorethylene (PTFE). Jedes steife Kunststoffmaterial kann für den Einsatz in einer steifen Scheibe einer Verschleißkappe für ein PELT-Messgerät zur Messung von Lackdicken auf Prüfflächen in Betracht gezogen werden. Abhängig von der spezifischen Anwendung kann jedes geeignete Kunststoff-, Harz- oder Phenolmaterial verwendet werden, um ein Verschleißkappenmaterial herzustellen, wenn Lackschichten gemessen werden.
Als Erweiterung des oben Stehenden kann es sein, wenn Prüfmaterialien gemessen werden, deren akustische Impedanz sich deutlich von der von Kunststoff unterscheidet, dass ein optimales Material für die steife Scheibe nicht Kunststoff ist, und anstelle dessen ein Metal, Glass oder ein Keramikmaterial sein kann.
Die Platzierung eines Hochfrequenz-PELT-Wandlers gegen eine beschichtete Oberfläche kann entweder manuell oder durch ein Robotersystem erfolgen. Es ist somit möglich, dass ein ungeschützter Wandler durch raue Oberflächen oder nicht ordnungsgemäße Platzierung gegen eine Oberfläche beschädigt wird. Eine Verschleißkappe dient dazu, den teuren Hochfrequenz-Berührungswandler vor physischer Beschädigung zu schützen, die aus dem Kontakt mit Oberflächen resultiert.
Eine Verschleißkappe ist Teil eines ”Sandwichs”. Dieses Sandwich umfasst den Wandler, das Verschleißkappenmaterial und die zu messenden Oberflächenbeschichtungen. Entlang des Weges des Ultraschallstrahls muss jedwede Luft beseitigt werden, damit sich der Ultraschall ausbreitet. Luft wird durch den Einsatz eines Kopplungsfluids auf beiden Seiten der Verschleißkappe beseitigt, das es Ultraschall ermöglicht, von dem Wandler in die Verschleißkappe und von der Verschleißkappe in die Beschichtungsschichten durchzulaufen. Gleichzeitig sorgt die Verschleißkappe bevorzugt für eine mechanische Freiheit für den Wandler/die Verschleißkappe und die Verschleißkappe/die beschichtete Oberfläche, um einen guten Kontakt herzustellen und sich ordnungsgemäß so auszurichten, dass alle Luft durch das Kopplungsfluid verdrängt wird und so, dass die reflektierten Ultraschallechos zum Wandler zurück geführt werden. Damit Echos zum Wandler zurück geführt werden, muss sich der Wandler rechtwinklig zu der beschichteten Oberfläche so ausrichten, dass der ausgesendete Ultraschallstrahl rechtwinklig zu der Oberfläche ist und somit zum Wandler zurückreflektiert wird. Wenn eine Verschleißkappe aus steifen Materialien hergestellt wird, ist es in manchen Situationen schwierig, die gewünschte Ausrichtung zu erhalten, was eines der Probleme bei dem Gebrauch von steifen Verschleißkappen darstellt.
Wie in 8 gezeigt, werden bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Ziele und andere Vorteile erreicht, indem man ein Ende 86 einer flexiblen und nachgiebigen zylindrischen Hülse 82 an einer Scheibe aus steifem Material 84 befestigt, wodurch eine Verschleißkappe 80 mit einer Topfform gebildet wird. Da sich die zylindrische Hülse 82 oberhalb des elektrischen Steckers des Ultraschallwandlers erstreckt, ist bei dieser Ausführungsform in der Verschleißkappe 80 eine Kerbe 88 ausgebildet, um den elektrischen Stecker aufzunehmen. Bei anderen Ausführungsformen ist die zylindrische Hülse 82 kürzer als der elektrische Stecker und umfasst keine Kerbe 88. Diese Verschleißkappe unterscheidet sich von der herkömmlichen Verschleißkappe aus 1 auf zumindest mehrere Weisen. Die Hülse ist aus einem flexiblen Material hergestellt, anstatt aus einem steifen Material. Der Innendurchmesser der flexiblen Hülse ist gleich dem oder kleiner als der Außendurchmesser des Ultraschallwandlerkörpers, anstatt größer zu sein, wie es bei herkömmlichen Verschleißkappen mit steifer Hülse der Fall ist. Der Wandler wird in der flexiblen Hülse ohne den Einsatz eines O-Rings montiert und gehalten.
Obwohl das spezifische Material für die flexible Hülse der Verschleißkappe wichtig ist, gibt es ein breites Spektrum an elastomeren Materialien, die für die flexible Hülse in den hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können. Materialien für die Verwendung in der flexiblen Hülse der Verschleißkappe umfassen, beschränken sich aber nicht auf, Naturkautschuk, Silikonkautschuk, flexible Kunststoffe und Synthesekautschuke, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadienkautschuk, Nitrylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Butylkautschuk, Polychloroprenkautschuk und Latexkautschuk.
Wie in 9 gezeigt, ist der Innendurchmesser der Verschleißkappenhülse 82 bevorzugt so ausgewählt, dass er in Bezug auf den Außendurchmesser eines Ultraschallwandlers 90 genügend klein ist, so dass die Verschleißkappenhülse 82 sich dehnt, wenn der Wandler 90 eingesetzt wird, um mehrere Funktionen auszuführen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, das Ergreifen des Ultraschallwandlers, wodurch eine Abdichtung 92 gegen den Eintritt von Schmutz oder Verunreinigungen gebildet wird, das Aufbewahren einer kleinen Menge von Ultraschallkoppelfluid in einem Reservoir 96, das den Durchlauf von Ultraschall über jeden Spalt 94 zwischen dem Wandler 90 und der Verschleißkappenscheibe 84 erleichtert, das Ergreifen des Wandlers 90, um die Verschleißkappe 80 in ihrer Position auf dem Wandler 90 festzuhalten, das Aufweiten, um zu erlauben, dass eingeschlossene Luft oder überschüssiges Kopplungsmittel herausgedrückt werden, während die Verschleißkappe 80 auf dem Wandler 90 platziert wird, und das Verbiegen, um es der Verschleißkappenvorderfläche 84 zu erlauben, sich in Bezug auf die Wandlervorderfläche und die Prüfmaterialoberfläche auszurichten, wenn sanfter Druck zwischen dem Wandler 90 und einem Prüfmaterial ausgeübt wird. Der Ultraschallwandler kann bevorzugt in der Verschleißkappe montiert werden, ohne einen O-Ring zur Bildung einer Abdichtung zwischen der Verschleißkappe und dem Ultraschallwandler einzusetzen.
Die meisten Hochfrequenzwandler weisen Ultraschallstrahlen mit einem kleinen Durchmesser auf, deren Durchmesser ein geringer Bruchteil des Durchmessers des Wandlerkörpers ist. Als eine Erweiterung der hier beschriebenen, grundlegenden Verschleißkappenausführungsform setzt daher eine alternative Ausgestaltung ein Verschleißkappenmaterial mit einer nicht einheitlichen Dicke ein, wie in 10 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Verschleißkappenscheibe 100 eine Maximaldicke 105 im mittleren Abschnitt 104 auf, durch den der Ultraschallstrahl durchläuft, aber eine verringerte Dicke 103 an ihrem Umfang 102. Die untere Oberfläche 101 weist bevorzugt eine konvexe Form auf, um dieses Merkmal zu erhalten. Dies erlaubt es der Verschleißkappenmitte 104, einen guten Kontakt mit sowohl dem Wandler wie auch der beschichteten Oberfläche herzustellen, sogar wenn die beschichtete Oberfläche leicht gekrümmt ist. Die verringerte Verschleißkappendicke 103 sorgt für eine Entlastung für die Oberflächenkrümmung, während sie einen guten Kontakt zwischen dem Wandler, der Verschleißkappe und der beschichteten Oberfläche aufrechterhält.
Als Erweiterung dazu, ein festes Material für die Herstellung einer Verschleißkappe zu verwenden, ist es ebenso möglich, Ultraschall sich durch eine Schicht von Ultraschallkopplungsfluid, wie etwa Wasser, ausbreiten zu lassen. Um eine Verschleißkappe zu schaffen, die die gewünschten Vorteile bietet, während sie Ultraschall sich nur durch Fluid ausbreiten lässt, umfasst die feste Verschleißkappe, wie in 11 gezeigt, eine durchgehende Öffnung 112, die durch das Verschleißkappenmaterial 110 gebohrt wurde, so dass kein festes Verschleißkappenmaterial im Weg des Ultraschalls verbleibt. Mit anderen Worten enthält die Verschleißkappe eine integrale Öffnung 112, durch die der Ultraschallstrahl durchläuft und Kopplungsfluid eingespritzt werden kann, um diese Öffnung derart zu fallen, dass der Raum zwischen der Vorderfläche des Wandlers und der beschichteten Oberfläche mit Kopplungsfluid gefüllt wird. Jeder Raum zwischen der Vorderseite des Wandlers 90 und der beschichteten Oberfläche 30 wird bevorzugt mit Kopplungsfluid gefüllt. In vielen Fällen wird Wasser als das Kopplungsfluid eingesetzt. Wasser hat einige wünschenswerte Eigenschaften in Bezug auf die Ausbreitung von Ultraschall, und Wasser weist nativ die Fähigkeit auf, alle Luftspalte zu beseitigen, die sich benachbart zu Oberflächen bilden. Als solches stellt die Verwendung von Wasser oder irgendeines anderen Fluids sicher, dass Hochfrequenzultraschall an die Oberfläche geleitet wird, die geprüft wird.
Die Verschleißkappe speichert bevorzugt ein Kopplungsfluid, das die Leitung von Hochfrequenzultraschall vom Wandler in das Verschleißkappenmaterial erleichtert. Ohne ein solches Kopplungsfluid kann der Ultraschall zu 100% durch eine dünne Luftschicht reflektiert werden, die zwischen der Wandleroberfläche und der Verschleißkappe eingeschlossen ist. Die Verschleißkappe stellt somit bevorzugt ein Reservoir 96 für das Fluid bereit.
Herkömmliche PELT-Messgerätprodukte verwenden unfokussierte Berührungswandler für die Messung von Beschichtungsdicken, da unfokussierte Wandler Dickenwerte bereitstellen, die Durchschnittswerte der Beschichtungsdicken über den gesamten Durchmesser des Ultraschallstrahls sind. Im Gegensatz dazu verwendet in einer Ausführungsform ein PELT-Messgerät einen fokussierten Wandler. Ein solches Messgerät ist vorteilhaft in der Lage, punktgenaue oder fast punktgenaue Dickenmaße zu erhalten, anstelle der Durchschnittsdickenmaße, die durch einen herkömmlichen unfokussierten Wandler erhalten werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Materialeigenschaften der Verschleißkappe so ausgewählt, dass sie das Fokussieren des Ultraschallstrahls auf die interessierenden Beschichtungsdicken fördern.
12 zeigt eine Verschleißkappe, die das Fokussieren des Ultraschallstrahls entlang eines Weg 122 auf einen einzigen Punkt 124 auf der unteren Oberfläche der Verschleißkappenscheibe 120 fördert. Bei dieser Ausführungsform ist das Fokussieren primär ein Merkmal des Ultraschallwandlers. Mit anderen Worten gibt es eine konkave Linse 126, die in die Vorderfläche des Wandlers geschliffen ist. Die Linse 126 auf der Vorderseite des Wandlers 190 fokussiert den Ultraschall in einem bestimmten Abstand entlang des Weges 122 des Ultraschalls ”vor” dem Wandler 190; ein Abstand, der durch die Linsenkrümmung und die akustische Impedanz des Materials vor dem Wandler definiert ist. Bei dieser Ausführungsform fokussiert der Strahl auf den Punkt 124 der Prüffläche 30, ”weitet” sich dann, während er reflektiert wird, derart, dass er ungefähr derselben konischen Strahllinie zurück zum Wandler folgt, der er gefolgt ist, als er von dem fokussierten Wandler emittiert wurde. Um sicherzustellen, dass der Ultraschall ordnungsgemäß auf das zu vermessende Material fokussiert ist, erreicht somit die Verschleißkappe bevorzugt zwei Dinge. Erstens speichert es ein Akustikkopplungsfluid im Linsenhohlraum des Wandlers, so dass Ultraschall durch die Linse hindurch und in die Verschleißkappe läuft, und zweitens wird die Verschleißkappendicke so ausgewählt, dass sich der Ultraschall auf der Oberfläche des Materials fokussiert, das geprüft wird. Wenn die Dicke zu dick oder zu dünn ist, befindet sich der Fokus an irgendeinem anderen (inkorrekten) Punkt anstatt an der Oberfläche des Materials, das geprüft wird. Bei dieser Ausführungsform kehrt das Echo zum Wandler 190 zurück, um einen Dickenwert für einen viel kleineren Bereich der Prüffläche 30 bereitzustellen.
Obwohl in den Figuren bestimmte Ausgestaltungsmerkmale der Verschleißkappe mit bestimmten Ausgestaltungen des Wandlers gezeigt werden, können alle der offenbarten Ausgestaltungsmerkmale der Verschleißkappe miteinander in Kombination verwendet werden, und können mit allen der offenbarten Ausgestaltungen der Vorrichtung verwendet werden.
Dementsprechend versteht es sich, dass die Ausführungsformen der Erfindung, die hier beschrieben wurden, lediglich zur Verdeutlichung der Anwendung der Prinzipien der Erfindung dienen. Eine Bezugnahme auf Details der gezeigten Ausführungsformen ist nicht dazu gedacht, den Umfang der Ansprüche einzuschränken, die selbst diejenigen Merkmale anführen, die als erfindungswesentlich erachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3109155 [0006]
US 4211949 [0007]
US 6072312 [0008]
US 6800987 [0009]

Claims

Eine Ultraschallwandleranordnung, umfassend: eine Verschleißkappe, umfassend: eine flexible Hülse mit einer zylindrischen Form; und eine steife Scheibe, die an einem Ende der flexiblen Hülse befestigt ist; und einen Ultraschallwandler, der in der Verschleißkappe montiert ist und einen Wandlerkörper mit einer zylindrischen Form umfasst; wobei die flexible Hülse einen Innendurchmesser aufweist, der gleich dem oder kleiner als ein Außendurchmesser des Wandlerkörpers ist, derart, dass die flexible Hülse sich dehnt, um den Ultraschallwandler aufzunehmen.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die steife Scheibe eine Dicke aufweist, die sich von der Mitte hin zu den Rändern der Scheibe verjüngt.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die steife Scheibe ein Durchgangsloch in der Mitte der steifen Scheibe umfasst, das derart geformt ist, dass ein Ultraschallstrahl von dem Ultraschallwandler durch das Durchgangsloch durchläuft, ohne dass er durch das Material der steifen Scheibe durchläuft.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der steifen Scheibe so ausgewählt ist, dass sie einen Brennpunkt eines Ultraschallstrahls des Ultraschallwandlers so anordnet, dass er mit einer Prüffläche zusammenfällt.
Die Anordnung nach Anspruch 1, die ferner ein Kopplungsfluid umfasst, das jedwede Luft zwischen der Verschleißkappe und dem Ultraschallwandler verdrängt.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die steife Scheibe so gebildet ist, dass sie eine derartige Dicke aufweist, dass Ultraschallechos von der steifen Scheibe Ultraschallechos von einer Prüffläche nicht stören, und die steife Scheibe aus einem Material gebildet ist, das eine akustische Impedanz aufweist, die ähnlich einer akustischen Impedanz einer Prüffläche oder einer Beschichtung auf der Prüffläche ist.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die steife Scheibe aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt wurde, die aus einem Polyester, einem Polyetherimid, einem Polycarbonat, einem Polyethylen, einem Polymethylmethacrylat, einem Polyamid, einem Polytetrafluorethylen, einem Kunststoff, einem Harz und einem Phenolmaterial besteht.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die flexible Hülse so geformt ist, dass eine Abdichtung zwischen der flexiblen Hülse und dem Wandlerkörper gebildet wird, ohne einen O-Ring zu benutzen.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die flexible Hülse aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Naturkautschuk, Silikonkautschuk, flexiblem Kunststoff, Synthesekautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadienkautschuk, Nitrylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Butylkautschuk, Polychloroprenkautschuk und Latexkautschuk.
Eine Verschleißkappe für einen Ultraschallwandler, umfassend: eine flexible Hülse mit einer zylindrischen Form; und eine steife Scheibe, die an einem Ende der flexiblen Hülse befestigt ist.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei die flexible Hülse einen Innendurchmesser aufweist, der gleich dem oder kleiner als ein Außendurchmesser des Ultraschallwandlers ist, derart, dass die flexible Hülse sich dehnt, um den Ultraschallwandler aufzunehmen.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei die steife Scheibe eine Dicke aufweist, die sich von der Mitte hin zu den Rändern der Scheibe verjüngt.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei die steife Scheibe ein Durchgangsloch in der Mitte der steifen Scheibe umfasst, das derart geformt ist, dass ein Ultraschallstrahl von dem Ultraschallwandler durch das Durchgangsloch durchläuft, ohne dass er durch das Material der steifen Scheibe durchläuft.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei eine Dicke der steifen Scheibe so ausgewählt ist, dass sie einen Brennpunkt eines Ultraschallstrahls des Ultraschallwandlers so anordnet, dass er mit einer Prüffläche zusammenfällt.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei die steife Scheibe so gebildet ist, dass sie eine derartige Dicke aufweist, dass Ultraschallechos von der steifen Scheibe Ultraschallechos von einer Prüffläche nicht stören, und die steife Scheibe aus einem Material gebildet ist, das eine akustische Impedanz aufweist, die ähnlich einer akustischen Impedanz einer Prüffläche oder einer Beschichtung auf der Prüffläche ist.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei die steife Scheibe aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt wurde, die aus einem Polyester, einem Polyetherimid, einem Polycarbonat, einem Polyethylen, einem Polymethylmethacrylat, einem Polyamid, einem Polytetrafluorethylen, einem Kunststoff, einem Harz und einem Phenolmaterial besteht.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei die flexible Hülse so geformt ist, dass eine Abdichtung zwischen der flexiblen Hülse und dem Wandlerkörper gebildet wird, ohne einen O-Ring zu benutzen.
Die Verschleißkappe nach Anspruch 10, wobei die flexible Hülse aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Naturkautschuk, Silikonkautschuk, flexiblem Kunststoff, Synthesekautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadienkautschuk, Nitrylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Butylkautschuk, Polychloroprenkautschuk und Latexkautschuk.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Verschleißkappe für einen Ultraschallwandler, wobei die Verschleißkappe eine flexible Hülse mit einer zylindrischen Form und eine an einem Ende der flexiblen Hülse angebrachte steife Scheibe umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Auswählen eines flexiblen Materials; b) Formen einer flexiblen Hülse aus dem flexiblen Material, die eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser aufweist, der gleich dem oder kleiner als ein Außendurchmesser des Ultraschallwandlers ist, derart, dass die flexible Hülse sich dehnt, um den Ultraschallwandler aufzunehmen; c) Auswählen eines steifen Materials, das das Durchlaufen eines Ultraschallstrahls von dem Ultraschallwandler erlaubt; d) Formen einer steifen Scheibe aus dem steifen Material; und e) Befestigen der steifen Scheibe an einem Ende der flexiblen Hülse.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die steife Scheibe so gebildet ist, dass sie eine derartige Dicke aufweist, dass Ultraschallechos von der steifen Scheibe Ultraschallechos von einer Prüffläche nicht stören, und die steife Scheibe aus einem Material gebildet ist, das eine akustische Impedanz aufweist, die ähnlich einer akustischen Impedanz einer Prüffläche oder einer Beschichtung auf der Prüffläche ist.