DE102013111319B4

DE102013111319B4 - Ultraschallprüfkopf mit neuartiger elektrischer Kontaktierung eines umfassten Ultraschallwandlers sowie Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Prüfkopfs

Info

Publication number: DE102013111319B4
Application number: DE102013111319.2A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Behrendt
Original assignee: GE Sensing and Inspection Technologies GmbH
Current assignee: Baker Hughes Digital Solutions GmbH
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: DE102013111319A1; WO2015055488A1

Abstract

Ultraschallprüfkopf (1) mit einem Ultraschallwandler (10) mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Kontaktfläche (12, 14, 42), einem Vorlaufkörper (20) und einem Gehäuse (2), wobei der Ultraschallwandler (10) an dem Vorlaufkörper (20) angeordnet ist und der Vorlaufkörper (20) mit dem daran angeordneten Ultraschallwandler (10) in dem Gehäuse (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallprüfkopf (1) weiter ein im Gehäuse (2), am Vorlaufkörper (20) angeordnetes erstes elektrisches Kontaktelement (30) mit mindestens einem ersten federnden Kontaktarm (32) aufweist, welcher die elektrisch leitfähige Kontaktfläche (12) des Ultraschallwandlers (10) durch Federkraft elektrisch leitend kontaktiert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallprüfkopf zur zerstörungsfreien Untersuchung von Werkstücken. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Ultraschallprüfkopf mit neuartiger elektrischer Kontaktierung eines umfassten Ultraschallwandlers sowie Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Prüfkopfs.
Stand der Technik
Ein Ultraschallprüfkopf besteht im Wesentlichen aus einem Ultraschallwandler und einem Gehäuse in welchem der Wandler angeordnet ist. Das Ultraschallsignal wird über den Ultraschallwandler ausgegeben. Dieser Ultraschallwandler umfasst üblicherweise ein piezoelektrisches Element, welches flächig ausgebildet ist. An den Deckflächen des piezoelektrischen Elements sind Elektroden ausgebildet, die insbesondere als elektrisch leitfähige Beschichtung ausgebildet sein können, die im Wesentlichen die gesamten Deckflächen bedecken. Die Elektroden sind oftmals als metallische Beschichtung der Deckflächen ausgebildet. Dabei wird eine der Elektroden mit einem Massekontakt verbunden und die andere Elektrode wird derart elektrisch kontaktiert, dass ein eingehendes elektrisches Signal an das Piezoelement übertragen werden kann. Durch das eingehende elektrische Signal wird das Piezoelement in Schwingung versetzt, was zur Aussendung von Ultraschallwellen in den zu untersuchenden Stoff führt. Zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken, aber auch in der Medizin, wird noch ein Koppelmittel verwendet, um eine optimale Ankopplung des Ultraschalls an die Oberfläche zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise Wasser, Öl oder ein Gel sein. Das zurück gestrahlte Ultraschallsignal wird empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches zur Weiterverarbeitung an eine entsprechende Auswerteeinheit weitergegeben wird.
Zur winkelabhängigen Prüfung eines Werkstücks wird der Ultraschallwandler akustisch an einen Vorlaufkörper gekoppelt. Dieser wiederum wird akustisch an das zu untersuchende Werkstück angekoppelt, in der Regel unter Einsatz eines geeigneten Koppelmittels. Beispielsweise ist der Vorlaufkörper keilförmig und aus Plexiglas® ausgebildet.
Trotz weitgehend automatisierter Verfahren zu Herstellung von Ultraschall-Prüfköpfen gibt es immer noch einige Prozessschritte, die von Hand vollzogen werden müssen.
Insbesondere sind nach dem heutigen Stand der Technik aufwendige, teilweise nur manuell durchführbare Schritte nötig, um die am Ultraschallwandler ausgebildeten flächigen Elektroden elektrisch zu kontaktieren.
Die DE 699 12 132 T2 beschreibt eine Ultraschallwandler-Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Ultraschallwandler-Anordnung, bei dem die Kontaktierung des piezoelektrischen Elements durch eine Aussparung zwischen einer Zuleitung und einer Anpassungsschicht erfolgt. Der Beschreibung ist zu entnehmen, dass die Realisierung einer solchen Aussparung nur mit aufwendigen Ätzschritten gefolgt von Isolationsverfahren zu realisieren ist.
Die Druckschrift US 6 895 825 B1 offenbart einen Ultraschallwandler und ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallprüfkopfes, wobei eine elektrisch leitfähige Kontaktfläche des Ultraschallwandlers direkt mit dem Gehäuse verlötet wird und so über elektrisch leitende Fläche an der Gehäuseinnenwand mit einem Massekontakt kontaktiert ist. Eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktfläche des Ultraschallwandlers wird über ein Kabel, das durch eine Öffnung im Gehäuse nach außerhalb geführt wird kontaktiert. Die Schwierigkeit bei dieser Ausführungsform besteht darin zu gewährleisten, dass das Kabel elektrisch isoliert von anderen im Gehäuse befindlichen elektrisch leitfähigen Flächen ist. Weiterhin besteht die Gefahr einer Beschädigung des Kabels beim Abnehmen eines vorgesehenen Gehäusedeckels.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung, in der Stoßnähte zwischen Teilen eines Werkstücks untersucht werden können, ist in der US 3 100 987 A offenbart.
Ferner ist aus der US 2 875 607 A eine Ultraschallprüfvorrichtung zur Untersuchung von Prüfstücken mittels Ultraschall bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ultraschallprüfkopf mit vorteilhaften Montageeigenschaften anzugeben, sowie ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines solchen Ultraschallprüfkopfs. Vorteilhaft bedeutet im Kontext der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass der Prüfkopf einer weitgehend automatisierten Montage zugänglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Ultraschallprüfkopf gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Prüfkopfs gemäß Anspruch 13. In den abhängigen Ansprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Prüfkopfs bzw. vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens angegeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallprüfkopf, der mindestens einen Ultraschallwandler mit mindestens einer ersten elektrisch leitfähigen Kontaktfläche umfasst. Der Ultraschallwandler ist an einem Vorlaufkörper angeordnet, der zum Beispiel aus Plexiglas® bestehen kann. Sowohl Vorlaufkörper als auch Ultraschallwandler sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Bevorzugt ist der Ultraschallwandler flächig ausgebildet, wobei zumindest eine der Deckflächen des Ultraschallwandlers mit einer elektrisch leitenden Schicht beschichtet ist, wodurch eine erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche ausgebildet wird. Beispielweise handelt es sich dabei um eine flächig ausgebildete Piezokeramik, wobei eine Deckfläche zur Ausbildung einer Elektrode z.B. mit einem Film aus Aluminium, Silber, Gold oder Platin besputtert ist.
Weiter umfasst der Ultraschallprüfkopf erfindungsgemäß ein erstes elektrisches Kontaktelement, das ebenfalls im Gehäuse, am Vorlaufkörper, des Ultraschallprüfkopfs angeordnet ist. Das erste Kontaktelement bildet einen ersten federnden Kontaktarm aus. Erfindungsgemäß kontaktiert nun der erste federnde Kontaktarm des ersten elektrischen Kontaktelements die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche des Ultraschallwandlers durch Federkraft, d.h. der erste Kontaktarm wird federnd gegen die erste Kontaktfläche gedrückt, wodurch der erste Kontaktarm die erste Kontaktfläche elektrisch kontaktiert. Dabei kann das erste elektrische Kontaktelement beispielsweise ein Stanzteil aus Federblech sein.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist der Ultraschallwandler derart an dem Vorlaufkörper angeordnet, dass die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche des Ultraschallwandlers dem Vorlaufkörper zugewandt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung weist der Vorlaufkörper weiterhin ein Kontaktbett für das erste Kontaktelement auf, wobei die Form des Kontaktbettes an das erste elektrische Kontaktelement angepasst ist. Bevorzugt ist die Formgebung des Kontaktbetts an die Kontur des ersten Kontaktelements angepasst, so dass das erste Kontaktelement formschlüssig von Kontaktbett aufgenommen wird. Besonders bevorzugt wird das in das Kontaktbett eingebrachte erste elektrische Kontaktelement dort im Klemmsitz mechanisch gehalten. Klemmsitz im Sinne der Erfindung ist so zu verstehen, dass etwas aufgrund von mechanischen Kräften in einer Position fixiert wird.
Weiterhin weist der Vorlaufkörper bevorzugt eine Vorstrukturierung in Form einer Aussparung auf, welche dazu ausgebildet ist, den ersten federnden Kontaktarm des ersten elektrischen Kontaktelements federnd in sich aufzunehmen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Ultraschallwandler derart an dem Vorlaufkörper angebracht, dass die erste elektrisch leitende Kontaktfläche dem Ultraschallwandler zugewandt ist und diese die vorstrukturierte Aussparung zumindest teilweise überdeckt. Der erste federnde Kontaktarm ist gegen die erste Kontaktfläche vorgespannt. Dadurch wird der erste federnde Kontaktarm des ersten elektrischen Kontaktelements in die Aussparung gepresst und aus der entgegengesetzt wirkenden Federkraft resultiert eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der ersten elektrisch leitfähigen Kontaktfläche des Ultraschallwandlers.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das erste elektrische Kontaktelement einen zweiten federnden, elektrisch leitenden Kontaktarm auf, der durch Federkraft einen Massekontakt, welcher an der Innenseite des Gehäuses ausgebildet ist, kontaktiert. Auf diese Weise wird die die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche des Ultraschallwandlers sicher mit dem Massekontakt elektrisch leitend verbunden. Der Massekontakt kann dabei vorteilhaft durch ein insgesamt elektrisch leitfähiges Gehäuse ausgebildet werden, oder durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der innenliegenden Gehäusewandung.
In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs ist der Ultraschallwandler derart an dem Vorlaufkörper angebracht, dass die elektrisch leitfähige Kontaktfläche des Ultraschallwandlers von dem Vorlaufkörper abgewandt ist.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn an der von dem Vorlaufkörper abgewandten Deckfläche des Ultraschallwandlers ein akustisches Dämpfungselement angeordnet ist, da auf diese Weise störende Ultraschallechos, die von der dem Vorlaufkörper abgewandten Deckfläche des Ultraschallwandlers ausgehen, minimiert werden können. In diesem Fall ist eine besonders einfache elektrische Kontaktierung der von dem Vorlaufkörper abgewandten elektrisch leitfähigen Kontaktfläche des Ultraschallwandlers möglich, wenn diese an einer vom Ultraschallwandler abgewandten Deckfläche des Dämpfungselements ausgebildet ist.
Unabhängig davon, ob die Kontaktfläche in der zweiten bevorzugten Ausgestaltung auf der vom Vorlaufkörper abgewandten Deckfläche des Ultraschallwandlers oder auf der vom Ultraschallwandler abgewandten Deckfläche des Dämpfungselements ausgebildet ist, lassen sich besondere Vorteile bezüglich deren elektrischer Kontaktierung verwirklichen, wenn das erste elektrische Kontaktelement mechanisch mit dem Gehäuse verbunden ist, dergestalt dass es sich von der Innenseite des Gehäuses in dessen Innenraum erstreckt. Dabei ist dieses erste elektrische Kontaktelement bevorzugt so angeordnet, dass es beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Prüfkopfs, d.h. beim Zusammenfügen von Vorlaufköper mit daran angeordnetem Ultraschallwandler und Gehäuse selbsttätig in mechanischen Kontakt mit der Kontaktfläche gelangt und diese elektrisch kontaktiert. Hierzu kann das Kontaktelement z.B. als Spiralfeder aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, z.B. einem Metall, oder auch als Stanzteil aus einem elektrisch leitfähigen, z.B. metallischen Federblech ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist am Gehäuse des Prüfkopfs ein elektrisches Anschlusselement vorgesehen, welches zum externen Anschluss einer Steuerleitung für den Ultraschallwandler vorgesehen ist. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Hochspannungsfeste genormte Buchse eines Steckverbinders handeln, z.B. um eine BNC-Buchse. Eine besonders einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs ergibt sich dann, wenn das erste elektrische Kontaktelement elektrisch leitend mit einer im Gehäuseinneren liegenden Anschlussfahne des Anschlusselements verbunden ist.
Ist am Ultraschallwandler rückseitig ein akustisches Dämpfungselement angeordnet, so ergeben sich besondere Vorteile, wenn der erfindungsgemäße Ultraschallprüfkopf weiterhin ein zweites elektrisches Kontaktelement aufweist, das vom ersten Kontaktelement verschieden ist. Dieses zweite elektrische Kontaktelement bildet einen Kontaktfuß aus, welcher diejenige Deckfläche des Ultraschallwandlers elektrisch kontaktiert, die dem Vorlaufkörper abgewandt ist, und zwischen dem Ultraschallwandler und dem Dämpfungselement angeordnet ist. Weiterhin bildet das zweite Kontaktelement eine elektrisch leitende Kontaktfläche aus, die an der vom Vorlaufkörper abgewandten Deckfläche des Dämpfungselements angeordnet ist. Das zweite Kontaktelement ist so ausgestaltet, dass es den Kontaktfuß und die elektrische leitende Kontaktfläche elektrisch miteinander verbindet.
Es hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das erste oder/und das zweite elektrische Kontaktelement als Stanzteil aus Federblech ausgebildet sind, ggf. auch als gefalztes Stanzteil. Mittels geeigneter Oberflächenvergütung wie einer Verchromung lassen sich die Korrosionseigenschaften des Federblechs noch verbessern.
Die Konstruktion des erfindungsgemäßem Prüfkopfs erlaubt eine besonders rationelle, weil weitestgehend automatisierte Fertigung desselben. Aufgrund der deutlich vereinfachten Kontaktierung des Ultraschallwandlers, die keinerlei mittels Löten zu befestigende Litzen oder Bandleiterverbindungen mehr erfordert, kann insbesondere eine weitgehend vollständige Montage des Ultraschallprüfkopfs mittels Montagerobotern erfolgen. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs weist zumindest folgende Verfahrensschritte auf:

a. Anordnen eines ersten elektrischen Kontaktelements am Vorlaufkörper, und
b. Anordnen des Ultraschallwandlers am Vorlaufkörper, und
c. Zusammenfügen von Gehäuse und Vorlaufkörper mit daran angeordnetem Ultraschallwandler, derart dass der erste federnde Kontaktarm die Kontaktfläche durch Federkraft elektrisch kontaktiert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet das erste elektrische Kontaktelement weiterhin einen zweiten federnden Kontaktarm aus. Weiterhin bildet das Gehäuse einen Massekontakt aus, welcher an der Innenseite des Gehäuses angeordnet ist. Beim Einführen des Vorlaufkörpers mit daran angeordnetem ersten elektrischen Kontaktelement und Ultraschallwandler in das Gehäuse kontaktiert der zweite federnde Kontaktarm den Massekontakt durch Federkraft elektrisch leitend. Bei geeigneter Anordnung des zweiten federnden Kontaktarms sowie des Massekontakts geschieht dies vollkommen automatisch, ohne dass ein Eingriff eines Monteurs erforderlich wäre.
Eine besonders geringe Fehlerquote bei der Montage eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs lässt sich erzielen, wenn zusätzlich folgende weitere Verfahrensschritte ausgeführt werden:

a. Ausbilden eines Kontaktbetts im Vorlaufkörper, welches an die Form des ersten elektrischen Kontaktelements angepasst ist, und
b. Einbringen des ersten elektrischen Kontaktelements in das vorstrukturierte Kontaktbett.

Wegen des sich ergebenden Formschlusses zwischen Kontaktelement und Kontaktbett ergibt sich ein sicherer Sitz des Kontaktelements auf dem Vorlaufkörper während der Montage des Prüfkopfs, der nochmals erhöht werden kann, wenn ein Klemmsitz des Kontaktelements auf dem Vorlaufkörper bzw. im Kontaktbett realisiert wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den Ausführungsbeispielen, die nicht einschränkend zu verstehen sind und nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:

1: perspektivische Darstellung des Vorlaufkörpers eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2: perspektivische Darstellung des Vorlaufkörpers aus 1 mit daran angeordnetem ersten elektrischen Kontaktelement,
3: perspektivische Darstellung des Ultraschallwandlers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4: perspektivische Darstellung des Vorlaufkörpers aus 1 mit daran angeordnetem ersten elektrischen Kontaktelement und Ultraschallwandler,
5: unterseitige Ansicht des Gehäuses des Ultraschallprüfkopfs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
6: schematische Schnittdarstellung des Ultraschallprüfkopfs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
7 Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs, und
8 Explosionsdarstellung eines Ultraschallwandlers, eines zweiten elektrischen Kontaktelements und eines Dämpfungselements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs.

In 1 ist ein keilförmiger Vorlaufkörper 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Vorlaufkörper 20 ist einteilig ausgebildet und weist ein Kontaktbett 22 auf, welches in seiner Formgebung an ein erstes elektrisches Kontaktelement 30 angepasst ist. Das erste elektrische Kontaktelement 30 wird formschlüssig im Kontaktbett 22 angeordnet, beispielsweise durch Verklebung, Verpressung, Verklemmung. Weiter weist der Vorlaufkörper 20 eine Vorstrukturierung in Form einer Aussparung 24 auf.
In 2 ist der Vorlaufkörper 20 gezeigt, an welchem ein erstes elektrisches Kontaktelement 30 mit einem ersten federnden Kontaktarm 32 und zwei zweiten federnden Kontaktarmen 34,34', hier in einer T-förmigen Ausführung, formschlüssig angeordnet ist. Ferner weisen die zweiten federnden Kontaktarme 34, 34' Kontaktspitzen 35 auf. Die Form des bereits in 1 gezeigten Kontaktbetts 22 und des ersten elektrischen Kontaktelements 30 sind passgenau aufeinander abgestimmt, so dass das erste elektrische Kontaktelement 30, beispielsweise in einem Klemmsitz, in dem Kontaktbett 22 des Vorlaufkörpers 20 gehalten wird. Die vorstrukturierte Aussparung 24 des Vorlaufkörpers 20 ist in ihrer Ausgestaltung geeignet den ersten federnden Kontaktarm 32 des ersten elektrischen Kontaktelements 30 federnd in sich aufzunehmen.
In 3 ist eine perspektivische Darstellung des Ultraschallwandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Schichtdicken-Relationen sind als nicht maßstabsgetreu anzusehen. Die Zeichnung soll lediglich zur Verdeutlichung eines flächig ausgebildeten Ultraschallwandlers 10 mit an den gegenüberliegenden Deckflächen des Ultraschallwandlers 10 ausgebildeten ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktfläche 12 und 14, wie er gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwandt wird dienen.
4 zeigt ein Foto eines aus 1 und 2 bekannten Vorlaufkörpers 20 mit daran angeordnetem erstem elektrischem Kontaktelement 30 und Ultraschallwandler 10. Der Ultraschallwandler 10 umfassend, eine erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktfläche 14, ist derart an dem Vorlaufkörper 20 angebracht, dass die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 dem Vorlaufkörper 20 zugewandt ist und diese die vorstrukturierte Aussparung 24 des Vorlaufkörpers 20 teilweise überdeckt. Der erste federnde Kontaktarm 32 des ersten elektrischen Kontaktelements 30 ist gegen die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 vorgespannt und wird durch den Ultraschallwandler 10 in die Aussparung 24 gedrückt. Dadurch wird durch Federkraft die dem Vorlaufkörper 20 zugewandte erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 des Ultraschallwandlers 10 kontaktiert.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die zweiten federnden Kontaktarme 34, 34' des ersten elektrischen Kontaktelements 30 Kontaktspitzen 35 auf, welche geeignet sind durch Federkraft einen Massekontakt 50, welcher an der Innenseite des Gehäuses 2 ausgebildet ist zu kontaktieren.
Eine unterseitige Ansicht eines entsprechenden Gehäuses 2 ist in 5 gezeigt. In dem hier gezeigten ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Massekontakt 50 über die gesamte innenliegende Gehäusewand.
Nach dem Zusammenfügen von Vorlaufkörper 10 und Gehäuse 2 berühren die Kontaktspitzen 35 des zweiten federnden Kontaktarms 34, 34' des ersten elektrischen Kontaktelements 30 die Innenwand des Gehäuses 2 und kontaktieren so die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 des Ultraschallwandlers 10 mit dem Massekontakt 50.
Weiter zeigt 5 ein drittes elektrisches Kontaktelement 52 mit einem dritten federnden Kontaktarm 54 aus Federstahl, welches dafür geeignet ist die dem Vorlaufkörper 20 abgewandte zweite elektrisch leitfähige Kontaktfläche 14 des Ultraschallwandlers 10 durch Federkraft zu kontaktieren. Das dritte elektrische Kontaktelement 52 ist mechanisch mit dem Gehäuse 2 verbunden und dergestalt, dass es sich von der Innenseite des Gehäuses 2 in dessen Innenraum erstreckt. Dieses dritte elektrische Kontaktelement 52 ist so angeordnet, dass der, dritte federnde Kontaktarm 54 des dritten elektrischen Kontaktelements 52, selbsttätig in mechanischem Kontakt mit der dem Vorlaufkörper 20 abgewandten zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktfläch 14 gelangt, und diese elektrisch kontaktiert wenn das Gehäuse 2 mit dem Vorlaufkörper 20 und dem daran angeordneten Ultraschallwandler 10 zusammengefügt ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der dritte federnde Kontaktarm 54 aus Federblech ausgebildet.
6 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopf 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels in einer schematischen Schnittdarstellung. Das erste elektrische Kontaktelement 30 mit dem ersten federnden Kontaktarm 32 und zweiten federnden Kontaktarm 34 ist formschlüssig in dem Kontaktbett 22 des Vorlaufkörper 20 angeordnet. Der erste federnde Kontaktarm 32 liegt in der vorstrukturierten Aussparung 24. Der Ultraschallwandler 10 ist derart an dem Vorlaufkörper 20 angeordnet, dass die erste elektrisch leifähige Kontaktfläche 12 des Ultraschallwandler 10 dem Vorlaufkörper 20 zugewandt ist und die Aussparung 24 teilweise überdeckt. Der erste federnde Kontaktarm 32 des erste elektrischen Kontaktelements 30 kontaktiert die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 des Ultraschallwandlers 10 mittels Federkraft. An der Innenseite des Gehäuses 2, des Ultraschallprüfkopfs 1, ist das dritte elektrische Kontaktelement 52 mit dem dritten federnden Kontaktarm 54, angeordnet. Die zweite elektrisch leitfähige Kontaktfläche 14 des Ultraschallwandlers 10 wird von dem dritten federnden Kontaktarm 54 des dritten elektrischen Kontaktelements 52 kontaktiert. Zusätzlich ist der dritte federnde Kontaktarm 54 über eine, im inneren des Gehäuses 2 liegende Anschlussfahne 62 mit einem Anschlusselement 60 verbunden. Dieses Anschlusselement 60 ist zum externen Anschluss einer Steuerleitung für den Ultraschallwandler 10 vorgesehen, beispielsweise handelt es sich dabei um eine BNC-Buchse.
In 7 ist eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallprüfkopfs 1 gezeigt. Der erfindungsgemäße Ultraschallprüfkopf 1 umfasst einen einteilig ausgebildeten keilförmigen Vorlaufkörper 20 mit einem Kontaktbett 22, welches in seiner Formgebung an ein erstes elektrisches Kontaktelement 30 angepasst ist, und einen flächig ausgebildeten Ultraschallwandler 10. Das erste elektrische Kontaktelement 30 wir formschlüssig im Kontaktbett 22 angeordnet, beispielsweise durch Verklebung, Verpressung, Verklemmung. Weiter weist der Vorlaufkörper 20 eine Vorstrukturierung in Form einer Aussparung 24 auf welche dazu ausgebildet ist den ersten federnden Kontaktarm 32 des ersten elektrischen Kontaktelements 30 federnd in sich aufzunehmen. Das erste elektrische Kontaktelement 30 mit einem ersten federnden Kontaktarm 32 und zwei zweiten federnden Kontaktarmen 34, 34' ist formschlüssig in dem Kontaktbett 22 des Vorlaufkörper 20 angeordnet. Der vorgespannte erste federnde Kontaktarm 32 liegt in der vorstrukturierten Aussparung 24.
Der Ultraschallwandler 10 ist derart an dem Vorlaufkörper 20 angeordnet, dass eine an der dem Vorlaufkörper 20 zugewandten Deckfläche des Ultraschallwandlers 10 angeordnete, erste elektrisch leifähige Kontaktfläche 12 die Aussparung 24 teilweise überdeckt. Dadurch wird der erste federnde Kontaktarm 32 des ersten elektrischen Kontaktelements 30 in die Aussparung 24 gedrückt und somit die erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 des Ultraschallwandlers 10 mittels Federkraft kontaktiert.
An der dem Vorlaufkörper 20 abgewandten Deckfläche des Ultraschallwandlers 10 ist ein flächig ausgebildetes akustisches Dämpfungselement 16 angeordnet um störende Ultraschallechos, die von der dem Vorlaufkörper 10 abgewandten Deckfläche des Ultraschallwandlers 10 ausgehen zu minimieren.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der erfindungsgemäße Ultraschallprüfkopf 1 ein zweites elektrisches Kontaktelement 40 auf. Dieses zweite elektrische Kontaktelement 40 bildet einen Kontaktfuß 44 aus, welcher zwischen dem Dämpfungselement 16 und dem Ultraschallwandler 10 angeordnet ist und eine an der dem Vorlaufkörper 20 abgewandte Deckfläche des Ultraschallwandlers 10 zweite elektrisch leitfähige Kontaktfläche 14 elektrisch kontaktiert. Weiter bildet das zweite elektrische Kontaktelement 40 eine Kontaktfläche 42 aus, die an der dem Vorlaufkörper 20 abgewandten Deckfläche des Dämpfungselements 16 angeordnet ist. Das zweite elektrische Kontaktelement 40 ist so ausgestaltet, dass es den Kontaktfuß 44 und die Kontaktfläche 42 elektrisch leitend miteinander verbindet.
In 8 ist ein Ultraschallwandler 10, ein zweites elektrisches Kontaktelement 40 und ein Dämpfungselement 16 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der flächig ausgebildete Ultraschallwandler 10 umfasst eine erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche 12 und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktfläche 14, welche an einander gegenüberliegenden Deckflächen des Ultraschallwandlers ausgebildet sind. Das zweite elektrische Kontaktelement 40 umfasst einen Kontaktfuß 44 und eine Kontaktfläche 42. Das zweite elektrische Kontaktelement wird derart an einer Deckfläche des Ultraschallwandlers 10 angeordnet, dass der Kontaktfuß 44 elektrisch leitend mit der zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktfläche 14 des Ultraschallwandlers 10 verbunden ist. Weiter weist der Kontaktfuß 44 des zweiten elektrischen Kontaktelements 40 eine Öffnung 46 auf, die dergestalt ist, dass ein Dämpfungselement 16, formschlüssig, beispielsweise im Klemmsitz innerhalb dieser Öffnung 46 angeordnet werden kann. Die Kontaktfläche 42 des zweiten elektrischen Kontaktelements 40 ist an der dem Ultraschallwandler 10 abgewandten Deckfläche des Dämpfungselements angeordnet. Die Kontaktfläche 42 wird bevorzugt durch ein drittes elektrisches Kontaktelement 52, wie es gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde elektrisch kontaktiert.
Bezugszeichenliste

1: Ultraschallprüfkopf
2: Gehäuse
10: Ultraschallwandler
12: erste elektrisch leitfähige Kontaktfläche
14: zweite elektrisch leitfähige Kontaktfläche
16: Dämpfungselement
20: Vorlaufkörper
22: Kontaktbett
24: Aussparung
30: erstes elektrisches Kontaktelement
32: erster federnder Kontaktarm
34: zweiter federnder Kontaktarm
34': zweiter federnder Kontaktarm
35: Kontaktspitzen
40: zweites elektrisches Kontaktelement
42: Kontaktfläche
44: Kontaktfuß
46: Öffnung des Kontaktfußes
50: Massekontakt
52: drittes elektrisches Kontaktelement
54: dritter federnder Kontaktarm
60: Anschlusselement
62: Anschlussfahne

Claims

Ultraschallprüfkopf (1) mit einem Ultraschallwandler (10) mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Kontaktfläche (12, 14, 42), einem Vorlaufkörper (20) und einem Gehäuse (2), wobei der Ultraschallwandler (10) an dem Vorlaufkörper (20) angeordnet ist und der Vorlaufkörper (20) mit dem daran angeordneten Ultraschallwandler (10) in dem Gehäuse (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallprüfkopf (1) weiter ein im Gehäuse (2), am Vorlaufkörper (20) angeordnetes erstes elektrisches Kontaktelement (30) mit mindestens einem ersten federnden Kontaktarm (32) aufweist, welcher die elektrisch leitfähige Kontaktfläche (12) des Ultraschallwandlers (10) durch Federkraft elektrisch leitend kontaktiert.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (10) derart an dem Vorlaufkörper (20) angebracht ist, dass die elektrisch leitfähige Kontaktfläche (12) des Ultraschallwandlers (10) dem Vorlaufkörper (20) zugewandt ist.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlaufkörper (20) ein Kontaktbett (22) aufweist, welches an die Form des ersten elektrischen Kontaktelements (30) angepasst ist und welches das elektrische Kontaktelement (30) in sich aufnimmt.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Kontaktelement (30) im Klemmsitz am Vorlaufkörper (20) angeordnet ist.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlaufkörper (20) eine Aussparung (24) aufweist, in welcher der erste federnde Kontaktarm (32) des ersten elektrischen Kontaktelements (30) angeordnet ist, und die elektrisch leitfähige Kontaktfläche (12) des Ultraschallwandlers (10) die Aussparung (24) zumindest teilweise überdeckt.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Kontaktelement (30) einen zweiten federnden Kontaktarm (34, 34') aufweist, und der zweite federnde Kontaktarm (34, 34') durch Federkraft elektrisch leitend mit einem Massekontakt (50) verbunden ist, welcher an der Innenseite des Gehäuses (2) ausgebildet ist.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (10) derart an dem Vorlaufkörper (20) angebracht ist, dass die elektrisch leitfähige Kontaktfläche (14, 42) des Ultraschallwandlers (10) von dem Vorlaufkörper (20) abgewandt ist.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der von dem Vorlaufkörper (20) abgewandten Deckfläche des Ultraschallwandlers (10) ein akustisches Dämpfungselement (16) angeordnet ist, und die elektrisch leitfähige Kontaktfläche (42) an einer vom Ultraschallwandler (2) abgewandten Deckfläche des Dämpfungselements (16) ausgebildet ist.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes elektrisches Kontaktelement (52) mechanisch mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, dergestalt dass es sich von der Innenseite des Gehäuses (2) in dessen Innenraum erstreckt.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) des Ultraschallprüfkopfs (1) ein elektrisches Anschlusselement (60) vorgesehen ist, welches zum externen Anschluss einer Steuerleitung für den Ultraschallwandler (10) vorgesehen ist, und das dritte elektrische Kontaktelement (52) elektrisch leitend mit einer im Gehäuseinneren liegenden Anschlussfahne (62) des Anschlusselements (60) verbunden ist.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallprüfkopf (1) weiterhin ein zweites elektrisches Kontaktelement (40) aufweist, das a. einen Kontaktfuß (44) ausbildet, welcher diejenige Deckfläche des Ultraschallwandlers (10) elektrisch kontaktiert, die dem Vorlaufkörper (20) abgewandt ist, und zwischen dieser und dem Dämpfungselement (16) angeordnet ist, und b. eine Kontaktfläche (42) ausbildet, die an der vom Vorlaufkörper (20) abgewandten Deckfläche des Dämpfungselements (16) angeordnet ist, und c. Kontaktfuß (44) und Kontaktfläche (42) elektrisch miteinander verbindet.
Ultraschallprüfkopf (1) gemäß Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder/und das zweite und/oder das dritte elektrische Kontaktelement (30, 40, 52) ein Stanzteil aus Federblech ist.
Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallprüfkopfs (1) gemäß Anspruch 1, durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a. Anordnen eines ersten elektrischen Kontaktelements (30) am Vorlaufkörper (20), und b. Anordnen des Ultraschallwandlers (10) am Vorlaufkörper (20), und c. Zusammenfügen von Gehäuse (2) und Vorlaufkörper (20) mit daran angeordnetem Ultraschallwandler (10), derart dass der erste federnde Kontaktarm (32) die Kontaktfläche (12) durch Federkraft elektrisch kontaktiert.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das erste elektrische Kontaktelement (30) weiterhin einen zweiten federnden Kontaktarm (34) ausbildet, und das Gehäuse (2) einen Massekontakt (50) ausbildet, welcher an der Innenseite des Gehäuses (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einführen des Vorlaufkörpers (20) mit daran angeordnetem ersten Kontaktelement (30) und Ultraschallwandler (10) in das Gehäuse (2), der zweite federnde Kontaktarm (34) den Massekontakt (50) durch Federkraft elektrisch leitend kontaktiert.
Verfahren gemäß Anspruch 13, durch folgende weitere Verfahrensschritte gekennzeichnet: a. Ausbilden eines Kontaktbetts (22) im Vorlaufkörper (20), welches an die Form des ersten elektrischen Kontaktelements (30) angepasst ist, und b. Einbringen des ersten elektrischen Kontaktelements (30) in das vorstrukturierte Kontaktbett (22).