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Die Erfindung betrifft eine Ultraschallmessvorrichtung zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit eines in einer Leitung strömenden Fluids nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit oder des Durchflusses auf Ultraschallbasis sind unterschiedliche Messprinzipien bekannt. Bei einem Dopplerverfahren wird die je nach Strömungsgeschwindigkeit unterschiedliche Frequenzverschiebung eines an dem strömenden Fluid reflektierten Ultraschallsignals ausgewertet. Bei einem Differenzlaufzeitverfahren wird ein Paar Ultraschallwandler am Außenumfang der Rohrleitung mit einem gegenseitigen Versatz in Längsrichtung montiert, die quer zu der Strömung entlang des zwischen den Ultraschallwandlern aufgespannten Messpfades wechselseitig Ultraschallsignale aussenden und registrieren. Die durch das Fluid transportierten Ultraschallsignale werden je nach Laufrichtung durch die Strömung beschleunigt oder abgebremst. Die resultierende Laufzeitdifferenz wird mit geometrischen Größen zu einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Fluids verrechnet. Mit der Querschnittsfläche ergibt sich daraus der Volumenstrom oder Durchfluss. Für genauere Messungen können auch mehrere Messpfade mit jeweils einem Paar Ultraschallwandler vorgesehen sein, um einen Strömungsquerschnitt an mehr als einem Punkt zu erfassen.
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Die zur Erzeugung des Ultraschalls eingesetzten Ultraschallwandler weisen einen Schwingkörper auf, häufig eine Keramik. Mit dessen Hilfe wird beispielsweise auf Basis des piezoelektrischen Effekts ein elektrisches Signal in Ultraschall gewandelt und umgekehrt. Je nach Anwendung arbeitet der Ultraschallwandler als Schallquelle, Schalldetektor oder beides.
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Dabei muss für eine Kopplung zwischen dem Fluid und dem Ultraschallwandler gesorgt werden. Eine verbreitete Lösung besteht darin, die Ultraschallwandler mit direktem Kontakt zum Fluid in die Leitung hineinragen zu lassen. Die derart eintauchenden Ultraschallwandler sind aber dem Fluid und dessen Druck und Temperatur ausgesetzt und werden dadurch womöglich beschädigt. Umgekehrt können die Wandler die Strömung stören und deshalb die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen.
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In manchen Anwendungen, insbesondere im Hygienebereich, besteht die Anforderung, an der Innenwand eine gegenüber dem Fluid möglichst geschlossene Oberfläche zu bieten, damit Ablagerungen vermieden werden und eine vollständige Reinigung möglich ist. Aber auch bei herkömmlichen Ultraschallmessvorrichtungen mit Metall- beziehungsweise Edelstahlkanal, der prinzipiell für solche Anwendungen geeignet ist, werden weiterhin die Ultraschallwandler in den Kanal hineinragend montiert und mittels einer Gummidichtung akustisch und mechanisch davon getrennt. Diese Dichtungen müssen wegen aggressiver Reinigungsmittel regelmäßig ausgetauscht werden und verursachen damit Wartungsaufwand und Stillzeiten. Außerdem können sich an durch die Ultraschalwandler und deren Halterungen bedingten Unebenheiten dauerhafte Schmutzablagerungen bilden.
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Grundsätzlich sind auch Techniken bekannt, bei denen die Innenwand vollständig geschlossen bleibt. Das wird aber mit letztlich ungelösten Problemen durch erhebliche Störungen erkauft, da die Ultraschallsignale zusätzlich zum Fluid auch die Leitungswand durchdringen müssen.
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Ein Beispiel ist die sogenannte Clamp-On-Montage etwa gemäß
US 4 467 659 , mit der Ultraschallwandler von außen an der Leitung befestigt werden. Die
EP 1 378 272 B1 schlägt vor, die Ultraschall erzeugenden Elemente an einer Außenseite einer Wandung anzubringen. Im Gegensatz zur Clamp-On-Technik wird dabei die Wandung als Membran genutzt, die in dem Bereich der Ultraschallwandler eine Tasche mit erheblich geringerer Wandstärke bildet als die restliche Wandung. Diese auch als Clamp-In bezeichnete Montage ist gewissermaßen eine Zwischenform der festen Montage im Innenraum der Leitung und der Clamp-On-Montage.
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Gerade in einer metallischen Leitung breitet sich der Ultraschall nur mit geringer akustischer Dämpfung aus. Der von den Ultraschallwandlern angeregte Körperschall überlagert und verfälscht daher das Messsignal. Es ist denkbar, Riefen oder Rillen in der Innenwand anzubringen, um die Schallausbreitung entlang des Kanals zu kontrollieren. Das kann zu nachteiligen Effekten auf die Strömung führen, vor allem aber bilden sich auch in derartigen Rillen dauerhafte Ablagerungen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschallmessung für die genannten anspruchsvollen Anwendungen beispielsweise im Hygienebereich zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ultraschallmessvorrichtung zum Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit eines in einer Leitung strömenden Fluids nach Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, den oder die Ultraschallwandler nach dem einleitend genannten Clamp-In-Prinzip zu montieren. Ein Schwingkörper des Ultraschallwandlers koppelt dabei an einen Teilbereich der Kanalwand, insbesondere durch direkten Kontakt, bei dem der Schwingkörper auf dem Teilbereich aufliegt und gegebenenfalls durch Federkraft oder Ähnliches angedrückt wird. Da der Teilbereich des Kanals somit als Membran wirkt, ist der Körperschall nicht nur ein Nebeneffekt, denn der Kanal wird an dem Teilbereich sogar gezielt in Schwingung versetzt. Um diesen Körperschall außerhalb des Teilbereichs zu unterdrücken, damit er sich nicht mit dem Messsignal überlagert, sind gezielt Streuzentren in der Kanalwand vorgesehen. Streuzentren für den Körperschall fügen sich, anders als die herkömmlichen Rillen, homogen in die Kanalwand ein.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass sich dem Fluid eine vollständig geschlossene, glatte Innenfläche bietet. Dadurch werden Ablagerungen vermieden, und es wird eine leichte, vollständige Reinigung ermöglicht. Da der Körperschall unterdrückt ist, erreicht das System eine hohe Messgenauigkeit.
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Der Ultraschallwandler ist bevorzugt in einem Hohlraum der Kanalwand angeordnet, der nach außen hin offen ist und nach innen zum Strömungskanal hin den Teilbereich aufweist. Der Hohlraum ist also eine nach außen offene gerichtete Ausbuchtung in der Kanalwand, in welche der Ultraschallwandler von außen eingesetzt werden kann (Clamp-In). Zum Strömungskanal hin weist die Kanalwand aufgrund des Hohlraums weniger Material auf, ist also dünnwandig. Das kommt der gewünschten Funktion als Membran des Ultraschallwandlers entgegen.
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Vorzugsweise sind mindestens zwei einander bezüglich des Strömungskanalquerschnitts gegenüberliegende Ultraschallwandler vorgesehen, die wechselweise als Sender und Empfänger arbeiten und zwischen einander einen Messpfad zur Bestimmung einer Laufzeitdifferenz für ein mit und gegen die Strömung des Fluids ausgesandtes Ultraschallsignal bilden. Die Ultraschallmessvorrichtung ist also für ein Differenzlaufzeitverfahren ausgebildet. Gegenüberliegend bedeutet, dass ein Messpfad auf einer Sichtlinie zwischen den Ultraschallwandlern quer durch den Strömungskanal und das darin strömende Fluid verläuft. Der Winkel des Messpfads zur Strömung kann variieren, jedenfalls muss aber eine Komponente in Strömungsrichtung vorhanden sein, da sich bei senkrechter Orientierung keine Laufzeitdifferenz ergibt. Denkbar ist auch, mit zusätzlichen Ultraschallwandlerpaaren weitere Messpfade aufzuspannen. Bei kleinen Nennweiten wird aber bevorzugt nur ein Messpfad verwendet.
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Der Messkörper ist bevorzugt aus Stahl hergestellt, insbesondere aus einem austenitischen Stahl. Damit bietet sich dem Fluid eine geschlossene Stahlfläche, die beständig gegen die Einflüsse des Fluids oder eines Reinigungsmittels ist und keine Ablagerungen zulässt. Das gleiche gilt auch für die Außenflächen, die im Hygienebereich entsprechenden Anforderungen unterliegen. Ein Beispiel für einen geeigneten austenitischen Stahl ist AISI 316L. Dieser ist besonders hygienetauglich, und seine innere Struktur bietet gute Eigenschaften, um wie nachfolgend die Dämpfungsbereiche zu erzeugen.
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Der Dämpfungsbereich weist bevorzugt eine künstlich erhöhte Korngröße auf. Das unterdrückt die Körperschallausbreitung besonders wirksam. Beispielsweise werden der Messkörper als Ganzes oder dessen Dämpfungsbereiche mittels Tempern zunächst hohen Temperaturen ausgesetzt und die gewünschten Korngrößen durch anschließendes Quenchen erzeugt.
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Der Dämpfungsbereich weist bevorzugt eine Schweißnaht auf. Eine Schweißnaht bildet ein sehr wirkungsvolles Streuzentrum. Zudem sind Schweißnähte häufig geschlossene Linien, die zwei akustisch voneinander isolierte Teilbereiche des Messkörpers schaffen. Gerade das wiederum wird für die Unterdrückung der Körperschallausbreitung vom sendenden zum empfangenden Ultraschallwandler benötigt.
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Die Schweißnaht umgibt bevorzugt den Teilbereich. Sie bildet damit eine geschlossene Linie und Abgrenzung um die Quelle des Körperschalls und unterdrückt so dessen Ausbreitung von Anfang an, beziehungsweise in einer empfangsseitigen Betrachtung wird gerade der Empfangsort vor Körperschall geschützt. Die Schweißnaht entsteht besonders bevorzugt dadurch, dass eine Membran als Teilbereich in die Kanalwand eingeschweißt ist. Die Membran ist somit kein ursprüngliches Element des Messkörpers, sondern kann in geeigneter Geometrie aus geeignetem Material herausgeschnitten und dann in dem Messkörper angebracht werden. Die Schweißnaht dient dem unmittelbaren Zweck, eine solche Membran zu befestigen, und zugleich der wirksamen Körperschallunterdrückung.
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Der Messkörper weist bevorzugt einen Wandlerbereich und einen mittels einer Schweißnaht damit verbundenen Strömungsbereich auf. Durch diesen modularen Aufbau können Wandlerbereich und Strömungsbereich getrennt hergestellt und später verbunden werden. Ein typischer Aufbau für ein Differenzlaufzeitverfahren umfasst je einen Wandlerbereich rechts und links mit dem Strömungsbereich dazwischen. Im Wandlerbereich sind die Ultraschallwandler montiert, deren Ultraschallsignale das Fluid im Strömungsbereich ausmessen. Die drei genannten Bereiche sind durch zwei Schweißnähte verbunden. Der Körperschall wird also gleich zweifach gedämpft, ehe er von einem Wandlerbereich in den anderen Wandlerbereich gelangen könnte.
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Der Messkörper ist vorzugsweise in einem Umgehäuse untergebracht, und zwischen Messkörper und Umgehäuse ist mindestens ein Dichtring vorgesehen. Das Umgehäuse umschließt den Messkörper und schafft auch nach außen hin eine glatte Oberfläche. Zwischen Dichtring und Messkörper befinden sich ein oder mehrere Dichtringe, damit nichts in Zwischenraum zwischen Umgehäuse und Messkörper eindringt. Diese Dichtringe haben zugleich eine akustische Dämpfungsfunktion, mit der Körperschallausbreitung zwischen Messkörper und Umgehäuse unterdrückt wird. Ansonsten könnte nämlich das Umgehäuse eine akustische Brücke bilden, über welche der Ultraschall die Dämpfungsbereiche des Messkörpers umgehen könnte.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
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1 eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer Ultraschallmessung an einer Leitung in einem Längsschnitt;
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2 eine dreidimensionale Gesamtansicht einer Ultraschallmessvorrichtung;
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3 eine dreidimensionale Ansicht auf einen Messkörper der Ultraschallmessvorrichtung gemäß 2 ohne Umgehäuse;
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4 einen Längsschnitt durch den Messkörper gemäß 3;
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5 eine Schnittansicht eines Aufnahmebereichs für Ultraschallwandler des Messkörpers gemäß 3;
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6 eine Darstellung des akustischen Dämpfungsverhaltens von Ultraschall in Stahl in Abhängigkeit von der Frequenz für unterschiedliche Korngrößen;
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7 eine schematische Darstellung der Streuung einer akustischen Welle an einer Schweißnaht;
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8 eine schematische Darstellung der Streuung an Schweißnähten in einem Messkörper gemäß 3; und
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9 eine schematische Darstellung der Körperschallunterdrückung an einer Schweißnaht einer Membran des Messkörpers gemäß 3.
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1 zeigt in einer vereinfachten Prinzipdarstellung eine Ultraschallmessvorrichtung 10 zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise des daraus berechneten Durchflusses eines Fluids 12 in einer Rohrleitung 14, das in einer durch einen Pfeil 16 bezeichneten Richtung strömt. Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt beispielsweise mit dem einleitend beschriebenen Differenzlaufzeitverfahren durch Auswertung der Laufzeiten bei Aussenden und Erfassen von Ultraschallsignalen zwischen einem Paar Ultraschallwandler 18a–b mit und gegen die Strömung in einer nicht dargestellten Steuer- und Auswertungseinheit. In anderen Ausführungsformen können ebenso nur ein Ultraschallwandler wie mehrere Ultraschallwandler vorgesehen sein.
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Der Durchflussmesser 10 weist einen Messkörper 20 auf, der an Verbindungsstellen 22 in die Rohrleitung 14 eingefügt ist, beispielsweise durch Flanschverbindungen, und damit im montierten Zustand letztlich einen Teil der Rohrleitung 14 bildet. In einer Kanalwand 24 des Messkörpers 20, welche den eigentlichen Strömungskanal 26 umgibt, sind Ausbuchtungen oder Hohlräume 28a–b vorgesehen, in denen die Ultraschallwandler 28a–b montiert sind. Nach innen hin verbleiben an den Hohlräumen 28a–b von der Kanalwand 24 dünnwandige Bereiche 30a–b, die zugleich als Membran der Ultraschallwandler 18a–b dienen und von dessen Schwingkörper oder Keramik zum Schwingen angeregt werden, um ein Ultraschallsignal auszusenden, beziehungsweise umgekehrt bei Auftreffen eines Ultraschallsignal aus dem Strömungskanal 26 den Schwingkörper des Ultraschallwandlers 18a–b zum Schwingen anregen. Die dünnwandigen Bereiche 28a–b bleiben stabil genug, um einem zu erwartenden Kanalinnendruck von beispielsweise 15 bar standzuhalten. Die Kanalwand 24 bildet eine in sich geschlossene Innenfläche ohne Vertiefungen oder Vorsprünge, an denen sich Ablagerungen absetzen könnten. Die in der Prinzipdarstellung der 1 noch erkennbaren scharfen Kanten können abgerundet werden. Die Ultraschallmessvorrichtung 10 eignet sich insbesondere für kleine Nennweiten wie DN15, DN25 oder DN50.
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Während die 1 das Prinzip erläutert, zeigen die 2 bis 5 eine mögliche reale Geometrie und Gestaltung der Ultraschallmessvorrichtung 10, ihres Messkörpers 20 und der Anordnung der Ultraschallwandler 18a–b. Dabei bezeichnen hier und im Folgenden gleiche Bezugszeichen die gleichen oder einander entsprechenden Merkmale.
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2 zeigt zunächst eine dreidimensionale Gesamtansicht von außen. Der Messkörper 20 ist hier in einem Umgehäuse 32 verborgen, welches die Ultraschallmessvorrichtung 10 nach außen hin schützt und eine glatte Außenkontur zur erleichterten Reinigung bietet. Das Umgehäuse 32 ist mit Hilfe zweier Überwurfmuttern 34a–b befestigt, die nach innen hin durch nicht erkennbare O-Ringe abdichten. Diese Dichtungsringe sorgen zugleich für eine akustische Entkopplung von Messkörper 20 und Umgehäuse 32, so dass das Umgehäuse 32 keine Brücke für Körperschall bildet. In einem 90°-Winkel ragt ein Anschlussbereich 36 heraus, durch den elektronische Leitungen verlegt werden können. An dem Anschlussbereich 36 kann eine nicht gezeigte Einheit mit Anschlüssen sowie einer Versorgungs- und Auswertungselektronik angebracht werden.
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3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Messkörpers 20 nach Entfernen des Umgehäuses 32. Der Messkörper 20 ist punktsymmetrisch zu seinem Mittelpunkt aufgebaut und wird weiter im Zusammenhang mit einer Schnittansicht gemäß 4 durch den Messkörper 20 erläutert, wobei der Messkörper in 4 gegenüber der 3 um 90° um seine Längsachse gedreht ist.
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Der Messkörper 20 setzt sich aus zwei Wandlerbereichen 38a–b und einem dazwischen angeordneten Strömungsbereich 40 zusammen. Diese drei Elemente 38a–b, 40 sind durch zwei Schweißnähte 42a–b miteinander verbunden. Eine derartige Segmentierung erleichtert die maschinelle Herstellbarkeit einer komplexen Geometrie der einzelnen Elemente 38a–b, 40. In die Hohlräume 28a–b der Wandlerbereiche 38a–b werden die Ultraschallwandler 18a–b von außen eingesetzt und sind dann aufeinander ausgerichtet, um den Messpfad aufzuspannen. Die dünnwandigen Bereiche 30a–b sorgen einerseits für eine geschlossene Innenfläche des Messkörpers 20 und bilden andererseits die Membran des jeweiligen Ultraschallwandlers 18a–b. Jeweils in Umfangsrichtung auf der Gegenseite zu den Hohlräumen 28a–b ist noch Raum für weitere Elemente, beispielsweise Temperatursensoren 42a–b, deren Messwerte für eine Korrektur der Ultraschallauswertungen genutzt werden können.
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5 zeigt eine vergrößerte weitere Schnittansicht nur eines Wandlerbereichs 38b, wobei diese Ansicht wiederum gegenüber 4 um 90° um die Längsachse des Messkörpers 20 verdreht ist. Man blickt also von Innen her auf den dünnwandigen Bereich 38b beziehungsweise die Membran des einen Ultraschallwandlers 18b. Innere Abrundungen 46, 48 dienen der verbesserten Strömungsführung, die hier nicht näher betrachtet werden soll. Die Membran soll die Schallübertragung effizient gewährleisten und sollte zu diesem Zweck von reproduzierbar glatter Oberflächengüte sowie gleichmäßiger Dicke sein. Dazu kann beispielsweise die Membran aus einem Edelstahlblech des gleichen Materials wie der Messkörper 20 mittels Laser ausgeschnitten und wiederum mittels Laser in den Messkörper 20 eingeschweißt werden. Dadurch wird die Membran von einer Schweißnaht 50b umgeben. Der als Membran dienende dünnwandige Bereich 38b hat in einer bevorzugten Ausführungsform einen größeren Durchmesser als der Ultraschallwandler 18b, beispielsweise 8 mm gegenüber 5 mm. Der verbleibende Hohlraum 28b kann mit einem dämpfenden Material, wie einem Epoxidharz, aufgefüllt werden. Dadurch wird der Ultraschallwandler 18b mechanisch stabilisiert und die Körperschallübertragung weiter unterdrückt.
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Die Schweißnähte 42a–b, 50a–b wirken als Streuzentren für eine gezielte und wirksame Körperschallunterdrückung, so dass Ultraschallsignale nicht innerhalb der Kanalwand 24 des Messkörpers 20 von einem Ultraschallwandler 18a–b zum anderen Ultraschallwandler 18b–a gelangen können. Eine weitere denkbare Maßnahme zum Ausbilden von Streuzentren ist eine geeignete Materialwahl und Materialbehandlung. Diese Maßnahmen und Effekte werden nun anhand der 6 bis 9 näher erläutert.
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Die akustische Dämpfung α von Stahl nimmt mit steigender Frequenz des Ultraschalls zu. Diese Frequenz f beziehungsweise die zugehörige Wellenlänge λ ist aber oft kein freier Parameter, der zur Körperschallunterdrückung erhöht werden könnte, sondern durch Designanforderungen festgelegt. Die Dämpfung α hängt zudem von der mittleren Korngröße D ab, die wiederum durch Materialwahl und Materialbehandlung beeinflussbar ist.
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Die Beziehung zwischen akustischer Dämpfung α, Frequenz f und Korngröße D ist in verschiedenen Regimen unterschiedlich (gemäß Theorie von Lifshits-Parkhamovskii, vgl. beispielsweise R. Palanichamy et al. „Ultrasonic velocity measurements for estimation of grain size in austenitic stainless steel", NDT & E International, Vol. 28 (3), 1995, S. 179–185, ISSN 0963-8695), nämlich
- a) λ > 2πD: α = k1f4D3,
- b) λ < 2πD: α = k2f2D,
- c) λ << D: α = k3/D.
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Der Beitrag a) lässt sich mittels dem Konzept der Rayleigh-Streuung der akustischen Welle an der Kornstruktur des Stahls erklären. Der zweite Term b) beschreibt einen stochastischen Streuvorgang. Der dritte Beitrag c) beschreibt den Effekt, dass die Korngrenzen wie Spiegel für die akustische Welle wirken und damit die stärkste Dämpfung erzielbar machen.
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Besonders bei kleinen Nennweiten und einer typischen Frequenz im Bereich von mehreren MHz sind hier demnach vornehmlich Rayleigh-Prozesse gemäß a) zu betrachten. Der für die Dämpfung wirksamste Prozess c) dagegen kommt nicht zum Tragen.
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6 zeigt die akustische Dämpfung in Stahl (AISI 316L) über die Wellenlänge des Ultraschallsignals für unterschiedliche Korngrößen aufgrund von Rayleigh-Streuung, also dem Prozess a), für die longitudinale und transversale Welle. Die Werte der Schwerwellen liegen in allen Korngrößen deutlich über denen der Kompressionswellen. Nützlicher ist aber an dieser Stelle die Erkenntnis, dass durch zunehmende Korngröße ein ganz erheblicher zusätzlicher Dämpfungseffekt erreicht werden kann. Hierzu beachte man die logarithmische Darstellung.
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Eine Zunahme der Korngröße lässt sich beispielsweise durch Tempern über einen bestimmten Zeitraum und anschließendes Quenchen mit Wasser erreichen. Die Temperatur sollte oberhalb von 1100°C liegen. Durch Tempern über zwei Stunden bei 1350° lassen sich so Korngrößen bis zu 130 µm herstellen. Gemäß dem Diagramm der 6 wird damit eine ganz erhebliche und je nach Abstand zwischen den Ultraschallwandlern 18a–b sogar eine vollständige Unterdrückung des Körperschalls erreicht. Bei der Behandlung mittels Tempern ist allerdings darauf zu achten, dass sich der Messkörper 20 durch die Wärmeeinwirkung nicht verzieht und vor allem die planparallel zueinander ausgerichteten Membrane 30a–b nicht verschoben oder verkippt werden.
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Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit, neben den vergrößerten Körnern wirksame Streuzentren einzubringen, bieten die Schweißnähte 42a–b, 50a–b. Dies ist insbesondere dann möglich und sinnvoll, wenn der Messkörper 20 aus einem austenitischen Stahl hergestellt ist. Solche Stähle werden im hygienischen Bereich in Form des AISI 316L eingesetzt. Im Gegensatz zu ferritischen Schweißnähten wird bei austenitischen Nähten die Schallausbreitung aufgrund der elongierten Kornstruktur stark gestreut, was einen hohen Rauschpegel verursacht.
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7 illustriert zunächst allgemein, dass eine Schweißnaht 42a für die sich ausbreitende Welle eine akustische Impedanz beziehungsweise ein Streuzentrum darstellt. Der Effekt wäre an anderen Schweißnähten 42b, 50a–b ähnlich. Nur ein kleiner Teil der Körperschallenergie wird demnach direkt in gerader Ausbreitungsrichtung weitergeleitet.
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8 zeigt eine schematische Darstellung des Messkörpers 20, welche die 4 auf die für das Verständnis der Wirkung der Schweißnähte 42a–b wesentlichen Merkmale reduziert. Die gestrichelte Wellenlinie 52 stellt einen möglichen Ausbreitungspfad für Körperschall von dem einen Ultraschallwandler 18a–b zum anderen Ultraschallwandler 18b–a dar. Durch die Segmentierung des Messkörpers 20 wird diese Körperschallausbreitung sehr effektiv unterdrückt, denn die beiden Schweißnähte 42a–b wirken als Streuzentren, die gleich eine doppelte Barriere für die Körperschallübertragung zwischen den Segmenten 38a–b, 40 bilden.
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9 zeigt eine schematische Darstellung der Umgebung des als Membran wirkenden dünnwandigen Bereichs 38b, welche die 5 auf die für das Verständnis der Wirkung der Schweißnaht 50a wesentlichen Merkmale reduziert. Die Schweißnaht 50b umgibt die Membran 30b und kapselt sie gleichsam akustisch ein. Das hat mehrere positive Auswirkungen: Der Ultraschall, der aufgrund seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung in die Kanalwand 24 einkoppeln könnte, wird weitgehend direkt an der Schweißnaht 50b zurückgestreut. Von dem Anteil des Ultraschalls, der trotz der Schweißnaht 50b aus dem Ultraschallwandler 18b in die Kanalwand 24 eingekoppelt hat, kann nur ein geringer Anteil mit starker Dämpfung nach eventuellen Mehrfachreflexionen in diesen Ultraschallwandler 18b rückkoppeln. Und schließlich sind beide Ultraschallwandler 18a–b von einer solchen Schweißnaht 50a–b umgeben, so dass möglicherweise noch trotz der Schweißnähte 42a–b zwischen den Segmenten 38a–b, 40 verbleibende Körperschallübertragungen zwischen den Ultraschallempfängern 38a–b auch empfangsseitig unterdrückt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4467659 [0007]
- EP 1378272 B1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Theorie von Lifshits-Parkhamovskii, vgl. beispielsweise R. Palanichamy et al. „Ultrasonic velocity measurements for estimation of grain size in austenitic stainless steel“, NDT & E International, Vol. 28 (3), 1995, S. 179–185, ISSN 0963-8695 [0039]
