DE2037683A1 - Material Prüfgerät - Google Patents

Description

Df. O. Dittmaiw K. L. Schiff Dr. A. ν. Füner DIpI. Inj. P. Strehl

8 München 90, M*ri*MHpi«tt 2*3, T«l*ton 45 40 40

29. JUH 1970 PS/E1S/HS

Automation Industrie β, Inc. Unsere Akt« DA-E5ÖÜ (Δ-710)

Material-Prüfgerät Priorität* 30. Juli 1969# USA, Kr.846 I91

Die Erfindung bezieht sieb auf Material-Prüfgeräte und betrifft insbesondere einen neuartigen und verbesserten bertthrungefrelen, luftgekoppelten Wandler zur Venrendung bei der Untersuchung von Werke tue ken.

Zum Stand der Technik gehört eine elektrische zerstörungsfrei arbeitende Prüfeinrichtung, die Ultraeonallschwingungen unter Verwendung von JCristallwmndlern erzeugt. BIe Schwingungen werden von dem wandler in Form eines akustischen Impuleatrahle in das zu prüfende Werkstück ausgesandt. Der Strahl doronsetst umfangreiche metallische Teile ungehindert und wird von den Ih df lachen reflektiert· Auch Risse, Fehler oder sonstige UnregeInftfiigkeiten in dem Werkstück verursachen Reflexionen des akustischen Strahles auf das Instrument zurück, das Ort und (Jröße der Unregelmäßigkeit auf einem Sichtgerät, etwa einem üesilloekop, anreigt. Pie Untereuchungeeinhsit braucht nur zu einer SsIte des zu untersuchenden Werkstücke Zugriff zu. haben.

Von der Untersuohungaelnbeit werden die Schwingungen in

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dac Werkstück gerichtet. Ein Teil des Impulsen wird τοη deft RiS oder Fehler, der Beet τοη den Endflächen reflektiert. Die rücklauf end· Bnergie wird auf dem Oesilloekop ale Tertikaie ladein angeseigt. Der Bildeohlrft dee Qesilloejbpen «teilt elektrieohe Wellenformen ale Radeln dee Initieliepul··« sowie 91? Reflexionen τοη der Fehlere teile and den hinderen and vorderen Flächen dar« Der Abstand dieeer Radeln auf deft Oesllloekop steht im Verb&ltnie su des Weg, den der Strahl la dem su untereuehenden Material «urücklegt, wobei die örtliche lage etwa einee^T&a*«? dus^fc In unregelft&fiigen Aoatttnden auftretende . Nadeln .lokalialert wird.

SLn eolehee Prüfgerät wirS auoh daeu. Texwendet, die BLok* dee lerketUcke deich die In regelmäßigen Abstanden raa&em *i<»3ft Ton den Vorder- und Rfiokf lachen su beetiaaen. Treten Diokenaohwankungen auf» eo werden die·· durch eine relatiTe Änderung der auf dem Oasilloekop dar« eeetellten !Tadeln angeseigt.

Bei dieeen Gtexmteii nach dem Stenä ύ®τ ΐϋ@Ικιϋε ±&t auf» gfhiad der mtsacö«, dai P'ltrae@b»llüi«rgial8i durch ein luf taedium iPTig—i ttel swieohen ettlok erforderHoh. Me® gilt BbohfreqiuenfiE gearbeitet M.T&, Betrieb von serstSriiiigrfrei arfeei teaiaa

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ten naoh dem Stand der Technik erf order lioh ist. gewOfanlidh sind dabei die Wandler, die Untersuchungseinheiten und die su untersuchenden Werkstücke in einen gelegentllob mit Wasser gefüllten Behälter eingetaucht. Di· untersuchung·« tnheit 1st dann über das Wassermedium mit dem werkstuck gekoppelt und wird bot Untersuchung auf fehler über das merkstück getastet.

Andere Geräte naoh dem Stand der Technik arbeiten mit einem Waeeerweg ewisohen der Untersuchungseinheit und dem Werkstück, wobei ein ständiger Wasserstrom die Schallwellen in die Werkstücke koppelt. Bei wieder anderen Arten vom Kopp-lungsmltteln wird mit aijrzerin oder dergleichen gearbeitet, das vorher auf die Oberfläche des Werkstücke aufgetragen wird. Ue Untersuohungselnhelt 1st dann durch dieses Oljserinmedtta» mit dleeem Werketüok gekoppelt.

Sämtliche erwähn tea Mittel but Kopp-ümg der Untersuchungselnheit mn das Werketüok haben augenfällige lach teile, me mit dem Wassertank und dem Wasserweg arbeitenden derate sind schwierig und unbequem zu handhaben, während die aiyserinpaeten-Technlk nach jeder Untersuchung eine •rhebliohe Reinigung erfordert. Es besteht also Bedarf an einer Einrichtung, bei der Schallschwingungen in das Werkstück mittels einer verbesserten Kontakfr-Untersuohungselnbeit, die körperlich an das Werkstück gekoppelt lsi· gelangen, oho· «in daswischentretendee Koppelongsmlttel für die

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Ultraeehallenergle su heaBtlgen.

Bei Bei einigen Geräten nach de» Stand der Teohuik let bereits eine körperliche Sopp-lung zwischen der Üntereuohangeelnheit und dta Werkstück versucht «orden· Sie bekannte - Technik hat eich jedoch als nicht «ehr genau erwiesen₍ da da· ElnkoppelA tcsx akuetisohen Sohwingtingen in da« fferkatttok alt den Kontaktdruck «and der Aosrlobtun de· Kandiere eohwankt. Ändert eiora also der BnLCk₉ &o än dert eich auch dae von der Unt«sii«LohuBgs®inlä«it aene Auagange« oder rttokJEofige Signal vmA lust in Unteraoohungeeinlieit and der dasit wmrmm&vtmk Prüf ©in» rlohtang eine falsche Anseig® irgtndeiner ^rt ans* M©se Fehlanzeige könnt· al» Rii oder fehler is «imem interpretiert werden, &a@ in Mriaiolitoit frei lot. Andereraelt« kaan «a wtßh dmok nioht stark gemtag let

Bs besteht also B#%rf an. einheit» die la der Zage mrkstück ucler einem mmtsr «wischen

ohne dafi Verkat&ck und halter Bit £opj>~2ungesift®:iJ! m: darf 1st eof ein Oerftt praktisch sit einer tat ob« dennoch in dar Mg®

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Energie zu Übertragen, um Bisee oder sonstige Unregelmäßig selten innerhalb des Werkstücke festzustellen.

gesagt umfaßt daa erfindungsgemäße Ultraschall-Material-Erafgerät ©ine Einrichtung zur Erzeugung and eine Einrichtung zum Sapfang iron elektrische Energie-Impulsen« Zur Anzeige der von der Bapfangseinrichtung aufgenommenen Signale ist ein Sichtgerat vorgesehen. Eine Untersuchungen einheit dient zur Ankopplung an daa zu prüfende Werkstück« Die Untersuohuagseiaheit umfaßt einen Sende» und einen Bapfangswandler wooei die beiden Wandler gelegentlich in einen einzigen Gehäuse oder Seatell montiert sind· lündes ten β ein Wandler umfaßt eine Einrichtung, qiel das Werkstück durch Induzieren von Wirfcelströmen in Schwingungen zu. versetzen. Der andere Wandler omfa£t einen Ultraschallahnehmer, der für die Freq.aenz der Werketückschwingungen empfind lich iet„

DLe in dem Werkstück induzierten Wirhelßtröme *bewir- \öm Schwingungen in verschiedenen S^hwingüngstypen, die von den Materialeigenschaften abhängen. Sind in dem Werkstück keine Hisse» fehler oder sonstige Unregelmäßigkeiten vorhanden, so stellt eich das von dem Eoapfangewandler aufgenommene Signal auf dem Sichtgerät als konstantes Signal dar tfeiet das Werkstück jedoch einen Fehler auf, so nimmt die körperliche Schwingung und daher dl« körperliche Bewegung dee Werkstück eine unterschiedliche Charakteristik an, was

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dazu, führt, daß der Enpfang&wandler Impuls© empfängt, die In Abhängigkeit iron dem Fsblsrtyp verspätet «öer vorzeitig auftreten.

erfindungegenäßen Untereuohmgeeix&$iit<m gegenüber dem Stand de? Ssetmlk einen grs&de&tgiashen Vor« teil, der auf einem gewissermaßen «imsiggartigea Arbeite·" prinzip "beruht. Sretene "beetent keinerlei lotwendigkeit für ein fKiasigea oder «icmetig«® Καρρ-IUßgCTdttftl swisohen den Kon takte lernen t und dis& WerketSLck» der körperliche E^-atekMr^e.fc ssnd.©onen einfiel ten und des Werkatüek bot gering ^s% &©im_f wae eine BeeeMdlgung der Ümtereiaohimg@eia.l&eit ©Msi@3 ^rerainäert wie eis· 41>seiis^@ii, Verteatsen, oö,m >,.mmtlg£& BescMdlgen de· Werkettioks«.

Dieae und weitere Eigenschaf tsn and Vorteile d®r Erfindung ergeben sich aua der naehstenanden dataillierten Beeohreitiung· von laeTorsugten Auefühninga^elBplelen anhand der Zeichnungen} darin sseigen

Flg. 1 ein elektrisch®» Blockschaltbild sines erfinduagsgeaäßen
den Material-Brüfgeratest Fig* 2 eine Seitenansicht einer ■ &&?;·■■■ bei dem TerwendetflKi
Fig. 3 eine Unteraaeioht des

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der üntereuchungseinheit im Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2$

Fig. 4 eine Unteranaicht des luftgefcoppelten fandlere der üntereuehjuogeeinheit in einem

Schnitt lang« der linie 4-4 ämx- Fig. 2} Fig. 5 einen Schnitt durch den lnftgekoppelten

Wandler der Onterawchungseirsheit lunge

der Linie 5-5 der Flg. 21 Ig. 6 einen Schnitt dozen den luftgekoppelten

landler der Cnteraaiotomgaeinheit läng· der

linie 6-6 der Hg· 2; Fig. 7 ein in der üutr v^hoscgseinheit neon Fig· 2

▼erwendete· eamati^tl ^ ^^-f^:ml'-r:^i.-tf Fig. 8 eine ttftlbeoheafttieobn Bsrstelliuii^ dar .T-Ic-

s&ente der Un-Ursuohongeeinheit nsoli Fig·2$ Fig, 9 eine Aneicht dee Ürtoeletrcemendlers und

de· luftgekoppelten Wand lere in einer an-

deren AuefWmmgedToi»$ Fig. 10 eine iÄretellung einee der Kontektwandler-

Fig. 1t einen Scimitt äorch den So&tftktwandler UtBge der linie 11-11 der Fig. 10; and

Fig. 12 einen «eiteren Schnitt durch den EonteJrtwendler läng* der linie 12-12 der Fig. 11.

den Zeichnungen toefafit miM drfindangageefißeai serste rungefrei arbeitendes iröi-iü^trunisif? 10 «inen Sender 12,

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der eine Folge von Intermittierend auftretenden Impulsen erzeugt. Der Sender 12 ißt mit einer Unter0UOhungseinheit 14 gekoppelt, wobei die von dem Sender 12 ausgehenden Impulee einen Wendler 16 in der ühtereueüungeeinheit 14 erregen .

Die von den Impulsen 'bewirkten Schwingungen werden über ein Werkstück 32 von einem weiteren Wandler 15 in der Untersuohungseinheit 14 empfangen, wobei aue diesen Impulsen ein ähnliches elektrisches Signal erzeugt wird« Dieses elektrische Signal wird einem Empfänger 16 zugeführt, der seinerseits mit einem Vertikal-Ählenkgenerator 20 gekoppelt ißt; von dort gelangt das elektrische Signal an die ?ertikal~Ablenkplatten einer Xathodenetrahlrahre 22. Der Sender 12 wird von einem Impulsgenerator 24 ausgesteuert, der außerdem einen ,&0rizontal-Abl®nkgenerator 26 treibt, der seinerseits mit den Eoriaontal-Ablsnkplattezi der Kathodenstrahlröhre 22 gekoppelt iet«

Dae Ergebnie iget *öa dem Eapfänger 13 waä dem Hori» zontal-Ablenkgenerator 26 empfangenen Signale wird in einem Bild 28 auf dem Schirm der Eathodenstrahlröh-Te 22 sichtbar gemacht. Der Schirm des Oszilloekopen 22 gibt die empfangene Baergie in Form von Hadela des Initiaüsapulees wieder« Avj3erdem werden Radoln wiefiergegebesi , die Fehler und Reflexionen, von dem zu. prtf<mid@ai Material ansseigm. Ankunftaseit der !{adeln steht im Verhältnis ssnr Dicke dee

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untersuchten Material«.. Eine räumlich© Verschiebung in der Ankunftszeit des von dem Empfänger aufganostosnon Signale sieigt an, das ein BiS oder Pettier in dem Material vorliegt.

In einigen Sällen gibt das Schirmbild der Kathodenstrahlröhre 22 die rüokkehrenfle Energie ale Maßstab für die Zeit wieder, die die Ultraschallgerät» benötigt, um iron dem Sendewandler 16 au dem Bapfongfiwandler 15 zu. gelangen. Besteht ein Hiß oder fehler in dem Material, ao nimmt die lauf zeit in Abhängigkeit vom fehlertyp zu. oder ab. Auch Schwankungen in der Dicke dee Werkstücks lassen eich als Änderung der laufzeit der Ultraechallenergie feststellen ,wobei die lage der Impulanadel auf dem Osailloekop relativ au einer Bezugsmarli» ein Haß für die Dicke des Werkstücke 32 ist. KIn typisohee Instrument für dieee Erfindung iet in der em 23. 6. 1970 hinterlegten deutschen Batentanmeldung P 2Ο3Ο$^Ί·.Ο offenbsirt.

In Figur 2 i@t ein Doppalwandler für die Untersuohungeeinheit 14 dargestellt. In dieser Kombination iet der BapfangBWffiidler 15 direkt oben auf dem Sendew&ndler 16 angeordnet. Bei der Bafpangswandler-Anordnong 15 handelt es sich um einen luftgekoppelten Typ, wie er in dar «benfalle am 23* 6.1970 hinterlegten deutschen Patentanmeldung P.;1^3ü 952.8 offenbart ist. Der Wandler 15 der üntereuchung·- elnheit 14 umfaßt ein Sehause 40 mit einem darin angeordnetan Einsatz 42. Das Wandlergehaus· 40 kann zylindrisch ge*

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formt sein, der Einsatz 42 kann aus elektrisch und akustisch nichtleitendem Material wie etf?a Kunststoff, Epoxyharz oder dergleichen bestehen« Der Einsatz 42 weist einen (am besten aus Fig. 6 und 6 ersichtlichen) zylindrischen erhabenen Abschnitt 44 auf, der von dem Einsatz 42 generell auf das Werkstück 32 ragt.

In dem Einsatz 42 ist ein U-förmigee Bauelement 46 eingebettet, das zwei ausfliegende Stifte 46 und 43 bildet. In dem Einsatz 42 ksaas ©in Paar von Eontaktanschlüssen 5o und 52 (β. Fig« 6) angeordnet se±a_t die 'durch eine Öffnung an der Oberseite des {Jeliäua®® 40 &es@&eg@£ührt sind und dazu dienen, die elektrisch® Energie von dem Bm- $£m.gema*&älm 15 der Untersue&ungseialieit 14 abzuleiten. Ein Wandlerelement 49 in SOna eines piezoelektrischen Kristalls ist auf die in fig. 4 gezeigte Weiss saittels eines Paares von elastischen Elementen 56 und 53 feäerad an den Stiften 46, 48, 5ü und 52 montiert.

Bei dieser Art der Montage des Wandler@lementes 49 an dem Einsatz 42 besteht das in Pig. 7 gezeigte Befestigungselement 56 aus elastischem Material wie ©twa Gummi. In den beiden Enden dieses Elementes sind zm&± löcher 6ü und 61 vorgesehen. Pas Elem«as,t ist im wee®atll©Si@n länglich und hat einen Schlitz 66. Eines der toeid« Elemente 56 erstreckt aich zwischen Sen K©ntaktg?ti£tem. 5U im,ü $2_d wobei das Loch "ψ an dem Stift 52 vmä das 1®&h 61 an dem

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Stift 5ü befestigt ist.

Baa Wandlerelenient 49 iet in den Schlitz 66 des elastischen Elementes 56 eingesetzt. Bas elastische Element 56 ist in gleicher Weise alt dem Wandler·lernent 49 verbunden und quer zu diesem in der anderen Richtung zwischen den Stiften 46 und 48 gespannt. Biese Art der Befestigung vermittelt völlige Bewegungsfreiheit des Wandlerelementes 49.

In Fig. 5 ist eine Seflektorplatte 62 gezeigt, die an den Stiften 46 und 48 befestigt ist. Bei dieser Ausführungeform ist die ReflektorplattÄ in ihrer Größe kleiner gezeigt, als das Wandlerelement 49. In Fig. 8 ist eine in gewisserweise schematische Barstellung der relativen lage des Einsatzes 42, der erhabenen reflektierenden Fläche 44, des Eristallwandlers 49 und des Reflektors 62 wiedergegeben« Wie dem Fachmann bekannt, neigt das, Wandlerelement 49 bei Erregung mit elektrischer Energie zu Bickenecbwingungen* Dabei biegt es sich beispielsweise lange seiner Mittelachse· Bekanntlich bleiben bei dieser Biegung zwei Stellen, die im folgenden als Knotenpunkte bezeichnet werden, stationär. Biese Punkte sind in Fig. 8 mit 76 und 73 bezeichnet.

Von der Wandler-Üntereucbungaeinheit 14 empfangene Ultraschallenergie breitet eich insbesondere bei nledri-

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gen Frequenzen im Bereich um 25 Kilohertz in einer verhEltniemäßig breiten Keule aus» Es ist zweckmäßig, den Brück dieser Ultraschallenergie auif die Wanälertoristalle 4-9 und insbesondere auf den Bereich zwischen den Knotenpunkten 76 und 78 zu. konzentrieren _e Dazu wird eine Einschränkung auf den Bereich zwischen d®m Wanälerkrietall und der erhabenen fläche 44 dadurch bewirkt, dejfc äer Abstand dazwischen verhältnismäßig kleiner ist» ültraschallemergie, die an sich nicht wirksam auf den Kristallwandler auf trifft, wird von der Reflexionsf lache 80 des Einsatzes 42 reflektiert und zwangsläufig in den beschrankten Bereich 82 geleitet, wodurch ein höherer Druck auf den Wandlerkristall 49 erzeugt und bewirkt wird, daß dessen Schwingungen zunehmen und dadurch die von dem Wandler aufgenommene Energie ansteigt.

Bekanntlich hängt die Resonanzfrequenz von seiner Eaumform ab. ELn Kristall mit einer länge von 3/6 Zoll (6,5 um), die in Fig. 8 als eine Wellenlänge ί bezeichnet ist, hat beispielsweise eine Beeonauafrequenz bei 25 Kilohertz. Bei der vorliegenden Äusführungeform hat der Reflektor 62 von der reflektierenden Flachs 8ü einen Abstand von einer halben Wellenlänge oder 1/2, Beim Betrieb ist es zweckmäßig, stehende Wellen von der Oberfläche des Werkstücks 17 so klein wie möglich zu machen« Um solche stehenden Wellen zu ellminieren, löschen die von dem Reflektor 52 reflektierten Signale sämtliche Reflexio-

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nen von der fläche βυ aus, da sie aufgrund des Abständea um 18O° phasenverschoben sind. Die ausgelöschten Signale treffen dann nicht auf den Kristall 49 und die einzigen von dem SrIetall 49 aufgenommenen Signale sind diejenigen, die direkt von dem Sendewandler kommen.,

Gemäß Fig, 2 ist der oben beschriebene Bsipfangewandler 15 innerhalb eines äußeren Gestells 86 angeordnet. Nahe der Unterseite dieses Außengeatella 86 befindet sich der Sendewandler 16. Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt dieser Sendewandler einen in dem Gestell 86 befindlichen Einsatz 8? mit einem hohl&ylindrlschen Abschnitt 88, in dem ein hohler Schaft 89 verläuft. Der Absohnit 89 weist eine Öffnung 90 auf, die in denjenigen !Teil führt, der mit dem Wandler 15 in Verbindung steht. Um den herausragenden Schaft 89 ist eine Drahtspu-Ie 91 gewickelt. Die Zuführungsdrähte dieser Spule führen durch die Oberseite der Untereuchungseinheit 14 und sind mit dem Sender 12 verbund«!· Sie Brahtspule 91 ist normal in geeigneter Weise innerhalb des Gehäuses 88, beispielsweise durch Einbetten der Spule in Epoxyharz, befestigt»

Beim Betrie^, erzeugt die Spule 91 des Sendewaadlers 16 in dem Werkstück 32 ein Wirbelstromfeld, das durch die Öffnung ^cß hindurch von dem Bapfaagswandler 15 ermittelt wird« Ein Grundvorteil dieser Untersuohungeeinheit besteht darin, daß Sende- und Enpfangswandler nicht in Innigem Kon-

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takt mit dem Werkstück 32 au stehen braacten« vm äie not' wendigen Schwingungen sau. erzeugen, die voa S@m wandler 15 aufgenommen werden sollen«

fig. 9 sseigt ein erfinäHngegeaaeee AuefUbrungebeispiel, bei dem Sendewandler 16 und 33ap£aiigBiiBffldl®r 15 seitlich nebeneinander angeordnet sind· Bei dieser At&eführungsfoxm sind die beiden Wandler dnxon äas Gestell 86 in @in« festen Abstand voneinander aageorfeet® die von dem Sendewandler 16

Sijpfangswandlar 15 nacfe aiaer festen 2elt ^a₉ ül® von d®a Eigenschaften de» WerksMoks 32 aÄtogto Eis©©,, Holslräwa© oder sonstige ünr®g©lalßlgl2©it€m iaiesm Si® toiaiaf tsselt und werden entspreAlsensI &mM
strahlrohr- 22 aageseigt_β

^;;. BIe in Fig. 10 geaeigte
ein Gestell 102 adlt einem S®aä@w^ailer iß vmä @i»i® Sapfangswandler 15· Bei[' iss Oeaiewasiäl^r ltsaä©lt @s sioli um den oben

einheit ist ein Dabei

102 verläuft und ea

ist. Der Kontaktwai»

in körperlleheife KoataJet nit äaa YfeS'tetiQls J2o Im S^s §& stell 102 sind Sie Wandler 1^

voneinander gehalten. See*

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!Eyp sein, wie er in der wiederum am 23»6.197ü hinterlegten deutschen Patentanmeldung P 2030993*9 offenbart iet.

In !figur 11 und 12 ist ein typischer Kontaktwandler gezeigt, der ein Gehäuse 112 aus relativ dichtem Material wie Messing oder dergleichen mit einem üffnungsteil 114 an einer Seite und einer Öffnung 116 an der anderen Seite umfaßt, Zwischen den öffnungen 114 und 116 iet ein loch

118 eingebohrt, das «ine Durchführung von Zuleitungedrähten.

119 gestattet. In der Öffnung 116 iet ein Einsatz 120 dicht befestigt, der gtoäfi fig. 11 bei 122 durch ein Epoxyharz festgelegt »ein kann.

Der Einsatz 120 weist einen mittleren Membranabechnltt 124 auf, in dessen Bereich der Eineatz verhältnismäßig dünn ist. Der Einsatz 120 hat ferner einen Randabschnitt 126, der die Elan te der embran 124 umgibt. Zur Erzielung bester Ergebnisse besteht der Eineatz 120 aus·Plexiglas oder dergleichen oder einem Material mit guten Sugfestiglcei teeigen se baft en. Die Dichte des Materials für den Einsatz 120 kann insofern von einiger Bedeutung sein, als die Schwingungsfrequanz des Membranbereichs 124 umso niedriger liegt, je größer die Hasse ist.

An den Kanten 126 des Einsatzes 120 ist ein piezoelektrischer Kristall 130 dicht befestigt, der gemäß flg. 12 zylindrisch geformt sein kann. Der x'iezoelektrische ErI-

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stall 130 ist an die Drähte 119 angeschlossen, wobei der Sender 12 nach Fig. 1 elektrische Impulse auf den Kristall 130 überträgt und diesen zu mechanischen Schwingungen anregt. Bekanntlich führen die meisten piezoelektrischen Kristalle Dickensohwingungen aus. Gelegentlich kann jedoch das Material für das Wandlerelement 130 von dem Typ gewählt sein, der Badialechwingungen ausführt; die Erfindung beschrankt sich jedooh nicht auf diesen Materialtyp. Werden die Impulse von dem Sender 12 über die Drähte 119 den Wandlerelement 130 zugeführt, so wird dieses in Badialsohwingungen versetzt. Dies bewirkt seinerseits, daß die Membran 124 aufgrund der übtsache, daß das Wandlerelement 130 an dem Einsatz 120 befestigt ist, in Axialrichtung schwingt. Die mechanische Bewegung wird dann über den Einsatz 120 übertragen, was bewirkt, daß die Membran 124 schwingt«

Vom Mittelpunkt des Membranbereichs 124 ragt ein Schraubelement wie etwa eine Schraube 132 nach vorne. Das Kontaktelement 136 kann zylindrisch geformt sein und in einer etwas abgerundeten Spitze enden. Die von dem Wandlerelement 130 erzeugte Schwingbewegung wird über die Membran 124 auf das Eon takt element 136 übertragen« Wie in Fig. 10 gezeigt, steht das Sontaktelement 136 des Wandlers 15 in körperlicher Berührung alt der Yorderf l&ohe des Werkstücke 32.

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Beim Betriet» wird das Werkstück 32 durch daa von dem Wandler 16 erzeugte IBlrielatromfeld in Schwingungen versetzt, wobei es räumlich verzerrt wird. Ist das Werkstück 32 frei von Bissen, fehlern oder sonstigen Unregelmäßigkeiten, so weist das von dent Eapfanga-Kontaktelement 136 aufgenommene Signal im Schinnbild 23 der Kathodenstrahlröhre 22 nach Fig. 1 einen konstanten Signalverlauf auf. Sollte Jedoch ein fehler vorliegen, wie er in fig. 10 beispielsweise als eine Hohlstelle 138 angedeutet ist, so nimmt die räumliche Schwingung und damit die räumliche Bewegung des Werkstücke eine unterschiedliche Charakteristik an, was bewirkt, daß der Bapfangawandler 15 Impulssignale empfängt, die je nach der fehlerart verfrüht oder verspätet auftreten. In der oben beeohriebenen Weise wird daa zu den jeweiligen verschiedenen Zeiten empfangene Signal der elektronischen Schaltung zugeführt und direkt in die Kathodenstrahlröhre 22 ©ingegeben. Das Eontaktelement 136 läßt sich von dem Schraubelement 132 leicht entfernen und durch ein neues Kontaktelement ersetzen« Dies ist sehr zweckmäßig, wenn ein Kontaktelement 136 stärker benutzt wird und die abgerundeten Teile eich abnutzen.

Bi* hierin beschriebenen Untersuohungeeinhelten haben einen grundsätzlichen Vorteil insofern, al« sie nach einem in gewisser Weise einzigartigen Prinzip arbeiten» Zum einen besteht keine Notwendigkeit fttr ein fHiesiges oder sonstiges Kopp-lungsmittel zwischen der Unterimchungselnheit 14

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und dem Werkstück 32. Außerdem sind die Empfange- und Sendewandler der Untersuchungseinheit nicht vollständig davon abhängig, daß die ultraaehallenergie durch das Material und auf den zweiton Wandler zurückgeführt wird, wie dies bei den Geräten nach dem Stand der Technik der Pail ist» Die erfindungagemäßen speziellen untereuchungseinheiten 14 arbeiten ausschließlich mit der räumliehen Schwingung des Werkstücks, wobei Änderungen im Schwingungsmodus festgestellt werden. Bin nach diesen Prinzipien arbeitendes Material-Prüfgerät eignet sich vorzüglich zur Verwendung bei Material mit Zellenstruktur, insbesondere bei Brettoder Sperrholzstrukturen· Änderungen in der Dichte des Materials, die eine Änderung der raumlichen Schwingungen bewirken, werden dabei auf den Empfangewandler 15 reflektiert.

Bin weiteres Beispiel für die Verwendbarkeit des vorliegenden landlers besteht in einigen Materialien mit Zellenstruktur und definierten Eigenschaften· Zu. diesen Struktur eigen se haften gehören Bänder an der vertiisalen Struktur, die alle in der gleichen Richtung weisen. Bgvbei ist es gelegentlich erwünscht, die genaue Biohtung dieser Bänder innerhalb der Zellenstruktur zu erfahren· Befinden sich der Empfangewandler 15 und der Sendewandler 16 in fPachtung mit diesen Bändern, so ist in dem Ausgangssignalverlauf ein definiertes Signal zu erkennen. Wird die Untersuchungseinheit 14 in eine zweite Richtung gebracht, so zeigt sich in dem

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Signalverlauf cine Änderung, Auf dieee Weian läßt eich die Richtung dieser Känder innsrhalb der Zsllenßtruktur leicht bestimmen.

BAD ORiOiNAt. 009-887/1541

Claims (1)

1. ΙΟ

   Ansprüche

   lUntersuchungseinheit, gekennzeiohne t durch einen ersten Wtuidler (16) mit einer Einrichtung (9t) zum Induzieren von Wlrbelstromfeldern in einem Werkstück (32) sowie einen zweiten Wandler (15), der in Fluohtung mit den ersten Wandler und in einem festen Abstand von diesem angeordnet ist und dazu dient, die von den Wirbelstromfeldern hervorgerufenen akustischen Schwingungen des Werkstücks festzustellen.

   2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Induzieren von Wirbel* stroafeldera eine Drahtapule (91) umfaßt.

   3. Untersuchungeeinheit nach Anspruch 1 \>&qv 2, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Wandler (15) ein Gehäuse (86), eine darin angeordnet© reflektierende Fläche (80) mit einem vorspringenden Abschnitt (44) sowie ein im wesentlichen innerhalb des Gehäuses und über dem vorspringenden Fläohenabschnitt angeordnetes Wendlerelement (49) umfaßt,

   4. Einheit nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende flachenabschnitt (44) sich zwischen den Knotenpunkten (76, 76) des Wandlerelemen tes (49) erstreckt,

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   5. Einheit nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen über dem Wandlerelement (49) angeordneten zweiten Reflektor (62).

   6. Einheit nach Anspruch' 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eeflektor (62) von der reflektierenden Fläche (80) einen Abstand von la wesentlichen einer halten Wellenlange hat»

   7. Einheit nach einem der Ansprüche 3 his 6, dadurch gekennzeichnet, dafi die Drahijapule (91) in dem Gehäuse (86) angeordnet ist und sur Verbindung mit dem Werkstück (32) dient.

   8. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k β η η -Belehnet, daß der zweite Wandler (15) ein Gehäuse (40), einen in dem Gehäuse angeordneten elektrisch und akustisch nichtleitenden Einsatz (42) mit elftem vorspringenden Abschnitt (44), in dem Einsatz und auf jeder Seite des vorspringenden ^Abschnitt* angeordnete Befestiguagsstifte (46, 48, 50, 52) sowie einen über dem vorspringenden} Abschnitt angeordneten und an den Stiften elastisch befestigten piezoelektrischen Kristall (49) umfaßt.

   9. Einheit nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Reflektor (62), der im wesentlichen über dem

   Kristall (49) an den Stiften (46, 48) montiert ist.

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   M-K5ÖÜ

   ΐυ, Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η -zeichnet, daß der zweite Wandler (15) ein Gehäuse (112) mit einer Öffnung (116) an seinem einen Ende, einen in dieser Öffnung montierten Eineatz (120) mit einem Membranabschnitt (124) sowie einen mit dem Bineata in Verbindung stehenden piezoelektrischen Kristall (130) umfaßt.

   11. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweit» Wandler (15) ein relatiT dichtes Gehäuse (112) mit einer Öffnung (116) an seinem einen Ende, einen, in der Öffnung befestigtetif Einsatz (12ü) mit einem relativ dünneren Membranabschnitt (124) und mit relativ dickeren Seitenabsefeaitten (126) sowie einem an den dickeren Abschnitten des Einsatzee befestigten piezoelektrischen Kristall (130) zur Koppelung an das Werksttiok (32) umfaßt*

   12. Einheit nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch ein mit dem Memhranabschnitt (124) des Einsatzes (120) verbundenes Kontaktstück (136),

   13· Zerstörungsfrei arbeitendes Material-Erüfgerät zur Untersuchung von Werkstücken mit einer Unte?auchungeein~ heit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g β -kenne« ic hn β t durch eine mit der Ontereuchungseinheit (14) verbundene erste Einrichtung (12)

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   but Erzeugung von elektrischen. EaergieimpuZsea, ©ine ebenfalls alt der UnterauchungGeinlieit verbundene aweite Einrichtung (18) Bum Empfang von elektriaclien Energi«impulsen sowie ein mit der Bapfangeeinrichtung ▼er1sund€fi.e8 Siciitgeröt (22) zur Anzeig· der empfangenen Signale.

   BAD ORlOUNAL

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