DE3904440A1

DE3904440A1 - Elektrodynamischer wandlerkopf

Info

Publication number: DE3904440A1
Application number: DE19893904440
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Phys Graff; Michael Dr Rer Nat Waechter
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1990-08-23
Also published as: DE3904440C2

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Wandlerkopf gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Ein entsprechender elektrodynamischer Wandlerkopf ist der GB 20 06 433 zu entnehmen. Der mit einem Elektromagneten ausgestattete Wandlerkopf weist einen äußeren ringförmig ausgebildeten Polschuh und einen koaxial dazu angeordneten inneren Polschuh auf. Dieser innere Polschuh besteht ebenfalls aus zwei koaxial zueinander angeordneten Abschnitten, die axial gegeneinander verschiebbar sind. Auf der dem Werkstück zugewandten Stirnfläche des inneren Polschuhes sind die Sender- und Empfangsspulen angeordnet. Damit diese empfindlichen Teile mechanisch durch das Werkstück nicht zerstört werden, sind sie werkstückseitig durch eine Keramikschicht abgedeckt. Die polseitig zugewandte Seite der Wandlerspulen weist eine Isolierschicht auf. Dieser vorgeschlagene Wandlerkopf ist nicht für alle Anwendungsgebiete geeignet, speziell was die Verwendung eines Permanentmagneten betrifft. Außerdem wird mit dieser Anordnung die Wirbelstrombildung im Polschuh keineswegs unterdrückt und sie ist nicht geeignet, die Ultraschallausbreitung im Magneten zu unterbinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrodynamischen Wandlerkopf zu schaffen, der einfach und kostengünstig herzustellen und universell einsetzbar ist und bei dem die zu Störanzeigen führenden Wirbelstrombildungen im Magnetsystem nahezu vollständig unterdrückt sind.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Elektrodynamische Wandlerköpfe sind in ihrer Funktionsweise und in ihrem Aufbau in der Fachliteratur ausführlich beschrieben worden. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Wandlerspule bzw. aus einem Spulensystem mit verschiedenartig getrennt angeordneten Sender- und Empfangsspulen, die in einem statischen bzw. niederfrequenten magnetischen Feld gegenüber dem Werkstück und nahe dessen Oberfläche angeordnet sind. Die Wandlerspule wird mit HF-Pulsen beaufschlagt und erzeugt dabei Ultraschallimpulse im Werkstück. Der Empfang der reflektierten Ultraschallwellen aus dem Prüfling erfolgt mit dem reziproken Mechanismus. Da das Reflektions- oder Echosignal jedoch sehr klein ist gegenüber dem normalen piezo-elektrischen Verfahren mit direktem Kontakt, muß zum einen der Abtastschaltkreis für das Echosignal sehr empfindlich und zum anderen die Wandlerspule so dicht wie möglich an der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes angeordnet sein. Das Prüfergebnis wird auch dadurch eingeschränkt, daß Störsignale, die durch parasitäre Ultraschallwellenanregungen im Magnetsystem entstehen, in der Größenordnung der Prüfsignale auftreten und von diesen nicht sicher unterschieden werden können.

Der erfindungsgemäße Vorschlag zeichnet sich dadurch aus, daß im Bereich der Wandlerspule und dem Magnetsystem ein Zwischenteil angeordnet ist, das aus einem an sich bekannten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit (siehe Prospekt der Firma Vacuumschmelze/Hanau, Ausgabe 3/87) besteht und einerseits mit dem Magnetsystem und andererseits mit der Wandlerspule verbunden ist. Durch dieses Zwischenteil wird die Wirbelstromanregung im Magnetsystem nahezu vollständig unterdrückt, da der Pulververbundwerkstoff zwar magnetisch, aber elektrisch fast nicht leitend ist. Da das Zwischenteil aus einem solchen Werkstoff als Rohling vorgepreßt und danach mechanisch bearbeitbar ist, kann es jeder gewünschten Polschuhkonfiguration des Magnetsystems angepaßt werden. Dies gilt auch für die Anpassung im Hinblick auf die Wandlerspulen, wo es vorteilhaft ist, die Wandlerspulen durch das Zwischenteil zu umfassen.

Die Verbindung des Zwischenteiles mit dem Magnetsystem und der Wandlerspule bzw. dem Spulensystem erfolgt vorzugsweise durch Kleben; ebenso ist aber auch eine mechanische Verbindung mittels Stecker oder Schrauben möglich.

Für das Magnetsystem wird ein üblicher Permanentmagnet oder ein Elektromagnet verwendet. Im Falle der Verwendung eines Elektromagneten werden häufig geblechte bzw. geschlitzte Polschuhe eingesetzt, um die Wirbelstromanregungen zu unterdrücken (DE 34 01 072). Die Anbringung des vorgeschlagenen Zwischenteiles ist aber fertigungstechnisch einfacher und kostengünstiger. Im Gegensatz zu geschlitzten Polschuhen bleibt auch das Magnetfeld beim Einsatz eines solchen vorgeschlagenen Zwischenteiles unbeeinflußt. Besondere Vorteile bietet jedoch der Einsatz eines Zwischenteiles, wenn der Wandlerkopf mit einem Permanentmagnetsystem ausgestattet ist. Durch die Verwendung eines Permanentmagneten kann der elektrodynamische Wandlerkopf besonders klein ausgebildet werden, was für viele Anwendungsfälle von besonderem Vorteil ist. Die üblichen Permanentmagnetwerkstoffe erlauben nur eine bedingte mechanische Bearbeitung, während das erfindungsgemäße Zwischenteil mechanisch leicht den magnetischen Erfordernissen angepaßt werden kann. Das elektrisch gering leitende Zwischenteil besitzt den wesentlichen Vorteil, daß Ultraschallstörsignale aus dem Zwischenteil praktisch keine Rolle mehr spielen, falls eine Mindestdicke des Zwischenteils von ca. dem dreifachen Abstand Wandlerspulen-Prüfling eingehalten wird. Wegen der mechanischen Bruchfestigkeit des Pulververbundwerkstoffes ist eine Mindestdicke von 2 mm einzuhalten.

Der elektrodynamische Wandlerkopf kann je nach Anwendungsfall verschiedenartig ausgebildet sein, z. B. als Winkelprüfkopf. In diesem Falle sind die Erreger bzw. Empfangsspulen vom Magnetsystem annähernd gleich weit entfernt wie vom Prüfling. Bei unzureichender Abschirmung des Magnetsystems kann es hier zu vergleichbar starker Ultraschallanregung wie im Prüfling selbst und damit zum Empfang entsprechend großer Störsignale kommen. Die erfindungsgemäße Anordnung eines Zwischenteiles zwischen Wandlerspule und Magnetsystem bewirkt eine erhebliche Reduktion der induzierten Hochfrequenzströme im elektrisch leitfähigen Teil des Magnetsystems infolge des vergrößerten Abstandes zu den Wandlerspulen.

In der Zeichnung wird ein Beispiel des erfindungsgemäßen Wandlerkopfes mit Permanentmagneten näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Wandlerkopf.

Der Wandlerkopf 1 besteht in diesem Beispiel aus einem E-Magnetsystem, mit einem Permanentmagneten 2 und dem U-förmigen Rückschluß 3. An den Enden 4, 4′ des Rückschlusses 3 sind zum Verschleißschutz Hartmetallteile 5, 5′ angeordnet, so daß der Wandlerkopf direkt auf das zu prüfende Werkstück 6 aufgesetzt werden kann. Das am Ende des Permanentmagneten 2 angeordnete Spulensystem, hier bestehend aus getrennt angeordneten Erreger 7- und Empfangsspulen 8 ist werkstückseitig mit einem nichtleitenden Verschleißschutz 9 versehen. Dieser Verschleißschutz 9 kann zum Beispiel ein Keramik- oder ein Kunststoffplättchen sein. Auf der dem Permanentmagneten 2 zugewandten Seite ist das erfindungsgemäße Zwischenteil 10 mit dem Spulensystem mittels eines Klebers verbunden.

Claims

1. Elektrodynamischer Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mit elektrisch leitfähiger Oberfläche mittels Ultraschall, mit einem Magnetsystem zur Erzeugung eines statischen oder niederfrequenten Magnetfeldes und mindestens einer an der dem Werkstück zugewandten Stirnfläche des Magnetsystems angeordneten Wandlerspule, die auf der dem Werkstück zugewandten Seite eine verschleißfeste und gegenüber dem Magnetsystem eine isolierende Schicht aufweist, gekennzeichnet durch ein im Bereich der Wandlerspule (7, 8) und dem Magnetsystem (2) angeordnetes Zwischenteil (10) aus einem an sich bekannten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit, das einerseits mit dem Magnetsystem (2) und anderer seits mit der Wandlerspule (7, 8) verbunden ist.

2. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Zwischenteiles (10) mit dem Magnetsystem (2) und der Wandlerspule (7, 8) mittels eines Klebers erfolgt.

3. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Zwischenteiles (10) mit dem Magnetsystem (2) und der Wandlerspule mechanisch mittels eines Steckers oder einer Schraube erfolgt.

4. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenteil (10) der Polschuhkonfiguration des Magnetsystems (2) und den magnetischen Erfordernissen der Wandlerspulen (7, 8) anpaßbar ist.

5. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerspule (7, 8) vom Zwischenteil (10) umfaßt wird.

6. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (2) als Elektromagnet ausgebildet ist.

7. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (2) als Permanentmagnet ausgebildet ist.

8. Wandlerkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet aus Nd-Fe-B besteht.

9. Wandlerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerspule (7, 8) in Form eines Spulensystems mit getrennt angeordneten Empfänger (8)- und Sendespulen (7) ausgebildet ist.