DE3904440C2 - - Google Patents

Description

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

Ein gattungsgemäßer Wandlerkopf kann der Schrift (Patent Abstracts of Japan 14. März 1985, Vol. 9/No. 58) entnommen werden. Bei diesem Vorschlag ist zur Unterdrückung der Erzeugung parasitärer Ultraschallwellenanregungen im Magnetsystem zwischen dem Magnetsystem und der Wandlerspule des elektrodynamischen Wandlerkopfes ein Zwischenteil angeordnet. Dieses wird gebildet durch eine aufgerollte Metallfolie aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion. Aufgrund der "geblechten" Struktur des Zwischenteiles soll die Wirbelstromanregung im Magneten reduziert und damit die parasitäre Ultraschallwellenanregung unterdrückt werden. Dazu ist es aber erforderlich, daß die einzelnen Schichten des Zwischenteiles untereinander ausreichend isoliert sind. Außerdem muß bei der Bearbeitung des Zwischenteiles darauf geachtet werden, daß auf der Fläche des Zwischenteiles, die den Wandlerspulen zugewandt ist, keine elektrische Brücken zwischen den Lamellen entstehen. Diese führen zu Wirbelstromanregungen im Zwischenteil und damit verbunden zu Störsignalen beim Empfang. Die Herstellung eines solchen Zwischenteiles ist aus den genannten Gründen sehr aufwendig und die Anpassung an unterschiedliche Polschuhkonfiguration außerordentlich schwierig. Außerdem ist damit zu rechnen, daß es bei der aufgerollten Metallfolie infolge mechanischer Beanspruchungen sowohl bei der Herstellung des Prüfkopfes als auch später im Betrieb an der dem Wandler zugewandten Seite des Zwischenteiles zur elektrischen Brückenbildung zwischen den Lamellen kommt.

Bei einem anderen bekanntgewordenen Vorschlag (Patent Abstracts of Japan; 10. 09. 1985, Vol. 9 No. 224) wird eine magnetische Flüssigkeit als Zwischenteil zwischen dem Magnetsystem und der Wandlerspule verwendet. Durch die nadelförmige Ausbildung der Oberfläche der magnetischen Flüssigkeit soll die Wirbelstromausbildung in der Zwischenschicht und der damit verbundene Energieverlust vermieden werden. Nachteilig bei diesem Vorschlag ist, daß infolge der nadelförmigen Ausbildung der Oberfläche der magnetischen Flüssigkeit die mögliche magnetische Induktion sehr viel geringer ist im Vergleich zu einem Festkörper. Eine hohe magnetische Induktion ist aber für eine ausreichende Ultraschall-Signalamplitude unbedingt erforderlich. Als weiterer Nachteil muß angesehen werden, daß die erforderliche Anpassung des Zwischenteiles an entsprechende Polschuhkonfigurationen bei Verwendung einer magnetischen Flüssigkeit nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das zwischen dem Magnetkopf und der Wandlerspule eines elektrodynamischen Wandlerkopfes angeordnete Zwischenteil so zu verbessern, daß es einfach und kostengünstig herstellbar und der Polschuhkonfiguration des Magnetsystems und den magnetischen Erfordernissen der Wandlerspulen in einfacher Weise anpaßbar ist und das bei hoher magnetischer Sättigungsinduktion von mehr als 1,5 Tesla die Wirbelstrombildungen im Magnetsystem und die Erzeugung parasitärer Ultraschallwellenanregungen im Magnetsystem signifikant reduziert.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Hauptanspruches angegebenen Merkmal 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 (4)

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 und einem zwischen der Wandlerspule und dem Magnetsystem angeordneten Zwischenteil, das einerseits mit dem Magnetsystem und andererseits mit der Wandlerspule verbunden ist, gekennzeichnet durch daß das Zwischenteil (10) aus einem an sich bekannten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit gebildet wird.

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 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.