Bezeichnung: Ultraschallprüfköpf, geeignet für Schallankopplung über eine Wasservorlaufstrecke
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallprüfköpf, geeignet für Schallankopplung über eine Wasservorlaufstrecke und bestehend aus einem Hauptteil, das ein Gehäuse aufweist, in dem ein Ultra¬ schallschwinger untergebracht ist, wobei der Ultraschallschwinger mit einer Schutzschicht verbunden ist, die bündig mit einer Unter¬ fläche des Gehäuses abschließt.
Zu Ultraschallprüfköpfen der eingangs genannten Art wird allgemein verwiesen auf das DE-Buch J. und H. Krautkrämer "Werkstoffprüfung mit Ultraschall", 4. Aufl., Springerverlag.
Ultraschallprüfköpfe sind einsatzbereite Proben für die Ultraschall¬ prüfung von Werkstücken. Um eine Prüfung durchzuführen, werden sie mit einem geeigneten Prüfgerät verbunden. Nach dem Stand der Technik setzt man unterschiedliche Prüfköpfe je nach akustischer Ankopplung des Prüfköpfes an ein Werkstück ein, beispielsweise für eine Ankopp¬ lung in Tauchtechnik, in Pfützentechnik, mit Wasserstrahl oder ande¬ re Ankopplungen, beispielsweise schleifende Ankopplung, Ankopplung über eine pastöse Masse usw. Beim praktischen Einsatz eines Ultra¬ schallprüfköpfes ist es jedoch nachteilig, daß die Ultraschallprüf- köpfe nach dem Stand der Technik nicht für alle Ankopplungsarten geeignet sind. Dies hat zur Folge, daß je nach Ankopplungsart ein anderer Prüfköpf eingesetzt werden muß. Der Anwender wünscht jedoch, mit einem Ultraschallprüfkopf alle Ankopplungsarten durchführen zu können. Insbesondere ist es für eine praktische Anwendung günstig, wenn ein Ultraschallprüfkopf ohne Austausch von einem Ultraschall¬ prüfkopf für Ankopplung über einen Wasserspalt umgebaut werden kann in einen Ultraschallprüfköpf für Wasserstrahlankopplung.
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Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Ultraschallprüfköpf anzugeben, der universell einsetzbar ist für unterschiedliche irrten der akustischen Ankopplung an ein Werk¬ stück.
Ausgehend von dem Ultraschallprüf öpf der eingangs genannten 4Art wird diese Aufgabe gelöst durch einen Ultraschallprüfköpf mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
Dieser Ultraschallprüfköpf kann eingesetzt werden ohne Fließwasser- zufuhr durch seinen Wasserkanal, beispielsweise bei Prüfaufgaben in Tauchtechnik oder durch Ankopplung über eine pastöse Masse, er kann aber auch eingesetzt werden für Ankopplung mit Wasserspalt, wobei Fließwasser durch seinen Wasserkanal zugeführt wird. Wird an die formschlüssige Kuppeleinrichtung das Düsenteil angesetzt, so ist der Ultraschallprüfköpf unmittelbar für Ankopplung über einen Wasser¬ strahl geeignet. Insgesamt kann mit einem Ultraschallprüfköpf somit der mögliche Bereich der akustischen 4?tokopplungen abgedeckt werden. Für die Praxis erweist sich dies als kosten- und zeitsparend, zudem wird insbesondere für den weniger geübten Anwender die Sicherheit erhöht, ein verläßliches Meßergebnis zu erhalten, weil er sich nicht auf unterschiedliche akustische Verhalten unterschiedlicher Prüf¬ köpfe einstellen und sein Ultraschallprüfgerät entsprechend nicht umstellen muß.
Da die Schutzschicht, mit der der Ultraschallschwinger nach unten abgeschlossen ist, bündig in die Unterfläche des Gehäuses des Haupt- teils übergeht, kann der erfindungsgemäße Ultraschallprüfköpf schleifend auf ein Werkstück aufgelegt werden. Ebenso ist er geeig¬ net für Ultraschallankopplung durch einen extern aufgebrachten Was- serfilrn oder über eine Paste. Der Wasserkanal wird immer dann be¬ nutzt, wenn über den Ultraschallprüf öpf nach der Erfindung Wasser in den Ankopplungsbereich eingebracht werden soll. Ohne Düsenteil kann über den Prüfkopf beispielsweise Wasser für eine Wasserspaltan- kopplung oder zur Aufrechterhaltung einer Pfütze bei Ankopplung in Pfützentechnik zugeführt werden. Bei angesetztem Düsenteil wird eine praxisgerechte Wasserstrahlankopplung ermöglicht. Durch die Sackboh¬ rung werden Turbulenzen verhindert und Luftblasen auch in ungünsti-
-V gen ilrbeitslagen vermieden. Die Sackbohrung dient als Prallbohrung. Der Querschnitt des Querkanals wird so groß gewählt, daß bei dem gegebenen Wasserstrom durch den Wasserkanal eine vollständige Aus¬ füllung des Düsenkanals und Ausbildung eines Wasserstrahls erreicht wird.
Da das Düsenteil aus einem Material hergestellt ist, dessen akusti¬ sche Impedanz möglichst nahe der akustischen Impedanz von Wasser ist, werden die von den seitlichen Begrenzungen stammenden Störechos gering gehalten. Der Kegelstumpfverlauf des Düsenteils wird der Schallbündelform des Ultraschallschwingers angepaßt. Hier kann bei¬ spielsweise die 20 dB-Schallbündelgrenze oder eine andere übliche Schallbündelgrenze, (z. B. 3 oder 6 dB) als Begrenzung verwendet werden. Dadurch wird die zur Ankopplung pro Zeiteinheit erforder¬ liche Flüssigkeitsmenge gering gehalten.
Als Material für das Düsenteil haben sich insbesondere Acrylglas, Epoxidharze und Polyethylen bewährt. Die Länge des kegelstumpfförmi- gen Düsenkanals wird nach dem Stand der Technik bestimmt, beispiels¬ weise der Nahfeldlänge, also dem 4?_bstand zwischen Wandler und dem Bereich maximaler Fokussierung, angepaßt.
In bevorzugter Weiterbildung ist das Gehäuse im wesentlichen zylin¬ drisch. Hierbei ist es wiederum vorteilhaft, wenn der Wasserkanal parallel zur Zylinderachse verläuft. Die Herstellung des Gehäuses wird insgesamt dadurch vereinfacht.
Besonders bevorzugt werden Ultraschallschwinger in Form einer Kreis- scheibe. Hierdurch vereinfacht sich die Form des Gehäuses und insbe¬ sondere wird der Ultraschallschwinger optimal an den kegelstumpfför- migen Düsenkanal angepaßt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen, die unter Be¬ zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ultraschallprüfkopfes mit Hauptteil
und Düsenteil, Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Ultraschallprüfkopf ähnlich
Figur 1, Fig. 3 eine Seitenansicht ähnlich Figur 1 eines weiteren Ausfüh- rungsbeispieles eines Ultraschallprüfköpfes und Fig. 4 eine Draufsicht auf das Düsenteil des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3.
Der erfindungsgemäße Ultraschallprüfkopf besteht aus einem Hauptteil 20, das ein in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 zylin¬ drisches Gehäuse 22 aufweist. Das Gehäuse 22 hat eine zentrische, leicht gestuft ausgebildete Aufnahmebohrung 24 für einen Ultra¬ schallschwinger 26 in Kreisscheibenform. Auf seiner Rückseite ist ein Dämpfungskörper 28 in Kegelstumpfform aufgekittet, auf seiner nach unten weisenden Frontseite befindet sich eine Schutzschicht 30 aus Metall (oder, in einer anderen Ausbildung, aus Kunststoff). Die Einheit aus Ultraschallschwinger 26, Dämpfungskörper 28 und Schutz¬ schicht 30 befindet sich innerhalb eines Zentrierringes 32, der in die Aufnahmebohrung 24 eingesetzt ist. In bekannter Weise ist der Ultraschallschwinger 26 elektrisch angeschlossen, die elektrischen Zuleitungen sind oberhalb des Dämpfungskörpers an einen Lötstütz¬ punkt angeschlossen und dort sichtbar eingezeichnet. Zwischen ihnen befindet sich ein elektrisches Anpaßglied 34. Die elektrischen An¬ schlüsse sind an einen Steckverbinder 36, der wasserdicht ausgeführt ist, angeschlossen. Die aus Stahl gefertigte Schutzschicht 30 schließt unten bündig mit einer Unterfläche 38 des Gehäuses 22 ab. Auch an dieser Stelle ist ein wasserdichter Abschluß ausgebildet.
Parallel zur Zentralachse des zylindrischen Gehäuses 22 befindet sich im Gehäuse 22 ein Wasserkanal 40. Er ist eingangsseitig, in den Figuren also jeweils oben, mit einem Schlauchanschluß 42 versehen und mündet ausgangsseitig in der Unterfläche 38 und unmittelbar neben der Schutzschicht 30.
Das Gehäuse 22 ist oben durch einen Deckel 44 verschlossen. Deckel 44 und Gehäuse 22 haben zusammen eine Länge von 46 mm, ihr Durchmes¬ ser beträgt 45 mm.
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Am unteren Ende der zylindrischen Wand des Gehäuses 22 und unmittel¬ bar angrenzend an die Unterfläche 38 ist eine Stufe 46 ausgebildet, dort ist ein Gewinde 48 vorgesehen, es bildet eine formschlüssige Kuppeleinrichtung für das im folgenden zu beschreibende Düsenteil 50.
Das Düsenteil 50 ist aus Acrylglas hergestellt, es bildet in seinem Inneren einen zentrischen, kegelstumpfförmigen Düsenkanal 52 aus. Er hat in seinem oberen Eintrittsbereich einen Durchmesser, der exakt dem Durchmesser des Ultraschallschwingers 26, nämlich 20 mm, ent¬ spricht und verjüngt sich bei einer Gesamtlänge von 80 mm nach unten hin auf einen lichten Durchmesser von 12 mm.
Das Düsenteil 50, das im wesentlichen ein Drehteil ist, hat in sei¬ nem oberen Endbereich einen der Stufe 46 angepaßten Vorsprung mit einem Innengewinde, das hier eine Gegenkuppeleinrichtung zur Kuppel¬ einrichtung 48 bildet. In gezeigter Weise sind Düsenteil 50 und Hauptteil 20 über die Teile 48, 54 so verbunden, daß die Oberseite des Düsenteils 50 unmittelbar an der Unterfläche 38 anliegt. Die Verbindung ist wasserdicht.
Die Außenform des Düsenteils 50 ist ansich beliebig, im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Mantel zylindrisch, gestuft und unten kegelstumpfförmig.
In unmittelbarer Verlängerung des Wasserkanals 40 ist im Düsenteil 50 eine Sackbohrung 56 ausgebildet. Sie ist über einen Querkanal 58 mit dem Düsenkanal 52 verbunden. Letzterer ist von der Oberseite des Düsenteils 50 in dieses eingearbeitet und hat eine geringere Tiefe als die Sackbohrung 56, so daß ein Teil der Sackbohrung, im Ausfüh¬ rungsbeispiel etwa 5 mm, als Prallbohrung verbleibt. Sie kann spitz oder flach auslaufen, sie vermeidet Turbulenzen und Luftblasen auch in ungünstigen Arbeitslagen. Der Querschnitt des Querkanals 58 wird so groß gewählt, daß der Düsenkanal 52 bei vorgegebene Wasserfluß vollständig ausgefüllt ist und sich an seinem Austrittsende ein freier, klar begrenzter Wasserstrahl bildet.
Der Fluß des Wassers durch den gesamten Ultraschallprüfkopf ist
- fc- durch Pfeile 60 symbolisiert.
Das dritte Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 entspricht im wesentlichen den bislang besprochenen Ausführungsbeispielen, es besteht jedoch der grundsätzliche Unterschied, daß der Wasserkanal 40 L-förmig verläuft und so kurz wie möglich ausgebildet ist, der Schlauchanschluß 42 steht radial vom Gehäuse 22 weg und befindet sich in unmittelbarer Nähe der Unterfläche 38. Der sich nach unten verjüngende Düsenkanal 52 ist aus Fig. 4 ersichtlich, ebenfalls das Innengewinde 54. Der Querkanal 58, der die Sackbohrung 56 mit dem Düsenkanal 52 verbindet, hat eine axiale Länge von 7,5 mm und eine Breite von 10,5 mm. Die Sackbohrung 56 und damit auch der Wasserka¬ nal 40 haben einen Durchmesser von 7 mm. Der Eintrittsdurchmesser des Düsenkanals 52 ist ebenfalls wieder 20 mm, er verjüngt sich nach unten auf 12,2 mm.
Die Kuppeleinrichtung 48 und die Gegenkuppeleinrichtung 54 können auch anders als in den besprochenen Ausführungsbeispielen ausgebil¬ det sein, beispielsweise als Bajonettverschluß. Entscheidend bei der Ausbildung dieser Einrichtung 48, 54 ist, daß im zusammengesetzten Zustand von Hauptteil 20 und Düsenteil 50 Sackbohrungen 56 und Was¬ serkanal 40 exakt fluchten. Gegebenenfalls kann dies durch außen am Außenmantel der Teile 22 und 50 angebrachte Markierungen überprüft werden. Im zusammengesetzten Zustand müssen die Markierungen mitein¬ ander fluchten.