WO2020064409A1 - Anregungseinheit für einen ultraschallsender und verfahren zur ultraschallprüfung - Google Patents

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WO2020064409A1
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WO
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excitation unit
resonance body
ultrasound
resonance
adjusting element
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Sven Gerhard Dudeck
Matthias Goldammer
Jörg Loch
Cesar LOSADA MARTIN
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Siemens Mobility GmbH
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    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2437—Piezoelectric probes

Definitions

  • the invention relates to an excitation unit for an ultrasound transmitter according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for ultrasound testing of a test object, in particular a rail section, according to the preamble of claim 12.
  • An ultrasound transmitter comprises an excitation unit for generating ultrasound.
  • the excitation unit in particular in the frequency range up to 100 kilohertz, typically comprises a piezo element, that is to say an element with piezoelectric properties.
  • the corresponding wavelength of the ultrasound is comparable to the spatial dimensions of the excitation unit.
  • This typically forms a plurality of sharp and separate resonances, the frequencies (resonance frequencies) of which are a harmonic multiple of a fundamental frequency (fundamental resonance frequency).
  • the generated ultrasound has the greatest amplitude (resonance amplitude), the amplitude associated with the basic resonance frequency being typically the greatest.
  • the width of a resonance and thus the bandwidth of the ultrasound generated can be increased by damping the resonance. The disadvantage of this is that the damping reduces the amplitude of the resonance.
  • narrow-band excitation units are used, whose spectral working range is limited to a small range around the set resonance frequency. An adjustment of the frequency is not possible with such excitation units. If a different frequency of the ultrasound is required, the entire excitation unit or the ultrasound transmitter must be replaced. A fine and resolved control over the frequency of the ultrasound is difficult here.
  • low frequencies for example up to 100 kilohertz
  • High amplitudes are still required, in particular for ultrasound testing of rail sections, so that a sufficient signal-to-noise ratio is ensured over the large measuring distances.
  • the distances covered by the ultrasound can be in the range of kilometers.
  • Changes in the amplitude of the ultrasonic sound can be used to infer defects within the tested rail section. Because of the high amplitudes required, narrow-band ultrasound transmitters are used. If the frequency of the ultrasound generated by the excitation unit does not match the frequency that is characteristic of the rail section, then another excitation unit that is different from the excitation unit used must be used. This is time-consuming and cumbersome. In particular, the characteristic frequency will change with the ambient conditions, for example with the temperature, so that the frequency of the ultrasound can hardly be tuned to the characteristic frequency of the rail section. As a result, the maximum possible amplitude is disadvantageously rarely achieved.
  • the present invention has for its object to provide an excitation unit for an ultrasound transmitter, which enables an improved setting of the frequency of the generated ultrasound.
  • the object is achieved by an excitation unit with the features of independent claim 1 and by a method with the features of independent claim 12.
  • the excitation unit for an ultrasound transmitter comprises a resonance body for determining a basic frequency of the excitation unit, a piezo element for excitation of the resonance body and at least one setting element.
  • the adjusting element is arranged on the resonance body so as to be detachable without destruction.
  • the excitation unit according to the invention is thus designed to generate ultrasound. It is assumed here that the fundamental frequency is essentially determined by the resonance body. However, the piezo element can also influence the fundamental frequency, typically slightly.
  • the basic frequency of the excitation unit is thus the basic resonance frequency of the excitation unit without the adjusting element being arranged on the resonance body.
  • the arrangement of the setting elements allows a shift or change of the fundamental frequency determined by the resonance body. This is the case because the adjusting element is arranged on the resonance body.
  • the geometry and mass of the setting element By means of the geometry and mass of the setting element, the shift relative to the basic frequency determined by the resonance body can be set or determined. As a result, it can advantageously be reacted to other test objects or changed environmental conditions.
  • the setting element can be detached non-destructively at the resonance body is arranged.
  • the adjusting element can be removed from the resonance body without the adjusting element
  • the excitation unit according to the invention thus provides an adjustment of the frequency of the generated ultrasound without sacrificing its amplitude.
  • the present invention thus resolves the conflict between an adjustable frequency and the greatest possible amplitude of the generated ultrasound.
  • the frequency of the ultrasound generated can be adjusted or adjusted without a workshop and directly in the field, for example during an ultrasound test of a rail section, to the local conditions, environmental conditions and conditions. This advantageously reduces costs.
  • ultrasound is irradiated into the object by means of an ultrasonic sensor.
  • the ultrasound is generated by means of an excitation unit according to the present invention and / or one of its configurations.
  • An ultrasonic transmitter according to the present invention thus comprises at least one excitation unit according to the invention.
  • the excitation unit according to the invention has the same and equivalent advantages of the method according to the invention.
  • the setting element can be exchanged non-destructively by a further setting element.
  • the frequency of the ultrasound generated can advantageously be adjusted in an improved manner.
  • the non-destructive, disposable arrangement of the adjusting element or the adjusting elements enables the adjusting elements to be changed.
  • the further adjusting element can be arranged around the resonance body in such a way that it can be removed non-destructively.
  • the further setting element is also interchangeable.
  • the adjusting element and the further adjusting element have a different geometry or dimension. As a result, a greater variation in the frequency of the ultrasound generated can advantageously be provided.
  • the resonance body has at least one coupling element, by means of which the adjustment element is arranged on the resonance body, and by means of which the adjustment element can be detached from the resonance body without being destroyed.
  • Such an advantageous coupling element comprises, for example, one or more bolts, one or more clamps, one or more click connections and / or one or more screw connections.
  • the setting element is particularly preferably arranged magnetically on the resonance body.
  • the resonance body and the setting element we are at least partially magnetic.
  • the resonance body and the setting element are preferably ferromagnetic.
  • the magnetic arrangement of the adjusting element on the resonance body can be effected by means of permanent magnets, in particular neodymium-iron-boron permanent magnets, and / or electromagnetically.
  • a further advantage of the magnetic arrangement of the adjusting element is that it advantageously forms a particularly strong non-destructive, non-destructively releasable connection between the adjusting element and the resonance body. As a result, the resonance body with the adjusting element continues to form a narrow-band resonance.
  • the resonance body and the setting element are made of the same material.
  • the resonance body and the adjusting element are cylindrical, the resonance body and the adjusting element having the same radius, and the resonance body and the adjusting element being arranged concentrically along a cylinder axis of the excitation unit.
  • the adjusting element is arranged on one of the base surfaces of the resonance body.
  • the cylindrical resonance body and the setting element form a stack.
  • the resonance body is formed in two parts, the two parts of the resonance body being arranged at a distance from one another by means of the piezo element.
  • the piezo element is partially or fully arranged between the two parts of the resonance body.
  • the piezo element is designed to excite the two parts of the resonance body. If the two parts of the resonance body have the same geometry and mass, a particularly preferred symmetrical excitation unit is formed.
  • the excitation unit preferably comprises a further setting element.
  • the further setting element is also arranged on the resonance body.
  • the adjustment element is particularly preferably arranged on one of the parts of the resonance body and the further adjustment element is arranged on the other part of the resonance body.
  • the frequency of the excitation unit can be adjusted in an improved manner.
  • the setting element and the further setting element are as
  • the excitation unit has a set of adjusting elements of different thicknesses, which act as disks are trained.
  • a system or a kit consisting of a basic excitation unit (excitation unit without adjustment elements) and the adjustment elements, whereby the adjustment elements can be arranged on and released from the excitation unit by the non-destructively detachable connection, comparable to a drill set, on the excitation unit.
  • the setting elements are advantageously designed as disks, they can be exchanged efficiently and in the field, for example during an ultrasound inspection of a rail section. Furthermore, the manufacture of the adjusting elements is therefore cost-efficient.
  • the excitation unit 1 comprises a resonance body 2 and a piezo element 4.
  • the resonance body 2 is formed in two parts.
  • this has a first and a second part, which are identified by the same reference number 2 in the figure.
  • the piezo element 4 is arranged between the two parts of the resonance body 2 and spaces the two parts of the resonance body 2.
  • the excitation unit 1 comprises an adjusting element 42 and two further adjusting elements 43, 44.
  • the adjusting element 42 is, in particular magnetically, non-destructively detachable on a part of the two-part resonance body 2. Due to the non-destructive arrangement of the Actuator 42, this can be replaced by the other setting elements 43, 44.
  • the setting elements 42, 43, 44 have a different geometric shape.
  • the adjusting element 42, 43, 43 are designed as disks or cylinders and have a different thickness. Furthermore, the resonance body 2 or its two parts are also designed as cylinders. The adjusting element 42 is in this case arranged on a base of one part of the resonance body 2 so as to be non-destructive.
  • the piezo element 4 is designed to excite the resonance body 2. In other words, an oscillation of the resonance body 2 is induced by means of the piezo element 4, which leads to the emission or generation of ultrasound.
  • the excitation unit 1 without an arrangement of one of the setting elements 42, 43, 44 has a fundamental frequency. In other words, an excitation unit 1 without one of the adjusting elements 42, 43, 44 would generate ultrasound with the fundamental frequency and / or with harmonic multiples of this fundamental frequency. Since the adjusting element 42 is arranged on the resonance body 2, this fundamental frequency is detuned to a new fundamental frequency. The size of this frequency shift essentially depends on the geometric shape, the mass and the material of the setting element 42.
  • the frequency of the ultrasound generated by means of the excitation unit 1 can be set by arranging the various setting elements 42, 43, 44. This setting of the frequency is achieved by the non-destructively releasable arrangement of the adjusting element 42 or the adjusting elements 42,
  • the setting of the frequency or the change in the fundamental frequency is schematic in terms of the excitation inputs. 1 diagram shows.
  • the abscissa 101 of the diagram clarifies the length scale along any cylinder axis 100 of the excitation unit 1.
  • At the ordinate 102 of the diagram, the amplitude of the ultrasound generated is plotted in any units.
  • the basic frequency of the excitation unit 1 without one of the adjusting elements 42, 43, 44 is essentially due to the axial extension of the Excitation unit 1 set along the cylinder axis.
  • the setting element 42 arranged on the excitation unit 1 and the resonance body 2 are preferably made of the same material and for fundamental frequencies below 100 kilohertz.
  • the diagram shows a wave of the generated ultrasound. This makes it clear that the fundamental frequency changes due to the arrangement of the adjusting element 42. In other words, the frequency of the generated ultrasound is reduced with increasing thickness of the element 42, 43, 44 arranged on the excitation unit.
  • the adjusting elements 42, 43, 44 thus form a set of adjusting elements by means of which the frequency of the ultrasound generated by means of the excitation unit 1 can be changed, adjusted, shifted and / or adjusted.

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Abstract

Es wird eine Anregungseinheit (1) für einen Ultraschallsender vorgeschlagen, die einen Resonanzkörper (2) zur Festlegung einer Grundfrequenz der Anregungseinheit (1), ein Piezoelement (4) zur Anregung des Resonanzkörpers (2) und wenigstens ein Einstellelement (42) umfasst. Erfindungsgemäß ist das Einstellelement (42) an dem Resonanzkörper (2) zerstörungsfrei lösbar angeordnet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes.

Description

Beschreibung
Anregungseinheit für einen Ultraschallsender und Verfahren zur Ultraschallprüfung
Die Erfindung betrifft eine Anregungseinheit für einen Ultra schallsender gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ultra schallprüfung eines Prüfobj ektes , insbesondere eines Schie nenabschnittes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
Ein Ultraschallsender umfasst zur Erzeugung von Ultraschall eine Anregungseinheit. Hierbei umfasst die Anregungseinheit, insbesondere im Frequenzbereich bis 100 Kilohertz, typischer weise ein Piezoelement, das heißt ein Element mit piezoe lektrischen Eigenschaften.
Für Frequenzen bis 100 Kilohertz ist die entsprechende Wel lenlänge des Ultraschalls vergleichbar zu den räumlichen Di mensionen der Anregungseinheit. Dadurch bilden sich typi scherweise eine Mehrzahl von scharfen und getrennten Resonan zen aus, deren Frequenzen (Resonanzfrequenzen) ein harmoni sches Vielfaches einer Grundfrequenz (Grundresonanzfrequenz) sind. Für diese Resonanzfrequenzen weist der erzeugte Ultra schall die größte Amplitude (Resonanzamplitude) auf, wobei die zur Grundresonanzfrequenz zugehörige Amplitude typischer weise die Größte ist. Allerdings ergibt sich aufgrund der Schärfe der Resonanzen eine geringe Bandbreite, da die Band breite des Ultraschalls auf die Breite der jeweiligen Reso nanz beschränkt ist. Die Breite einer Resonanz und somit die Bandbreite des erzeugten Ultraschalls kann durch eine Dämp fung der Resonanz vergrößert werden. Nachteilig hieran ist, dass durch die Dämpfung die Amplitude der Resonanz verringert wird .
Zum Erreichen hoher Amplituden werden somit schmalbandige An regungseinheiten verwendet, deren spektraler Arbeitsbereich auf einen kleinen Bereich um die festgelegte Resonanzfrequenz beschränkt ist. Eine Anpassung der Frequenz ist bei solchen Anregungseinheiten nicht möglich. Ist eine andere Frequenz des Ultraschalls erforderlich, so muss die gesamte Anregungs einheit beziehungsweise der Ultraschallsender getauscht wer den. Eine feine und aufgelöste Kontrolle über die Frequenz des Ultraschalls ist hierbei nur schwer möglich.
Typischerweise werden zur Ultraschallprüfung größer ausge dehnter Prüfobjekte, insbesondere Schienenabschnitte, niedri ge Frequenzen, beispielsweise bis 100 Kilohertz, verwendet. Insbesondere zur Ultraschallprüfung von Schienenabschnitten sind weiterhin hohe Amplituden erforderlich, damit ein aus reichendes Signal-Rausch-Verhältnis über die großen Messdis tanzen sichergestellt ist. Hierbei können die vom Ultraschall zurückgelegten Distanzen im Bereich von Kilometern liegen.
Durch Änderungen in der Amplitude des eingeschallten Ultra schalls kann auf Defekte innerhalb des geprüften Schienenab schnittes geschlossen werden. Hierbei werden aufgrund der er forderlichen hohen Amplituden wiederum schmalbandige Ultra schallsender verwendet. Stimmt die Frequenz des durch die An regungseinheit erzeugten Ultraschalls nicht mit der für den Schienenabschnitt charakteristischen Frequenz überein, so muss eine weitere von der verwendeten Anregungseinheit ver schiedene Anregungseinheit verwendet werden. Dies ist zeit aufwendig und umständlich. Insbesondere wird sich die charak teristische Frequenz mit den Umgebungsbedingungen, beispiels weise mit der Temperatur, ändern, sodass die Frequenz des Ultraschalls kaum auf die charakteristische Frequenz des Schienenabschnittes abstimmbar ist. Dadurch wird nachteili gerweise die maximal mögliche Amplitude selten erreicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anregungseinheit für einen Ultraschallsender bereitzustellen, die eine verbesserte Einstellung der Frequenz des erzeugten Ultraschalls ermöglicht. Die Aufgabe wird durch eine Anregungseinheit mit den Merkma len des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Ver fahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 12 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemäße Anregungseinheit für einen Ultraschall sender umfasst einen Resonanzkörper zur Festlegung einer Grundfrequenz der Anregungseinheit, ein Piezoelement zur An regung des Resonanzkörpers und wenigstens ein Einstellele ment. Erfindungsgemäß ist das Einstellelement an dem Reso nanzkörper zerstörungsfrei lösbar angeordnet.
Die erfindungsgemäße Anregungseinheit ist somit zur Erzeugung von Ultraschall ausgebildet. Hierbei wird angenommen, dass die Grundfrequenz im Wesentlichen durch den Resonanzkörper festgelegt ist. Allerdings kann das Piezoelement ebenfalls die Grundfrequenz, typischerweise geringfügig, beeinflussen. Die Grundfrequenz der Anregungseinheit ist somit die Grundre sonanzfrequenz der Anregungseinheit, ohne dass das Einstel lelement am Resonanzkörper angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ermöglicht die Anordnung des Einstellelemen tes eine Verschiebung oder Änderung der durch den Resonanz körper festgelegten Grundfrequenz. Das ist deshalb der Fall, da das Einstellelement am Resonanzkörper angeordnet ist.
Dadurch bildet sich ein effektiver Resonanzkörper (Resonanz körper und Einstellelement) mit einer verschiedenen Geometrie und Masse aus, der eine von der durch den Resonanzkörper festgelegten Grundfrequenz verschiedene neue Grundfrequenz aufweist. Mittels der Geometrie und Masse des Einstellelemen tes kann die Verschiebung gegenüber der durch den Resonanz körper festgelegten Grundfrequenz eingestellt oder festgelegt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise auf andere Prüfobjek te oder geänderte Umgebungsbedingungen reagiert werden.
Ein wesentlicher Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, dass das Einstellelement zerstörungsfrei lösbar am Resonanz- körper angeordnet ist. Mit anderen Worten kann das Einstel lelement vom Resonanzkörper, ohne das Einstellelement
und/oder den Resonanzkörper zu beschädigen oder zu zerstören, entfernt oder gelöst werden. Dadurch wird eine Einstellung der Frequenz des mittels der erfindungsgemäßen Anregungsein heit erzeugten Ultraschalls ermöglicht. Weiterhin kann zwi schen der Grundfrequenz ohne dem angeordneten Einstellelement oder einer neuen Grundfrequenz mit angeordneten Einstellele ment beliebig gewechselt werden. Da für beide Grundfrequenzen eine Resonanz vorliegt, ist die Amplitude vorteilhafterweise dennoch größtmöglich.
Die erfindungsgemäße Anregungseinheit stellt somit eine Ein stellung der Frequenz des erzeugten Ultraschalls ohne Einbu ßen bei seiner Amplitude bereit. Die vorliegende Erfindung löst somit den Konflikt zwischen einer einstellbaren Frequenz und einer möglichst großen Amplitude des erzeugten Ultra schalls auf.
Weiterhin kann die Frequenz des erzeugten Ultraschalls ohne eine Werkstatt und direkt im Feld, beispielsweise bei einer Ultraschallprüfung eines Schienenabschnittes, auf die dorti gen Randbedingungen, Umgebungsbedingungen und Gegebenheiten eingestellt beziehungsweise abgestimmt werden. Dadurch werden vorteilhafterweise Kosten reduziert.
Weiterhin wird vorteilhafterweise ein Einstellen oder Abstim men der Bandbreite des erzeugten Ultraschalls ermöglicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobj ektes , insbesondere eines Schienenabschnittes, wird Ultraschall in das Objekt mittels eines Ultraschallsen ders eingeschallt . Erfindungsgemäß wird der Ultraschall mit tels einer Anregungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen erzeugt. Ein Ultraschallsender gemäß der vorliegenden Erfindung um fasst somit wenigstens eine erfindungsgemäße Anregungsein heit.
Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Anregungseinheit gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Einstellelement zerstörungsfrei durch ein weiteres Einstel lelement austauschbar.
Vorteilhafterweise kann dadurch die Frequenz des erzeugten Ultraschalls verbessert eingestellt werden. Die erfindungsge mäße zerstörungsfrei lösbare Anordnung des Einstellelementes beziehungsweise der Einstellelemente ermöglicht einen Wechsel der Einstellelemente. Das weitere Einstellelement kann wiede rum zerstörungsfrei lösbar am Resonanzkörper angeordnet wer den. Dadurch ist das weitere Einstellelement ebenfalls aus tauschbar. Insbesondere weisen das Einstellelement und das weitere Einstellelement eine verschiedene Geometrie oder Mas se auf. Dadurch kann vorteilhafterweise eine größere Variati on in der Frequenz des erzeugten Ultraschalls bereitgestellt werden .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Resonanzkörper wenigstens ein Kopplungselement auf, mittels welchem das Einstellelement am Resonanzkörper angeordnet ist, und mittels welchem das Einstellelement zerstörungsfrei vom Resonanzkörper lösbar ist.
Ein solches vorteilhaftes Kopplungselement umfasst beispiels weise ein oder mehrere Bolzen, eine oder mehrere Klemmen, ei ne oder mehrere Klickverbindungen und/oder eine oder mehrere Schraubverbindungen .
Besonders bevorzugt ist das Einstellelement magnetisch am Re sonanzkörper angeordnet. Hierzu sind der Resonanzkörper und das Einstellelement we nigstens teilweise magnetisch ausgebildet. Bevorzugt sind der Resonanzkörper und das Einstellelement ferromagnetisch. Die magnetische Anordnung des Einstellelementes am Resonanzkörper kann mittels Dauermagneten, insbesondere Neodym-Eisen-Bor- Dauermagneten, und/oder elektromagnetisch erfolgen. Ein wei terer Vorteil der magnetischen Anordnung des Einstellelemen tes ist, dass diese vorteilhafterweise eine besonders feste kraftschlüssige zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen dem Einstellelement und dem Resonanzkörper ausbildet. Dadurch bildet der Resonanzkörper mit dem Einstellelement weiterhin eine schmalbandige Resonanz aus.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Resonanzkörper und das Einstellelement aus dem gleichen Material .
Dadurch wird die Ausbildung einer schmalbandigen und eindeu tigen Resonanz weiter verbessert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Resonanzkörper und das Einstellelement zylinderförmig ausge bildet, wobei der Resonanzkörper und das Einstellelement den gleichen Radius aufweisen, und der Resonanzkörper und das Einstellelement konzentrisch entlang einer Zylinderachse der Anregungseinheit angeordnet sind.
Dadurch wird ebenfalls die Ausbildung einer schmalbandigen und eindeutigen Resonanz weiter verbessert. Insbesondere ergibt sich eine deterministische Kontrolle über die Änderung der Grundfrequenz des Resonanzkörpers.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Einstellelement an einer der Grundflächen des Resonanzkörpers angeordnet . Mit anderen Worten bilden der zylinderförmige Resonanzkörper und das Einstellelement einen Stapel aus. Dadurch kann die geänderte Grundfrequenz, das heißt die Grundfrequenz der An regungseinheit mit dem angeordneten Einstellelement, weiter verbessert eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Resonanzkörper zweiteilig ausgebildet, wobei die zwei Teile des Resonanzkörpers mittels des Piezoelementes zueinander be- abstandet angeordnet sind.
Mit anderen Worten ist das Piezoelement teilweise oder voll ständig zwischen den zwei Teilen des Resonanzkörpers angeord net. Das Piezoelement ist hierbei zur Anregung der zwei Teile des Resonanzkörpers ausgebildet. Weisen die zwei Teile des Resonanzkörpers die gleiche Geometrie und Masse auf, so bil det sich eine besonders bevorzugte symmetrische Anregungsein heit aus.
Bevorzugt umfasst die Anregungseinheit ein weiteres Einstel lelement .
Hierbei ist das weitere Einstellelement ebenfalls am Reso nanzkörper angeordnet.
Besonders bevorzugt ist das Einstellelement an einem der Tei le des Resonanzkörpers angeordnet und das weitere Einstel lelement an dem anderen Teil des Resonanzkörpers angeordnet.
Dadurch kann die Frequenz der Anregungseinheit verbessert eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das Einstellelement und das weitere Einstellelement als
Scheiben unterschiedlicher Dicke ausgebildet.
Dadurch weist die Anregungseinheit einen Satz von unter schiedlich dicken Einstellelementen auf, die als Scheiben ausgebildet sind. Gewissermaßen liegt ein System oder ein Kit aus einer Grundanregungseinheit (Anregungseinheit ohne Ein stellelemente) und den Einstellelementen vor, wobei die Ein stellelemente durch die zerstörungsfrei lösbare Verbindung, vergleichbar zu einem Bohrersatz, an der Anregungseinheit an geordnet und wieder von dieser gelöst werden können. Dadurch ergibt sich sinnbildlich einen Satz von möglichen Frequenzen des erzeugbaren Ultraschalls. Da die Einstellelemente vor teilhafterweise als Scheiben ausgebildet sind, können diese effizient und im Feld, beispielsweise bei einer Ultraschall prüfung eines Schienenabschnittes, getauscht werden. Weiter hin ist die Herstellung der Einstellelemente dadurch kosten effizient .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Anregungseinheit gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Gleichartige, gleichwertige und/oder gleichwirkende Elemente können in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein .
Die Figur zeigt schematisch die Anregungseinheit 1. Die Anre gungseinheit 1 umfasst einen Resonanzkörper 2 und ein Piezoe- lement 4. Der Resonanzkörper 2 ist zweiteilig ausgebildet.
Mit anderen Worten weist dieser einen ersten und zweiten Teil auf, die in der Figur mit demselben Bezugszeichen 2 gekenn zeichnet sind. Das Piezoelement 4 ist zwischen den zwei Tei len des Resonanzkörpers 2 angeordnet und beabstandet die zwei Teile des Resonanzkörpers 2.
Weiterhin umfasst die Anregungseinheit 1 ein Einstellelement 42 sowie zwei weitere Einstellelemente 43, 44. Das Einstel lelement 42 ist, insbesondere magnetisch, zerstörungsfrei lösbar an einem Teil des zweiteiligen Resonanzkörpers 2 ange ordnet. Durch die zerstörungsfrei lösbare Anordnung des Ein- Stellelementes 42 kann dieses durch die weiteren Einstellele mente 43, 44 ausgetauscht werden. Hierbei weisen die Einstel lelemente 42, 43, 44 eine verschiedene geometrische Form auf.
Die Einstellelement 42, 43, 43 sind als Scheiben oder Zylin der ausgebildet und weisen eine unterschiedliche Dicke auf. Weiterhin ist der Resonanzkörper 2 beziehungsweise sind seine zwei Teile ebenfalls als Zylinder ausgebildet. Das Einstel lelement 42 ist hierbei an einer Grundfläche des einen Teil des Resonanzkörpers 2 zerstörungsfrei lösbar angeordnet.
Das Piezoelement 4 ist zur Anregung des Resonanzkörpers 2 ausgebildet. Mit anderen Worten wird mittels des Piezoele- ments 4 eine Schwingung des Resonanzkörpers 2 induziert, die zur Aussendung oder Erzeugung von Ultraschall führt. Die An regungseinheit 1 ohne eine Anordnung eines der Einstellele mente 42, 43, 44 weist eine Grundfrequenz auf. Mit anderen Worten würde eine Anregungseinheit 1 ohne eines der Einstel lelemente 42, 43, 44 Ultraschall mit der Grundfrequenz und/oder mit harmonischen Vielfachen dieser Grundfrequenz er zeugen. Da das Einstellelement 42 an dem Resonanzkörper 2 an geordnet ist, wird diese Grundfrequenz zu einer neuen Grund frequenz verstimmt. Die Größe dieser Frequenzverschiebung ist im Wesentlichen von der geometrischen Form, der Masse und dem Material des Einstellelementes 42 abhängig. Wird das Einstel lelement 42 daher durch eines der weiteren Einstellelemente 43, 44 getauscht, so bildet sich eine andere Frequenzver schiebung und somit eine neue Frequenz des erzeugten Ultra schalls aus. Mit anderen Worten kann die Frequenz des mittels der Anregungseinheit 1 erzeugten Ultraschalls durch die An ordnung der verschiedenen Einstellelemente 42, 43, 44 einge stellt werden. Diese Einstellung der Frequenz wird durch die erfindungsgemäße zerstörungsfrei lösbare Anordnung des Ein stellelementes 42 beziehungsweise der Einstellelemente 42,
43, 44 ermöglicht.
Das Einstellen der Frequenz beziehungsweise die Änderung der Grundfrequenz ist schematisch im bezüglich der Anregungsein- heit 1 nebenstehenden Diagramm verdeutlicht. Die Abszisse 101 des Diagramms verdeutlicht hierbei die Längenskala entlang einer Zylinderachse 100 der Anregungseinheit 1 in beliebigen Einheiten. An der Ordinate 102 des Diagramms ist die Amplitu de des erzeugten Ultraschalls in beliebigen Einheiten symbo lisch aufgetragen.
Bei einer - wie dargestellt - zylinderförmigen Ausbildung der Anregungseinheit 1, das heißt, dass die Anregungseinheit die Zylinderachse (Symmetrieachse) 100 aufweist, ist die Grund frequenz der Anregungseinheit 1 ohne eines der Einstellele mente 42, 43, 44 im Wesentlichen durch die axiale Ausdehnung der Anregungseinheit 1 entlang der Zylinderachse festgelegt. Dieses vereinfachte Bild gilt, falls das an der Anregungsein heit 1 angeordnete Einstellelement 42 und der Resonanzkörper 2 bevorzugt aus dem gleichen Material sind und für Grundfre quenzen unterhalb von 100 Kilohertz. Das Diagramm zeigt je weils einen Wellenbauch des erzeugten Ultraschalls. Dadurch wird deutlich, dass sich die Grundfrequenz durch die Anord nung des Einstellelementes 42 ändert. Mit anderen Worten wird die Frequenz des erzeugten Ultraschalls mit größer werdender Dicke des an der Anregungseinheit angeordneten Einstellele mentes 42, 43, 44 verringert.
Die Einstellelemente 42, 43, 44 bilden somit einen Satz von Einstellelementen aus, mittels welchem die Frequenz des mit tels der Anregungseinheit 1 erzeugten Ultraschalls veränder bar, einstellbar, verschiebbar und/oder anpassbar ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Anregungseinheit
2 Resonanzkörper
4 Piezoelement
42 Einstellelement
43 weiteres Einstellelement
44 weiteres Einstellelement 100 Zylinderachse
101 Abzisse
102 Ordinate

Claims

Patentansprüche
1. Anregungseinheit (1) für einen Ultraschallsender, umfas send einen Resonanzkörper (2) zur Festlegung einer Grundfre quenz der Anregungseinheit (1), ein Piezoelement (4) zur An regung des Resonanzkörpers (2) und wenigstens ein Einstel lelement (42), dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellele ment (42) an dem Resonanzkörper (2) zerstörungsfrei lösbar angeordnet ist.
2. Anregungseinheit (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Einstellelement (42) zerstörungsfrei durch ein weiteres Einstellelement (43, 44) austauschbar ist.
3. Anregungseinheit (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Resonanzkörper (2) wenigstens ein Kopplungselement aufweist, mittels welchem das Einstellele ment (42) am Resonanzkörper (2) angeordnet ist, und mittels welchem das Einstellelement (42) zerstörungsfrei vom Reso nanzkörper (2) lösbar ist.
4. Anregungseinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (42) magnetisch am Resonanzkörper (2) angeordnet ist.
5. Anregungseinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkörper (2) und das Einstellelement (42) aus dem gleichen Material sind.
6. Anregungseinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkörper (2) und das Einstellelement (42) zylinderförmig ausgebildet sind, wobei der Resonanzkörper (2) und das Einstellelement (42) den gleichen Radius aufweisen, und der Resonanzkörper (2) und das Einstellelement (42) konzentrisch entlang einer Zylinderachse (100) der Anregungseinheit (1) angeordnet sind.
7. Anregungseinheit (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das Einstellelement (42) an einer der Grund flächen des Resonanzkörpers (2) angeordnet ist.
8. Anregungseinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkörper (2) zweiteilig ausgebildet ist, wobei die zwei Teile des Reso nanzkörpers (2) mittels des Piezoelementes (4) zueinander be- abstandet angeordnet sind.
9. Anregungseinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungseinheit (1) ein weiteres Einstellelement umfasst.
10. Anregungseinheit (1) gemäß Anspruch 8 und 9, dadurch ge kennzeichnet, dass an jedem Teil des Resonanzkörpers (2) ei nes der Einstellelemente angeordnet ist.
11. Anregungseinheit (1) gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (42) und das weitere Einstellelement als Scheiben unterschiedlicher Dicke ausge bildet sind.
12. Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobj ektes , ins besondere eines Schienenabschnittes, bei dem Ultraschall in das Objekt mittels eines Ultraschallsenders eingeschallt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall mittels einer Anregungseinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche erzeugt wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (42) durch ein weiteres Einstellelement (42, 43) ausgetauscht wird.
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