Senkrecht-Prüfköpfe

Die einfachste Ausfühung der Prüfköpfe geschieht in Form von Senkrecht-Prüfköpfen (auch als Normal-Prüfköpfe bezeichnet). Diese besitzen nur ein einzelnes Piezoelement (Schwinger), welches abwechselnd als Sender und Empfänger geschaltet wird. Während der Zeitdauer des Aussendes eines Ultraschallimpulses ist grundsätzlich kein Empfangen möglich. Erst wenn der Ultraschallimpuls vollständig ausgesendet wurde, kann nach einer kurzen Abklingphase des schwingenden Kristalls das Piezoelement wieder auf den Empfangsmodus gestellt werden. Über diese Zeitdauer hinweg hat der ausgesendete Ultraschallimpuls bereits eine gewisse Strecke im Prüfstück zurückgelegt und wurde evtl. auch bereits an Fehlstellen reflektiert. Jedoch konnte der Prüfkopf diese reflektierten Signale gar nicht registrieren, da er noch nicht auf "Empfangen" geschaltet war.

Normalprüfkopf, Senkrecht-Prüfkopf, Ultraschall-Prüfung

Abbildung: Normalprüfkopf

Diese Zeitdauer innerhalb deren kein Fehlersignal erhalten werden kann wird auch als Totzeit bezeichnet. Die Totzeit setzt sich zusammen aus der Zeitdauer des Aussendes eines Ultraschallimpulses und der Dämpfungsdauer bis die Schwingungen des Piezokristalls abgeglungen sind, bevor der Prüfkopf in den Empfangsmodus wechseln kann. Die Totzeit führt in Verbindung mit der Schallausbreitungsgeschwindigkeit dazu, dass unterhalb der Werkstückoberfläche eine sogenannte tote Zone entsteht. Fehler innerhalb dieser toten Zone können vom Prüfgerät nicht erkannt werden.

Senkrecht-Prüfkopf, Normal-Prüfkopf, Dämpfungskörper, Schutzschicht, Ultraschall-Prüfung

Abbildung: Aufbau eines Senkrechprüfkopfes

Um die tote Zone möglichst gering zu halten, sollte der Prüfkopf nach Aussenden der Ultraschallimpulse möglichst schnell auf den Empfangsmodus wechseln. Hierzu muss der schwingende Piezokristall stark gedämpft werden. Aus diesem Grund befindet sich rückwärtig am Kristall ein Dämpfungskörper, der die Schwingungen nach dem Aussendeimpuls möglichst rasch zum Erliegen bringt. Zugleich wird ein Schwingen des gesamten Prüfkopfes durch rückwärtig abgestrahlte Schallwellen vermieden.

Als mechanischer Schutz ist der Piezokristall durch eine Schutzschicht von der Werkstückoberfläche bzw. von dem aufgetragenen Kopplungsmittel getrennt. Diese Schicht verhindert Beschädigungen am Piezoelement während der Ultraschallprüfung. Zusätzlich zum Kopplungsmittel ermöglicht die Schutzschicht bereits ihrerseits eine gute Schallankopplung an das Werkstück. Prüfköpfe für glatte Werkstückoberflächen werden meist mit härteren (verschleißfesten) Schutzschichten ausgestattet, während für raue Oberflächen eher weichere (schallverlustärmere) Schutzschichten verwendet werden.

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