Luftultraschall - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 13:26 Uhr

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			{{Language_sel\|LANG=eng\|ARTIKEL=Air-Ultrasound}}
	{{PSM_Infobox}}		{{PSM_Infobox}}
	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Luftultraschall</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Luftultraschall</span>
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			==Siehe auch==
			*[[Ultraschall-Schweißnahtprüfung]]
			*[[Laser-Heterogenität der Dehnungsverteilung]]
			*[[Heterogenität]]
			*[[Ultraschall-Winkel-Prüfköpfe]]


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	\|[[Grellmann, Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München, 3. ~~Auflage (2015)~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18) ~~S. 487 ff.~~		\|[[Grellmann, Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage, S. 487 ff (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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Loeffler-Kamann am 8. Juli 2024 um 06:39 Uhr

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	\|[[Grellmann, Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München, 3. Auflage (2015) (ISBN: 978-3-446-44350-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18) S. 487 ff.		\|[[Grellmann, Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München, 3. Auflage (2015) (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18) S. 487 ff.
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Oluschinski am 28. November 2022 um 08:59 Uhr

2022-11-28T08:59:03Z

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	\|[[Grellmann,~~_Wolfgang~~\|Grellmann, W.]]; [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) (ISBN: 978-3-446-44350-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18) S. 487 ff.		\|[[Grellmann, Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München, 3. Auflage (2015) (ISBN: 978-3-446-44350-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18) S. 487 ff.
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Oluschinski am 13. August 2019 um 05:55 Uhr

2019-08-13T05:55:28Z

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	===Messverfahren===		===Messverfahren===

	Üblicherweise erfordert die hohe Schalldämpfung der Luft für die Volumenprüfung eines [[Prüfkörper]]s oder [[Bauteilprüfung\|Bauteils]] die Anordnung zweier ~~Ultraschallprüfköpfe~~ auf beiden Seiten des Prüfobjekts, wobei die Prüfköpfe auf der akustischen Achse zueinander ausgerichtet sein müssen ([[Ultraschall-Durchschallungs-Technik\|Durchschallungsanordnung]], '''Bild 1''') [4].		Üblicherweise erfordert die hohe Schalldämpfung der Luft für die Volumenprüfung eines [[Prüfkörper]]s oder [[Bauteilprüfung\|Bauteils]] die Anordnung zweier Ultraschall-Prüfköpfe auf beiden Seiten des Prüfobjekts, wobei die Prüfköpfe auf der akustischen Achse zueinander ausgerichtet sein müssen ([[Ultraschall-Durchschallungs-Technik\|Durchschallungsanordnung]], '''Bild 1''') [4].

	[[Datei:Luftultraschall1.JPG\|380px]]		[[Datei:Luftultraschall1.JPG\|380px]]
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	===Praktische Anwendung===		===Praktische Anwendung===

	Ziel dieser zerstörungsfreien Methode der [[Werkstoffprüfung]] ist die Ermittlung von Werkstoffeigenschaften, wie z. B. der [[Dichte]] und des [[Elastizitätsmodul\|E-Moduls]], aber insbesondere das Aufsuchen von Fehlstellen und Inhomogenitäten.		Ziel dieser [[Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)\|zerstörungsfreien Methode]] der [[Werkstoffprüfung]] ist die Ermittlung von Werkstoffeigenschaften, wie z. B. der [[Dichte]] und des [[Elastizitätsmodul\|E-Moduls]], aber insbesondere das Aufsuchen von Fehlstellen und Inhomogenitäten.
	In der praktischen Anwendung des Luftultraschalls überwiegt die Defektoskopie, die mit Hilfe von Volumen- bzw. [[C-Bild-Technik\|C-Bildern]] Bauteilfehler darstellt und klassifiziert. In dem folgenden '''Bild 6''' ist das Volumenbild (a) und das C-Bild (b) eines von der konkaven Seite des gemessenen PE 100-Rohrsegmentes mit Schweißnaht dargestellt. Dabei stellt das Volumenbild ein „Durchstrahlungsbild“ dar und das [[C-Bild-Technik\|C-Bild]] eine ebene Schicht des Materials, die auf der Auswertung eines Laufzeitintervalls beruht. Mit diesen beiden Ultraschallbildern lassen sich bei der Prüfung mit Luftankopplung relative Veränderungen in der Geometrie und der inneren Strukturen nachweisen.		In der praktischen Anwendung des Luftultraschalls überwiegt die Defektoskopie, die mit Hilfe von Volumen- bzw. [[C-Bild-Technik\|C-Bildern]] Bauteilfehler darstellt und klassifiziert. In dem folgenden '''Bild 6''' ist das Volumenbild (a) und das C-Bild (b) eines von der konkaven Seite des gemessenen PE 100-Rohrsegmentes mit Schweißnaht dargestellt. Dabei stellt das Volumenbild ein „Durchstrahlungsbild“ dar und das [[C-Bild-Technik\|C-Bild]] eine ebene Schicht des Materials, die auf der Auswertung eines Laufzeitintervalls beruht. Mit diesen beiden Ultraschallbildern lassen sich bei der Prüfung mit Luftankopplung relative Veränderungen in der Geometrie und der inneren Strukturen nachweisen.

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Reincke am 18. Dezember 2017 um 10:28 Uhr

2017-12-18T10:28:01Z

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	__TOC__		__TOC__
	Luftultraschall ist ein Verfahren in der [[Ultraschallprüfung]], bei dem als Koppelmedium Luft verwendet wird. Die speziellen [[Ultraschall-Prüfköpfe\|Ultraschall-Prüfköpfe]] sind dabei nicht in Kontakt mit dem Prüfmaterial. Dieses Prüfverfahren eignet sich zur berührungslosen zerstörungsfreien Prüfung von dünnwandigen [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus Werkstoffen mit [[Thermoplaste\|thermoplastischer]] oder [[Duroplaste\|duroplastischer]] Matrix, so z. B. [[faserverstärkte Kunststoffe]] (CFK, GFK) und Hybridwerkstoffe oder auch metallische Werkstoffe.		Luftultraschall ist ein Verfahren in der [[Ultraschallprüfung]], bei dem als Koppelmedium Luft verwendet wird. Die speziellen [[Ultraschall-Prüfköpfe\|Ultraschall-Prüfköpfe]] sind dabei nicht in Kontakt mit dem Prüfmaterial. Dieses Prüfverfahren eignet sich zur berührungslosen [[Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)\|zerstörungsfreien Prüfung]] von dünnwandigen [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus Werkstoffen mit [[Thermoplaste\|thermoplastischer]] oder [[Duroplaste\|duroplastischer]] Matrix, so z. B. [[faserverstärkte Kunststoffe]] (CFK, GFK) und Hybridwerkstoffe oder auch metallische Werkstoffe.

	Die Ankopplung der [[Ultraschall-Prüfköpfe\|Ultraschall-Prüfköpfe]] über Luft besitzt aus materialtechnischer Sicht den Vorteil, dass der zu prüfende Werkstoff keiner medialen [[Beanspruchung]] ausgesetzt ist, die zu einer Beeinträchtigung des mechanischen [[Kennwert]]niveaus führen könnte, was insbesondere bei der Inline-Kontrolle im Produktionsprozess eine herausragende Rolle spielt [1]. Andererseits bedeutet die Ankopplung über Luft einen Nachteil für die Bestimmung der [[Akustische Eigenschaften\|akustischen Kennwerte]], da der Verlust an Schallenergie trotz vergleichbar niedriger Ultraschallfrequenzen über das Medium Luft hohe Ansprüche an die Messtechnik stellt [2, 3].		Die Ankopplung der [[Ultraschall-Prüfköpfe\|Ultraschall-Prüfköpfe]] über Luft besitzt aus materialtechnischer Sicht den Vorteil, dass der zu prüfende Werkstoff keiner medialen [[Beanspruchung]] ausgesetzt ist, die zu einer Beeinträchtigung des mechanischen [[Kennwert]]niveaus führen könnte, was insbesondere bei der Inline-Kontrolle im Produktionsprozess eine herausragende Rolle spielt [1]. Andererseits bedeutet die Ankopplung über Luft einen Nachteil für die Bestimmung der [[Akustische Eigenschaften\|akustischen Kennwerte]], da der Verlust an Schallenergie trotz vergleichbar niedriger Ultraschallfrequenzen über das Medium Luft hohe Ansprüche an die Messtechnik stellt [2, 3].
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	\|Hasenstab, A., Krause, M., Hillger, W., Bühling, L., Ilse, D., Hillemeier, B., Rieck, C.: Luftultraschall und Ultraschall-~~Echo-technik~~ an Holz. DACH Jahrestagung 2005, Rostock, Berichtsband 94-CD, DGZfP e.V. (2005)		\|Hasenstab, A., Krause, M., Hillger, W., Bühling, L., Ilse, D., Hillemeier, B., Rieck, C.: Luftultraschall und Ultraschall-Echotechnik an Holz. DACH Jahrestagung 2005, Rostock, Berichtsband 94-CD, DGZfP e.V. (2005)
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	[[Kategorie:Akustische Prüfverfahren Ultraschall]]		[[Kategorie:Akustische Prüfverfahren Ultraschall]]

Oluschinski am 14. August 2017 um 12:39 Uhr

2017-08-14T12:39:46Z

← Nächstältere Version		Version vom 14. August 2017, 14:39 Uhr
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	__TOC__		__TOC__
	Luftultraschall ist ein Verfahren in der [[Ultraschallprüfung]], bei dem als Koppelmedium Luft verwendet wird. Die speziellen [[Ultraschall-~~Prüfkopf~~\|~~Ultraschallprüfköpfe~~]] sind dabei nicht in Kontakt mit dem Prüfmaterial. Dieses Prüfverfahren eignet sich zur berührungslosen zerstörungsfreien Prüfung von dünnwandigen [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus Werkstoffen mit [[Thermoplaste\|thermoplastischer]] oder [[Duroplaste\|duroplastischer]] Matrix, so z. B. [[faserverstärkte Kunststoffe]] (CFK, GFK) und Hybridwerkstoffe oder auch metallische Werkstoffe.		Luftultraschall ist ein Verfahren in der [[Ultraschallprüfung]], bei dem als Koppelmedium Luft verwendet wird. Die speziellen [[Ultraschall-Prüfköpfe\|Ultraschall-Prüfköpfe]] sind dabei nicht in Kontakt mit dem Prüfmaterial. Dieses Prüfverfahren eignet sich zur berührungslosen zerstörungsfreien Prüfung von dünnwandigen [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus Werkstoffen mit [[Thermoplaste\|thermoplastischer]] oder [[Duroplaste\|duroplastischer]] Matrix, so z. B. [[faserverstärkte Kunststoffe]] (CFK, GFK) und Hybridwerkstoffe oder auch metallische Werkstoffe.

	Die Ankopplung der [[Ultraschall-~~Prüfkopf~~\|~~Ultraschallprüfköpfe~~]] über Luft besitzt aus materialtechnischer Sicht den Vorteil, dass der zu prüfende Werkstoff keiner medialen ~~Belastung~~ ausgesetzt ist, die zu einer Beeinträchtigung des mechanischen [[Kennwert]]niveaus führen könnte, was insbesondere bei der Inline-Kontrolle im Produktionsprozess eine herausragende Rolle spielt [1]. Andererseits bedeutet die Ankopplung über Luft einen Nachteil für die Bestimmung der akustischen Kennwerte, da der Verlust an Schallenergie trotz vergleichbar niedriger Ultraschallfrequenzen über das Medium Luft hohe Ansprüche an die Messtechnik stellt [2, 3].		Die Ankopplung der [[Ultraschall-Prüfköpfe\|Ultraschall-Prüfköpfe]] über Luft besitzt aus materialtechnischer Sicht den Vorteil, dass der zu prüfende Werkstoff keiner medialen [[Beanspruchung]] ausgesetzt ist, die zu einer Beeinträchtigung des mechanischen [[Kennwert]]niveaus führen könnte, was insbesondere bei der Inline-Kontrolle im Produktionsprozess eine herausragende Rolle spielt [1]. Andererseits bedeutet die Ankopplung über Luft einen Nachteil für die Bestimmung der [[Akustische Eigenschaften\|akustischen Kennwerte]], da der Verlust an Schallenergie trotz vergleichbar niedriger Ultraschallfrequenzen über das Medium Luft hohe Ansprüche an die Messtechnik stellt [2, 3].

	===Messverfahren===		===Messverfahren===

	Üblicherweise erfordert die hohe Schalldämpfung der Luft für die Volumenprüfung eines ~~Prüfkörpers~~ oder Bauteils die Anordnung zweier Ultraschallprüfköpfe auf beiden Seiten des Prüfobjekts, wobei die Prüfköpfe auf der akustischen Achse zueinander ausgerichtet sein müssen (Durchschallungsanordnung, Bild 1) [4].		Üblicherweise erfordert die hohe Schalldämpfung der Luft für die Volumenprüfung eines [[Prüfkörper]]s oder [[Bauteilprüfung\|Bauteils]] die Anordnung zweier Ultraschallprüfköpfe auf beiden Seiten des Prüfobjekts, wobei die Prüfköpfe auf der akustischen Achse zueinander ausgerichtet sein müssen ([[Ultraschall-Durchschallungs-Technik\|Durchschallungsanordnung]], '''Bild 1''') [4].

	[[Datei:Luftultraschall1.JPG\|380px]]		[[Datei:Luftultraschall1.JPG\|380px]]
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	Damit wird die Prüfkörperdicke nur einmal von den Schallwellen durchlaufen und die gesamte Schallschwächung gegenüber dem Impuls-Echo-Verfahren (siehe [[A-Bild-Technik]]) halbiert.<br>		Damit wird die Prüfkörperdicke nur einmal von den Schallwellen durchlaufen und die gesamte Schallschwächung gegenüber dem [[Ultraschall-Impuls-Echo-Technik\|Impuls-Echo-Verfahren]] (siehe auch: [[A-Bild-Technik]]) halbiert.<br>
	Die Prüfköpfe sollten einen bestimmten Abstand zum Prüfkörper haben, der dem ihres Nahfeldes entspricht. Damit wird eine Fokussierung erreicht und die Abbildung der Ultraschallsignale, vor allem in der Defektoskopie von ~~Oberflächen~~, deutlich verbessert. Neuere Prüfmethoden ermöglichen auch den einseitigen Zugang zum [[Kunststoffbauteil\|Bauteil]] im Impuls-Echo-Verfahren [5].		Die Prüfköpfe sollten einen bestimmten Abstand zum Prüfkörper haben, der dem ihres Nahfeldes entspricht. Damit wird eine Fokussierung erreicht und die Abbildung der Ultraschallsignale, vor allem in der Defektoskopie von [[Oberfläche]]n, deutlich verbessert. Neuere Prüfmethoden ermöglichen auch den einseitigen Zugang zum [[Kunststoffbauteil\|Bauteil]] im [[Ultraschall-Impuls-Echo-Technik\|Impuls-Echo-Verfahren]] [5].

	===Anregung===		===Anregung===

	Im Gegensatz zur Direktankopplung mittels Wasser oder Koppelgel wird bei der Luftankopplung nicht mit Dirac-Impulsen, sondern mit einer Folge von Burstimpulsen angeregt. Diese stellen Rechteckschwingungen dar, die auf das Piezomaterial des [[Ultraschall-~~Prüfkopf~~\|~~Ultraschallprüfkopfes~~]] übertragen werden. Das Piezomaterial verändert diese Schwingungen durch seine elektrische Kontaktierung, seine elastischen Eigenschaften und seine Geometrie. Eine Darstellung dieser Schwingungen für einen Kolbenschwinger zeigt das '''Bild 2'''.		Im Gegensatz zur Direktankopplung mittels Wasser oder Koppelgel wird bei der Luftankopplung nicht mit Dirac-Impulsen, sondern mit einer Folge von Burstimpulsen angeregt. Diese stellen Rechteckschwingungen dar, die auf das [[Piezokeramik\|Piezomaterial]] des [[Ultraschall-Prüfköpfe\|Ultraschall-Prüfkopfes]] übertragen werden. Das [[Piezokeramischer Schwinger\|Piezomaterial]] verändert diese Schwingungen durch seine elektrische Kontaktierung, seine elastischen Eigenschaften und seine Geometrie. Eine Darstellung dieser Schwingungen für einen Kolbenschwinger zeigt das '''Bild 2'''.

	[[Datei:Luftultraschall2.JPG\|430px]]		[[Datei:Luftultraschall2.JPG\|430px]]
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	Um eine ausreichend hohe Schallintensität zu gewährleisten, wird mit niedrigen Messfrequenzen von wenigen 100 kHz angeregt. Die Luftultraschallwandler besitzen eine entsprechende Eigenfrequenz in der Nähe der Messfrequenz und werden somit im Resonanzbereich betrieben. Dazu ist in '''Bild 3''' das Frequenzspektrum des Burstsignals aus '''Bild 2''' aufgezeichnet. Man erkennt die Resonanzfrequenz bei 200 kHz und die relativ geringe Breite des Frequenzbandes. Diese ist zugunsten eines maximalen ~~Schalldruckes~~ optimiert und ermöglicht es mit Hilfe von ~~Kolbenschwinger~~-Prüfköpfen, defektoskopische Untersuchungen an Platten, aber auch Folien, durchzuführen.		Um eine ausreichend hohe Schallintensität zu gewährleisten, wird mit niedrigen Messfrequenzen von wenigen 100 kHz angeregt. Die Luftultraschallwandler besitzen eine entsprechende Eigenfrequenz in der Nähe der Messfrequenz und werden somit im Resonanzbereich betrieben. Dazu ist in '''Bild 3''' das Frequenzspektrum des Burstsignals aus '''Bild 2''' aufgezeichnet. Man erkennt die Resonanzfrequenz bei 200 kHz und die relativ geringe Breite des Frequenzbandes. Diese ist zugunsten eines maximalen [[Schalldruck]]es optimiert und ermöglicht es mit Hilfe von [[Ultraschall-Normal-Prüfköpfe\|Normal-Prüfköpfen]], die nach dem Kolbenschwingerprinzip funktionieren, defektoskopische Untersuchungen an Platten, aber auch an dünnen Folien, durchzuführen.

	[[Datei:Luftultraschall3.JPG\|410px]]		[[Datei:Luftultraschall3.JPG\|410px]]
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	===Messbeispiel===		===Messbeispiel===

	Als Beispiel ist eine Messung an einem PE-Rohrsegment aufgeführt. Das entsprechende [[HF-Bild\|HF-Signal]] ist im '''Bild 4''' dargestellt. Die Darstellung eines [[HF-Bild\|HF-Signal]]s der Luftultraschall-Geräte enthält üblicherweise auch das Einschallsignal, welches als Trigger für die Signalaufzeichnung und -messung dient. Damit lassen sich die ~~Schallgeschwindigkeiten~~ und die Schallschwächung, mit einer Referenzmessung ohne Prüfkörper, bestimmen.		Als Beispiel ist eine Messung an einem PE-Rohrsegment aufgeführt. Das entsprechende [[HF-Bild\|HF-Signal]] ist im '''Bild 4''' dargestellt. Die Darstellung eines [[HF-Bild\|HF-Signal]]s der Luftultraschall-Geräte enthält üblicherweise auch das Einschallsignal, welches als Trigger für die Signalaufzeichnung und -messung dient. Damit lassen sich die [[Schallgeschwindigkeit]]en und die Schallschwächung, mit einer Referenzmessung ohne Prüfkörper, bestimmen.

	[[Datei:Luftultraschall4.JPG\|430px]]		[[Datei:Luftultraschall4.JPG\|430px]]
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	Das '''Bild 4''' zeigt das [[HF-Bild]] der Luftultraschall-Messung (Durchschallungsanordnung) an dem PE100-Rohrsegment. Es ist gekennzeichnet durch das Sendesignal des Senders, durch das Empfangssignal am Empfänger und durch das erste Echosignal am Empfänger, welches durch die 2-fache Reflexion des Burstsignals an der Rückwand und der Oberfläche des Prüfkörpers verursacht wurde. Damit kann bei bekannter Wanddicke des Prüfkörpers die Schallgeschwindigkeit bestimmt werden.		Das '''Bild 4''' zeigt das [[HF-Bild]] der Luftultraschall-Messung ([[Ultraschall-Durchschallungs-Technik\|Durchschallungsanordnung]]) an dem PE100-Rohrsegment. Es ist gekennzeichnet durch das Sendesignal des Senders, durch das Empfangssignal am Empfänger und durch das erste Echosignal am Empfänger, welches durch die 2-fache Reflexion des Burstsignals an der Rückwand und der [[Oberfläche]] des Prüfkörpers verursacht wurde. Damit kann bei bekannter Wanddicke des Prüfkörpers die Schallgeschwindigkeit bestimmt werden.

	[[Datei:Luftultraschall5.JPG\|470px]]		[[Datei:Luftultraschall5.JPG\|470px]]
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	Das Fourierspektrum des [[HF-Bild\|HF-Signal]]s ('''Bild 5''') zeigt gegenüber dem des Burstsignals das gleiche Hauptmaximum, jedoch eine stärkere Struktur, die durch die akustischen Eigenschaften des Prüfkörpers begründet sind. Durch die Tiefpasswirkung des Prüfkörpers kommt noch eine Frequenzverschiebung hinzu sowie Phasenverschiebungen, die durch Inhomogenitäten verursacht werden.		Das Fourierspektrum des [[HF-Bild\|HF-Signal]]s ('''Bild 5''') zeigt gegenüber dem des Burstsignals das gleiche Hauptmaximum, jedoch eine stärkere Struktur, die durch die [[Akustische Eigenschaften\|akustischen Eigenschaften]] des Prüfkörpers begründet sind. Durch die Tiefpasswirkung des Prüfkörpers kommt noch eine Frequenzverschiebung hinzu sowie Phasenverschiebungen, die durch Inhomogenitäten verursacht werden.

	===Praktische Anwendung===		===Praktische Anwendung===

	Ziel dieser zerstörungsfreien Methode der [[Werkstoffprüfung]] ist die Ermittlung von Werkstoffeigenschaften, wie z. B. der [[Dichte]] und des E-Moduls, aber insbesondere das Aufsuchen von Fehlstellen und Inhomogenitäten.		Ziel dieser zerstörungsfreien Methode der [[Werkstoffprüfung]] ist die Ermittlung von Werkstoffeigenschaften, wie z. B. der [[Dichte]] und des [[Elastizitätsmodul\|E-Moduls]], aber insbesondere das Aufsuchen von Fehlstellen und Inhomogenitäten.
	In der praktischen Anwendung des Luftultraschalls überwiegt die Defektoskopie, die mit Hilfe von Volumen- bzw. [[C-Bild-Technik\|C-Bildern]] Bauteilfehler darstellt und klassifiziert. In dem folgenden '''Bild 6''' ist das Volumenbild (a) und das C-Bild (b) eines von der konkaven Seite des gemessenen PE 100-Rohrsegmentes mit Schweißnaht dargestellt. Dabei stellt das Volumenbild ein „Durchstrahlungsbild“ dar und das [[C-Bild-Technik\|C-Bild]] eine ebene Schicht des Materials, die auf der Auswertung eines Laufzeitintervalls beruht. Mit diesen beiden Ultraschallbildern lassen sich bei der Prüfung mit Luftankopplung relative Veränderungen in der Geometrie und der inneren Strukturen nachweisen.		In der praktischen Anwendung des Luftultraschalls überwiegt die Defektoskopie, die mit Hilfe von Volumen- bzw. [[C-Bild-Technik\|C-Bildern]] Bauteilfehler darstellt und klassifiziert. In dem folgenden '''Bild 6''' ist das Volumenbild (a) und das C-Bild (b) eines von der konkaven Seite des gemessenen PE 100-Rohrsegmentes mit Schweißnaht dargestellt. Dabei stellt das Volumenbild ein „Durchstrahlungsbild“ dar und das [[C-Bild-Technik\|C-Bild]] eine ebene Schicht des Materials, die auf der Auswertung eines Laufzeitintervalls beruht. Mit diesen beiden Ultraschallbildern lassen sich bei der Prüfung mit Luftankopplung relative Veränderungen in der Geometrie und der inneren Strukturen nachweisen.

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	\|Grellmann, W.; Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) (ISBN: 978-3-446-44350-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18) S. 487 ff.		\|Grellmann, W.; [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) (ISBN: 978-3-446-44350-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18) S. 487 ff.
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	\|Hasenstab, A., Krause, M., Hillger, W., Bühling, L., Ilse, D., Hillemeier, B., Rieck, C.: Luftultraschall und Ultraschall-Echo-technik an Holz. DACH Jahrestagung 2005, Rostock, Berichtsband 94-CD, DGZfP e.V. (2005)		\|Hasenstab, A., Krause, M., Hillger, W., Bühling, L., Ilse, D., Hillemeier, B., Rieck, C.: Luftultraschall und Ultraschall-Echo-technik an Holz. DACH Jahrestagung 2005, Rostock, Berichtsband 94-CD, DGZfP e.V. (2005)
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			[[Kategorie:Akustische Prüfverfahren Ultraschall]]

Oluschinski am 23. Juni 2017 um 08:23 Uhr

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Luftultraschall</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Luftultraschall</span>

Reincke am 26. Oktober 2016 um 12:05 Uhr

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			__TOC__
	Luftultraschall ist ein Verfahren in der [[Ultraschallprüfung]], bei dem als Koppelmedium Luft verwendet wird. Die speziellen [[Ultraschall-Prüfkopf\|Ultraschallprüfköpfe]] sind dabei nicht in Kontakt mit dem Prüfmaterial. Dieses Prüfverfahren eignet sich zur berührungslosen zerstörungsfreien Prüfung von dünnwandigen [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus Werkstoffen mit [[Thermoplaste\|thermoplastischer]] oder [[Duroplaste\|duroplastischer]] Matrix, so z. B. [[faserverstärkte Kunststoffe]] (CFK, GFK) und Hybridwerkstoffe oder auch metallische Werkstoffe.		Luftultraschall ist ein Verfahren in der [[Ultraschallprüfung]], bei dem als Koppelmedium Luft verwendet wird. Die speziellen [[Ultraschall-Prüfkopf\|Ultraschallprüfköpfe]] sind dabei nicht in Kontakt mit dem Prüfmaterial. Dieses Prüfverfahren eignet sich zur berührungslosen zerstörungsfreien Prüfung von dünnwandigen [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus Werkstoffen mit [[Thermoplaste\|thermoplastischer]] oder [[Duroplaste\|duroplastischer]] Matrix, so z. B. [[faserverstärkte Kunststoffe]] (CFK, GFK) und Hybridwerkstoffe oder auch metallische Werkstoffe.

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	Damit wird die Prüfkörperdicke nur einmal von den Schallwellen durchlaufen und die gesamte Schallschwächung gegenüber dem Impuls-Echo-Verfahren (siehe [[A-Bild-Technik]]) halbiert.<br>		Damit wird die Prüfkörperdicke nur einmal von den Schallwellen durchlaufen und die gesamte Schallschwächung gegenüber dem Impuls-Echo-Verfahren (siehe [[A-Bild-Technik]]) halbiert.<br>
	Die Prüfköpfe sollten einen bestimmten Abstand zum Prüfkörper haben, der dem ihres Nahfeldes entspricht. Damit wird eine Fokussierung erreicht und die Abbildung der Ultraschallsignale, vor allem in der Defektoskopie von Oberflächen, deutlich verbessert. Neuere Prüfmethoden ermöglichen auch den einseitigen Zugang zum [[Kunststoffbauteil\|Bauteil]] im Impuls-Echo-~~Ver-fahren~~ [5].		Die Prüfköpfe sollten einen bestimmten Abstand zum Prüfkörper haben, der dem ihres Nahfeldes entspricht. Damit wird eine Fokussierung erreicht und die Abbildung der Ultraschallsignale, vor allem in der Defektoskopie von Oberflächen, deutlich verbessert. Neuere Prüfmethoden ermöglichen auch den einseitigen Zugang zum [[Kunststoffbauteil\|Bauteil]] im Impuls-Echo-Verfahren [5].

	===Anregung===		===Anregung===
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	===Messbeispiel===		===Messbeispiel===

	Als Beispiel ist eine Messung an einem PE-Rohrsegment aufgeführt. Das entsprechende HF-Signal ist im '''Bild 4''' dargestellt. Die Darstellung eines HF-~~Signals~~ der Luftultraschall-Geräte enthält üblicherweise auch das Einschallsignal, welches als Trigger für die Signalaufzeichnung und -messung dient. Damit lassen sich die Schallgeschwindigkeiten und die Schallschwächung, mit einer Referenzmessung ohne Prüfkörper, bestimmen.		Als Beispiel ist eine Messung an einem PE-Rohrsegment aufgeführt. Das entsprechende [[HF-Bild\|HF-Signal]] ist im '''Bild 4''' dargestellt. Die Darstellung eines [[HF-Bild\|HF-Signal]]s der Luftultraschall-Geräte enthält üblicherweise auch das Einschallsignal, welches als Trigger für die Signalaufzeichnung und -messung dient. Damit lassen sich die Schallgeschwindigkeiten und die Schallschwächung, mit einer Referenzmessung ohne Prüfkörper, bestimmen.

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	Das Fourierspektrum des HF-~~Signals~~ (Bild 5) zeigt gegenüber dem des Burstsignals das gleiche Hauptmaximum, jedoch eine stärkere Struktur, die durch die akustischen Eigenschaften des Prüfkörpers begründet sind. Durch die Tiefpasswirkung des Prüfkörpers kommt noch eine Frequenzverschiebung hinzu sowie Phasenverschiebungen, die durch Inhomogenitäten verursacht werden.		Das Fourierspektrum des [[HF-Bild\|HF-Signal]]s ('''Bild 5''') zeigt gegenüber dem des Burstsignals das gleiche Hauptmaximum, jedoch eine stärkere Struktur, die durch die akustischen Eigenschaften des Prüfkörpers begründet sind. Durch die Tiefpasswirkung des Prüfkörpers kommt noch eine Frequenzverschiebung hinzu sowie Phasenverschiebungen, die durch Inhomogenitäten verursacht werden.

	===Praktische Anwendung===		===Praktische Anwendung===

	Ziel dieser zerstörungsfreien Methode der Werkstoffprüfung ist die Ermittlung von Werkstoffeigenschaften, wie z.B. der Dichte und des E-Moduls, aber insbesondere das Aufsuchen von Fehlstellen und Inhomogenitäten.		Ziel dieser zerstörungsfreien Methode der [[Werkstoffprüfung]] ist die Ermittlung von Werkstoffeigenschaften, wie z. B. der [[Dichte]] und des E-Moduls, aber insbesondere das Aufsuchen von Fehlstellen und Inhomogenitäten.
	In der praktischen Anwendung des Luftultraschalls überwiegt die Defektoskopie, die mit Hilfe von Volumen- bzw. C-Bildern Bauteilfehler darstellt und klassifiziert. In dem folgenden '''Bild 6''' ist das Volumenbild (a) und das C-Bild (b) eines von der konkaven Seite des gemessenen PE 100-Rohrsegmentes mit Schweißnaht dargestellt. Dabei stellt das Volumenbild ein „Durchstrahlungsbild“ dar und das C-Bild eine ebene Schicht des Materials, die auf der Auswertung eines Laufzeitintervalls beruht. Mit diesen beiden Ultraschallbildern lassen sich bei der Prüfung mit Luftankopplung relative Veränderungen in der Geometrie und der inneren Strukturen nachweisen.		In der praktischen Anwendung des Luftultraschalls überwiegt die Defektoskopie, die mit Hilfe von Volumen- bzw. [[C-Bild-Technik\|C-Bildern]] Bauteilfehler darstellt und klassifiziert. In dem folgenden '''Bild 6''' ist das Volumenbild (a) und das C-Bild (b) eines von der konkaven Seite des gemessenen PE 100-Rohrsegmentes mit Schweißnaht dargestellt. Dabei stellt das Volumenbild ein „Durchstrahlungsbild“ dar und das [[C-Bild-Technik\|C-Bild]] eine ebene Schicht des Materials, die auf der Auswertung eines Laufzeitintervalls beruht. Mit diesen beiden Ultraschallbildern lassen sich bei der Prüfung mit Luftankopplung relative Veränderungen in der Geometrie und der inneren Strukturen nachweisen.

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Luftultraschall

Luftultraschall ist ein Verfahren in der [[Ultraschallprüfung]], bei dem als Koppelmedium Luft verwendet wird. Die speziellen [[Ultraschall-Prüfkopf|Ultraschallprüfköpfe]] sind dabei nicht in Kontakt mit dem Prüfmaterial. Dieses Prüfverfahren eignet sich zur berührungslosen zerstörungsfreien Prüfung von dünnwandigen [[Kunststoffbauteil|Bauteilen]] aus Werkstoffen mit [[Thermoplaste|thermoplastischer]] oder [[Duroplaste|duroplastischer]] Matrix, so z. B. [[faserverstärkte Kunststoffe]] (CFK, GFK) und Hybridwerkstoffe oder auch metallische Werkstoffe.

Die Ankopplung der [[Ultraschall-Prüfkopf|Ultraschallprüfköpfe]] über Luft besitzt aus materialtechnischer Sicht den Vorteil, dass der zu prüfende Werkstoff keiner medialen Belastung ausgesetzt ist, die zu einer Beeinträchtigung des mechanischen [[Kennwert]]niveaus führen könnte, was insbesondere bei der Inline-Kontrolle im Produktionsprozess eine herausragende Rolle spielt [1]. Andererseits bedeutet die Ankopplung über Luft einen Nachteil für die Bestimmung der akustischen Kennwerte, da der Verlust an Schallenergie trotz vergleichbar niedriger Ultraschallfrequenzen über das Medium Luft hohe Ansprüche an die Messtechnik stellt [2, 3].

===Messverfahren===

Üblicherweise erfordert die hohe Schalldämpfung der Luft für die Volumenprüfung eines Prüfkörpers oder Bauteils die Anordnung zweier Ultraschallprüfköpfe auf beiden Seiten des Prüfobjekts, wobei die Prüfköpfe auf der akustischen Achse zueinander ausgerichtet sein müssen (Durchschallungsanordnung, Bild 1) [4].

[[Datei:Luftultraschall1.JPG|380px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px"|Durchschallungsanordnung bei der Prüfung mit Luft-Ultraschall
|}

Damit wird die Prüfkörperdicke nur einmal von den Schallwellen durchlaufen und die gesamte Schallschwächung gegenüber dem Impuls-Echo-Verfahren (siehe [[A-Bild-Technik]]) halbiert. 
Die Prüfköpfe sollten einen bestimmten Abstand zum Prüfkörper haben, der dem ihres Nahfeldes entspricht. Damit wird eine Fokussierung erreicht und die Abbildung der Ultraschallsignale, vor allem in der Defektoskopie von Oberflächen, deutlich verbessert. Neuere Prüfmethoden ermöglichen auch den einseitigen Zugang zum [[Kunststoffbauteil|Bauteil]] im Impuls-Echo-Ver-fahren [5].

===Anregung===

Im Gegensatz zur Direktankopplung mittels Wasser oder Koppelgel wird bei der Luftankopplung nicht mit Dirac-Impulsen, sondern mit einer Folge von Burstimpulsen angeregt. Diese stellen Rechteckschwingungen dar, die auf das Piezomaterial des [[Ultraschall-Prüfkopf|Ultraschallprüfkopfes]] übertragen werden. Das Piezomaterial verändert diese Schwingungen durch seine elektrische Kontaktierung, seine elastischen Eigenschaften und seine Geometrie. Eine Darstellung dieser Schwingungen für einen Kolbenschwinger zeigt das '''Bild 2'''.

[[Datei:Luftultraschall2.JPG|430px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px"|Reaktion eines Luftultraschallwandlers auf ein Burstsignal
|}

Um eine ausreichend hohe Schallintensität zu gewährleisten, wird mit niedrigen Messfrequenzen von wenigen 100 kHz angeregt. Die Luftultraschallwandler besitzen eine entsprechende Eigenfrequenz in der Nähe der Messfrequenz und werden somit im Resonanzbereich betrieben. Dazu ist in '''Bild 3''' das Frequenzspektrum des Burstsignals aus '''Bild 2''' aufgezeichnet. Man erkennt die Resonanzfrequenz bei 200 kHz und die relativ geringe Breite des Frequenzbandes. Diese ist zugunsten eines maximalen Schalldruckes optimiert und ermöglicht es mit Hilfe von Kolbenschwinger-Prüfköpfen, defektoskopische Untersuchungen an Platten, aber auch Folien, durchzuführen.

[[Datei:Luftultraschall3.JPG|410px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px"|Fouriertransformierte des Burstsignals aus '''Bild 2'''
|}

===Messbeispiel===

Als Beispiel ist eine Messung an einem PE-Rohrsegment aufgeführt. Das entsprechende HF-Signal ist im '''Bild 4''' dargestellt. Die Darstellung eines HF-Signals der Luftultraschall-Geräte enthält üblicherweise auch das Einschallsignal, welches als Trigger für die Signalaufzeichnung und -messung dient. Damit lassen sich die Schallgeschwindigkeiten und die Schallschwächung, mit einer Referenzmessung ohne Prüfkörper, bestimmen.

[[Datei:Luftultraschall4.JPG|430px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 4''':
|width="600px"|HF-Signal einer Luftultraschall-Messung an einem PE 100-Rohrsegment
|}

Das '''Bild 4''' zeigt das [[HF-Bild]] der Luftultraschall-Messung (Durchschallungsanordnung) an dem PE100-Rohrsegment. Es ist gekennzeichnet durch das Sendesignal des Senders, durch das Empfangssignal am Empfänger und durch das erste Echosignal am Empfänger, welches durch die 2-fache Reflexion des Burstsignals an der Rückwand und der Oberfläche des Prüfkörpers verursacht wurde. Damit kann bei bekannter Wanddicke des Prüfkörpers die Schallgeschwindigkeit bestimmt werden.

[[Datei:Luftultraschall5.JPG|470px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 5''':
|width="600px"|Fouriertransformierte des HF-Signals aus '''Bild 4'''
|}

Das Fourierspektrum des HF-Signals (Bild 5) zeigt gegenüber dem des Burstsignals das gleiche Hauptmaximum, jedoch eine stärkere Struktur, die durch die akustischen Eigenschaften des Prüfkörpers begründet sind. Durch die Tiefpasswirkung des Prüfkörpers kommt noch eine Frequenzverschiebung hinzu sowie Phasenverschiebungen, die durch Inhomogenitäten verursacht werden.

===Praktische Anwendung===

Ziel dieser zerstörungsfreien Methode der Werkstoffprüfung ist die Ermittlung von Werkstoffeigenschaften, wie z.B. der Dichte und des E-Moduls, aber insbesondere das Aufsuchen von Fehlstellen und Inhomogenitäten.
In der praktischen Anwendung des Luftultraschalls überwiegt die Defektoskopie, die mit Hilfe von Volumen- bzw. C-Bildern Bauteilfehler darstellt und klassifiziert. In dem folgenden '''Bild 6''' ist das Volumenbild (a) und das C-Bild (b) eines von der konkaven Seite des gemessenen PE 100-Rohrsegmentes mit Schweißnaht dargestellt. Dabei stellt das Volumenbild ein „Durchstrahlungsbild“ dar und das C-Bild eine ebene Schicht des Materials, die auf der Auswertung eines Laufzeitintervalls beruht. Mit diesen beiden Ultraschallbildern lassen sich bei der Prüfung mit Luftankopplung relative Veränderungen in der Geometrie und der inneren Strukturen nachweisen.

[[Datei:Luftultraschall6.JPG|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 6''':
|width="600px"|Volumenbild (a) und C-Bild (b) aus einem ebenem Scan des PE100-Rohrseg-mentes mit Schweißnaht
|}

'''Literaturhinweise'''

{|
|-valign="top"
|[1]
|Stößel, R., Krohn, N., Busse, G.: Luftultraschalluntersuchungen an Nichtmetallischen Werkstoffen. DGZfP-Jahrestagung 2001, Berlin, Berichtsband 75-CD, DGZfP e.V. (2001)
|-valign="top"
|[2]
|[http://www.dlr.de/fa/Portaldata/17/Resources/dokumente/institut/ultraschallpruef-technik.pdf http://www.dlr.de/fa/Portaldata/17/Resources/dokumente/institut/ultraschallpruef-technik.pdf] (Zugriff am 08.04.2016)
|-valign="top"
|[3]
|Krautkrämer, J., Krautkrämer, H.: Werkstoffprüfung mit Ultraschall. Springer Verlag, Berlin (2013) S. 296
|-valign="top"
|[4]
|Grellmann, W.; Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) (ISBN: 978-3-446-44350-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A18) S. 487 ff.
|-valign="top"
|[5]
|Hillger, W., Ilse, D., Bühling, L.: Unterschiedliche Verfahren zum einseitigen Zugang bei der Ultraschallprüfung mit Ankopplung über Luft. DACH Jahrestagung 2015, Salzburg, Berichtsband, DGZfP e.V. (2015)
|-valign="top"
|[6]
|Hasenstab, A., Krause, M., Hillger, W., Bühling, L., Ilse, D., Hillemeier, B., Rieck, C.: Luftultraschall und Ultraschall-Echo-technik an Holz. DACH Jahrestagung 2005, Rostock, Berichtsband 94-CD, DGZfP e.V. (2005)
|}