Ultraschall – macht das Verborgene sichtbar

Vor über 100 Jahren wurde Ultraschall zum ersten Mal technisch eingesetzt – heute hat er viele Branchen erobert. Ob in der Chemie- oder Transportindustrie, zum Messen auf Metall oder Glas: Die handlichen UMP-Messgeräte sind die richtige Wahl für eine Vielzahl von Materialien.

Ultraschall – macht das Verborgene sichtbar

Metallgerüste bilden das Skelett der modernen Städte. Sie halten Häuser und Wolkenkratzer zusammen. Brücken aus Stahl und Beton verbinden Metropolen. Wasserleitungen und Pipelines sind wie Blutbahnen für diesen riesigen Organismus: Versagen sie – bricht irgendwo die Versorgung zusammen.

Damit diese lebenswichtigen „Organe“ auch nach Jahrzehnten zuverlässig ihren Dienst leisten können, müssen sie regelmäßig kontrolliert werden. In der Medizin wie im schweren Korrosionsschutz wird dabei gerne die gleiche schonende Methode verwendet: die Ultraschallprüfung.

Breite Anwendung …

Als Ultraschall bezeichnet man akustische Wellen mit Frequenzen zwischen 20 kHz und 1 GHz. Damit liegt der Ultraschall über dem für den Menschen hörbaren Bereich. Vor über 100 Jahren wurde Ultraschall zum ersten Mal technisch eingesetzt – kurz nach dem Untergang der Titanic versuchte man Eisberge zu orten. Heute hat die Ultraschall- Methode inzwischen die verschiedene Branchen erobert: von der medizinischen Bildgebung bis zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.

Wie gut sich der Schall in einem Medium ausbreitet, hängt in erster Linie davon ab, wie die Materie beschaffen ist: Je steifer der Stoff, je höher also die Schallkennimpedanz, desto schneller pflanzt sich die Welle fort. Deswegen übertragen Luft und andere Gase den Schall viel schlechter als Feststoffe wie zum Beispiel Stahl.

Auf genau diesen Unterschieden basiert die zerstörungsfreie Messung von Wanddicken mit den Geräten der UMP Serie von Fischer. An Materialübergängen, zum Beispiel zwischen der Stahlwand eines Tanks und der Flüssigkeit darin, ändert sich die Impedanz. Das führt dazu, dass der Ultraschall an dieser Grenzfläche zum Teil reflektiert wird – es entsteht ein Echo. Aus der Zeitverzögerung zwischen dem ausgesandten Signal und dem Echo errechnet das UMP mithilfe der Schallgeschwindigkeit die Wanddicke.

Neben der Impedanz beeinflussen viele weitere Faktoren die Ausbreitung des Schalls. So spielt zum Beispiel die Temperatur eine wichtige Rolle. Eine Abweichung um wenige Grad kann das Messergebnis bereits verzerren. Deswegen muss das Gerät immer unter den realen Messbedingungen kalibriert werden.

… von Glühbirnen …

Die Ultraschall-Prüfung ist sehr flexibel: von sehr feinen Messungen auf Glas bis zur Analyse von schwer korrodierten Stahltanks – es sind die verschiedene Einsatzgebiete möglich. Um den vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden, verwendet die UMP Serie zwei grundsätzlich verschiedene Arten von Sonden: ein- und zweipolige.

Das UMP 150 nutzt einpolige Sonden. Hier ist das Piezoelement, das den Ultraschallpuls erzeugt, auch gleichzeitig der Empfänger. Das erlaubt eine sehr feine Dickenbestimmung mit einer Auflösung von 1 μm. Diese Geräte werden meist in der Qualitätssicherung, der Produktion oder im Wareneingang eingesetzt. In der Automobil-Herstellung können zum Beispiel die Motorblöcke mit Ultraschall geprüft werden. Gerade bei Zylinderbohrungen ist die perfekte Passform entscheidend.

Mit dem UMP 150 kann aber nicht nur Metall sondern nahezu jeder andere verarbeitete Feststoff geprüft werden, also etwa Plastik oder Glas. Bei besonders dünnen Proben, also etwa Glühbirnen, liegen das Signal und das Echo zeitlich sehr nah zusammen. Die Sonde braucht aber nach dem Aussenden des Signals etwas Zeit, um sich zu "erholen", bevor sie auf das Echo "hören" kann. Deswegen verwendet man in diesen Fällen einen Vorlauf-Aufsatz (Delay Line). Dieser Aufsatz verlängert die Strecke zwischen dem Piezoelement und der Probe und verzögert so das Echo, damit die Sonde wieder empfangsbereit ist.

… bis zu Schiffscontainern

Die einpoligen Sonden benötigen glatte parallele Oberflächen, um präzise messen zu können. Bei einer unebenen Rückwand werden die senkrecht einfallenden Schallwellen in alle Richtungen gestreut – das Signal ist verrauscht. Das passiert vor allem bei korrodierten Innenwänden von Tanks und Rohren. Um diesem Problem zu begegnen, bietet Fischer für den schweren Korrosionsschutz eine andere Art Sonden an: die zweipoligen.

Bei einer zweipoligen Sonde gibt es zwei Piezoelemente. Der Sender und der Empfänger sind einander zugeneigt und bilden so einen Winkel zur Testoberfläche. Durch die Neigung des Senders werden die Schallwellen tendenziell gebündelt und reflektieren deswegen besser zum Empfänger.

Solche Sonden werden von der UMP Serie 20 bis 100 verwendet, die für den Einsatz im Korrosionsschutz bestimmt ist. Sie erlauben es, auch bei stark angegriffenen, rostigen und unebenen Oberflächen die Restdicke der Wände zu bestimmen und sicherzustellen, dass Stahlträger, Brücken, Tanks und Pipelines nichts an ihrer Stabilität verloren haben.

 

 

Echo-Echo-Messung

Manche Anwendungen, z. B. lackierte Stahlkonstruktionen oder Tanks, erfordern es, dass man die Dicke einer Metallwand bestimmt und dabei die aufgetragenen Lacke ignoriert. Die Schallgeschwindigkeit in Lack ist viel niedriger als in Stahl. Das führt dazu, dass selbst eine relativ dünne Beschichtung das Messergebnis stark verfälschen kann.

Um nur die Dicke des Metalls zu messen und die Lackierung zu ignorieren, sind die Geräte der UMP Serie mit dem Echo- Echo-Modus ausgestattet. Wie auch bei der klassischen Dickenmessung sendet die Sonde einen Ultraschallpuls aus, der reflektiert wird, aber dieses Mal mehrfach. Das erste Echo entsteht am Übergang zwischen dem Lack und dem Metall. Das zweite Echo wird danach an der Grenze zwischen der Rückwand des Metalls und dem dahinter liegenden Medium erzeugt. Das UMP registriert im Echo-Echo-Modus beide Reflektionen und kann so die Dicke der Beschichtung von der Gesamtdicke abziehen.

A-Scan

Im A-Scan werden alle zurückkommenden Echos angezeigt. Durch die Wahl von Blind-Zeiten (Blank) können die relevanten Echos rausgefiltert werden

 

Immer passend

Neben diesen Beispielen bietet die UMP Serie für viele weitere Anwendungen und jedes Budget die richtige Lösung. Das kleinste verfügbare Gerät mit vollem Funktionsumfang besticht durch die besonders einfache Bedienung. Intuitive Menüführung und Alarmsignale machen es auch für ungeschultes Personal einfach, an die richtigen Ergebnisse zu kommen. Sollten sich Ihre Messaufgaben mit der Zeit ändern, können Sie die Geräte ganz einfach aufrüsten. Viele Software-Optionen und Messmodi lassen sich direkt über die Gerätetastatur freischalten. Somit bieten die UMP Messgeräte von Fischer alle professionellen leistungsstarken Dickenmessfunktionen in einem benutzerfreundlichen, kompakten Gehäuse.

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