DE10001745A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Ultraschallfeldes sowie Verwendung der Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ultraschallfeldes, wobei die Vorrichtung mehrere Ultraschallsensoren aufweist, mittels denen das Ultraschallfeld erzeugbar ist und die jeweils für sich ein kegelförmiges Ultraschallfeld abstrahlen, wobei die Kegelmittellinien wenigstens zweier Ultraschallsensoren zumindest im wesentlichen durch einen Punkt gehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ultraschallfeldes nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 7 sowie eine Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 12.

Es sind bereits derartige Vorrichtungen bekannt, bei denen ein Ultraschallfeld erzeugt und benutzt wird, um im Rahmen der Dichtigkeitsprüfung von Körpern Luftbläschen zu detektieren, die bei einem Körper aufsteigen, der an wenigstens einer Stelle eine Undichtigkeit aufweist. Ein solches Prüfverfahren ist beispielsweise im Internet dargestellt unter der URL http://www.prosensys.de/Produkte.html.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Ultraschallfeld hinsichtlich seiner Ausdehnung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Anspruch 1 gelöst, wonach die Vorrichtung mehrere Ultraschallsensoren aufweist, mittels denen das Ultraschallfeld erzeugbar ist und die jeweils für sich ein kegelförmiges Ultraschallfeld abstrahlen, wobei dem Ultraschallfeld ein Detektionsvolumen zuordnbar ist, das als Randflächen zwei Ebenen (I, II) aufweist, die das Ultraschallfeld schneiden, wobei die Schnittflächen der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren mit der Ebene I in vertikaler Projektion auf eine Horizontale in dieser Ebene I diese Horizontale vollständig abdecken und wobei die Schnittflächen der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren mit der Ebene II in vertikaler Projektion auf eine Horizontale in dieser Ebene II diese Horizontale vollständig abdecken.

Sofern sich Körper, die mittels des Ultraschallfeldes erkannt werden sollen, in vertikaler Richtung bewegen, können diese mittels einer solchen Vorrichtung sicher erkannt werden. Durch die geometrische Anordnung der Ultraschallfelder ergibt sich, dass jedes zu detektierende Teilchen durch das Ultraschallfeld wenigstens eines Ultraschallsensors läuft und dabei erkannt werden kann.

Die Ultraschallsensoren können dabei so angeordnet sein, dass die Ausbreitungsrichtung ihrer Ultraschallfelder im wesentlichen überein stimmt. Das bedeutet, dass diese Ultraschallsensoren sich auf einer Seite des Detektionsvolumens befinden.

Es ist auch denkbar, die Ultraschallsensoren so anzuordnen, dass diese sich gegenüber stehen.

Es ist ersichtlich, dass für eine sichere Detektion die Bedingung der Abdeckung der Horizontalen in einer vertikalen Ebene im Detektionsvolumen durch eine Projektion der Schnittflächen der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren mit dieser Ebene ebenso für alle Ebenen gegeben sein muss, die zwischen den bezeichneten Ebenen I und II liegen. Dies ist insbesondere zu beachten, wenn die Ultraschallsensoren einander gegenüberliegend angeordnet sind. Sind die Ultraschallsensoren auf derselben Seite angeordnet (stimmen also die Ausbreitungsrichtungen im wesentlichen überein), ist diese Bedingung erfüllt, wenn diese bereits für die Ebene I erfüllt ist, die den Ultraschallsensoren am nächsten liegt. Wegen der Aufweitung der Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren ist die geforderte Bedingung dann auch für alle anderen Ebenen erfüllt.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 2 wird jeder Teilbereich der Horizontalen sowohl in der Ebene I als auch in der Ebene II bei der Projektion der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren möglichst weitgehend lediglich durch das Ultraschallfeld lediglich eines Ultraschallsensors abgedeckt.

Dies gilt vorteilhaft ebenso wiederum für alle Ebenen zwischen diesen Ebenen I und II.

Indem diese Teilbereiche lediglich von der Projektion eines Ultraschallfeldes abgedeckt werden, kann vorteilhaft die Zahl der benötigten Ultraschallsensoren minimiert werden. Der Aufbau der Anordnung insgesamt wird dadurch vereinfacht. Außerdem lassen sich Kosten sparen. Indem die einzelnen Teilbereiche bei der Projektion abgedeckt sind, ist sichergestellt, dass aufsteigende Luftbläschen erkennbar sind, die beispielsweise im Zusammenhang mit Dichtigkeitsprüfungen auftreten können.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 3 gehen die Kegelmittellinien mehrerer Ultraschallsensoren zumindest im wesentlichen durch einen Punkt.

Durch die kegelförmige Aufweitung der Ultraschallfelder ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die Ultraschallsensoren so anzuordnen, dass sich die Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren im Detektionsvolumen nicht überschneiden. Dadurch ist ein großes Detektionsvolumen erreichbar mit einem minimalen Einsatz an benötigten Ultraschallsensoren. Das Detektionsvolumen kann so aufgebaut werden, dass die einzelnen Volumenelemente gerade von einem Ultraschallsensor erfassbar sind.

Weiterhin ist dadurch der Bereich, in dem diese Ultraschallsensoren angebracht werden, vergleichsweise eng begrenzt, so dass eine solche Vorrichtung einfach als zusätzliches Bauteil an ein Volumen anbringbar ist, indem die räumliche Ausdehnung der Vorrichtung selbst begrenzt ist.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 4 liegen die Ultraschallsensoren, deren Kegelmittellinien zumindest im wesentlichen durch einen Punkt gehen, in einer Ebene.

Dadurch kann vorteilhaft dem Anwendungsgebiet der Dichtigkeitsprüfung Rechnung getragen werden. Indem diese Sensoren in einer Ebene liegen, kann bei vertikal aufsteigenden Luftbläschen sichergestellt werden, dass diese erfasst werden können, wenn diese die Ebene durchlaufen. Außerdem ist diese Anordnung geometrisch vergleichsweise einfach zu realisieren und damit günstig in der Herstellung.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 5 sind in einer weiteren Ebene weitere Ultraschallsensoren vorhanden, deren Kegelmittellinien zumindest im wesentlichen durch einen weiteren Punkt gehen, wobei dieser Punkt auf einer Geraden liegt, die die erste Ebene zumindest im wesentlichen in einem rechten Winkel schneidet und die zumindest im wesentlichen durch den ersten Punkt geht.

Dadurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit, die Vorrichtung so aufzubauen, dass in dem Detektionsvolumen die einzelnen Volumenelemente möglichst weitgehend nur von einem Ultraschallsensor erfassbar sind, wobei die Vorrichtung insgesamt einen vergleichsweise einfachen und kompakten Aufbau hat.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 6 entspricht der Winkel zwischen den Kegelmittellinien von Ultraschallsensoren in einer Ebene zumindest im wesentlichen ganzzahligen Vielfachen der Öffnungswinkel der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren.

Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass bei der Projektion des Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren auf eine horizontale Gerade diese Ultraschallfelder sich nicht überschneiden. Das bedeutet, dass die Ultraschallfelder optimal genutzt sind.

Dabei ist zu beachten, dass es sich bei den Ultraschallfeldern der einzelnen Ultraschallsensoren nicht um Felder mit einem exakten Randbereich handelt. Die Intensität dieser Felder fällt im Ramdbereich vielmehr mit einer Bessel-Funktion ab. Der Randbereich ist so definiert, dass ein Grenzwert für die Intensität des Ultraschallfeldes definiert wird. Der Randbereich läuft dann entlang dieses Grenzwertes. Unterschreitet das Ultraschallfeld diesen Grenzwert, liegt der entsprechende Raumpunkt definitionsgesmäß außerhalb des Ultraschallfeldes. Dennoch bedeutet dies, dass Luftbläschen ein Signal verursachen, wenn sie im Randbereich gerade außerhalb des Randes des Ultraschallfeldes entlang laufen. Dadurch kann also sichergestellt werden, dass Luftbläschen auch detektiert werden, wenn diese das Ultraschallfeld im Randbereich durchlaufen und unter der Annahme eines "exakt abreißendes" Feldes am Rand wegen der taktweisen Ansteuerung des Ultraschallsensoren nicht mehr detektierbar wären. Es könnte dann nämlich passieren, dass die Luftblase gerade dann das Feld durchläuft, wenn der Sensor nicht aktiviert ist. Durch den in der Intensität auslaufenden Randbereich ist sichergestellt, dass auch unter den beschriebenen Umständen die Luftblase noch erkannt werden kann.

Die Vorrichtung nach Anspruch 7 weist mehrere Ultraschallsensoren auf, mittels denen das Ultraschallfeld erzeugbar ist und die jeweils für sich ein kegelförmiges Ultraschallfeld abstrahlen, wobei die Ultraschallsensoren so ausgerichtet sind, dass sich die Kegelmantelflächen der Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren zumindest im wesentlichen gerade berühren.

Auch durch diese Ausgestaltung werden die im Zusammenhang mit den vorherigen Ansprüchen genannten Vorteile erreicht, weil auch mit dieser Anordnung ein vergleichsweise großes Ultraschallfeld erzeugbar ist, wobei die einzelnen Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren sich nicht überschneiden, so dass auch hier eine optimale Nutzung der Ultraschallsensoren gegeben ist.

Gemäß Anspruch 8 ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass diese als ein Ansatz-Volumen aus dem Volumen herausragt, in dem das Ultraschallfeld erzeugt werden soll, wobei die Vorrichtung an der Verbindungsfläche des Ansatzvolumens zu dem Volumen offen ist.

Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass die Vorrichtung zur Erzeugung des Ultraschallfeldes seprarat von dem Bad gefertigt werden kann, in das ein zu untersuchender Körper eingetaucht werden soll. Dies ist insodern vorteilhaft, als die Vorrichtung dann vergleichsweise einfach als Zulieferteil herstellbar ist. Weiterhin ist die Vorrichtung dann im Herstellungsprozeß einfacher handhabbar, weil die Vorrichtung dann eine vergleichsweise geringe Ausdehnung hat verglichen mit der eingebauten Vorrichtung im vollständigen Bad für den zu untersuchenden Körper.

Das Ansatz-Volumen wird dann in abdichtender Weise mit dem Volumen verbunden. Beispielsweise kann das Ansatz-Volumen mittels eines Flansches an dem Volumen befestigt werden.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 9 ist die Vorrichtung auf ihrer Innenseite mit einer Ultraschall absorbierenden Beschichtung versehen.

Dadurch kann vorteilhaft das Ultraschallfeld hinsichtlich seines Öffnungswinkels definiert ausgerichtet werden. Beispielsweise ist es möglich, das Ultraschallfeld in seiner Ausbreitungsrichtung nach unten einzuschränken. Dies ist insofern vorteilhaft als ein zu untersuchender Körper selbst zu Reflexionen des Ultraschallsignals führt, soweit dieses auf den Körper auftritt. Wenn das Ultraschallfeld in vertikaler Richtung beispielsweise so begrenzt wird, dass es im wesentlichen horizontal und nach oben abstrahlt, genügt es, den zu untersuchenden Körper so weit einzutauchen, dass sein oberster Punkt gerade unterhalb dieser Horizontalen liegt.

Im laufenden Produktionsprozeß können dabei Taktzeiten verkürzt werden, wenn Eintauchtiefen und damit auch Eintauchzeiten zu untersuchender Körper reduziert werden können.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 10 ist diese als Halbzylinder ausgebildet, wobei die Ultraschallsensoren in die Zylindermantelfläche eingebracht sind.

Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine vergleichsweise homogene Verteilung der Intensität des Ultraschallfeldes. Weiterhin ergibt sich in Verbindung mit der Ausgestaltung nach Anspruch 9, dass vorteilhaft eine räumliche Begrenzung des Ultraschallfeldes erreichbar ist, indem die Innenseiten des oberen und unteren Halbkreises, die den Halbzylinder begrenzen, mit einer ultraschallabsorbierenden Beschichtung versehen sind. Sofern die Längsachse des Halbzylinders in vertikaler Richtung orientiert ist, ergibt sich daraus in einfacher Weise eine Begrenzung der Ausdehnung des Ultraschallfeldes in vertikaler Richtung.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 11 ist in der Mittellinie des Halbzylinders ein Probekörper angebracht oder anbringbar, mittels dem ein Referenzsignal eines Körpers im Ultraschallfeld erzeugbar ist.

Dadurch kann vorteilhaft in einfacher Weise mittels eines einzigen Probekörpers, der räumlich begrenzt ist, jeder der Ultraschallsensoren auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. Wegen der geringen Ausdehnung des Probekörpers und wegen des damit zusammenhängenden niedrigen Signalpegels, der durch den Probekörper verursacht wird, ist es möglich, diesen Probekörper dauerhaft anzubringen und den entsprechenden Signalanteil bei der Signalauswertung zu berücksichtigen.

Ebenso ist es aber auch realisierbar, den Probekörper an den entsprechenden Ort einzubringen, wenn ein Funktionstest der Ultraschallsensoren durchgeführt werden soll.

Gemäß Anspruch 12 kann das mittels der Vorrichtung erzeugte Ultraschallfeld im Rahmen der Dichtigkeitsprüfung eines Körpers Verwendung finden, indem der Körper in eine Flüssigkeit eingetaucht wird und indem mittels des Ultraschallfeldes ausgewertet wird, ob von dem Körper Luftbläschen aufsteigen.

Dadurch wird vorteilhaft eine Untersuchung der Dichtigkeit auch von größeren Körpern mit geringem Aufwand durchführbar.

In weiterer Ausgestaltung dieser Verwendung wird gemäß Anspruch 13 der Körper mittels der Flüssigkeit im normalen Produktionsprozess bearbeitet.

Es kann sich bei diesem Bearbeitungsschritt beispielsweise um das Auftragen einer Beschichtung handeln, die in flüssiger Form in einem Tauchbad aufgetragen wird (beispielsweise ein Galvanisierungsbad), um einen Lackierungsschritt oder ähnliches.

Vorteilhaft wird dadurch erreicht, dass die Dichtigkeitsprüfung im laufenden Produktionsprozess in einfacher Weise durchgeführt werden kann, weil die Dichtigkeitsprüfung während eines ohnehin notwendigen Arbeitsschritts erfolgt. Es ist also kein separater Schritt im Produktionsprozess notwendig, um die Dichtigkeitsprüfung durchzuführen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Ultraschallsensoren kann in vergleichsweise einfacher Weise ein flächenmäßig ausgedehntes Ultraschallfeld erzeugt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn Körper untersucht werden sollen, die selbst ein vergleichsweise großes Volumen aufweisen. Wenn aufgrund des Öffnungswinkels eines Ultraschallsensors und der Entfernung zum Objekt ein solches Objekt, d. h. der Raum oberhalb des Objektes, hinsichtlich aufsteigender Luftbläschen beobachtet werden soll, bedeutet dies, dass zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt ein entsprechend großer Abstand bestehen muss.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt dabei im einzelnen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung als Halbzylinder im Schnitt,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die als Ansatz-Volumen an einem Volumen angebracht ist,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die aus zwei Sensoren besteht,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung,

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung der Ultraschallsensoren mit einem zugeordneten Detektionsvolumen,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Ebene I und

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Ebene II.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 als Halbzylinder in einem Schnitt senkrecht zur Längsachse. Die Sensoren 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 sind auf der Mantelfläche des Halbzylinder angebracht, so dass deren Ultraschallfelder auf die Mittellinie des Halbzylinders hin abstrahlen. Im Ultraschallfeld ist das Ultraschallfeld 19 dem Ultraschallsensor 2 zugeordnet, das Ultraschallfeld 20 dem Ultraschallsensor 3, das Ultraschallfeld 21 dem Ultraschallsensor 4 usw. Der Abstand zwischen den Ultraschallsensoren beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 10° und ist so bemessen, dass dieser Winkel gerade dem Öffnungswinkel der einzelnen Ultraschallsensoren entspricht. Die Mittellinien der Kegel der einzelnen Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren 2 bis 18 sind in der Zeichnung strich-liniert dargestellt. Es ist zu sehen, dass diese Mittellinien sich in einem Punkt schneiden. Der Öffnungswinkel der Ultraschallsensoren hängt von deren Apertur und von deren Frequenz ab.

Wie in der Zeichnung zu sehen, ist ein Ultraschallfeld erzeugbar, das flächenmäßig ausgedehnt ist und das durch Zusammensetzen einer Ultraschallfelder einzelner Ultraschallsensoren entsteht. Vorteilhaft entstehen beim "Zusammensetzen" des Ultraschallfeldes aus den Ultraschallfeldern der einzelnen Ultraschallsensoren keine Überschneidungen der Ultraschallfelder. Jeder Raumpunkt wird also lediglich von maximal einem Ultraschallsensore erfasst, weswegen die Ultraschallsensoren optimal genutzt sind.

Die Ultraschallfelder 19 bis 35 der Ultraschallsensoren 2 bis 18 werden vorteilhaft so zusammengesetzt, dass diese punktförmig von der Mittellinie des Halbzylinders ausgehen. Da aber die Ultraschallfelder 19 bis 25 bereits ab Austritt aus den Ultraschallsensoren 2 bis 18 kegelförmig auseinanderlaufen, ist dies nur in einer idealisierten Betrachtung möglich. Im Schnittpunkt der Mittellinie haben die Ultraschallfelder 19 bis 35 daher bereits eine gewisse räumliche Ausdehnung und sind nicht mehr punktförmig.

Neben der geometrischen Beschreibung, dass die Kegelmittelinien der Ultraschallfelder 19 bis 35 durch einen Punkt gehen und der Winkel zwischen zwei Ultraschallsensoren 2, 3; 3, 4; 4, 5; 5, 6; 6, 7; . . . dem Öffnungswinkel des Ultraschallfelder 19 bis 35 eines Ultraschallsensors 2 bis 18 entspricht, lässt sich der Aufbau der Vorrichtung auch so beschreiben, dass die Vorrichtung aus mehreren Ultraschallsensoren 2 bis 18 besteht, die einander so zugeordnet sind, dass sich die Kegelmantelflächen von deren Ultraschallfeldern 19 bis 35 gerade berühren.

Vorteilhaft kann die Vorrichtung 1 so ausgestaltet sein, dass im Bereich der Mittellinie ein Probekörper 36 angebracht ist oder anbringbar ist. Damit kann ein Funktionstest der einzelnen Ultraschallsensoren 2 bis 18 durchgeführt werden, indem diese ein bestimmtes Referenzsignal liefern müssen, um den Probekörper detektieren zu können.

Die Ultraschallsensoren 2 bis 18 können alle gemeinsam, einzeln nacheinander oder in Gruppen angesteuert werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1, die als Ansatz-Volumen 201 an ein Volumen 202 angebracht ist. Dabei kann die Vorrichtung 201 unabhängig hergestellt und auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden. Nach Abschluss der Funktionsprüfung kann diese dann in abdichtender Weise an dem Volumen 202 angebracht werden. Vorteilhaft muss also nicht das gesamte Volumen 202 während des Funktionstests gehandhabt werden.

Das Volumen 202 kann ein Tauchbad sein, in den ein auf seine Dichtigkeit zu untersuchender Körper während des Produktionsprozesses eingetaucht wird. Bei einer Undichtigkeit auftretende Luftbläschen können mittels des anliegenden Ultraschallfeldes erkannt werden über die Reflexionen dieser Luftbläschen. Das Tauchbad kann ein Tauchbad entsprechend einem Bearbeitungsschritt während der Produktion des zu untersuchenden Körpers sein wie beispielsweise ein Galvanisierungsbad oder ein Lackierungsbad.

Indem die Vorrichtung 201 als Halbzylinder ausgebildet ist, können an den Innenseiten der beiden Halbkreise, die den Halbzylinder oben und unten abschließen, jeweils Ultraschall absorbierende Beschichtungen vorgesehen sein. Dadurch kann das Ultraschallfeld hinsichtlich seiner räumlichen Ausdehnung in vertikaler Richtung begrenzt werden. Dies ist insofern vorteilhaft, als ein zu untersuchender Körper selbst zu Signalreflexionen führt, wenn er in das Ultraschallfeld eingebracht wird. Indem also das Ultraschallfeld in vertikaler Richtung begrenzt wird, kann die notwendige Eintauchtiefe des zu untersuchenden Körpers reduziert werden, um diesen aus dem Ultraschallfeld heraus zu bringen. Vorteilhaft werden dann nur eventuell aufsteigende Luftbläschen detektiert.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die aus zwei Sensoren 301 und 302 besteht. Diese Sensoren senden Ultraschallfelder 303 und 304 aus, die unmittelbar aneinander angrenzen. Diesem Ausführungsbeispiel ist zu entnehmen, dass die Sensoren auch sternförmig angeordnet sein können.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, bei der mehrere Sensoren 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410 und 411 vorhanden sind. Diese sind ebenfall als Strahlen angeordnet, die sternförmig auseinander laufen. Damit kann eine solche Vorrichtung beispielsweise eben an ein Volumen angebracht werden, ohne aus diesem heraus zu ragen.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung der Ultraschallsensoren mit einem zugeordneten Detektionsvolumen. Es ist eine Vorrichtung 501 zu sehen, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer Seite eines Tauchbades 502 angebracht ist, in das ein im Rahmen einer Dichtigkeitsprüfung zu untersuchender Körper eingetaucht wird.

Von den einzelnen Ultraschallsensoren gehen Ultraschallfelder aus. Um eventuelle Leckstellen des zu untersuchenden Körpers sicher detektieren zu können, muss sichergestellt sein, dass ein aufsteigendes Luftbläschen in jedem Fall durch einen Ultraschallsensor erfasst wird. Dazu wird ein Detektionsvolumen in einem bestimmten Abstand zu den Ultraschallsensoren definiert.

Vorteilhaft ist dort aufgrund der Aufweitung der Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren sichergestellt, dass aufsteigende Luftbläschen sicher erkannt werden können. Das Detektionsvolumen wird durch die Ebenen I und II begrenzt.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene I. Es sind die Schnittflächen 601 der Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren mit der Ebene I zu sehen. Sofern die Ebene I senkrecht auf der Mittellinie des Kegels des Ultraschallfeldes des Ultraschallsensors steht, handelt es sich bei der Schnittfläche 601 um einen Kreis, ansonsten um eine Ellipse.

Da die Luftbläschen zumindest im wesentlichen senkrecht nach oben aufsteigen, können die Luftbläschen sicher erkannt werden, wenn die Projektion in vertikaler Richtung der Schnittflächen 601 der Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren mit der Ebene I auf eine Horizontale 602 in der Ebene I diese Horizontale 602 vollständig abdeckt.

Dabei ist es im Sinne einer optimalen Ausnutzung der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren vorteilhaft, wenn jeder Teilbereich der Horizontalen 602 bei der Projektion der Schnittflächen 601 lediglich von einer dieser Schnittflächen 601 abgedeckt wird. Ansonsten können einzelne Luftbläschen doppelt erfasst werden. Soweit es bei der Auswertung dann darum geht, überhaupt zu erkennen, ob Luftbläschen auftreten, werden die Ultraschallsensoren nicht optimal genutzt. Wenn bei der Auswertung weiterhin abhängig von bestimmten Druckverhältnissen die Zahl der Luftbläschen bestimmt werden soll, um eine eventuelle Undichtigkeit auch quantitativ auszuwerten, können Doppelzählungen auftreten, die das Messergebnis verfälschen.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene II. Da die Ebene II von den Ultraschallsensoren weiter entfernt ist als die Ebene I sind die Schnittflächen 701 der Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren mit dieser Ebene II größer. Bei der Projektion dieser Schnittflächen 701 in vertikaler Richtung auf eine Horizontale 702 in der Ebene II kann es daher zu Überdeckungen der Projektionen dieser Schnittflächen 701 kommen. Dies lässt sich beispielsweise vermeiden, wenn die Mittellinien der Kegel durch einen Punkt gehen. In diesem Fall berühren sich die Ultraschallfelder der einzelnen Ultraschallsensoren gerade. Zusammengesetzt ergibt sich dann also ein Ultraschallfeld, das sich mit zunehmender Entfernung von den Ultraschallsensoren immer weiter aufweitet.

Bei Betrachtung der Projektion auf die Horizontalen ist ersichtlich, dass eine zweckmässige Anordnung der Ultraschallsensoren auch dadurch gegeben ist, dass mehrere Ultraschallsensoren in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, wobei deren Kegelmittelinien durch einen Punkt gehen. In einer weiteren horizontalen Ebene können weitere Ultraschallsensoren angeordnet sein, deren Kegelmittelinien ebenfalls durch einen Punkt gehen. Vorteilhaft beträgt der Winkel zwischen den Kegelmittelinien der Ultraschallsensoren in der ersten Ebene gerade ein ganzzahliges Vielfaches des Öffnungswinkels der einzelnen Ultraschallsensoren, der durch die Apertur und die Frequenz gegeben ist. Es ist dann möglich, die "Lücken" zwischen diesen Ultraschallfeldern der Ultraschallsensoren der ersten Ebene durch eine geeignete Anordnung der Ultraschallsensoren in der zweiten Ebene zu schließen.

Entsprechend dieser Beschreibung ist es auch möglich, mehr als zwei Ebenen vorzusehen.

Claims (13)

1. Vorrichtung (1) zur Erzeugung eines Ultraschallfeldes mittels weingstens eines Ultraschallsensors, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mehrere Ultraschallsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) aufweist, mittels denen das Ultraschallfeld erzeugbar ist und die jeweils für sich ein kegelförmiges Ultraschallfeld (19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) abstrahlen, wobei dem Ultraschallfeld ein Detektionsvolumen zugeordnbar ist, das als Randflächen zwei Ebenen (I, II) aufweist, die das Ultraschallfeld schneiden, wobei die Schnittflächen (601) der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren mit der Ebene I in vertikaler Projektion auf eine Horizontale (602) in dieser Ebene I diese Horizontale (602) vollständig abdecken und wobei die Schnittflächen (701) der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren mit der Ebene II in vertikaler Projektion auf eine Horizontale (702) in dieser Ebene II diese Horizontale (702) vollständig abdecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilbereich der Horizontalen (602, 702) sowohl in der Ebene I als auch in der Ebene II bei der Projektion der Schnittflächen (601, 701) der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren mit der jeweiligen Ebene I bzw. II möglichst weitgehend lediglich durch dur Projektion des Ultraschallfeldes lediglich eines Ultraschallsensors abgedeckt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelmittellinien mehrerer Ultraschallsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) zumindest im wesentlichen durch einen Punkt gehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), deren Kegelmittellinien zumindest im wesentlichen durch einen Punkt gehen, in einer Ebene liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ebene weitere Ultraschallsensoren vorhanden sind, deren Kegelmittellinien zumindest im wesentlichen durch einen weiteren Punkt gehen, wobei dieser Punkt auf einer Gerade liegt, die die erste Ebene zumindest im wesentlichen in einem rechten Winkel schneidet und die zumindest im wesentlichen durch den ersten Punkt geht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen den Kegelmittellinien von Ultraschallsensoren in einer Ebene zumindest im wesentlichen ganzzahligen Vielfachen der Öffnungswinkel der Ultraschallfelder der Ultraschallsensoren entspricht.

7. Vorrichtung (1) zur Erzeugung eines Ultraschallfeldes mittels weingstens eines Ultraschallsensors, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mehrere Ultraschallsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) aufweist, mittels denen das Ultraschallfeld erzeugbar ist und die jeweils für sich ein kegelförmiges Ultraschallfeld (19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) abstrahlen, wobei die Ultraschallsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) so ausgerichtet sind, dass sich die Kegelmantelflächen der Ultraschallfelder (19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) der einzelnen Ultraschallsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) zumindest im wesentlichen gerade berühren.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass diese als ein Ansatz- Volumen (201) aus dem Volumen (202) herausragt, in dem das Ultraschallfeld erzeugt werden soll, wobei die Vorrichtung an der Verbindungsfläche des Ansatzvolumens (201) zu dem Volumen (202) offen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) auf ihrer Innenseite mit einer Ultraschall absorbierenden Beschichtung versehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) als Halbzylinder ausgebildet ist, wobei die Ultraschallsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) in die Zylindermantelfläche eingebracht sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mittellinie des Halbzylinders ein Probekörper (36) angebracht oder anbringbar ist, mittels dem ein Referenzsignal erzeugbar ist.

12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels der Vorrichtung (1) erzeugte Ultraschallfeld im Rahmen der Dichtigkeitsprüfung eines Körpers verwendet wird, indem der Körper in eine Flüssigkeit eingetaucht wird und indem mittels des Ultraschallfeldes ausgewertet wird, ob von dem Körper Luftbläschen aufsteigen.

13. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper mittels der Flüssigkeit im normalen Produktionsprozess bearbeitet wird.