Ultraschallbaugruppe und Ultraschall-Sensor

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Ultraschallbaugruppe mit einer Leiterplatte, an welcher mindestens ein Ultraschallwandler zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallwellen und Elektronikmittel zum Ansteuern des Ultraschallwandlers und/oder zum Verarbeiten von Ultraschallwellen, die von dem Ultraschallwandler nachgewiesen werden, angeordnet sind. Die Ultraschallbaugruppe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zum Leiten von Ultraschallwellen zu dem Ultraschallwandler hin und/oder von dem Ultraschallwandler weg ein röhrenförmiger Schallleiter mit einem Innenhohlraum, in dem Ultraschallwellen geleitet werden, vorhanden ist und dass ein Schallreflektor vorhanden ist zum Umlenken von Ultraschallwellen zu dem Schallleiter hin und/oder von dem Schallleiter weg.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bei einer gattungsgemäßen Ultraschallbaugruppe ist eine Leiterplatte vorhanden, an welcher mindestens ein Ultraschallwandler zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallwellen und Elektronikmittel zum Ansteuern des Ultraschallwandlers und/oder zum Verarbeiten von Ultraschallwellen, die von dem Ultraschallwandler nachgewiesen werden, angeordnet sind.

[0003] Bei einer typischen Anwendung in der Druck- und Verpackungsindustrie werden zwei gattungsgemäße Ultraschallbaugruppen eingesetzt, die einen Ultraschall-Sensor bilden. Die erste Ultraschallbaugruppe ist dabei als Ultraschallsender und die zweite als Ultraschallempfänger ausgeführt. Zwischen diesen wird ein Überwachungsbereich aufgespannt, in dem Objekte, wie zum Beispiel Etiketten oder Papierbogen, nachgewiesen werden können. Insbesondere sollen Doppelbogen, also zwei aufeinander liegende Papier-, Papp- oder Kunststoffbogen, von Einzelbogen unterschieden werden können.

[0004] Problematisch bei solchen Anwendungen ist der Platzbedarf. Besonders kritisch ist bei bekannten Ultraschallbaugruppen deren verhältnismäßig große Bauhöhe. Hierunter soll die Ausdehnung einer Ultraschallbaugruppe in einer Verbindungsrichtung der beiden Ultraschallbaugruppen eines Ultraschall-Sensors verstanden werden.

[0005] Das Problem der großen Bauhöhe wird weiter verschärft, wenn eine Messstrecke zwischen den beiden Ultraschallwandlern der Ultraschallbaugruppen geneigt verlaufen soll. Hierzu sind nämlich in der Regel die Ultraschallwandler und/oder die Leiterplatten, auf denen die Ultraschallwandler montiert sind, geneigt angeordnet, wodurch sich der Platzbedarf der Ultraschallbaugruppen in der Verbindungsrichtung der beiden Ultraschallbaugruppen zusätzlich erhöht.

[0006] Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, eine Ultraschallbaugruppe bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau eine besonders geringe Bauhöhe aufweist.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die Ultraschallbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0008] Vorteilhafte Varianten der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, beschrieben.

[0009] Schutz wird außerdem beansprucht für einen Ultraschallsensor, der mindestens eine erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe aufweist.

[0010] Bei der Ultraschallbaugruppe der oben genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zum Leiten von Ultraschallwellen zu dem Ultraschallwandler hin und/oder von dem Ultraschallwandler weg ein röhrenförmiger Schallleiter mit einem Innenhohlraum, in dem Ultraschallwellen geleitet werden, vorhanden ist und dass ein Schallreflektor vorhanden ist zum Umlenken von Ultraschallwellen zu dem Schallleiter hin und/oder von dem Schallleiter weg.

[0011] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Bereich, in dem der Platzbedarf der Ultraschallbaugruppe minimal sein soll, dann kleinere Bauhöhen erreicht werden können, wenn sich in diesem Bereich nur ein röhrenförmiger Schallleiter und ein Schallreflektor, nicht aber ein Ultraschallwandler mit einer zugehörigen Leiterplatte befinden.

[0012] Als Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, von dem Ultraschallwandler ausgesandte Ultraschallwellen nicht direkt, sondern über den Schallleiter und den Schallreflektor in einen Überwachungsbereich zu senden und/oder aus dem Überwachungsbereich kommende Ultraschallwellen erst über den Schallreflektor und den Schallleiter an den Ultraschallwandler zu leiten. Vorteilhafterweise erlauben der röhrenförmige Schallleiter und der Schallreflektor besonders kleine Bauformen, so dass die Bauhöhe der Ultraschallbaugruppe reduziert werden kann. Dabei kann die Bauhöhe in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des röhrenförmigen Schallleiters definiert sein.

[0013] Als besonderer Vorteil der Erfindung kann angesehen werden, dass die Bauhöhe der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe nicht oder kaum von der Bauhöhe des Ultraschallwandlers abhängt. Dessen Höhe, also die Ausdehnung in seiner Hauptabstrahl- und/oder Hauptempfangsrichtung, ist nämlich in Richtung der Längsrichtung des röhrenförmigen Schallleiters orientiert und beeinflusst somit die Ausdehnung der Ultraschallbaugruppe in einer Richtung quer dazu nicht oder nur kaum.

[0014] Erfindungsgemäß kann der röhrenförmige Schallleiter so angeordnet sein, dass von dem Ultraschallwandler abgestrahlte Ultraschallwellen direkt in den röhrenförmigen Schallleiter gelangen und/oder dass aus einem Überwachungsbereich kommende Ultraschallwellen durch den röhrenförmigen Schallleiter direkt auf den Ultraschallwandler gelangen. Es ist somit keine Umlenkung der Ultraschallwellen zwischen dem Ultraschallwandler und dem röhrenförmigen Schallleiter erforderlich.

[0015] Unter dem Innenhohlraum des Schallleiters soll ein freier, also von Luft ausgefüllter, Raum verstanden werden.

[0016] Der röhrenförmige Schallleiter wird im Folgenden auch kurz als Schallleiter bezeichnet.

[0017] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe ist der Schallleiter so angeordnet, dass eine Längsachse des röhrenförmigen Schallleiters quer zu der Leiterplatte steht. Hierdurch wird eine effiziente Einkopplung von Ultraschallwellen, die von dem Ultraschallwandler ausgesendet werden, in den Schallleiter hinein erreicht. Auch bei einer Ausgestaltung des Ultraschallwandlers als Empfänger wird vorteilhafterweise eine effiziente Kopplung zwischen Schallleiter und Ultraschallwandler erzielt.

[0018] Für eine besonders einfache Ausgestaltung kann der Schallleiter genau eine Röhre sein, die linear, also ohne Biegungen, verläuft. Hierdurch wird eine besonders geringe Bauhöhe ermöglicht und eine effiziente Schallleitung innerhalb des röhrenförmigen Schallleiters bewerkstelligt. Durch diese lineare Röhrenform können zudem Ultraschallwellen zwischen dem Ultraschallwandler und dem Schallreflektor direkt verlaufen, ohne dass weitere Einrichtungen zum Umlenken des Ultraschalls notwendig sind.

[0019] Bei einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe entspricht die Größe einer Querschnittsfläche des Innenhohlraums des Schallleiters in einem Bereich zum Ultraschallwandler hin der Größe einer Querschnittsfläche des Ultraschallwandlers. Die Querschnittsflächen können genau gleich groß sein, oder die Querschnittsfläche des Innenhohlraums ist geringfügig, beispielsweise bis 20%, größer als die Querschnittsfläche des Ultraschallwandlers. Hierdurch können Kopplungsverluste zwischen dem Ultraschallwandler und dem Schallleiter reduziert werden und gleichzeitig ist die Bauhöhe des Schallleiters nicht unnötig groß.

[0020] Besonders gering soll der Platzbedarf der Ultraschallbaugruppe im Bereich des Schallreflektors sein. Zu diesem Zweck ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe vorgesehen, dass sich eine Querschnittsfläche des Schallleiters von dem Ultraschallwandler zum Schallreflektor hin verjüngt. Insbesondere kann die Querschnittsfläche des Schallleiters zum Schallreflektor hin kleiner sein als die Querschnittsfläche des Ultraschallwandlers.

[0021] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe weist der Schallleiter zum Ultraschallwandler hin ein Formteil auf, dessen Querschnitt sich zum Schallreflektor hin verjüngt. Durch ein, insbesondere separates, Formstück oder Formteil kann eine sich verjüngende Form in besonders einfacher Weise erreicht werden. Zudem kann eine dichtende Umhüllung des Ultraschallwandlers realisiert werden. Es kann vorgesehen sein, dass ein Restbereich des Schallleiters, welcher sich zwischen dem Formteil und dem Schallreflektor befindet, mit konstanter Querschnittsfläche ausgeführt ist.

[0022] Als Formteil kann bevorzugt ein Schlauchstück verwendet werden. Dieses kann beispielsweise aus Kunststoff, jedenfalls aus einem flexiblen Material, gefertigt sein. Alternativ kann das Schlauchstück ein Schrumpfschlauch sein. Mit solchen Schlauchstücken können in einfacher Weise eine sich verjüngende Form und eine passgenaue Verbindung erreicht werden.

[0023] Bei einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe ist ein Querschnitt des röhrenförmigen Schallleiters rundlich, insbesondere oval. Hierdurch kann eine effiziente Leitung von Ultraschallwellen im Innenhohlraum des Schallleiters erreicht werden. Grundsätzlich sind aber auch andere, insbesondere rechteckige Querschnitte möglich.

[0024] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe ist vorgesehen, dass der röhrenförmige Schallleiter ein Kunststoffrohr aufweist oder durch ein Kunststoffrohr gebildet ist. Hierdurch kann kostengünstig eine effiziente Schallleitung erreicht werden.

[0025] Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schallreflektor ein Hohlreflektor ist. Hierunter kann ein Schallreflektor mit einer konkaven, insbesondere sphärischen oder parabolförmigen, Reflexionsfläche verstanden werden. Vorteilhafterweise wird so eine Fokussierung der Ultraschallwellen möglich.

[0026] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe ist eine Reflexionsfläche des Schallreflektors in einem Neigungswinkel ungleich 45° zu der Längsachse des Schallleiters ausgerichtet. So können Rückreflexionen und Mehrfachreflexionen auf den Ultraschallwandler vermieden werden, welche von Objekten im Überwachungsbereich und/oder von einer zweiten Ultraschallgruppe stammen, die auf einer gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs angeordnet ist. Bei einem Neigungswinkel von 45° würden hingegen von dem Ultraschallwandler ausgesandte Ultraschallwellen senkrecht den Überwachungsbereich durchlaufen und könnten dadurch direkt auf den Ultraschallwandler zurückgeworfen werden. Abhängig von nachzuweisenden Objekten im Überwachungsraum kann erfindungsgemäß aber auch ein Neigungswinkel von 45° vorteilhaft sein.

[0027] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe ist vorgesehen, dass eine Wand des Schallleiters neben dem Schallreflektor eine Öffnung aufweist zum Durchlassen von Ultraschallwellen zwischen dem Schallreflektor und einem Überwachungsbereich. Vorzugsweise umhüllt diese Wand den Innenhohlraum des Schallleiters zwischen dem Ultraschallwandler und dem Schallreflektor vollständig. Die Größe der Öffnung in der Wand kann in etwa der Querschnittsfläche des Schallreflektors entsprechen. Ultraschallwellen, die mit dem Schallreflektor umgelenkt werden sollen, können somit ungehindert die Öffnung passieren, während Ultraschallwellen, die beispielsweise von einem Objekt außerhalb des Überwachungsbereichs stammen, von der Wand des Schallleiters abgefangen werden und nicht den Schallreflektor erreichen. Für staubige Einsatzgebiete kann es vorgesehen sein, dass die Öffnung von einer schalltransparenten Folie abgedeckt ist, welche das Eindringen von Staub- und Schmutzpartikeln in den Innenhohlraum reduziert.

[0028] Grundsätzlich kann eine einzige Ultraschallbaugruppe als Messvorrichtung dienen, wobei diese dann sowohl zum Senden von Ultraschallwellen als auch zum Empfangen von zurückgeworfenen Ultraschallwellen eingerichtet ist.

[0029] Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Ultraschall-Sensor mit einer ersten Ultraschallbaugruppe, die als Ultraschallsender gebildet ist, und mit einer zweiten Ultraschallbaugruppe, die als Ultraschallempfänger gebildet ist, wobei zum Bilden eines Überwachungsbereichs der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger aufeinander ausgerichtet sind und wobei der Ultraschall-Sensor dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens die erste oder die zweite Ultraschallbaugruppe eine erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe ist. Zumindest der Ultraschallsender oder der Ultraschallempfänger ist also erfindungsgemäß mit einem röhrenförmigen Schallleiter und einem Schallreflektor ausgeführt.

[0030] Grundsätzlich kann eine der beiden Ultraschallbaugruppen in herkömmlicher Weise wie eine oben beschriebene gattungsgemäße Ultraschallbaugruppe ausgeführt sein. Da mit einem Schallleiter und einem Schallreflektor in der Regel geringe Verluste verbunden sind, kann es vorteilhaft sein, wenn nur eine der beiden Ultraschallbaugruppen eine erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe ist. Hierbei hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn der Ultraschallsender als erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe gebildet ist.

[0031] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors weisen beide Ultraschallbaugruppen jeweils einen Schallleiter und einen Schallreflektor auf, wobei diese Komponenten wie vorstehend beschrieben gebildet sein können. Es kann vorgesehen sein, dass nur eine der Ultraschallbaugruppen eine Leiterplatte und/oder Elektronikmittel aufweist. In diesem Fall steuern die Elektronikmittel, beispielsweise über ein Kabel, auch den Ultraschallwandler der anderen Ultraschallbaugruppe. Dies ist bezüglich Kosten und Platzbedarf vorteilhaft. Alternativ können sowohl die erste als auch die zweite Ultraschallbaugruppe jeweils eine erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe sein. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors erreicht werden. Der Überwachungsbereich ist hier eine Messstrecke zwischen dem Schallreflektor der ersten Ultraschallbaugruppe und dem Schallreflektor der zweiten Ultraschallbaugruppe. Für viele Anwendungen ist der Platzbedarf des Ultraschall-Sensors in Richtung der Messstrecke entscheidend. Erfindungsgemäß sind die Ultraschallwandler und die Leiterplatten der beiden Ultraschallbaugruppen außerhalb dieser Messstrecke angeordnet, so dass ihre Baugröße nicht oder nur kaum den Platzbedarf in Richtung der Messstrecke beeinflussen.

[0032] Eine kostengünstige Herstellung wird bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors erreicht, bei welcher die Leiterplatte der ersten Ultraschallbaugruppe und die Leiterplatte der zweiten Ultraschallbaugruppe durch eine gemeinsame Leiterplatte gebildet sind. Auch der Aufwand zur Montage der beiden Ultraschallwandler auf die Leiterplatte und die Verkabelung der Leiterplatte wird hierdurch reduziert.

[0033] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors sind der Schallleiter der ersten Ultraschallbaugruppe und der Schallleiter der zweiten Ultraschallbaugruppe parallel zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise wird hierdurch eine platzsparende und einfach herzustellende Bauform erreicht.

[0034] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausrichten der ersten Ultraschallbaugruppe auf die zweite Ultraschallbaugruppe die Reflexionsfläche des Schallreflektors der ersten Ultraschallbaugruppe in einem Neigungswinkel zwischen 20° und 40° zur Längsachse des Schallleiters der ersten Ultraschallbaugruppe angeordnet ist und die Reflexionsfläche des Schallreflektors der zweiten Ultraschallbaugruppe in einem Neigungswinkel zwischen 50° und 70° zur Längsachse des Schallleiters der zweiten Ultraschallbaugruppe angeordnet ist. Reflexionen von Ultraschallwellen an Objekten im Überwachungsbereich, beispielsweise an Papierbögen, treffen hier vorteilhafterweise nicht auf die Schallreflektoren. Dabei sollen die beiden Ultraschallbaugruppen als aufeinander ausgerichtet verstanden werden, wenn Ultraschallwellen, die von der ersten Ultraschallbaugruppe ausgesendet werden, von der zweiten Ultraschallbaugruppe nachgewiesen werden können.

[0035] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors;

Fig. 2

eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors und

Fig. 3

eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors.

[0036] Äquivalente Komponenten sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0037] Fig. 1 zeigt nicht-maßstabsgetreu ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors 120.

[0038] Dieser weist eine erste, erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe 100A und eine zweite Ultraschallbaugruppe 110 auf. Im dargestellten Beispiel ist die erste Ultraschallbaugruppe 100A ein Ultraschallsender und die zweite Ultraschallbaugruppe 110 ein Ultraschallempfänger. Die Erfindung umfasst aber auch Ausführungen, bei denen die erste Ultraschallbaugruppe 100A als Ultraschallempfänger und die zweite Ultraschallbaugruppe 110 als Ultraschallsender ausgeführt ist.

[0039] Zwischen den beiden Ultraschallbaugruppen 100A, 110 wird ein Überwachungsbereich 90 gebildet. Objekte im Überwachungsbereich 90 beeinflussen die Ultraschallwellen, die von dem Ultraschallsender 100A zu dem Ultraschallempfänger 110 gesendet werden, und können so von einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung identifiziert werden.

[0040] Die erste Ultraschallbaugruppe 100A weist eine Leiterplatte 10A auf, an welcher ein Ultraschallwandler 20A und Elektronikmittel 30A, welche dazu eingerichtet sind, den Ultraschallwandler 20A zum Aussenden von Ultraschallwellen anzusteuern, angebracht sind. Zudem sind ein Schallleiter 50A und ein Schallreflektor 60A vorhanden.

[0041] Im dargestellten Beispiel ist der Schallleiter 50A an der Leiterplatte 10A angebracht und umschließt mit dieser den Ultraschallwandler 20A. Dadurch werden von dem Ultraschallwandler 20A ausgesandte Ultraschallwellen in einem Innenhohlraum 54A des Schallleiters 50A in Richtung des Pfeils 22 geleitet. Sodann treffen die Ultraschallwellen auf den Schallreflektor 60A, der in der dargestellten Ausführungsvariante innerhalb des Schallleiters 50A angeordnet ist. Alternativ kann der Schallreflektor 60A aber auch durch eine Wand des Schallleiters 50A gebildet sein. Der Schallreflektor 60A weist eine Reflexionsfläche auf, deren Flächennormale in einem Neigungswinkel α zu einer Längsrichtung des Schallleiters 50A steht.

[0042] An der Reflexionsfläche des Schallreflektors 60A reflektierte Ultraschallwellen verlassen den Innenhohlraum 54A des Schallleiters 50A durch eine Öffnung 56A in einer Wand 52A des Schallleiters 50A. Die Öffnung 56A ist neben dem Schallreflektor 60A in Richtung der reflektierten Ultraschallwellen angeordnet, wobei die Größe der Öffnung 56A der Reflexionsfläche des Schallreflektors 60A entsprechen kann.

[0043] Die durch die Öffnung 56A austretenden Ultraschallwellen durchlaufen den Überwachungsbereich 90 in Richtung des Pfeils 24 bis zur zweiten Ultraschallbaugruppe 110. Dieser Weg kann auch als Messstrecke bezeichnet werden. Abhängig von dem Neigungswinkel α des Schallreflektors 60A, kann die Messstrecke schräg bezüglich der Längsrichtung des Schallleiters 50A stehen.

[0044] Kritisch für viele Einsatzgebiete ist die Ausdehnung des Ultraschall-Sensors und der Ultraschallbaugruppen in einer Richtung entlang dem Überwachungsbereich. In dem gezeigten Beispiel soll also die Bauhöhe H desjenigen Abschnitts der Ultraschallbaugruppe 100A, welcher an den Überwachungsbereich angrenzt, möglichst gering sein. Indem sich lediglich der röhrenförmige Schallleiter und der Schallreflektor in diesem Abschnitt der Ultraschallbaugruppe 100A befinden, nicht aber der Ultraschallwandler, können vorteilhafterweise besonders niedrige Bauhöhen H realisiert werden.

[0045] Die zweite Ultraschallbaugruppe 110 weist ebenfalls eine Leiterplatte 10B, einen Ultraschallwandler 20B und Elektronikmittel 30B auf. Der Ultraschallwandler 20B und die Elektronikmittel 30B sind zum Nachweisen von Ultraschallwellen eingerichtet. Im Unterschied zur ersten Ultraschallbaugruppe 100A begrenzt bei der zweiten Ultraschallbaugruppe 110 der Ultraschallwander 20B den Überwachungsbereich 90. Durch den Ultraschallwandler 20B und die Leiterplatte 20B liegen die kleinstmöglichen Bauhöhen bei etwa 10 mm bis 15 mm. Hingegen kann bei einer erfindungsgemäßen Ultraschallbaugruppe 100A die Bauhöhe H, die im Wesentlichen durch den Durchmesser des Schallleiters 50A im Bereich des Schallreflektors 50A bestimmt ist, kleiner als 7 mm sein.

[0046] Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 120. Dieser weist zwei erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppen 100A, 100B auf, von denen eine als Ultraschallsender 100A und die andere als Ultraschallempfänger 100B ausgeführt ist. Hierbei sind für beide Ultraschallbaugruppen 100A, 100B eine gemeinsame Leiterplatte 10 und gemeinsame auf der Leiterplatte angeordnete Elektronikmittel 30 vorhanden. Zudem sind beide Ultraschallwandler 20A, 20B auf der Leiterplatte 10 angebracht. Komponenten der zweiten Ultraschallbaugruppe 100B, die zu denen der ersten Ultraschallbaugruppe 100A äquivalent sind, sind mit Bezugszeichen, die durch ein "B" statt eines "A" gebildet sind, gekennzeichnet. Somit gelten für den Schallleiter 50B, dessen Wand 52B mit der Öffnung 56B, den Innenhohlraum 54B und den Schallreflektor 60B die Beschreibungen zu den jeweiligen Komponenten der ersten Ultraschallbaugruppe 100A.

[0047] Der Schallreflektor 60A der ersten Ultraschallbaugruppe 100A ist auf den Schallreflektor 60B der zweiten Ultraschallbaugruppe 100B ausgerichtet. Hierzu steht die Reflexionsfläche des Schallreflektors 60A in einem Neigungswinkel α von weniger als 45°, im dargestellten Beispiel 30°, und der Schallreflektor 60B steht in einem Neigungswinkel β, welcher größer als 45° ist und im dargestellten Beispiel 60° beträgt. Damit werden Ultraschallwellen, die vom Schallreflektor 60A in Richtung des Pfeils 24 auf den Schallreflektor 60B treffen, von diesem in Richtung des Pfeils 26 zu dem Ultraschallwandler 20B umgelenkt.

[0048] Indem beide Ultraschallbaugruppen 100A, 100B mit einem röhrenförmigen Schallleiter und einem Schallreflektor ausgeführt sind, können besonders geringe Bauhöhen erreicht werden.

[0049] Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors 120 ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Hierbei ist ebenfalls eine erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe 100A vorhanden, die als Ultraschallsender oder Ultraschallempfänger ausgebildet und wie die Ultraschallbaugruppe 100A aus Fig. 2 ausgeführt sein kann. Zusätzlich ist eine zweite Ultraschallbaugruppe 100B vorhanden, welche wiederum einen Schallleiter 50B und einen Schallreflektor 60B aufweist. Diese Komponenten können wie die Komponenten mit denselben Bezugszeichen aus Fig. 2 gebildet sein. Im Unterschied zu Fig. 2 weist hier die zweite Ultraschallbaugruppe 100B jedoch keine Elektronikmittel auf. Vielmehr wird der Ultraschallwandler 20B der zweiten Ultraschallbaugruppe 100B durch die Elektronikmittel 30 der ersten Ultraschallbaugruppe 100A, beispielsweise über ein Kabel 70, angesteuert. In diesem Fall benötigt die zweite Ultraschallbaugruppe 100B auch keine Leiterplatte. Der Ultraschallwandler 20B kann beispielsweise an einer Wand 72 des Schallleiters 50B oder an einem Gehäuse, das von den Wänden 52B des Schallleiters 50B schallentkoppelt ist, befestigt sein. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine kleinere Ausführung der Leiterplatte 10. Insbesondere können eine Kostensenkung und eine Reduzierung des Platzbedarfs des Ultraschall-Sensors 120 erreicht werden. Außerdem ist bei dieser Variante eine Variation des Abstands der beiden Ultraschallbaugruppen, insbesondere am Einsatzort, möglich. Zur Schallentkopplung zwischen dem Wandstück 72 und dem Schallleiter 50B können schließlich geeignete Materialübergänge 74 vorhanden sein.

[0050] Durch die niedrigen Bauhöhen können die erfindungsgemäße Ultraschallbaugruppe und der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor vorteilhafterweise auch bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der verfügbare Raum stark begrenzt ist.

Ansprüche

1. Ultraschallbaugruppe
mit einer Leiterplatte (10A), an welcher mindestens

- ein Ultraschallwandler (20A) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallwellen und

- Elektronikmittel (30A) zum Ansteuern des Ultraschallwandlers (20A) und/oder zum Verarbeiten von Ultraschallwellen, die von dem Ultraschallwandler (20A) nachgewiesen werden,

angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Leiten von Ultraschallwellen zu dem Ultraschallwandler (20A) hin und/oder von dem Ultraschallwandler (20A) weg ein röhrenförmiger Schallleiter (50A) mit einem Innenhohlraum (54A), in dem Ultraschallwellen geleitet werden, vorhanden ist und
dass ein Schallreflektor (60A) vorhanden ist zum Umlenken von Ultraschallwellen zu dem Schallleiter (50A) hin und/oder von dem Schallleiter (50A) weg.

2. Ultraschallbaugruppe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schallleiter (50A) so angeordnet ist, dass eine Längsachse des röhrenförmigen Schallleiters (50A) quer zu der Leiterplatte (10A) steht.

3. Ultraschallbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Größe einer Querschnittsfläche des Innenhohlraums (54A) des Schallleiters (50A) in einem Bereich zum Ultraschallwandler (20A) hin der Größe einer Querschnittsfläche des Ultraschallwandlers (20A) entspricht.

4. Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich eine Querschnittsfläche des Schallleiters (50A) von dem Ultraschallwandler (20A) zum Schallreflektor (60A) hin verjüngt.

5. Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schallleiter (50A) zum Ultraschallwandler (20A) hin ein Formteil aufweist, dessen Querschnitt sich zum Schallreflektor (60A) hin verjüngt.

6. Ultraschallbaugruppe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Formteil ein Schlauchstück ist.

7. Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Querschnitt des röhrenförmigen Schallleiters (50A) rundlich, insbesondere oval, ist.

8. Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der röhrenförmige Schallleiter (50A) ein Kunststoffrohr (50A) aufweist.

9. Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schallreflektor (60A) ein Hohlreflektor (60A) ist.

10. Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Reflexionsfläche des Schallreflektors (60A) in einem Neigungswinkel ungleich 45° zu der Längsachse des Schallleiters (50A) ausgerichtet ist.

11. Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Wand (52A) des Schallleiters (50A) neben dem Schallreflektor (60A) eine Öffnung (56A) aufweist zum Durchlassen von Ultraschallwellen zwischen dem Schallreflektor (60A) und einem Überwachungsbereich (90).

12. Ultraschall-Sensor
mit einer ersten Ultraschallbaugruppe, die als Ultraschallsender gebildet ist, und
mit einer zweiten Ultraschallbaugruppe, die als Ultraschallempfänger gebildet ist,
wobei zum Bilden eines Überwachungsbereichs (90) der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger aufeinander ausgerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens die erste oder die zweite Ultraschallbaugruppe eine Ultraschallbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.

13. Ultraschall-Sensor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterplatte (10A) der ersten Ultraschallbaugruppe und die Leiterplatte (10B) der zweiten Ultraschallbaugruppe durch eine gemeinsame Leiterplatte (10) gebildet sind.

14. Ultraschall-Sensor nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schallleiter (50A) der ersten Ultraschallbaugruppe und der Schallleiter (50B) der zweiten Ultraschallbaugruppe parallel zueinander angeordnet sind.

15. Ultraschall-Sensor nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Ausrichten der ersten Ultraschallbaugruppe auf die zweite Ultraschallbaugruppe die Reflexionsfläche des Schallreflektors (60A) der ersten Ultraschallbaugruppe in einem Neigungswinkel zwischen 20° und 40° zur Längsachse des Schallleiters (50A) der ersten Ultraschallbaugruppe angeordnet ist und die Reflexionsfläche des Schallreflektors (60B) der zweiten Ultraschallbaugruppe in einem Neigungswinkel zwischen 50° und 70° zur Längsachse des Schallleiters (50B) der zweiten Ultraschallbaugruppe angeordnet ist.

Zeichnung