DE102009046143A1 - Method for manufacturing ultrasonic converter utilized in e.g. ultrasonic flow meter in exhaust gas system of internal combustion engine of commercial vehicle, involves connecting housing part with sealing element during molding process - Google Patents

Method for manufacturing ultrasonic converter utilized in e.g. ultrasonic flow meter in exhaust gas system of internal combustion engine of commercial vehicle, involves connecting housing part with sealing element during molding process Download PDF

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Abstract

The method involves accommodating a converter core (116) with an electric-acoustic converter element (118) in a housing (112), and sealing a radiation opening (128) of the housing against fluid medium (126) with a sealing element (134). A housing part is produced by a plastic molding process, and the sealing element is inserted into a molding cavity of a molding tool. The molding tool is filled with plastic material, and the housing part is connected with the sealing element during the molding process. An independent claim is also included for an ultrasonic converter comprising a sealing element for sealing a radiation opening of a housing.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern zum Einsatz in fluiden Medien bekannt. Unter einem Ultraschallwandler wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element verstanden, welches in der Lage ist, Ultraschallsignale in das fluide Medium zu emittieren und/oder Ultraschallsignale aus dem fluiden Medium zu empfangen. Derartige Ultraschallwandler umfassen in der Regel einen Wandlerkern mit mindestens einem elektrisch-akustischen Wandlerelement, also einem Element, welches in der Lage ist, elektrische Signale in akustische Signale (beispielsweise Ultraschallsignale) umzuwandeln oder umgekehrt. Beispielsweise kann es sich bei diesen elektrisch-akustischen Wandlerelementen um elektrische Wandlerelemente handeln, insbesondere piezo-keramische Wandlerelemente. Weiterhin können die Wandlerkerne Impedanzanpasskörper umfassen, also einen oder mehrere Körper, deren akustische Impedanz zwischen derjenigen des elektrisch-akustischen Wandlerelements und derjenigen des fluiden Mediums liegt, um eine Verbesserung der akustischen Kopplung von Signalen zwischen dem elektrisch-akustischen und dem fluiden Medium zu ermöglichen. Weiterhin können die Wandlerkerne zusätzliche Elemente umfassen, wie beispielsweise thermische Anpasskörper und/oder Klebstoffschichten. Derartige Ultraschallwandler sind grundsätzlich beispielsweise aus EP 0 766 071 A1 oder aus DE 42 30 773 C1 bekannt.From the prior art, a plurality of ultrasonic transducers for use in fluid media is known. In the context of the present invention, an ultrasound transducer is understood to mean an element which is able to emit ultrasonic signals into the fluid medium and / or to receive ultrasound signals from the fluid medium. Such ultrasonic transducers generally comprise a transducer core with at least one electrically-acoustic transducer element, ie an element which is able to convert electrical signals into acoustic signals (for example ultrasound signals) or vice versa. For example, these electrical-acoustic transducer elements may be electrical transducer elements, in particular piezo-ceramic transducer elements. Furthermore, the transducer cores may comprise impedance matching bodies, that is, one or more bodies whose acoustic impedance is between those of the electro-acoustic transducer element and that of the fluid medium to enable an improvement in the acoustic coupling of signals between the electro-acoustic and fluid media. Furthermore, the transducer cores may include additional elements, such as thermal matching bodies and / or adhesive layers. Such ultrasonic transducers are basically made, for example EP 0 766 071 A1 or off DE 42 30 773 C1 known.

Die Wandlerkerne sind in der Regel in ein Gehäuse eingebracht, welches den Wandlerkern beispielsweise gegenüber mechanischen und/oder chemischen Einflüssen von außen schützen soll. In vielen Fällen weist das Gehäuse eine Abstrahlöffnung hin zum fluiden Medium auf. Um ein Eindringen aggressiver Medien in den Innenraum des Gehäuses und eine damit verbundene mögliche Beschädigung oder Beeinflussung des Wandlerkerns zu verhindern, muss diese Öffnung in der Regel abgedichtet werden. Ein Beispiel einer derartigen Abdichtung ist eine Abdichtfolie. Eine Schwierigkeit dieser Abdichtungen besteht jedoch darin, dass das Abdichtelement mit dem übrigen Gehäuse verbunden werden muss. Diese Verbindung kann beispielsweise mittels eines Klebeprozesses erfolgen. Alternativ kann das Abdichtelement auch als Beschichtung ausgestaltet sein, welche frontseitig auf die Abstrahlöffnung aufgebracht wird. Diese herkömmlichen Prozesse zur Fixierung des Dichtelements sind jedoch in der Praxis häufig nur schwer reproduzierbar und genügen den hohen Robustheitsanforderungen insbesondere in der Automobilindustrie nicht. Zudem sind die bekannten Verfahren in vielen Fällen technisch aufwendig und damit teilweise mit erheblichen Kosten verbunden.The transducer cores are usually introduced into a housing which is intended to protect the transducer core, for example, against mechanical and / or chemical influences from the outside. In many cases, the housing has a radiation opening towards the fluid medium. In order to prevent the penetration of aggressive media into the interior of the housing and a possible possible damage or interference of the converter core, this opening must be sealed in the rule. An example of such a seal is a sealing foil. A difficulty of these seals, however, is that the sealing element must be connected to the rest of the housing. This connection can be done for example by means of an adhesive process. Alternatively, the sealing element can also be designed as a coating, which is applied to the front of the emission opening. However, these conventional processes for fixing the sealing element are often difficult to reproduce in practice and do not meet the high robustness requirements, especially in the automotive industry. In addition, the known methods are in many cases technically complex and thus sometimes associated with considerable costs.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es werden daher ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers zum Einsatz in einem fluiden Medium sowie ein Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Ultraschallwandler und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Die Ultraschallwandler können insbesondere in Ultraschall-Durchflussmessern (Ultrasonic Flow Meter, UFM) eingesetzt werden. Beispiele derartiger Ultraschall-Durchflussmesser sind Durchflussmesser für den Kraftfahrzeugbereich, insbesondere für den Einsatz im Ansaugtrakt und/oder Abgastrakt von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, insbesondere im Nutzkraftwagen-Bereich. Alternative Anwendungsgebiete sind Sensoren für Gase oder Flüssigkeiten, beispielsweise in der Verfahrenstechnik, Anwendungen bei Prozesssteuerungen, Anwendungen als Abstandssensoren, als Füllstandssensoren oder als Strömungssensoren in der Chemie- und Pharmaindustrie, Anwendungen in der Medizintechnik, beispielsweise für Atemgasüberwachungen oder Anwendungen in der Energietechnik, beispielsweise als Wärmezähler in Kraftwerken oder im Haushalt.Therefore, a method for producing an ultrasonic transducer for use in a fluid medium and an ultrasonic transducer for use in a fluid medium are proposed, which at least largely avoid the disadvantages of known ultrasonic transducers and methods. The ultrasonic transducers can be used in particular in ultrasonic flow meters (Ultrasonic Flow Meter, UFM). Examples of such ultrasonic flow meters are flow meters for the motor vehicle sector, in particular for use in the intake tract and / or exhaust tract of motor vehicle internal combustion engines, in particular in the commercial vehicle sector. Alternative applications are sensors for gases or liquids, for example in process engineering, applications in process control, applications as distance sensors, as level sensors or as flow sensors in the chemical and pharmaceutical industries, applications in medical technology, for example for respiratory gas monitoring or applications in power engineering, for example as Heat meters in power plants or in the household.

Der Ultraschallwandler weist ein Gehäuse auf, in welchem mindestens ein Wandlerkern mit mindestens einem elektrisch-akustischen Wandlerelement aufgenommen ist. Bezüglich der möglichen Ausgestaltungen des Wandlerkerns kann weitgehend auf den oben beschriebenen Stand der Technik verwiesen werden. So können grundsätzlich die aus dem Stand der Technik bekannten Wandlerkerne auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Unter einem Gehäuse ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, welches dem Ultraschallwandler zumindest teilweise eine äußere Form verleiht und welches einen Innenraum des Ultraschallwandlers zumindest weitgehend zumindest vor mechanischen Einflüssen und vorzugsweise auch vor chemischen und optional elektromagnetischen Einflüssen schützt. Das Gehäuse kann beispielsweise ganz oder teilweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Alternativ oder zusätzlich sind auch andere Materialien einsetzbar. Da das im Folgenden beschriebene Verfahren maßgeblich auf der Verwendung eines Kunststoff-Formgebungsprozesses basiert, sollte grundsätzlich mindestens ein Gehäuseteil ganz oder teilweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.The ultrasonic transducer has a housing, in which at least one transducer core is accommodated with at least one electrically-acoustic transducer element. With regard to the possible embodiments of the converter core, reference may be made largely to the prior art described above. Thus, in principle, the converter cores known from the prior art can also be used in the context of the present invention. In the context of the present invention, a housing is to be understood as meaning an element which at least partially gives the ultrasound transducer an outer shape and which protects an interior of the ultrasound transducer at least largely from mechanical influences and preferably also from chemical and optionally electromagnetic influences. The housing may for example be wholly or partly made of a plastic material. Alternatively or additionally, other materials can be used. Since the method described below is based essentially on the use of a plastic molding process, basically at least one housing part should be wholly or partially made of a plastic material.

Das Gehäuse ist derart ausgestaltet, dass mindestens eine Abstrahlöffnung des Gehäuses gegenüber dem fluiden Medium mit mindestens einem Dichtelement abgedichtet ist. Unter einer Abstrahlöffnung ist dabei eine dem fluiden Medium zuweisende Öffnung zu verstehen, über welche Ultraschallsignale von dem Wandlerkern an das fluide Medium abgegeben und/oder aus dem fluiden Medium aufgenommen werden können. Beispielsweise kann die Abstrahlöffnung eine runde Gehäuseöffnung und/oder eine polygonale Gehäuseöffnung umfassen, in welche, vorzugsweise zentrisch, eine Abstrahlfläche des Wandlerkerns eingebracht ist.The housing is designed such that at least one emission opening of the housing is sealed off from the fluid medium with at least one sealing element. In this case, an emission opening is to be understood as meaning an opening which assigns the fluid medium, via which ultrasound signals are emitted from the converter core to the fluid medium and / or taken up from the fluid medium can be. For example, the emission opening may comprise a round housing opening and / or a polygonal housing opening into which, preferably centrically, an emission surface of the converter core is introduced.

Unter einem Dichtelement ist dabei ein Element zu verstehen, welches ein Eindringen vom fluiden Medium in einen Innenraum des Gehäuses, in welchem der Wandlerkern aufgenommen ist, zumindest weitgehend verhindert. Insbesondere kann auf diese Weise ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder von aggressiven Medien verhindert werden. Zusätzlich kann auch eine Druckbelastung des Innenraums zumindest vermindert werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Dichtelement, wie unten noch näher ausgeführt wird, mindestens eine Abdichtfolie umfasst, welche die Abstrahlöffnung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, überspannt. Unter einer Abdichtfolie ist dabei ein Folienelement zu verstehen, welches die genannten Dichteigenschaften des Dichtelements aufweist und welches flexible Eigenschaften aufweist. Dabei sollte die laterale Ausdehnung der Abdichtfolie dessen Dicke um mindestens einen Faktor 10, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 100 und besonders bevorzugt um einen Faktor 1000 oder mehr übersteigen.Under a sealing element is to be understood an element which prevents at least largely penetration of the fluid medium in an interior of the housing in which the transducer core is received. In particular, penetration of moisture and / or aggressive media can be prevented in this way. In addition, a pressure load of the interior can be at least reduced. It is particularly preferred if the sealing element, as explained in more detail below, comprises at least one sealing film, which spans the emission opening at least partially, preferably completely. Under a sealing film is to be understood a film element, which has the said sealing properties of the sealing element and which has flexible properties. The lateral extent of the sealing film should exceed its thickness by at least a factor of 10, preferably by at least a factor of 100 and more preferably by a factor of 1000 or more.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung mindestens eines Gehäuseteils des Gehäuses ein Kunststoff-Formgebungsprozess verwendet. Beispielsweise kann es sich bei diesem Kunststoff-Formgebungsprozess um einen Spritzgießprozess handeln. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere, dem Fachmann bekannte Kunststoff-Formgebungsprozesse eingesetzt werden, beispielsweise Gießprozesse, Spritzpress-Prozesse oder Ähnliches. Bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess wird das Dichtelement in ein Formnest eines Formgebungswerkzeugs eingelegt. Unter einem Formnest ist dabei eine Kavität des Werkzeugs zu verstehen, welche nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess die äußere Form des hergestellten Bauteils zumindest teilweise bestimmt. Ein Werkzeug kann auch mehrere Formnester umfassen. Das Dichtelement kann dabei vollständig in das Formnest eingebracht werden oder lediglich teilweise, so dass auch beispielsweise Teile des Dichtelements außerhalb des Formnests angeordnet sein können. Wiederum alternativ kann das Dichtelement auch in mehrere Formnester eingelegt werden.In the method according to the invention, a plastic molding process is used to produce at least one housing part of the housing. For example, this plastic molding process may be an injection molding process. Alternatively or additionally, however, other, known in the art plastic molding processes can be used, for example, casting processes, transfer molding processes or the like. In the plastic molding process, the sealing element is inserted into a mold cavity of a forming tool. In this case, a cavity of the tool is to be understood as a cavity of the mold which, at least in part, determines the outer shape of the manufactured component after the plastic molding process. A tool can also include several mold cavities. The sealing element can be completely introduced into the mold cavity or only partially, so that, for example, parts of the sealing element can be arranged outside of the mold cavity. Again alternatively, the sealing element can also be inserted into a plurality of mold cavities.

Nach dem Einlegen wird das Formnest zumindest teilweise mit mindestens einem Kunststoffmaterial gefüllt. Wie oben dargestellt, kann dies beispielsweise mittels eines Spritzgieß-Prozesses erfolgen. Auch andere Verfahren sind möglich. Bei diesem Befüllen gerät das Kunststoffmaterial mit dem in das Formnest eingelegten Dichtelement zumindest bereichsweise in Kontakt. Dementsprechend wird das Gehäuseteil des Gehäuses während des Kunststoff-Formgebungsprozesses mit dem Dichtelement verbunden, beispielsweise beim Aushärten. Diese Verbindung kann insbesondere unmittelbar Lind direkt und ohne Zwischenelemente erfolgen. Insbesondere können bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess das Dichtelement und das Gehäuseteil kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden.After insertion, the mold cavity is at least partially filled with at least one plastic material. As stated above, this can be done for example by means of an injection molding process. Other methods are possible. During this filling, the plastic material gets in contact at least in places with the sealing element inserted in the mold cavity. Accordingly, the housing part of the housing is connected to the sealing element during the plastic molding process, for example during curing. This compound can be done in particular directly Lind directly and without intermediate elements. In particular, in the plastic molding process, the sealing element and the housing part can be non-positively and / or positively connected with each other.

Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren wird ein Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium vorgeschlagen, welcher nach einem Verfahren gemäß der obigen Beschreibung oder gemäß einer der im folgenden noch beschriebenen Verfahrensvarianten herstellbar ist. Der Ultraschallwandler umfasst ein Gehäuse mit mindestens einem Gehäuseteil, wobei das Gehäuseteil in einem Kunststoff-Formgebungsprozess direkt kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit einem eine Abstrahlöffnung des Gehäuses abdichtenden Dichtelement verbunden ist.According to the method described above, an ultrasonic transducer is proposed for use in a fluid medium, which can be produced by a method according to the above description or according to one of the method variants described below. The ultrasonic transducer comprises a housing with at least one housing part, wherein the housing part is connected in a plastic molding process directly non-positively and / or materially connected to a sealing opening of the housing sealing sealing element.

Das vorgeschlagene Verfahren und der vorgeschlagne Ultraschallwandler können beispielsweise einen Wandlerkern mit einer Piezokeramik und einem Impedanzanpassungskörper umfassen. Als Dichtelement kann, wie oben dargestellt, insbesondere eine Abdichtfolie verwendet werden. Das mindestens eine Gehäuseteil kann beispielsweise ein Kunststoffträgerteil sein, beispielsweise mit einer Rahmenform, einer Ringform oder einer Topfform. Verschiedene Ausgestaltungen werden unten noch näher beschrieben. Das Kunststoffträgerteil kann als das gesamte Wandlergehäuse wirken oder als ein Teil desselben dienen. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens kann eine direkte kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen der Abdichtungsfolie und dem Kunststoffträgerteil hergestellt werden. Diese Verbindung kann insbesondere durch ein Spritzgieß-Prozess für das Kunststoffmaterial mit der Abdichtungsfolie als Einlegeteil realisiert werden. Durch die direkte kraftschlüssige Verbindung ist ein dichter Übergang zwischen dem Wandlerkern als Ultraschall-Einkoppelkörper und dem Gehäuse, insbesondere dem Kunststoff-Gehäuseteil, beispielsweise dem Kunststoff-Rahmen, gegeben. Insbesondere die Verwendung eines Spritzgieß-Prozesses oder eines anderen Spritzprozesses ist auch in Großserie reproduzierbar, und ist robuster und kostengünstiger realisierbar als herkömmliche Klebeprozesse. Die Verwendung eines Kunststoff-Gehäuseteils als Kunststoffträgerteil ermöglicht eine spezifische Ausgestaltung der Schnittstellen zu weiteren Komponenten des Ultraschallwandlers und/oder der Einbauumgebung des Ultraschallwandlers.For example, the proposed method and proposed ultrasonic transducer may include a transducer core having a piezoceramic and an impedance matching body. As a sealing element, as shown above, in particular a sealing film can be used. The at least one housing part may for example be a plastic carrier part, for example with a frame shape, a ring shape or a cup shape. Various embodiments will be described in more detail below. The plastic carrier member may act as or serve as part of the entire converter housing. By means of the proposed method, a direct frictional and / or cohesive connection between the sealing film and the plastic carrier part can be produced. This connection can be realized in particular by an injection molding process for the plastic material with the sealing film as an insert. Due to the direct frictional connection, a dense transition between the transducer core as an ultrasonic coupling body and the housing, in particular the plastic housing part, for example, the plastic frame given. In particular, the use of an injection molding process or another injection process is reproducible even in mass production, and is more robust and less expensive to implement than conventional adhesive processes. The use of a plastic housing part as a plastic carrier part allows a specific embodiment of the interfaces to other components of the ultrasonic transducer and / or the installation environment of the ultrasonic transducer.

Wird eine Abdichtfolie verwendet, so kann diese Abdichtfolie insbesondere eine Gesamtdicke von weniger als 100 μm, vorzugsweise von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von weniger als 20 μm aufweisen. Die Abdichtfolie kann auch als mehrlagige Abdichtfolie ausgestaltet werden, wobei unterschiedliche Lagen, beispielsweise unterschiedliche Funktionen erfüllen können. So kann beispielsweise mindestens eine Lage eine mechanische Stabilität gewährleisten, während mindestens eine weitere Lage eine erhöhte Dichtigkeit, beispielsweise gegenüber Feuchtigkeit, bereitstellen kann. Die Abdichtfolie kann ein thermoplastisches Material oder ein duroplastisches Material, insbesondere ein oder mehrere der folgenden Werkstoffe umfassen: ein Polyimid, insbesondere Kapton®; ein fluoriertes Polymer, insbesondere ein Polytetraflourethylen (PTFE), Teflon®; ein Polyvinylfluorid (PVF); ein Polyetheretherketon (PEEK); ein Polymethylmethacrylat (PMMA); ein Polyamidimid (PAI); ein Flüssigkristall-Polymer (Liquid Crystal Polymer, LCP); ein Polyethersulfon (PES); ein Polysulfon (PSU); ein Polyethylennaphtalat (PEN); ein Polyphenylensulfid (PPS); ein fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP); eine metallische, kunststoffartige oder keramische Beschichtung; eine Klebstoffschicht. Auch Kombinationen der genannten Werkstoffe und/oder anderer Werkstoffe sind möglich.If a sealing film is used, this sealing film can in particular have a total thickness of less than 100 .mu.m, preferably of less than 50 microns, and more preferably less than 20 microns. The sealing film can also be configured as a multi-layer sealing film, wherein different layers, for example, can fulfill different functions. For example, at least one layer can ensure mechanical stability, while at least one further layer can provide increased impermeability, for example to moisture. The sealing film may be a thermoplastic material or a thermosetting material, in particular one or more of the following materials: polyimide, in particular Kapton ®; a fluorinated polymer, especially a polytetrafluoroethylene (PTFE), Teflon® ; a polyvinyl fluoride (PVF); a polyetheretherketone (PEEK); a polymethylmethacrylate (PMMA); a polyamide-imide (PAI); a liquid crystal polymer (LCP); a polyethersulfone (PES); a polysulfone (PSU); a polyethylene naphthalate (PEN); a polyphenylene sulfide (PPS); a fluorinated ethylene-propylene (FEP); a metallic, plastic or ceramic coating; an adhesive layer. Combinations of these materials and / or other materials are possible.

Bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess kann insbesondere ein Teil des Kunststoffmaterials auf einer dem fluiden Medium abgewandten Seite des Dichtelements angeordnet werden und ein anderer Teil des Kunststoffmaterials auf einer dem fluiden Medium zugewandten Seite des Dichtelements. Dies kann auf verschiedene Weise realisiert werden. So kann das Kunststoffmaterial beispielsweise während des Kunststoff-Formgebungsprozesses durch das Dichtelement, insbesondere die Abdichtfolie, hindurchgreifen. Zu diesem Zweck kann das Dichtelement beispielsweise eine Mehrzahl von Öffnungen aufweisen, durch welche bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess das Kunststoffmaterial hindurchtreten kann. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess auch ein Teil des Kunststoffmaterials eine Kante des Dichtelements zeitlich umgreifen. Insgesamt können auf diese Weise verschiedene Verbindungsarten zwischen dem Dichtelement und dem Gehäuseteil realisiert werden, welche teilweise Mischformen aus einer stoffschlüssigen und einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung darstellen. Zusätzlich zu der durch den Spritzprozess hergestellten Verbindung zwischen Dichtelement und Gehäuseteil können Übergangsbereiche zwischen Dichtelement und Gehäuseteil nachträglich mit einem Klebstoff abgedichtet werden. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Gefahr besteht, dass sich zwischen Dichtelement und Gehäuseteil ein Kriechpfad für agressive Medien bildet. Dies kann insbesondere Auftreten, wenn das Dichtelement eine Oberfläche aufweist, gegenüber dem der Gehäusekunststoff eine geringe Haftung aufbaut.In the plastic molding process, in particular a part of the plastic material can be arranged on a side facing away from the fluid medium side of the sealing element and another part of the plastic material on a side facing the fluid medium side of the sealing element. This can be realized in different ways. For example, the plastic material can reach through the sealing element, in particular the sealing film, during the plastic molding process. For this purpose, the sealing element can for example have a plurality of openings through which the plastic material can pass in the plastic molding process. Alternatively or additionally, in the plastic molding process, a part of the plastic material can encompass an edge of the sealing element in time. Overall, different types of connection between the sealing element and the housing part can be realized in this way, which partially represent mixed forms of a cohesive and a positive and / or non-positive connection. In addition to the connection between the sealing element and the housing part produced by the injection process, transition regions between the sealing element and the housing part can be subsequently sealed with an adhesive. This is particularly advantageous if there is a risk that forms a creepage path for aggressive media between the sealing element and the housing part. This can occur in particular when the sealing element has a surface against which the housing plastic builds up a low adhesion.

Das Gehäuseteil kann insbesondere eines oder mehrere der folgenden Gehäuseteile umfassen: eine Gehäusehülse; einen Gehäusering, einen Gehäuserahmen. Das Gehäuseteil kann das gesamte Gehäuse ausmachen oder kann lediglich einen Teil dieses Gehäuses ausmachen und mit anderen Gehäuseteilen verbindbar sein. Die Verbindung mit anderen Gehäuseteilen kann über verschiedene Verfahren erfolgen, beispielsweise stoffschlüssige Verfahren wie Klebeverfahren und/oder andere Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Laserschweißen und/oder Ultraschallschweißen oder ähnliche Verbindungstechniken.The housing part may in particular comprise one or more of the following housing parts: a housing sleeve; a housing ring, a housing frame. The housing part can make up the entire housing or can only make up a part of this housing and be connectable to other housing parts. The connection with other housing parts can be made by various methods, for example cohesive methods such as bonding methods and / or other connection methods, such as laser welding and / or ultrasonic welding or similar joining techniques.

Der Wandlerkern oder ein Teil des Wandlerkerns kann insbesondere in direktem oder auch indirektem Kontakt mit dem Dichtelement stehen. So kann der Wandlerkern oder ein Teil des Wandlerkerns insbesondere vor oder nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess mit dem Dichtelement, insbesondere der Abdichtfolie verbunden werden. Für diese Verbindung kann insbesondere ein stoffschlüssiges Verbindungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise ein Klebeverfahren. So kann beispielsweise vor oder nach dem Formgebungsprozess ein Impedanzanpasskörper auf die Abdichtfolie aufgeklebt werden. Erfolgt dies vor dem Formgebungsprozess, so kann beispielsweise ein Formgebungswerkzeug verwendet werden, um den Wandlerkern oder einen Teil des Wandlerkerns aufzunehmen, insbesondere mit einem Toleranzausgleich. So kann beispielsweise ein Werkzeug verwendet werden, welches einen Stempel für den Toleranzausgleich aufweist. Vorzugsweise wird das elektrisch-akustische Wandlerelement erst nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess aufgebracht, um das elektrisch-akustische Wandlerelement nicht den bei üblichen Kunststoff-Formgebungsprozessen auftretenden hohen Temperaturen auszusetzen.The converter core or a part of the converter core may in particular be in direct or indirect contact with the sealing element. Thus, the converter core or a part of the converter core can be connected to the sealing element, in particular the sealing film, in particular before or after the plastic molding process. For this connection, in particular a cohesive connection method can be used, for example an adhesive method. For example, before or after the shaping process, an impedance matching body can be glued onto the sealing film. If this is done before the molding process, for example, a shaping tool can be used to accommodate the transducer core or a part of the transducer core, in particular with a tolerance compensation. For example, a tool can be used which has a punch for tolerance compensation. Preferably, the electrical-acoustic transducer element is applied only after the plastic molding process in order not to expose the electro-acoustic transducer element to the high temperatures occurring in conventional plastic molding processes.

Nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess kann das Dichtelement weiteren Verfahrensschritten ausgesetzt werden, bei denen die endgültige Form des Dichtelements beeinflusst wird. So kann insbesondere nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess mindestens ein Bereich des Dichtelements, insbesondere ein Randbereich, entfernt werden. Verschiedene Ausführungsbeispiele einer derartigen Entfernung werden unten noch beschrieben. Das Dichtelement kann alternativ oder zusätzlich auch während des Formgebungsprozesses in seiner Form beeinflusst werden. So kann beispielsweise das Dichtelement in dem Formgebungswerkzeug einem Tiefziehprozess unterworfen werden. Das Formgebungswerkzeug kann entsprechend geformt sein und beispielsweise entsprechend temperiert werden.After the plastic molding process, the sealing element can be subjected to further process steps in which the final shape of the sealing element is influenced. Thus, in particular after the plastic molding process, at least one region of the sealing element, in particular an edge region, can be removed. Various embodiments of such removal will be described below. The sealing element may alternatively or additionally also be influenced during the shaping process in its shape. For example, the sealing element in the forming tool can be subjected to a deep-drawing process. The shaping tool can be shaped accordingly and for example tempered accordingly.

Nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess können weitere Verfahrensschritte folgen. So kann beispielsweise nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess mindestens ein Dämpfungselement in einem Innenraum des Gehäuses eingebracht werden. Beispielsweise kann dieses mindestens eine Dämpfungselement mindestens eine Dämpfungsmasse umfassen. Diese Dämpfungsmasse kann beispielsweise in einem Gießprozess eingebracht werden, insbesondere in Form eine Dämpfungsvergusses. Alternativ oder zusätzlich können auch Einlegeteile verwendet werden. Weiterhin kann das Dämpfungselement mindestens ein Entkopplungselement umfassen. Das Dämpfungselement kann zumindest teilweise durch einen Flüssigsilikonkautschuk-Prozess hergestellt werden (Liquid Silicone Rubber, LSR).After the plastic molding process, further process steps can follow. For example, according to the plastic Shaping process at least one damping element can be introduced in an interior of the housing. For example, this at least one damping element comprise at least one damping mass. This damping mass can be introduced for example in a casting process, in particular in the form of a Dämpfungsvergusses. Alternatively or additionally, inserts can also be used. Furthermore, the damping element may comprise at least one decoupling element. The damping element can be at least partially produced by a liquid silicone rubber process (Liquid Silicone Rubber, LSR).

Das Verfahren kann über die oben beschriebenen Verfahrensschritte hinaus weitere Verfahrensschritte umfassen. So kann das Dichtelement beispielsweise vor dem Kunststoff-Formgebungsprozess, beispielsweise vor oder auch nach dem Einlegen in das Formgebungswerkzeug, mindestens einem Aktivierungsschritt unterworfen werden. Insbesondere kann dieser Aktivierungsschritt dem Zweck dienen, eine Haftung zwischen dem Gehäuseteil und dem Dichtelement zu verbessern und/oder eine spätere Aufbringung des Wandlerkerns auf das Dichtelement zu erleichtern. Dieser Aktivierungsschritt kann insbesondere eine Plasmabehandlung und/oder eine Koronabehandlung umfassen. Auch andere Aktivierungen sind alternativ oder zusätzlich möglich, beispielsweise chemische Aktivierungen.The method may include further method steps beyond the method steps described above. For example, the sealing element may be subjected to at least one activation step before the plastic molding process, for example, before or even after insertion into the forming tool. In particular, this activation step may serve the purpose of improving adhesion between the housing part and the sealing element and / or facilitating subsequent application of the transducer core to the sealing element. This activation step may in particular comprise a plasma treatment and / or a corona treatment. Other activations are alternatively or additionally possible, for example chemical activations.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen Ultraschallwandlers Schnittdarstellung; 1 a schematic structure of a conventional ultrasonic transducer sectional view;

2 bis 7 Verfahrensschritte eines ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallwandlers; 2 to 7 Method steps of a first embodiment of an inventive method for producing an ultrasonic transducer;

8 bis 12 zum Verfahrensschritt gemäß 7 alternative zusätzliche Verfahrensschritte; 8th to 12 to the process step according to 7 alternative additional process steps;

13 bis 15 zu den Verfahrensschritte gemäß den 2 und 3 alternative Verfahrensschritte; und 13 to 15 to the method steps according to the 2 and 3 alternative process steps; and

16 bis 18 weitere zum Verfahrensschritt gemäß 3 alternative Verfahrensschritte. 16 to 18 further to the method step according to 3 alternative process steps.

Ausführungsbeispieleembodiments

In 1 ist als Basis für die im Folgenden beschriebene Erfindung ein Grundaufbau eines möglichen Ultraschallwandlers 110 in einer Schnittdarstellung von der Seite gezeigt. Der Ultraschallwandler 110 umfasst ein Gehäuse 112, beispielsweise in Form einer Gehäusehülse. In einem Innenraum 114 des Gehäuses 112 ist ein Wandlerkern 116 eingebracht, der ein elektrisch-akustisches Wandlerelement 118, sowie optional einen Impedanzanpasskörper 120 und, weiter optional, eine zwischen dem Impedanzanpasskörper 120 und dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 118 eingebrachte Ausgleichsschicht 122 und/oder Klebung umfasst. Das elektrisch-akustische Wandlerelement 188 kann beispielsweise eine Piezokeramik umfassen. Diese kann über die Ausgleichsschicht 122 beziehungsweise die Klebung mit dem Impedanzanpasskörper 120 verbunden sein, welcher eine Schallkopplung mit über eine Abstrahlfläche 124 mit einem fluiden Medium 126 erleichtert. Die Abstrahlfläche 124 des Wandlerkerns 116 ist dabei in einer Abstrahlöffnung 128 des Gehäuses 112 aufgenommen, welche von einem Rand 130 des Gehäuses 112 ringförmig umgeben wird. Um nach dem Sendevorgang das Nachschwingen des elektrisch-akustischen Wandlerelements 118, beispielsweise des Piezoelements, zeitlich zu begrenzen, ist der Ultraschallwandler 110 in seinem Innenraum 114, beispielsweise innerhalb der Gehäusehülse 112 ganz oder teilweise mit einer Dämpfungsmasse 132 ausgefüllt. Zur Verbesserung der Resistenz gegenüber Chemikalien, Feuchtigkeit oder aggressiven Medien kann der Ultraschallwandler 110 auf Seiten der Abstrahlöffnung 128 mit einem Dichtelement 134, insbesondere in Form einer Beschichtung oder einer Abdichtfolie 136, versehen werden. In manchen Ultraschallwandlern 110 gemäß dem Stand der Technik kann zwischen der Dämpfungsmasse 132 und dem Gehäuse 112 darüber hinaus ein zusätzliches Entkopplungsmaterial zum Einsatz kommen.In 1 is a basic structure of a possible ultrasonic transducer as a basis for the invention described below 110 shown in a sectional view from the side. The ultrasonic transducer 110 includes a housing 112 , For example in the form of a housing sleeve. In an interior 114 of the housing 112 is a converter core 116 introduced, the an electric-acoustic transducer element 118 , and optionally an impedance matching body 120 and, further optionally, one between the impedance matching body 120 and the electro-acoustic transducer element 118 introduced leveling layer 122 and / or gluing. The electric-acoustic transducer element 188 may include, for example, a piezoceramic. This can be done via the leveling layer 122 or the bond with the impedance matching body 120 be connected, which a Schallkopplung with over a radiating surface 124 with a fluid medium 126 facilitated. The radiating surface 124 of the converter core 116 is in a radiation opening 128 of the housing 112 recorded, which from a margin 130 of the housing 112 is surrounded annularly. To after the transmission, the ringing of the electric-acoustic transducer element 118 , For example, the piezoelectric element, time limit, is the ultrasonic transducer 110 in his interior 114 , For example, within the housing sleeve 112 wholly or partly with a damping mass 132 filled. To improve the resistance to chemicals, moisture or aggressive media, the ultrasonic transducer 110 on the side of the emission opening 128 with a sealing element 134 , in particular in the form of a coating or a sealing film 136 be provided. In some ultrasonic transducers 110 According to the prior art, between the damping mass 132 and the housing 112 In addition, an additional decoupling material are used.

Grundsätzlich könnten als Verbindungstechnologie zwischen Abdichtfolie 136 und Gehäuse 112, insbesondere der Gehäusehülse, Klebeverfahren eingesetzt werden. Diese sind jedoch nicht unbedingt optimal bezüglich einer Großserienfertigbarkeit und einer Robustheit. Im Fall einer Beschichtung als Dichtelement 134 sind grundsätzlich Verfahren bekannt, bei denen die Beschichtung beispielsweise als Lack oder in einem Vakuumprozess (zum Beispiel Parylene) direkt kraftschlüssig auf den Ultraschallwandler 110 aufgetragen wird. Diese Vorgehensweise führt allerdings zu einer mechanisch wenig robusten Abdichtungsschicht, insbesondere in Übergangsbereichen zwischen unterschiedlichen Materialien wie zum Beispiel dem Impedanzanpasskörper 120, der Dämpfung beziehungsweise Entkopplung und dem Gehäuse 112. An diesen Übergangsbereichen können bei thermomechanischer Belastung starke Scherkräfte auf die Beschichtung wirken, so dass diese aufreißen kann.Basically, as a connection technology between sealing film 136 and housing 112 , in particular the housing sleeve, adhesive method can be used. However, these are not necessarily optimal in terms of mass production and robustness. In the case of a coating as a sealing element 134 In principle, methods are known in which the coating, for example, as a paint or in a vacuum process (for example, Parylene) directly frictionally on the ultrasonic transducer 110 is applied. However, this procedure leads to a mechanically less robust sealing layer, in particular in transition areas between different materials such as the impedance matching body 120 , the damping or decoupling and the housing 112 , At this Transition areas can exert strong shear forces on the coating during thermomechanical loading so that it can rupture.

Diese Nachteile werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers 110 vermieden, welches im Folgenden in verschiedenen Verfahrensvarianten beschrieben wird. Dabei kann grundsätzlich ein Ultraschallwandler 110 gemäß 1 hergestellt werden oder auch andere Ultraschallwandler 110.These disadvantages are in a method according to the invention for producing an ultrasonic transducer 110 avoided, which is described below in different variants of the method. In principle, an ultrasonic transducer 110 according to 1 or other ultrasonic transducers 110 ,

In den 2 bis 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens dargestellt. 2 zeigt dabei eine schematische Prinzipdarstellung eines Formgebungswerkzeugs 138, beispielsweise einer Spritzgussform mit mindestens einem Formnest 140. Die Abdichtfolie 136 wird derart in das Formgebungswerkzeug 138, dass zumindest ein Bereich der Abdichtfolie 136 im Bereich der Formnester 140 angeordnet ist. Die Formnester 140 bestimmen später die Form des Gehäuses 112 beziehungsweise eines in diesem Verfahrensschritt hergestellten Gehäuseteils 142 des Gehäuses 112 (siehe zum Beispiel 4). In einem in 3 dargestellten Verfahrensschritt wird ein Kunststoffmaterial 144 in Form einer Kunststoffmasse, beispielsweise bei hohem Druck und hoher Temperatur, in die das Formnest 140 eingespritzt, so dass das Kunststoffmaterial 144 an die Abdichtfolie 136 annetzt und mit diesem eine feste Verbindung eingeht. In 4 ist ein Entformen dargestellt, bei welchem zwei Werkzeugteile 146, 148 aufgefahren werden.In the 2 to 7 a first embodiment of a manufacturing method according to the invention is shown. 2 shows a schematic diagram of a forming tool 138 , For example, an injection mold with at least one mold cavity 140 , The sealing foil 136 thus becomes the forming tool 138 in that at least a portion of the sealing film 136 in the area of mold cavities 140 is arranged. The mold nests 140 later determine the shape of the case 112 or a housing part produced in this method step 142 of the housing 112 (see for example 4 ). In an in 3 illustrated method step is a plastic material 144 in the form of a plastic mass, for example at high pressure and high temperature, in the mold cavity 140 injected so that the plastic material 144 to the sealing film 136 annetzt and enters into a firm connection with this. In 4 is shown a demolding, in which two tool parts 146 . 148 be ascended.

Nach dem Entformen in 4 kann die überstehende Abdichtfolie 136 weiterbearbeitet werden. Zum einen kann, wie in 4 durch die Bezugsziffer 150 bezeichnet ist, ein Überstand der Abdichtfolie 136 außerhalb der Abstrahlöffnung 128 verbleiben. Alternativ kann die Abdichtfolie 136 auch ganz oder teilweise entfernt werden, beispielsweise durch ein Ausstanzen oder eine Laserbearbeitung. Dies kann an verschiedenen Stellen erfolgen. So kann das Entfernen beispielsweise an der Kante 152 des Gehäuses 112 erfolgen oder, alternativ, im Anspritzbereich 154 des Kunststoffmaterials 144, so dass die Abdichtfolie 136 nicht vollständig an die Kante 152 der Gehäusehülse 112 hinreicht. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann der nicht benötigte Folienbereich auch an anderer Stelle innerhalb der Gesamtprozessabfolge entfernt werden.After demolding in 4 can the protruding sealing foil 136 be further processed. For one thing, as in 4 by the reference number 150 is designated, a supernatant of the sealing film 136 outside the emission opening 128 remain. Alternatively, the sealing film 136 also be completely or partially removed, for example by punching or laser machining. This can be done in different places. For example, removal can be done on the edge 152 of the housing 112 take place or, alternatively, in Anspritzbereich 154 of the plastic material 144 so that the sealing film 136 not completely to the edge 152 the housing sleeve 112 sufficient. Again alternatively or additionally, the unneeded foil area may also be removed elsewhere within the overall process sequence.

Anschließend kann, wie in 6 dargestellt ist, der Wandlerkern 116 auf die Abdichtfolie 136 aufgebracht werden. Dies kann auch schrittweise erfolgen, beispielsweise indem zunächst der Impedanzanpasskörper 120 auf die Abdichtfolie 136 aufgeklebt wird, gefolgt von dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 118, gegebenenfalls mit der Ausgleichsschicht 122 beziehungsweise Klebstoffschicht. Alternativ ist auch eine Aufbringung als gemeinsame Baugruppe möglich. Der Wandlerkern 116 wird zuvor oder nach dem Aufbringen auf die Abdichtfolie 136 durch elektrische Kontakte 156 kontaktiert. Die Kontaktierung erfolgt vor oder nach der Klebung.Subsequently, as in 6 is shown, the converter core 116 on the sealing foil 136 be applied. This can also be done step by step, for example by first of all the impedance matching body 120 on the sealing foil 136 is adhered, followed by the electro-acoustic transducer element 118 , optionally with the leveling layer 122 or adhesive layer. Alternatively, an application as a common assembly is possible. The converter core 116 is before or after application to the sealing film 136 through electrical contacts 156 contacted. The contacting takes place before or after the bonding.

Anschießend kann, wie in 7 dargestellt ist, eine Dämpfungsmasse 132, beispielsweise in Form eines Dämpfungsvergusses, eingebracht werden. Beispielsweise können hierfür Silikon, Polyurethan und/oder Epoxide verwendet werden, wobei gegebenenfalls massive oder hohle Füllstoffe oder Gaseinschlüsse beigemischt werden können.Anschießend can, as in 7 is shown, a damping mass 132 , For example, in the form of a Dämpfungsvergusses be introduced. For example, it is possible to use silicone, polyurethane and / or epoxides for this purpose, in which case solid or hollow fillers or gas inclusions can optionally be mixed in.

Alternativ oder zusätzlich zu einer vollständigen oder teilweisen Einbringung des Wandlerkerns 116 nach dem Anspritzen des Gehäuseteils 142 kann auch eine bereits mit dem Wandlerkern 116 oder Teilen des Wandlerkerns 116 bestückte Abdichtfolie 136, beispielsweise eine bereits mit einem Impedanzanpasskörper 120 bestückte Abdichtfolie 136, in das Formgebungswerkzeug 138 eingelegt werden. Dies ist in den 5A und 5B dargestellt. Hier wird eine bereits mit dem Anpasskörper 120 und optional der Ausgleichsschicht 122 bestückte Abdichtfolie 136 in das Formgebungswerkzeug 138 eingelegt. Entweder kann der Impedanzanpasskörper 120 bereits zuvor auf die Abdichtfolie 136 aufgeklebt werden oder die feste Verbindung zwischen Impedanzanpasskörper 120 und Abdichtfolie 136 wird erst während des Spritzvorgangs aufgebaut. Ein Toleranzausgleich kann beispielsweise durch einen zusätzlichen Stempel 158 von unten (5A) oder von oben (5B) erzielt werden, so dass ein derartiger Stempel 158 beispielsweise Bestandteil des Werkzeugteils 148 und/oder des Werkzeugteils 146 sein kann.Alternatively or in addition to a complete or partial introduction of the converter core 116 after injection molding of the housing part 142 can also have one already with the converter core 116 or parts of the converter core 116 equipped sealing foil 136 for example, one already with an impedance matching body 120 equipped sealing foil 136 into the forming tool 138 be inserted. This is in the 5A and 5B shown. Here is one already with the matching body 120 and optionally the leveling layer 122 equipped sealing foil 136 in the forming tool 138 inserted. Either the impedance matching body can 120 previously on the sealing film 136 glued or the firm connection between impedance matching body 120 and sealing film 136 will be set up during the spraying process. A tolerance compensation, for example, by an additional stamp 158 from underneath ( 5A ) or from above ( 5B ), so that such a stamp 158 For example, part of the tool part 148 and / or the tool part 146 can be.

Alternativ zu der einfachen Dämpfungsmasse 132 gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Dämpfungsmasse 132 auch komplexer oder mehrteilig ausgestaltet sein. So können alternativ oder zusätzlich zu dem Dämpfungsverguss auch noch ein weiterer Stoff beziehungsweise ein weiteres Bauteil (siehe Bezugsziffer 160 in 10) zur Verbesserung der Körperschallentkopplung verwendet werden. Diese können beispielsweise als Formteile, in einem Gießprozess oder für eine Großserienproduktion besonders vorteilhaft in einem weiteren Spritzprozess eingebracht werden. Eine Möglichkeit hierzu bietet ein sogenannter LSR-Prozess (LSR: Liquid Silicone Rubber, Flüssigsilikonkautschuk). Der eingespritzte Stoff, auch insbesondere das LSR, kann optional mit Gasblasen oder gasgefüllten Kunststoffhohlkugeln gefüllt sein. Eine entsprechende Werkzeuggestaltung des hierfür erforderlichen Formgebungswerkzeugs 138 ist in 8 (vor dem Einspritzen) beziehungsweise in 9 (während oder nach dem Einspritzen) dargestellt, wohingegen 10 einen Entformungsvorgang nach dem Einspritzen zeigt. Das erforderliche Formgebungswerkzeug 38 kann ganz oder teilweise bauteilidentisch mit dem Formgebungswerkzeug für die Herstellung des Gehäuseteils 142 sein. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch Formgebungswerkzeuge verwendet werden. Nach dem Einspritzen der Rohmasse der Körperschallentkopplung 160 in 9 und der Entformung gemäß 10 können dann wiederum optional weitere Elemente des Wandlerkerns 116 aufgebracht werden, beispielsweise das elektrisch-akustische Wandlerelement 118. Dies ist in 11 dargestellt. Auch die elektrischen Kontakte 156 können aufgebracht werden. Anschließend kann der Ultraschallwandler 110, wie in 12 gezeigt, mit Dämpfungsmasse 132 ausgegossen werden.Alternative to the simple damping mass 132 according to the in 7 illustrated embodiment, the damping mass 132 be designed more complex or multi-part. Thus, as an alternative or in addition to the damping encapsulation, it is also possible to use another substance or another component (see reference numeral 160 in 10 ) are used to improve structure-borne sound decoupling. These can be introduced for example as moldings, in a casting process or for large-scale production particularly advantageous in a further injection process. One possibility for this is provided by a so-called LSR process (LSR: liquid silicone rubber, liquid silicone rubber). The injected substance, in particular the LSR, can optionally be filled with gas bubbles or gas-filled plastic hollow spheres. A corresponding tool design of the necessary shaping tool 138 is in 8th (before injection) or in 9 (during or after injection), whereas 10 a demolding process after the injection shows. The required forming tool 38 can be completely or partially identical to the component forming tool for the manufacture of the housing part 142 be. Alternatively or additionally, however, shaping tools can also be used. After injecting the raw mass of the structure-borne sound decoupling 160 in 9 and demolding according to 10 then, in turn, optionally further elements of the converter core 116 be applied, for example, the electric-acoustic transducer element 118 , This is in 11 shown. Also the electrical contacts 156 can be applied. Subsequently, the ultrasonic transducer 110 , as in 12 shown with damping mass 132 be poured out.

Eine weitere, auch in einem der oben beschriebenen Verfahren anwendbare Verfahrensvariante besteht darin, im Formgebungswerkzeug 138 für das Gehäuseteil 142, beispielsweise die Wandlerhülse, nicht nur in einem der Werkzeugteile 146, 148 Formnester 150 in Form von Ausformungen vorzusehen, sondern in beiden Werkzeugteilen 146, 148, und die Abdichtfolie 136 zwischen beide Werkzeugteile 146, 148 einzubringen. Diese Verfahrensvariante ist in 3 gezeigt. Hier weist sowohl das obere Werkzeugteil 146 als auch das untere Werkzeugteil 148 entsprechende Ausformungen in Form von Formnestern 140 auf, welche somit oberhalb und unterhalb der eingelegten Abdichtfolie 136 angeordnet sind. Wird eine Abdichtfolie 136 eingelegt, die in der gleichen Position eine oder mehrere Perforationen 162 aufweist, wie in 14 exemplarisch dargestellt, dann kann durch diese Perforationen 162 während des Spritzvorgangs Kunststoffmaterial 144 hindurchtreten und die Abdichtfolie 136 dadurch formschlüssig fixieren. Dies ist in 15 gezeigt. Die Perforation 162 kann in Form von Löchern oder auch Schlitzen oder auch anderen Konturen vorliegen, die den Formschluss verbessern. Diese Konturen können beispielsweise durch Laserbearbeitung, Stanzen, Schneiden, Ätzprozesse oder andere Verfahren in der Abdichtfolie 136 erzeugt werden.Another method variant which can also be used in one of the methods described above is that in the forming tool 138 for the housing part 142 , For example, the transducer sleeve, not only in one of the tool parts 146 . 148 cavities 150 to provide in the form of moldings, but in both tool parts 146 . 148 , and the sealing film 136 between both tool parts 146 . 148 contribute. This process variant is in 3 shown. Here, both the upper tool part 146 as well as the lower tool part 148 corresponding formations in the form of mold cavities 140 on, which thus above and below the inserted sealing film 136 are arranged. Will a sealing film 136 inserted, which in the same position one or more perforations 162 has, as in 14 exemplified, then through these perforations 162 during the injection process plastic material 144 pass through and the sealing film 136 thereby fix positively. This is in 15 shown. The perforation 162 can be in the form of holes or slits or other contours that improve the fit. These contours can be, for example, by laser processing, punching, cutting, etching processes or other processes in the sealing film 136 be generated.

Alternativ kann die Abdichtfolie 136, mit oder ohne Perforationen 162 oder ähnlichen Konturgebungen, an deren seitlichen Rand auch ganz oder teilweise umspritzt werden. Dies ist in 16 dargestellt. Wiederum weisen hierbei sowohl das obere Werkzeugteil 146 als auch das untere Werkzeugteil 148 korrespondierende Formnester 140 auf, welche jedoch fluidisch miteinander verbunden sind. Diese Umspritzung der Kanten der Abdichtfolie 136 hat den Vorteil, dass der Folienrand vollständig mit Kunststoffmaterial 144 umschlossen ist, so dass potentielle Kriechpfade für aggressive Medien entlang der Abdichtfolie 136 weitgehend unterdrückt werden können.Alternatively, the sealing film 136 , with or without perforations 162 or similar contouring, at the lateral edge are also completely or partially encapsulated. This is in 16 shown. Again, both have the upper tool part 146 as well as the lower tool part 148 corresponding mold nests 140 but which are fluidly interconnected. This encapsulation of the edges of the sealing film 136 has the advantage that the film edge completely with plastic material 144 is enclosed, allowing potential creepage paths for aggressive media along the sealing film 136 can be largely suppressed.

Besonders vorteilhaft ist die Kombination der in 15 gezeigten Perforation 162 beziehungsweise anderer formschlüssiger Konturierungen und seitliche Umspritzung, wie sie in 17 dargestellt ist. In diesem Fall ist die Abdichtfolie 136 gleichzeitig kraftschlüssig und formschlüssig mit dem Gehäuseteil 142 verbunden, und gleichzeitig ist der gesamte Folienrand von Kunststoffmaterial 144 umschlossen.Particularly advantageous is the combination of in 15 shown perforation 162 or other positive contouring and lateral encapsulation, as in 17 is shown. In this case, the sealing film 136 simultaneously non-positive and positive fit with the housing part 142 connected, and at the same time, the entire film edge of plastic material 144 enclosed.

18 zeigt schließlich eine Variante, bei welcher das Gehäuseteil 142 in Form eines Kunststoffträgers nicht wie bei den vorherigen Varianten eher einer Hülse es Gehäuses 112 entspricht, sondern tatsächlich eine ringförmige Rahmengestalt hat. Das Gehäuseteil 142 ist in diesem Fall also als rahmenförmiger Rahmen 164 ausgestaltet, welcher bei dem Verfahren von der Abdichtfolie 136 durchspannt wird. Optional können dabei wiederum die Umspritzungsvarianten und/oder Durchspritzungsvarianten gemäß einer oder mehrerer der 13 bis 17 eingesetzt werden, gegebenenfalls mit einer Perforation 162 der Abdichtfolie 136. Der Rahmen 164 kann dann mit weiteren Bauteilen des Ultraschallwandler 110, insbesondere des Gehäuses 112, und/oder des Einbauorts für den Ultraschallwandler 110 verbunden werden, zum Beispiel durch eine Klebung, Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Ähnliches. Auch in diesem Fall kann ein Stempel 158 Toleranzen ausgleichen, wie durch den Pfeil in 18 symbolisiert wird, und/oder es kann, wie oben verschiedentlich beschrieben, der Wandlerkern 116 ganz oder teilweise, insbesondere der Impedanzanpasskörper 120, bereits miteingelegt werden, was in den Figuren nicht dargestellt ist. 18 finally shows a variant in which the housing part 142 in the form of a plastic carrier not as in the previous variants rather a sleeve it housing 112 corresponds, but actually has an annular frame shape. The housing part 142 is in this case as a frame-shaped frame 164 configured in the method of the sealing film 136 is stretched. Optionally, in turn, the Umspritzungsvarianten and / or injection variants according to one or more of 13 to 17 be used, optionally with a perforation 162 the sealing film 136 , The frame 164 can then with other components of the ultrasonic transducer 110 , in particular of the housing 112 , and / or the installation location for the ultrasonic transducer 110 be connected, for example, by gluing, laser welding, ultrasonic welding or the like. Also in this case can a stamp 158 Compensate for tolerances, as indicated by the arrow in 18 is symbolized, and / or it can, as variously described above, the converter core 116 in whole or in part, in particular the impedance matching body 120 , already miteingelegt, which is not shown in the figures.

In allen in den 2 bis 18 dargestellten Varianten können, wie beim Spritzgießen üblich, Auswerfergeometrien im Formgebungswerkzeug 138 integriert werden, um eine Entformung zu verbessern. Das Formgebungswerkzeug 138 kann gleichzeitig so ausgestaltet sein, dass die Abdichtfolie 136 beim Zufahren des Formgebungswerkzeugs 138 gleichzeitig tiefgezogen wird.In all in the 2 to 18 variants shown, as usual in injection molding, Auswerfergeometrien in the forming tool 138 integrated to improve demolding. The forming tool 138 can simultaneously be designed so that the sealing film 136 when approaching the forming tool 138 deep-drawn at the same time.

Eine weitere Verfahrensvariante besteht in der Verwendung einer mehrlagigen Abdichtfolie 136. Beispielsweise können Duroplaste mit Thermoplasten kombiniert werden. Denkbar ist beispielsweise eine Kombination aus einer Polyimid-Trägerfolie, die auch bei einer Stärke von weniger als 10 μm noch eine relativ hohe thermische und mechanische Stabilität aufweist, dafür aber bezüglich einer Wasserdampfpermeation Schwächen aufweist. Als weitere Schicht kann dann ein möglichst wasserdampfundurchlässiges Material verwendet werden, beispielsweise Teflon® oder fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP). Im Fall von Luft oder anderen Gasen als fluides Medium 126 (Messmedium) sollte die Gesamtdicke der Abdichtfolie 136 in der Regel deutlich kleiner als 100 μm sein, vorzugsweise kleiner als 25 μm und optimal kleiner als 10 μm, um eine akustische Kopplung nicht zu sehr zu behindern. Im Fall von Flüssigkeiten als fluidem Medium 126 können tendenziell auch etwas dickere Folienstärken für die Abdichtfolie 136 verwendet werden.Another variant of the method consists in the use of a multilayer sealing film 136 , For example, thermosets can be combined with thermoplastics. It is conceivable, for example, a combination of a polyimide carrier film, which even at a thickness of less than 10 microns still has a relatively high thermal and mechanical stability, but it has weaknesses with respect to a Wasserdampfpermeation. As a further layer, a material which is as water vapor impermeable as possible can be used, for example Teflon® or fluorinated ethylene-propylene (FEP). In the case of air or other gases as a fluid medium 126 (Measuring medium) should be the total thickness of the sealing film 136 usually be significantly smaller than 100 microns, preferably less than 25 microns and optimally less than 10 microns, so as not to hinder an acoustic coupling too much. In the case of liquids as a fluid medium 126 can also tend to slightly thicker film thicknesses for the sealing film 136 be used.

Außer Polyimid und Teflon® kommen für die Abdichtfolie 136 oder deren Bestandteile weitere Stoffe in Frage. Beispielsweise lassen sich Kapton® JP (tiefziehfähiges Polyimid), Standard-Kapton® oder Kapton® HN (nicht tiefziehfähig), Kapton® E (Polyimid mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von circa 16 ppm/°K), Kapton® EKJ (selbstklebende Folie mit Polyimid-Kleber), PVF (Polyvinylfluorid, zum Beispiel Tedlar® ES), PEEK, PMMA, PAI, LCP, PES, PSU, PPS, andere Kunststoffe oder auch metallische Beschichtungen. Die Abdichtfolie 136 kann auch eine Klebstoffbeschichtung beinhalten, beispielsweise um eine Klebung gegenüber dem Impedanzanpasskörper 120 zu ermöglichen.Except polyimide and Teflon ® come for the sealing film 136 or their constituents other substances in question. For example, let Kapton ® JP (thermoformable polyimide), standard Kapton ® or Kapton ® HN (not suitable for deep drawing), Kapton ® E (polyimide having a small thermal expansion coefficient of about 16 ppm / ° K), Kapton ® EKJ (self-adhesive film with polyimide glue), PVF (polyvinyl fluoride, for example Tedlar ® ES), PEEK, PMMA, PAI, LCP, PES, PSU, PPS, other plastics or metallic coatings. The sealing foil 136 may also include an adhesive coating, for example, a bond to the impedance matching body 120 to enable.

Dem Spritzprozess oder allgemein dem Kunststoffformgebungsprozess kann eine Plasma- oder Koronabehandlung der Abdichtfolie 136 oder anderer Bestandteile des Ultraschallwandlers oder eine andere Art der Aktivierung vorausgehen.The injection molding process or, more generally, the plastic molding process can be a plasma or corona treatment of the sealing film 136 or other components of the ultrasonic transducer or another type of activation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0766071 A1 [0001] EP 0766071 A1 [0001]
  • DE 4230773 C1 [0001] DE 4230773 C1 [0001]

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers (110) zum Einsatz in einem fluiden Medium (126), wobei der Ultraschallwandler (110) ein Gehäuse (112) aufweist, wobei in dem Gehäuse (112) mindestens ein Wandlerkern (116) mit mindestens einem elektrisch-akustischen Wandlerelement (118) aufgenommen ist, wobei mindestens eine Abstrahlöffnung (128) des Gehäuses (112) gegenüber dem fluiden Medium (126) mit mindestens einem Dichtelement (134) abgedichtet ist, wobei zur Herstellung mindestens eines Gehäuseteils (142) des Gehäuses (112) ein Kunststoff-Formgebungsprozess verwendet wird, wobei das Dichtelement (134) in ein Formnest (140) eines Formgebungswerkzeugs (138) eingelegt wird und das Formnest (140) zumindest teilweise mit mindestens einem Kunststoffmaterial (144) gefüllt wird, wobei das Gehäuseteil (142) des Gehäuses (112) während des Kunststoff-Formgebungsprozesses mit dem Dichtelement (134) verbunden wird.Method for producing an ultrasonic transducer ( 110 ) for use in a fluid medium ( 126 ), wherein the ultrasonic transducer ( 110 ) a housing ( 112 ), wherein in the housing ( 112 ) at least one transducer core ( 116 ) with at least one electrical-acoustic transducer element ( 118 ), wherein at least one emission opening ( 128 ) of the housing ( 112 ) relative to the fluid medium ( 126 ) with at least one sealing element ( 134 ) is sealed, wherein for the production of at least one housing part ( 142 ) of the housing ( 112 ) a plastic molding process is used, wherein the sealing element ( 134 ) in a mold nest ( 140 ) of a forming tool ( 138 ) and the mold nest ( 140 ) at least partially with at least one plastic material ( 144 ) is filled, wherein the housing part ( 142 ) of the housing ( 112 ) during the plastic molding process with the sealing element ( 134 ) is connected. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess das Dichtelement (134) und das Gehäuseteil (142) kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden.Method according to the preceding claim, wherein in the plastic molding process the sealing element ( 134 ) and the housing part ( 142 ) are positively connected to each other and / or positively. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (134) eine Abdichtfolie (136) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the sealing element ( 134 ) a sealing film ( 136 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess ein Teil des Kunststoffmaterials (144) auf einer dem fluiden Medium (126) abgewandten Seite des Dichtelements (134) angeordnet wird und ein anderer Teil des Kunststoffmaterials (144) auf einer dem fluiden Medium (126) zugewandten Seite des Dichtelements (134).Method according to one of the preceding claims, wherein in the plastic molding process a part of the plastic material ( 144 ) on a fluid medium ( 126 ) facing away from the sealing element ( 134 ) and another part of the plastic material ( 144 ) on a fluid medium ( 126 ) facing side of the sealing element ( 134 ). Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Dichtelement (134) eine Mehrzahl von Öffnungen (162) aufweist, durch welche bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess das Kunststoffmaterial (144) hindurchtreten kann.Method according to the preceding claim, wherein the sealing element ( 134 ) a plurality of openings ( 162 ), through which in the plastic molding process the plastic material ( 144 ) can pass through. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Kunststoff-Formgebungsprozess ein Teil des Kunststoffmaterials (144) eine Kante des Dichtelements (134) seitlich umgreift.Method according to one of the two preceding claims, wherein in the plastic molding process, a part of the plastic material ( 144 ) an edge of the sealing element ( 134 ) engages laterally. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wandlerkern (116) oder ein Teil des Wandlerkerns (116) vor oder nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess mit dem Dichtelement (134) verbunden wird, insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung.Method according to one of the preceding claims, wherein the transducer core ( 116 ) or part of the converter core ( 116 ) before or after the plastic molding process with the sealing element ( 134 ), in particular by a cohesive connection. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Kunststoff-Formgebungsprozess mindestens einen Bereich des Dichtelements (134), insbesondere einen Randbereich, entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein after the plastic molding process at least a portion of the sealing element ( 134 ), in particular a border area, is removed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (134) in dem Formgebungswerkzeug (138) weiterhin einem Tiefziehprozess unterworfen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the sealing element ( 134 ) in the forming tool ( 138 ) is further subjected to a deep drawing process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (134) vor dem Kunststoff-Formgebungsprozess mindestens einem Aktivierungsschritt unterworfen wird, insbesondere einer Plasmabehandlung und/oder einer Coronabehandlung.Method according to one of the preceding claims, wherein the sealing element ( 134 ) is subjected to at least one activation step before the plastic molding process, in particular a plasma treatment and / or a corona treatment. Ultraschallwandler (110) zum Einsatz in einem fluiden Medium (126), herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ultraschallwandler (110) ein Gehäuse (112) mit mindestens einem Gehäuseteil (142) umfasst, wobei das Gehäuseteil (142) in einem Kunststoff-Formgebungsprozess direkt kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit einem eine Abstrahlöffnung (128) des Gehäuses (112) abdichtenden Dichtelement (134) verbunden ist.Ultrasonic transducer ( 110 ) for use in a fluid medium ( 126 ), producible according to a method according to one of the preceding claims, wherein the ultrasonic transducer ( 110 ) a housing ( 112 ) with at least one housing part ( 142 ), wherein the housing part ( 142 ) in a plastic molding process directly frictionally and / or cohesively with a an emitting aperture ( 128 ) of the housing ( 112 ) sealing sealing element ( 134 ) connected is.
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